年產(chǎn)萬(wàn)噸小合成氨廠中溫變換工段工藝設(shè)計(jì)-文庫(kù)吧資料
2024-08-19 00:27本頁(yè)面
【正文】 劑層氣體組成① 出三段催化劑層干氣組成組分CO2COH2N2CH4合計(jì)② 出三段催化劑層濕氣組成組分CO2COH2N2CH4H2O合計(jì)d. 熱量計(jì)算計(jì)算CO變換反應(yīng)氣體溫升① 入熱CO反應(yīng)放熱Q1設(shè)氣體由400℃升至415℃，反應(yīng)取平衡溫度408℃時(shí)的熱效應(yīng)，查資料[2]圖421的反應(yīng)熱效應(yīng)。f. 最適宜溫度曲線計(jì)算最適宜溫度曲線由下式作出以B109催化劑的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。CO反應(yīng)熱O2燃燒熱合計(jì)② 出熱氣體溫升吸熱設(shè)氣體溫升為Δt，氣體在平均溫度400℃下查資料[2]圖461～圖468計(jì)算得到平均摩爾熱容為 熱損失設(shè)合計(jì)熱平衡： ∴℃氣體出口溫度為t=370+60=430℃與前面所假設(shè)溫度一致。由于B109催化劑CO變換的逆反應(yīng)活化能為：對(duì)于變換反應(yīng)r=1，則為反應(yīng)熱，取其平均溫度403℃下的值，即 求得不同下的值如下表以上面的數(shù)據(jù)作出最適宜溫度曲線（） g. 操作線計(jì)算由一段催化劑變化率及熱平衡計(jì)算結(jié)果知一段入口氣體溫度320℃一段出口氣體溫度485℃一段入口CO變換率0%由此可作出一段催化劑反應(yīng)的操作線（） 一段操作的平衡曲線、最適宜溫度曲線及操作線(4) 中變爐二段催化劑層物料及熱量計(jì)算設(shè)中變一段爐出口氣體經(jīng)過(guò)30%的半水煤氣冷激后溫度為400℃中變二段爐進(jìn)口氣體溫度為370℃則氣體從400℃降到370℃的平均溫度為385℃，查得385℃（kmole. 一段催化劑平衡曲線計(jì)算根據(jù)中變爐一段入口中蒸汽比（汽/氣），由式計(jì)算各溫度下的平衡變換率列于下表/℃320340360380400420440460480500式中由資料[2]查的，用表中數(shù)據(jù)作圖即得平衡曲線（），氣體組分及蒸汽比不同時(shí)，則計(jì)算的平衡變換率亦不相同。且70%的O2在一段催化劑層與氫完全燃燒生成水，則CO反應(yīng)量為：CO總反應(yīng)量為設(shè)中變一段變換爐出口氣體溫度為485℃，平均溫距取15℃，℃，查手冊(cè)[1]，知500℃時(shí)，則入爐蒸汽量：則入爐濕氣組成組分CO2COH2N2CH4O2H2O合計(jì)c. 出一段催化劑層氣體組成① 出一段催化劑層干氣組成組分CO2COH2N2CH4合計(jì)② 出一段催化劑層濕氣組成組分CO2COH2N2CH4H2O合計(jì)d. 熱量計(jì)算計(jì)算CO變換反應(yīng)氣體溫升① 入熱CO反應(yīng)放熱Q1設(shè)氣體由320℃升至485℃，反應(yīng)取平衡溫度403℃時(shí)的熱效應(yīng)，查資料[2]圖421的反應(yīng)熱效應(yīng)。第2章 工藝計(jì)算 物料及熱量衡算 已知條件及計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)a. 半水煤氣組分（干）組分CO2COH2N2CH4O2合計(jì)18110021451072513695594033016533000b. 壓力（表壓）（表壓）c. 溫度進(jìn)系統(tǒng)半水煤氣溫度40℃一段進(jìn)口溫度320℃；一段出口溫度485℃二段進(jìn)口溫度370℃；二段出口溫度430℃三段進(jìn)口溫度400℃；三段出口溫度415℃；出系統(tǒng)變換氣溫度35℃循環(huán)熱水溫度120℃出系統(tǒng)變換氣（干）%d. 計(jì)算基準(zhǔn)以1t氨為計(jì)算基準(zhǔn)。變換氣經(jīng)熱交換器加熱原料氣，再經(jīng)第一熱水加熱器加熱熱水，然后進(jìn)入熱水塔進(jìn)一步冷卻、減濕，溫度降到100～110℃。其他則經(jīng)熱交換器進(jìn)一步預(yù)熱到320℃進(jìn)入變換爐。