【正文】 底。但從動(dòng)力學(xué)角度，加壓可提高反應(yīng)速率。但是提高壓力使析炭和生成甲烷等副反應(yīng)易于進(jìn)行。一氧化碳與水蒸氣的反應(yīng)是一個(gè)可逆的放熱反應(yīng)，反應(yīng)熱是溫度的函數(shù)。催化劑段間換熱等用水加熱器逐級(jí)回收、逐級(jí)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，催化劑用兩可以減少一半以上，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。全低變工藝是全部采用低溫活性鈷鉬系變換催化劑進(jìn)行一氧化碳變換的工藝過(guò)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(guān)鍵是增加了第一低變，填補(bǔ)了280～250℃這一中變串低變所沒(méi)有的反應(yīng)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劑，利用中溫變換的高溫來(lái)提高反應(yīng)速率，脫除有毒雜質(zhì)，利用兩段低溫變換提高變換率，實(shí)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(duì)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。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。前者指在合成塔后設(shè)置水加熱器以熱水形式向變換系統(tǒng)補(bǔ)充熱能，并通過(guò)變換工段設(shè)置的兩個(gè)飽和熱水塔使自產(chǎn)蒸汽達(dá)到變換反應(yīng)所需的汽氣比。加壓中溫變換工藝主要特點(diǎn)是：采用低溫高活性的中變催化劑，降低了工藝上對(duì)過(guò)量蒸汽的要求；采用段間冷激降溫，減少了系統(tǒng)的熱負(fù)荷和阻力，減小外供蒸汽量；合成與變換，銅洗構(gòu)成第二換熱網(wǎng)絡(luò)，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(diào)、冷藏等系統(tǒng)的制冷劑，在冶金工業(yè)中用來(lái)提煉礦石中的銅、鎳等金屬，在醫(yī)藥和生物化學(xué)方面生產(chǎn)磺胺類(lèi)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。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(fù)肥，都是以氨為原料的。氨在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要的地位。生產(chǎn)過(guò)程中不生成或很少生成副產(chǎn)物、廢物,實(shí)現(xiàn)或接近“零排放”的清潔生產(chǎn)技術(shù)將日趨成熟和不斷完善；提高生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性,延長(zhǎng)運(yùn)行周期是未來(lái)合成氨裝置“改善經(jīng)濟(jì)性、增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力”的必要保證。以天然氣為原料制氨噸氨能耗已經(jīng)接近了理論水平,今后難以有較大幅度的降低,但以油、煤為原料制氨,降低能耗還可以有所作為。大型化、集成化、自動(dòng)化,形成經(jīng)濟(jì)規(guī)模的生產(chǎn)中心、低能耗與環(huán)境更友好將是未來(lái)合成氨裝置的主流發(fā)展方向。目前合成氨總生產(chǎn)能力為4500萬(wàn)噸/年左右,氮肥工業(yè)已基本滿足了國(guó)內(nèi)需求,在與國(guó)際接軌后,具備與國(guó)際合成氨產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)的能力,今后發(fā)展重點(diǎn)是調(diào)整原料和產(chǎn)品結(jié)構(gòu),進(jìn)一步改善經(jīng)濟(jì)性。變換過(guò)程需在高溫高壓使用催化劑條件下進(jìn)行，因此變換工序是合成氨生產(chǎn)的高成本工序,其成本降低對(duì)合成氨成本的降低有重要意義。一方面入爐的蒸汽比有了較大幅度的降低；另一方面變換氣中的CO含量也大幅度降低。所謂中變串低變流程，就是在B106等FeCr系催化劑之后串入CoMo系寬溫變換催化劑。因此，CO變換反應(yīng)既是原料氣制造的繼續(xù)，又是凈化的過(guò)程，為后續(xù)脫碳過(guò)程創(chuàng)造條件。由于CO變換過(guò)程是強(qiáng)放熱過(guò)程，必須分段進(jìn)行以利于回收反應(yīng)熱，并控制變換段出口殘余CO含量。合成氨需要的兩種組分是H2和N2，因此需要除去合成氣中的CO。在合成氨工藝流程中起著非常重要的作用。因而能耗是衡量合成氨技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)效益的重要指標(biāo)。合成氨，除原料為天然氣、石油、煤炭等一次能源外，整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程還需消耗較多的電力、蒸汽等二次能源，而用量又很大。因此，CO變換既是原料氣的凈化過(guò)程，又是原料氣造氣的繼續(xù)。合成氨的生產(chǎn)主要分為原料氣的制取和原料氣的凈化與合成。在化學(xué)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)。氨是重要的無(wú)機(jī)化工產(chǎn)品，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)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(guān)鍵的一步，因?yàn)槟芊裾Ｉa(chǎn)出合格的壓縮氣，是后面的所有工序正常運(yùn)轉(zhuǎn)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。