【正文】 a下半水煤氣各組分的比熱容并求出平均比熱容Cp(m)= kJ/kmol?K。表215 CO在第二段變換爐第二段催化劑最適宜轉(zhuǎn)化溫度Table 210 The optimal temperature for CO in the second stage of the second shift converterXp，%Te，KTm，Ktm，℃由以上數(shù)據(jù)作圖即可求得最適宜溫度曲線，見(jiàn)圖23。表214 CO在第二變換爐第二段催化劑平衡轉(zhuǎn)換率Table 214 The equilibrium conversion rate of CO in the second paragraph of the second shift converterT，℃160180200220240260280KpXp，%由表中數(shù)據(jù)作圖即可求得平衡曲線，見(jiàn)圖23。 第二變換爐第二段催化劑床層平衡曲線計(jì)算入此段催化劑床層汽/。由Q1=Q2+Q3 △t=25 ℃計(jì)算溫度與出口溫度一致，故不需要重復(fù)計(jì)算。表212 出第二變換爐催化劑層濕變換氣組成Table212 The position of the wet shift gas outlet the second stage of the second shift converter組分H2COCO2CH4N2H2O合計(jì)%100Nm3kmol.出變換爐的干變換氣組成見(jiàn)表213。由此可知進(jìn)入此段催化劑層的濕氣組成，結(jié)果見(jiàn)表211。 第二變換爐第二段催化劑床層物料及熱量衡算由前面的計(jì)算可知在CO的變換過(guò)程中須加入的總蒸汽量為 Nm Nm3。表210 CO在第二段變換爐第一段催化劑最適宜轉(zhuǎn)化溫度Table 210 The optimal temperature for CO in the first stage of the second shift converterXp，%Te，KTm，Ktm，℃由以上數(shù)據(jù)作圖即可求得此段最適宜溫度曲線，見(jiàn)圖22。在230 ℃時(shí)查文獻(xiàn)[1]可知此時(shí)的Kp=，把數(shù)據(jù)代入式（21）可得：由表中數(shù)據(jù)作圖即可求得平衡曲線，見(jiàn)圖22。根據(jù)入此段催化劑床層的氣體組成，計(jì)算各溫度下的平衡轉(zhuǎn)化率，結(jié)果如表29。 第二變換爐第一段催化劑熱量衡算（1）CO放熱Q1設(shè)第二變換爐一段內(nèi)CO變換反應(yīng)放熱量為Q1氣體由230℃升至280℃，平均溫度tm=255 ℃，查文獻(xiàn)[1]知?jiǎng)t （2）氣體溫度上升吸熱Q2濕變換氣在平均溫度255 ℃， MPa下，查文獻(xiàn)[1]知Cp(H2)= kJ/kmol?K Cp(N2)= kJ/kmol?K Cp(CO)= kJ/kmol?K Cp(CO2)= kJ/kmol?K Cp(CH4)= kJ/kmol?K Cp(H2O)= kJ/kmol?K 則 Q2 = △t（3）假設(shè)熱損失Q3=kJ/kmol由熱量平衡得 Q1=Q2+Q3 △t=50 ℃計(jì)算溫度與出口溫度一致，故不需要重復(fù)計(jì)算。表27 入第二變換爐第一段變換氣組成Table27 The position of the shift gas inlet the first paragraph of the second shift converter組分H2COCO2CH4N2H2O合計(jì)%100Nm3kmol 第二變換爐第一段催化劑層CO的平衡轉(zhuǎn)化率計(jì)算由出口平衡溫度350℃，查文獻(xiàn)[1]知Kp=，由公式（22）代入數(shù)據(jù)得：出口濕氣體組成計(jì)算如下：CO的量 CO2的量 H2的量 H2O的量 由上面的計(jì)算可得出出口濕變換氣的組成,結(jié)果見(jiàn)下表28。由前面的計(jì)算可知A=、C=、D=（21）解得B=。 CO在第一變換爐催化劑層變換反應(yīng)操作線由第一變換爐催化劑變換率及熱平衡計(jì)算可知入口氣體溫度 200 ℃出口氣體溫度 370 ℃入口CO變換率 0出口CO變換率 %由此可作出第一變換爐催化劑床層操作線如圖21所示 第二變換爐第一段催化劑層物料及熱量衡算 第二變換爐第一段催化劑層汽/氣比設(shè)在此段CO的總轉(zhuǎn)化率達(dá)到88%，可知CO在此段催化劑層的總轉(zhuǎn)化量為kmol則知CO在此段催化劑層的轉(zhuǎn)化量為== kmol根據(jù)以上計(jì)算可得CO在此段的轉(zhuǎn)化率為設(shè)氣體入口、出口溫度分別為230 ℃、280 ℃，平衡溫距取70 ℃，則出口氣體平衡溫度為350 ℃。同理，可分別求出各轉(zhuǎn)化率下的最適宜溫度，結(jié)果見(jiàn)下表26。 CO在第一變換爐催化劑床層最適宜溫度查文獻(xiàn)可得最適宜溫度計(jì)算公式為[1]： （23）式中，Tm——最適宜溫度，KTe——平衡溫度，KR——通用氣體常數(shù)， kJ/kmolEE2——正、逆反應(yīng)活化能，kJ/kmol—— CO變換反應(yīng)熱，kJ/kmol對(duì)于變換反應(yīng)r =1查文獻(xiàn)[1]可知 E1 = 43340 kJ/kmol，在平均溫度280 ℃時(shí)，由式：代入數(shù)據(jù)，可得=。