% CO、溫度為40℃的半水煤氣，經(jīng)熱水洗滌塔除去氣體中的油污、雜質(zhì)，進(jìn)入飽和塔下部與上部噴淋下來(lái)的120～140℃的熱水逆流接觸，氣體被加熱而又同時(shí)增濕。但CO變換率并不是與蒸汽量成正比增加。一般中變溫度為300～500℃③ 此為一可逆反應(yīng)：增加反應(yīng)物濃度可促進(jìn)正反應(yīng)進(jìn)行，故增加反應(yīng)物蒸汽的量可以使反應(yīng)向右進(jìn)行，有利于提高變換率，且過(guò)量的水蒸氣還起到熱載體的作用。由反應(yīng)式知：① 反應(yīng)前后體積不變：從化學(xué)平衡角度來(lái)看，提高壓力不能使化學(xué)反應(yīng)向右移動(dòng)，但可以促進(jìn)分子間的有效碰撞，加快反應(yīng)速度，提高催化劑生產(chǎn)能力。因此，在合成前必須將它除掉。當(dāng)變換反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)一氧化碳的變換率叫做平衡變換率，蒸汽比對(duì)平衡變換率的影響：隨著蒸汽比的提高，平衡變換率增加，但增加的趨勢(shì)是先快而慢，當(dāng)蒸汽比提高到某一段數(shù)值后，平衡變換率的升高就很慢了，因此在蒸汽比過(guò)低的情況下，提高蒸汽比對(duì)提高平衡變換率和反應(yīng)速度有利，但過(guò)高的蒸汽比則在經(jīng)濟(jì)上是不合理的。但加壓對(duì)析碳等副反應(yīng)卻是有利的。因此，反應(yīng)溫度愈低，愈有利于變換反應(yīng)，但降溫必須與反應(yīng)速度和催化劑的性能一并考慮，反應(yīng)溫度必須在催化劑的使用溫度范圍內(nèi)選擇。 原理一氧化碳變換的反應(yīng)式為 一氧化碳變換為可逆反應(yīng)，因此應(yīng)盡可能使反應(yīng)向有利于生成氫和二氧化碳的方向進(jìn)行，而殘余的一氧化碳則在以后的工序中用銅氨液洗滌去等除去。此次設(shè)計(jì)的目的有二：一是必須達(dá)到所要求的變換率，即出口一氧化碳的百分含量為4%；另一方面是極可能地回收熱量。同時(shí)，經(jīng)過(guò)回收后可以作為生產(chǎn)尿素、純堿等的原料，因此，一氧化碳變換反應(yīng)在合成氨工業(yè)中具有重要的意義。利用一氧化碳與水蒸氣作用生成氫和二氧化碳的反應(yīng)，可以增加合成氨原料煤氣中氫氣的含量；根據(jù)不同的催化劑和工藝條件。一氧化碳與水蒸氣在催化劑上變換生成氫和二氧化碳的過(guò)程為一氧化碳的變換，這一過(guò)程很早就用于合成氨工業(yè)，在合成氨生產(chǎn)中，由于制取氣的生產(chǎn)成本中占加大的比重。將半水煤氣經(jīng)過(guò)增濕加熱，在一定的溫度和壓力下變換爐內(nèi)，借助催化劑的催化作用，使半水煤氣中的一氧化碳（28%）與水蒸氣進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，轉(zhuǎn)變?yōu)槎趸?。CO變換流程，對(duì)與固定層煤氣化裝置配套時(shí)，所用設(shè)備較多。此后，特別是上世界60年代以后，合成氨原料改用天然氣、油田氣、石油加工氣和輕油等，生產(chǎn)方法大多采用加壓的蒸汽轉(zhuǎn)化法，變換則在加壓下進(jìn)行。CO變換，視其原料和所采取的生產(chǎn)方法不同，也有不同的工藝流程。通過(guò)變換工序?qū)O變?yōu)镠2使產(chǎn)品成本降低，工廠經(jīng)濟(jì)效益提高。最好的辦法使提高CO變換率。 變換工藝概述 簡(jiǎn)述在合成氨生產(chǎn)中，制取氫氣，在生產(chǎn)中占有很大比重，因此要盡一切可能設(shè)法獲得最多氫氣。當(dāng)今世界新技術(shù)革命深入發(fā)展，科學(xué)技術(shù)日新月異，科技更新進(jìn)一步加快，經(jīng)濟(jì)發(fā)展從主要依靠物質(zhì)資源逐漸向主要依靠科學(xué)技術(shù)迅速轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的時(shí)代過(guò)渡。
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