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(jìn)行凈化處理，通常，先經(jīng)過(guò)CO變換反應(yīng)，使其轉(zhuǎn)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(guò)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。 process design。 Then design and calculate overall structure of the shift converter and the heat interchanger. Finally carries on the intensity examination to the shift converter. Key word: low and medium temperature。 Secondly carries on the reasonable design to the entire factory arrangement。首先對(duì)工藝流程和工藝條件進(jìn)行簡(jiǎn)單說(shuō)明；然后對(duì)全廠布置進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)；其次根據(jù)工藝參數(shù)對(duì)中變爐、低變爐、飽和熱水塔等主要設(shè)備進(jìn)行物料、熱量衡算；再次對(duì)變換爐、換熱器進(jìn)行總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算；最后對(duì)變換爐進(jìn)行強(qiáng)度校核。年產(chǎn)50萬(wàn)噸合成氨中變換工段設(shè)計(jì)[摘要]變換工段工序是合成氨生產(chǎn)中關(guān)鍵的一步，其主要任務(wù)是將變換氣中的一氧化碳轉(zhuǎn)化為二氧化碳。本設(shè)計(jì)采用中串低工藝流程。[關(guān)鍵詞]中串低；變換工段；工藝設(shè)計(jì) The Design of the Conversion Section in the Production of the 500 thousand tons Synthetic Ammonia per yearAbstract: Conversion section is the key step in the Synthetic Ammonia production, the main task is transform the Carbon monoxide in the feed gas to Carbon dioxide.This design uses high and low temperature shift in series process. Firstly, simply introduce the process and process conditions。 Next according to the parameters to calculate the material and heat balance of the main equipment such as medium temperature shift furnace、low temperature shift furnace and Saturated hot water tower.。 conversion section。目 錄1 概述 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 42 全廠總平面布置 5 5 5 5 5 53 物料與熱量衡算 7 7 7 7 7 8 8 9 12 15 15： 16 16 17 17 飽和熱水塔的熱量和物料衡算 19 飽和塔的熱量和物料衡算 19 20 21 234 設(shè)備的計(jì)算 24 24 24 24 第二段床層觸媒用量 25 觸媒直徑的計(jì)算 26 27 28 28 28 29 29 30 30 31 32 32 335 變換爐機(jī)械設(shè)計(jì)及校核 35 35 35 35 35 裙座質(zhì)量 36 3法蘭、接管與附屬物質(zhì)量 36 3扶梯質(zhì)量 36 36 37 37 37 38 39 39 39 39 39 40 40 40 41 41 41 42 42 42 43 43 43 43總結(jié) 45設(shè)備一覽表 46符號(hào)說(shuō)明 47參考文獻(xiàn) 48致謝 49附圖說(shuō)明 501 概述氨是一種重要的化工產(chǎn)品，主要用于化學(xué)肥料的生產(chǎn)。合成氨的生產(chǎn)主要分為：原料氣的制取；原料氣的凈化與合成。因此，CO變換既是原料氣的凈化過(guò)程，又是原料氣造氣的繼續(xù)。變換工段是指CO與水蒸氣反應(yīng)生成二氧化碳和氫氣的過(guò)程。在合成氨工藝流程中起著非常重要的作用。隨著世界人口的不斷增加，用于制造尿素、硝酸銨、磷酸銨、硫酸銨以及其他化工產(chǎn)品的氨用量也在增長(zhǎng)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界每年合成氨產(chǎn)量已達(dá)到1億噸以上，其中約有80%的氨用來(lái)生產(chǎn)化學(xué)肥料，20%作為其它化工產(chǎn)品的原料。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(jìn)行凈化處理，通常，先經(jīng)過(guò)CO變換反應(yīng)，使其轉(zhuǎn)化為易于清除的CO2和氨合成所需要的H2。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?，F(xiàn)在合成氨能耗約占世界能源消費(fèi)總量的3%，中國(guó)合成氨生產(chǎn)能耗約占全國(guó)能耗的4%。變換工段是指CO與水蒸氣反應(yīng)生成CO2和H2的過(guò)程。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?jǐn)?shù)一般為12%~40%。變換反應(yīng)如下：。第一步是高溫變換，使大部分CO轉(zhuǎn)變?yōu)镃O2和H2；第二步是低溫變換，%左右。