【正文】 T 526 671 t 256 398 將以上數(shù)據(jù)作圖即得最適宜溫度曲線如圖 22 所示 。 查《小型合成氨廠工藝和設備計算》 C6 型催化劑的正負反應活化能分別為E1=10000 千卡 /公斤分子， E2=19000 千卡 /公斤 分子 [15]。 0102030405060708090100300 350 400 450 500溫 度（℃）CO轉化率 Xp 圖 21 中變爐催化劑平衡曲線圖 西南科技大學本科生畢業(yè)論 文 10 最佳溫度曲線的計算 中變爐選用 C6型催化劑 。 計算結果列于下表 (24)。 根據(jù)《合成氨工藝與節(jié)能 》可知中溫變換的平均溫距為： 30℃ 到 50 ℃ [5]，中變的平均溫距合理，故取的 H2O/CO 可用。 所以： Xp= ? ?? ? ?? ?? =74％ 則反應掉的 CO 的量為： 74％ = 則反應后的各組分的量分別為： H2O％ =％ ％ +％ =23％ CO％ =％ ％ =％ H2％ =％ +％ ％ =％ CO2％ =％ +％ =％ 中變爐出口的平衡常數(shù)： Kp= （ H2％ CO2％） /（ H2O％ CO％） =12 西南科技大學本科生畢業(yè)論 文 9 查《 小合成氨廠工藝技術與設計手冊 》可知 Kp=12 時溫度為 397 ℃ 。 西南科技大學本科生畢業(yè)論 文 8 表 23 進中變爐的變換氣濕氣組分含量 組 分 CO2 CO H2 N2 O2 CH4 H2O 合計 含量％ 100 m3(標 ) kmol 中變爐 CO 的實際變換率的求取 假定濕轉化氣為 100 mol，其中 CO 濕基含量為 ％ ，要求變換氣中 CO 含量為 2％，故根據(jù)變換反應： CO+H2O＝ H2+CO2 （ 4） 則 CO 的實際變換率公式為： Xp％ = ? ?aaaa YY YY ?? ??1 100 （ 21） 注： 式中 aY 、 39。 故 V（水 ） =? Vco= m3(標 )， n(水 )= kmol。 進中變爐干氣壓力 中P = mpa。 進中變爐的變換氣干組分 如表 22 所示 。 年產(chǎn) 10 萬噸合成氨 工廠日 生產(chǎn)能力（一年連續(xù)生產(chǎn) 330 天）： 日生產(chǎn)量： 100000/330= t/d= t/h。 表 21 天然氣進入變換工段時的各組分含量百分比 組 分 CO2 CO H2 N2 O2 CH4 合計 含量，％ 100 計算基準： 1 噸氨 /小時 。以上設備的選擇主要是依據(jù)所給定的合成氨系統(tǒng)的生產(chǎn)能力、原料氣中碳氧化物的含量以及變換氣中所要求的 CO 濃度。 圖 11 合成氨變換工段工藝流程圖 主要設備的選擇說明 中低變串聯(lián)流程中，主要設備有中變爐、低變爐、飽和熱水塔、換熱器等 [10]。再通過換熱器將轉換氣的溫度降到 180℃ 左右，進入低變爐將轉換氣中一氧化碳含量降到%以下，再進入脫碳工段。本設計參考 自貢市鴻鵠化工廠的 生產(chǎn)工藝，選用中串低工藝。如要求在 %西南科技大學本科生畢業(yè)論 文 6 左右，則將中變和低變串聯(lián)使用。其次，根據(jù)原料氣的溫度和濕含量情況，則考慮適當預熱和增濕，合理利用余熱。若一氧化碳體積分數(shù)較高，應采用中溫變換 ， 因為中變催化劑操作溫度范圍較寬，而且價廉，壽命長，大多數(shù)合成氨原料 氣中一氧化碳高于 10%，故都可先通過中變除去大部分一氧化碳。但是，水蒸氣用量是變換過程中最主要消耗指標，盡量減少其用量對過程的經(jīng)濟性具有重要的意義，蒸汽比例如果過高，將造成催化劑床層阻力增加； CO 停留時間縮短，余熱回收設備附和加重等，所以，中（高）變換時適宜的水蒸氣比例一般為： H2O/CO=3～5，經(jīng)反應后，中變氣中 H2O/CO 可達 15 以上，不必再添加蒸汽即可滿足低溫變換的要求。增加水蒸汽用量，提高了 CO 的平衡變換率，從而有利于降低 CO 殘余含量，加速變換反應的進行。 (3)汽氣比 水蒸汽比例一般指 H2O/CO 比值或水蒸汽 /干原料氣。因而存 在著最佳反應溫。 (2)溫度 變化反應是可逆放熱反應。一般小型氨廠操作壓力為 ～ ,中型氨廠為 ～ 。由于干原料氣摩爾數(shù)小于 干變換氣的摩爾數(shù)，所以，先壓縮原料氣后再進行變換的能耗，比常壓變換再進行壓縮的能耗底。單就平衡而言，加壓并無好處 ， 但從動力學角度，加壓可提高反應速率。一氧化碳與水蒸氣的反應是一個可逆的放熱反應，反應熱是溫度的函數(shù)。