由平衡變換率的計(jì)算公式： 可求出各溫度下的平衡轉(zhuǎn)化率，結(jié)果見(jiàn)表25。查文獻(xiàn)[1]知CO變換反應(yīng)的，則由表22和表24中的數(shù)據(jù)可求出（2）氧氣和氫氣燃燒放熱Q2查文獻(xiàn)[2]可知氧氣和氫氣燃燒焓為484017 kJ/kmol，則（3）氣體溫度上升吸熱Q3在平均溫度285 ℃ MPa下可查出Cp(H2)= kJ/kmol?K Cp(N2)= kJ/kmol?KCp(CO)= kJ/kmol?K Cp(CO2)= kJ/kmol?KCp(CH4)= kJ/kmol?K Cp(O2)= kJ/kmol?KCp(H2O)= kJ/kmol?K則平均比熱容：= kJ/kmol?K氣體吸熱 設(shè)熱損失 Q4 =106 kJ由熱平衡方程式 將上述數(shù)據(jù)代入熱平衡方程式知：△t=160 ℃。表23 出第一變換爐催化劑變換氣干氣體組成Table23 The position of the dried semiwater gas out the first converter組分H2COCO2CH4N2合計(jì)%100Nm3kmol出一段催化劑層剩余濕氣量+= Nm3剩余蒸汽量 剩余CO的量 = Nm3CO在濕氣中含量 同理，可求出COHCHNH2O在濕氣中的含量，結(jié)果見(jiàn)下表24。表22 入第一變換爐濕半水煤氣組成Table22 The position of the wet semiwater gas into the first shift converter組分CO2COH2CH4O2H2ON2合計(jì)%100Nm3105404kmol CO平衡變換率及出催化劑床層氣體的組成設(shè)360℃時(shí)的平衡變換率為Xp， 360 ℃時(shí)的Kp=]，代入式（21）得：則實(shí)際變換率為平衡變換率 由以上計(jì)算知實(shí)際反應(yīng)掉的CO的量為= Nm3。查文獻(xiàn)[1]知380 ℃時(shí)的Kp=，由式（21）代入數(shù)據(jù)可得：解上式得 B=即此時(shí)的汽氣比為 。并由表21可知A、C、%、%、%，將A、C、D和Kp的值代入式（21）求得：B=。表21 初始半水煤氣組成Table21 The position of the initial semiwater gas組分CO2COH2CH4O2N2合計(jì)%100Nm3kmol CO全變換過(guò)程總蒸汽比的計(jì)算選用B302Q型催化劑，設(shè)第二變爐出口變換氣溫度為200 ℃，平衡溫距為24 ℃，則計(jì)算時(shí)取變換溫度為t=224℃。第二章 物料衡算及熱量衡算計(jì)算基準(zhǔn)：1噸NH3。經(jīng)第二變換爐第一段催化劑床層變換反應(yīng)后CO的變換率可達(dá)到85%左右，溫度上升到280 ℃左右進(jìn)入淬冷過(guò)濾器II，逆向與噴淋下的冷卻水進(jìn)行熱交換，使其溫度下降到190 ℃左右，同時(shí)補(bǔ)充水蒸氣，達(dá)到設(shè)計(jì)要的汽氣比進(jìn)入第二變換爐第二段催化劑床層進(jìn)行變換，最終CO的變換率可達(dá)到99%。出煤氣換熱器的半水煤氣與來(lái)自管網(wǎng)的中壓水蒸氣混合，一方面使半水煤氣溫度上升到變換反應(yīng)溫度，另一方面使半水煤氣增濕，并達(dá)到設(shè)計(jì)要求所需要的汽氣比進(jìn)入第一變換爐發(fā)生變換反應(yīng)，在第一變換爐內(nèi)CO的變換率可達(dá)到60%左右。經(jīng)凈化的半水煤氣進(jìn)入變換氣換熱器與從第二變換爐出來(lái)的變換氣進(jìn)行逆向熱交換，使其溫度上升到180 ℃左右，變換氣溫度下降到160 ℃左右。 工藝流程簡(jiǎn)述 全低變的工藝流程示意圖見(jiàn)圖11。（4） 硫中毒硫是銅基低變催化劑的主要毒物之一。（3） 鹵素中毒在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，鹵素對(duì)低變催化劑的毒害作用被人們忽視。（2） 物理性破壞這里所指的物理性破壞，主要是指催化劑在操作溫度下，由于水蒸氣在催化劑微孔內(nèi)能夠凝聚和蒸發(fā)相繼反復(fù)進(jìn)行，而使催化劑破裂，造成催化劑床層阻力增大。盡管作為結(jié)構(gòu)性助催化劑的高熔點(diǎn)氧化鉻和氧化鋁的存在，間隔體對(duì)阻止銅晶粒的長(zhǎng)大，也無(wú)濟(jì)于事。熱燒結(jié)引起催化劑表面積減少，主要是由于分散狀銅微晶粒，相鄰間的晶粒在一定溫度下擴(kuò)散并使晶粒長(zhǎng)大。 催化劑的活性降低和中毒（1） 熱燒結(jié)當(dāng)溫度超過(guò)280℃時(shí)，還原態(tài)金屬銅容易產(chǎn)生燒結(jié)，使催化劑表面積顯著減少，活性急劇下降。但是就催化劑生產(chǎn)的勞動(dòng)條件來(lái)看，CuO ZnO Al2O3系要比CuOZnOCr2O3系好，其制造成本要看鋁的加入形式和來(lái)源。例如添加錳的催化劑，顯示出很高的活性和良好的耐熱性。結(jié)構(gòu)性助催化劑的加入不但和組分有關(guān)，而且和加入方法更為密切。ZnO有促進(jìn)催化劑活性的作用，并能起改進(jìn)銅微晶長(zhǎng)大的穩(wěn)定和分散作用。銅基催化劑的助催化劑組分有Zn