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(lái)的。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。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。我國(guó)的氮肥工業(yè)自20世紀(jì)50年代以來(lái),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(wú)煙煤、焦?fàn)t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(shù),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。根據(jù)合成氨技術(shù)發(fā)展的情況分析,估計(jì)未來(lái)合成氨的基本生產(chǎn)原理將不會(huì)出現(xiàn)原則性的改變,其技術(shù)發(fā)展將會(huì)繼續(xù)緊密?chē)@“降低生產(chǎn)成本、提高運(yùn)行周期,改善經(jīng)濟(jì)性”的基本目標(biāo),進(jìn)一步集中在 “大型化、低能耗、結(jié)構(gòu)調(diào)整、清潔生產(chǎn)、長(zhǎng)周期運(yùn)行”等方面進(jìn)行技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)。單系列合成氨裝置生產(chǎn)能力將從2000t/d提高至4000~5000t/d。在合成氨裝置大型化的技術(shù)開(kāi)發(fā)過(guò)程中,其焦點(diǎn)主要集中在關(guān)鍵性的工序和設(shè)備,即合成氣制備、合成氣凈化、氨合成技術(shù)、合成氣壓縮機(jī)；在低能耗合成氨裝置的技術(shù)開(kāi)發(fā)過(guò)程中,其主要工藝技術(shù)將會(huì)進(jìn)一步發(fā)展；實(shí)施與環(huán)境友好的清潔生產(chǎn)是未來(lái)合成氨裝置的必然和惟一的選擇。有利于“提高裝置生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)率、延長(zhǎng)運(yùn)行周期”的技術(shù),包括工藝優(yōu)化技術(shù)、先進(jìn)控制技術(shù)等將越來(lái)越受到重視。現(xiàn)在約有80%的氨用來(lái)制造化學(xué)肥料，其余作為生產(chǎn)其他化工產(chǎn)品的原料。氨在工業(yè)上主要用來(lái)制造炸藥和各種化學(xué)纖維和塑料。在化纖和塑料工業(yè)中，則以氨、硝酸和尿酸作為氮源，生產(chǎn)已內(nèi)酰胺，尼龍6單體、己二胺、人造絲、全脂樹(shù)脂和脲醛樹(shù)脂等產(chǎn)品。中溫變換工藝早期均采用常壓，經(jīng)節(jié)能改造，現(xiàn)在大都采用加壓變換。其中有兩種模式，一是“水流程”模式，二是“汽流程”模式。后者在合成塔設(shè)后置式鍋爐或中置式鍋爐產(chǎn)生蒸汽供變換用，變換工段則設(shè)置第二熱水塔回收系統(tǒng)余熱供精煉銅液再生用；采用電爐升溫，革新了變換工段燃燒爐升溫方法，使之達(dá)到操作簡(jiǎn)單、平穩(wěn)、省時(shí)、節(jié)能效果。由于寬變催化劑的串入，操作條件發(fā)生了較大的變化。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。這樣，由于催化劑終態(tài)溫度降低，可以減少蒸汽添加量，達(dá)到節(jié)能的效果。與中變流程相比,中串低工藝蒸汽消耗下降,飽和塔負(fù)荷減輕。這樣充分發(fā)揮了中變催化劑和低變催化劑的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了最佳組合，達(dá)到了能耗低、阻力小、操作方便的理想效果。比全低變工藝操作穩(wěn)定在于中低低工藝以鐵鉻系中變催化劑為凈化劑，過(guò)濾煤氣中氧和油污，起到了保護(hù)鈷鉬系耐硫催化劑的作用。低變爐各段進(jìn)口溫度均在200℃左右，床層溫度比傳統(tǒng)的床層溫度下降100～300℃，有利于變換反應(yīng)平衡。熱回收率高，有效能損失小，熱交換設(shè)備換熱面積可減少1/2左右。余熱回收效果好。一氧化碳變換反應(yīng)式為： (1) (2)其中反應(yīng)（1）是主反應(yīng)，反應(yīng)（2）是副反應(yīng)，為了控制反應(yīng)向生成目的產(chǎn)物的方向進(jìn)行，工業(yè)上采用對(duì)式反應(yīng)（1）具有良好選擇性催化劑，進(jìn)而抑制其它副反應(yīng)的發(fā)生。變換過(guò)程中還包括下列反應(yīng)式： (1)壓力：壓力對(duì)變換反應(yīng)的平衡幾乎沒(méi)有影響。單就平衡而言，加壓并無(wú)好處。從能量消耗上看，加壓也是有利。具體操作壓力的數(shù)值，應(yīng)根據(jù)中小型氨廠的特點(diǎn)，特別是工藝蒸汽的壓力及壓縮機(jī)投各段壓力的合理配置而定。(2)溫度：變化反應(yīng)是可逆放熱反應(yīng)。因而存在著最佳反應(yīng)溫。(3)汽氣比水蒸汽比例一般指H2O/CO比值或水蒸汽/干原料氣。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(yīng)的進(jìn)行。但是，水蒸氣用量是變換過(guò)程中最主要消耗指標(biāo)，盡量減少其用量對(duì)過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性具有重要的意義，蒸汽比例如果過(guò)高，將造成催化劑床層阻力增加；CO停留時(shí)間縮短，余熱回收設(shè)備附和加重等，所以，中（高）變換時(shí)適宜的水蒸氣比例一般為：H2O/CO=3～5，經(jīng)反應(yīng)后，中變氣中H2O/CO可達(dá)15以上，不必再添加蒸汽即可滿足低溫變換的要求。若一氧化碳體積分?jǐn)?shù)較高，應(yīng)采用中溫變換因?yàn)橹凶兇呋瘎┎僮鳒囟确秶^寬，而且價(jià)廉，壽命長(zhǎng)，大多數(shù)合成氨原料氣中一氧化碳高于10%，故都可先通過(guò)中變除去大部分一氧化碳。其次，根據(jù)原料氣的溫度和濕含量情況，則考慮適當(dāng)預(yù)熱