催化劑段間換熱等用水加熱器逐級回收、逐級加熱飽和熱水塔循環(huán)熱水，出飽和塔半水煤氣的溫度及飽和度高，出熱水塔變換氣溫度可降到 100℃ 以下。與原高變催化劑比較，催化劑用 量 可以減少一半 以上，降低了變換爐床層阻力，降低了壓縮功耗。汽氣比降低，蒸汽消耗大幅下降，在幾種變換流程中蒸汽消耗最低。 全低變工藝 全低變工藝是全部采用低溫活性鈷鉬系變換催化劑進行一氧化碳變換的工藝過程，作為一種節(jié)能新工藝 , 節(jié)能降耗的效果顯著。該流程與中變串低變相比，關鍵是增加了第一低變，填補了 280～ 250℃ 這一中變串低變所沒有的反應溫區(qū)，充分利用了低變催化劑在這一溫區(qū)的高活性。 中低低變換工藝 中低低流程是在一段鐵鉻系中溫變換催化劑后直接串二段鈷鉬系耐硫變換催化西南科技大學本科生畢業(yè)論 文 4 劑，利用中溫變換的高溫來提高反應速率，脫除有毒雜質，利用兩段低溫變換提高變換率，實現(xiàn)節(jié)能降耗。另外，由于變換效率的提高，合成氨產(chǎn)量可以相對增加。 根據(jù)催化劑低溫性能，低變爐入口溫度可控制在 180～ 230℃ 。一方面入爐的蒸汽比有較大幅度的降低；另一方面變換氣中的 CO 含量也大幅度降低。 中串低變換工藝 所謂 中溫變換串低溫變換流程， 就是在 B107 等 FeCr 系催化劑之后串入 CoMo系寬溫變換催化劑 [1]。前者指在合成塔后設置水加熱器以熱水形式向變換系統(tǒng)補充熱能，并通過變換工段設置的兩個飽和熱水塔使自產(chǎn)蒸汽達到變換反應所需的汽氣比。加壓中溫變換工藝主要特點是：采用低 溫高活性的中變催化劑，降低了工藝上對過量蒸汽的要求；采用段間冷激降溫，減少了系統(tǒng)的熱負荷和阻力，減小外供蒸汽量；合成與變換，銅洗構成第二換熱網(wǎng)絡，合理利用熱能。 氨的其他工業(yè)用途也十分廣泛，例如作為制冰、空調、冷藏等系統(tǒng)的制冷劑，在冶金工業(yè)中用來提煉礦石中的銅、鎳等金屬，在醫(yī)藥和生物化學方面生產(chǎn)磺胺類生物、維生素、蛋氨酸和其他氨基酸等 。從氨可以制的硝酸，繼而再制造硝酸銨、硝化甘油、三硝基甲苯和硝基纖維素等。 西南科技大學本科生畢業(yè)論 文 3 除液氨可直接作為肥料外，農(nóng)業(yè)上使用的氨肥，例如尿素、硝酸銨、磷酸銨、硫酸銨、氯化銨、氨水以及各種含氨混肥和復肥，都是以氨為原料的 [2]。有利于“提高裝置生產(chǎn)運轉率、延長運行周期”的技術 ,包括工藝優(yōu)化技術、先進控制技術等將越來越受到重視。 在合成氨裝置大型化的技術開發(fā)過程中 ,其焦點主要集中在關鍵性的工序和設備 ,即合成氣制備、合成氣凈化、氨合成技術、合成氣壓縮機 [6]；在低能耗合成氨裝置的技術開發(fā)過程中 ,其主要工藝技術將會進一步發(fā)展；實施與環(huán)境友好的清潔生產(chǎn)是未來合成氨裝置的必然和惟一的選擇。單系列合成氨裝 置生產(chǎn)能力將從 2020t/d 提高至4000~5000t/d。 發(fā)展趨勢 根據(jù)合成氨技術發(fā)展的情況分析 ,估計未來合成氨的基本生產(chǎn)原理將不會出現(xiàn)原則性的改變 ,其技術發(fā)展將會繼續(xù)緊密圍繞“降低生產(chǎn)成本、提高運行周期 ,改善經(jīng)濟性”的基本目標 ,進一步集中在 “大型化、低能耗、結構調整、清潔生產(chǎn)、長周期運行”等方面進行技術的研究開發(fā) [4]。 1． 3 合成氨工業(yè)概況 基本現(xiàn)狀 我國的氮肥工業(yè)自 20 世紀 50 年代以來 ,不斷發(fā)展壯大 ,目前合成氨產(chǎn)量已躍居世界第一位 ,已掌握了以焦炭、無煙煤、焦爐氣、天然氣及油田伴生氣和液態(tài)烴多種原料生產(chǎn)合成氨、尿素的技術 ,形成了特有的煤、石油、天然氣原料并存和大、中、小生產(chǎn)規(guī)模并存的生產(chǎn)格局。由于中變后串了寬變催化劑，使變換系統(tǒng)便于 操作，也大幅度降低了能耗。在中變串低變流程中，由于寬變催化劑的串入，操作條件發(fā)生了較大的變化。 目前，變換工段主要采用中變串低變的工藝流程，這是從 80 年代中期發(fā)展起來的 [1]。第一步是高溫變換，使大 部分 CO 轉變?yōu)?CO2和 H2； 第二步是低溫變換，將 CO 含量降至 %左右。變換反應如下： 2 2 2C O H O = C O H??。 在合成氨生產(chǎn)中，各種方法制取的原料氣都含有 CO，其體積分數(shù)一般為 12%~40%[2]。 合成氨 變換工段是指 CO 與水蒸氣反應生成 CO2和 H2的過程。在化學工業(yè)中，合成氨工業(yè)已經(jīng)成為了重要的支柱產(chǎn)業(yè)。 目的和意義 氨是重要的無機化工產(chǎn)品，在國民經(jīng)濟中占有重要地位。變換工段工序是合成氨生產(chǎn)中的第一步，也是較為關鍵的一步，因為能否正常生產(chǎn)出合格的壓縮氣，是后面的所有工序正常運轉的前提條件。最后，少量的 CO 用 液氨洗滌法，或是低溫變換串聯(lián)甲烷化法加以脫除 [1]。粗原料氣中常含有大量的 C，由于 CO 是合成氨催化劑的毒物，所以必須進行凈化處理，通常 先經(jīng)過 CO 變換反應，使其轉化為易于清除的 CO2和氨合成所需要的 H2。合成氨生產(chǎn)經(jīng)過多年的發(fā)展，現(xiàn)已發(fā)展成為一種成熟的化工生產(chǎn)工藝。 涉密論文按學校規(guī)定處理。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學位論文版權使用授權書 本學位論文作者完全了解學校有關保留、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向國家有關部門或機構送交論 文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。 作者簽名： 日 期： 學位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的研究成果。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。 關鍵詞： 合成氨 ； 變換； 計算 The Technological Design on transform System for Ammonia Plant Abstract： This design was mainly for the synthetic ammonia plant shift conversion section. The technological process used the middle temperature change first ， and then used the low temperature change .Process calculation mainly included material balance, energy balance and equipment selection. Key words: ammonia synthesis, transform , calculation. 畢業(yè)設計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權說明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設計（論文），是我個人在指導教師的指導下進行的研究工作及取得的成果。合成氨廠變換車間工藝設計 摘要 ： 本設計主要是對 合成氨 工廠 變換工 段的設計 ，此設計選用 中變串低變 工藝流程。工藝計算過程主要包括物料衡算，能量衡算以及設備選型計算等。盡我所知，除文中特別加以標注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機構的學位或學歷而使用過的材料。 作 者 簽 名： 日 期： 指導教師簽名： 日 期： 使用授權說明 本人完全了解 大學關于收集、保存、使用畢業(yè)設計（論文）的規(guī)定，即：按照學校要求提交畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版本；學校有權保存畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務；學?？梢圆捎糜坝　⒖s印、數(shù)字化或其它復制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。除了文中特別加以標注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。本人授權 大學可以將本學位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。 作者簽名： 日期： 年 月