【正文】 roduced in the low temperature shift of meaning, then according to the known gas position, operating conditions, using variable string line of lowchange process. First of all, the low variable for the material and heat balance, determine the optimal temperature curve of the catalyst, catalyst amount, height, according to the results of major equipment selection, the final pletion of the purpose of this design. Design of a total, in the temperature shift, the main heat exchanger, lowtemperature shift of several major equipment. And also on the temperature shift to the mechanical strength of calculation and checking. Finally, design results, drawing out the ammonia in the low shift process control points with the process and major equipment plan. Key words: midlow temperature transformation。設(shè)計(jì)中一共有中變爐 、 主換熱器 、 低變爐幾個(gè)主要設(shè)備 ， 并且還對中變爐進(jìn) 行了機(jī)械強(qiáng)度的計(jì)算及校核。 在本設(shè)計(jì)中，首先介紹中低溫變換的意義，然后根據(jù)已知的氣體組成，操作條件，采用了中變串低變的工藝流程路線。河南城建學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文） 摘要 1 摘 要 合成氨變換工段工序是合成氨生產(chǎn)中的重要一步，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。因此，必須控制一定的工藝條件，使轉(zhuǎn)化氣的組成，滿足的工藝生產(chǎn)的要求。首先對中，低變進(jìn)行了物料和熱量衡算，確定催化劑最佳溫度曲線，催化劑用量，高度，根據(jù)計(jì)算結(jié)果對主要設(shè)備選型，最終完成了本設(shè)計(jì)的宗旨。最后根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)果，繪制出合成氨中 低變換工藝的帶控制點(diǎn)的流程和主要設(shè)備圖。 carbon monoxide。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。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 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。在合成氨工藝流程中起著非常重要的作用。 所謂中變串低變流程，就是在 B107 等 FeCr 系催化劑之后串入 CoMo系寬溫變換催化劑。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。 工藝原理 一氧化碳變換反應(yīng)式為： CO+H2O=CO2+H2+Q (11) CO+H2 = C+H2O (12) 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)上采用對式反應(yīng)（ 1—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。 變換過程中還包括下列反應(yīng)式： H2+O2=H2O+Q 河南城建學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文） 緒論 2 工藝條件 壓力 壓力對變換反應(yīng)的平衡幾乎沒有影響。單就平衡而言，加壓并無好處。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。 本設(shè)計(jì)壓力可取 . 溫度 變 換 反應(yīng)是可逆放熱反應(yīng)。因而存在著最佳反應(yīng)溫對一定催化劑及氣相組成，從動(dòng)力學(xué)角度推導(dǎo)的計(jì)算式為 ： Tm=1212ln1 EEEE RTTee?? 式中 Tm、 Te—分別為最佳反應(yīng)溫度及平衡溫度，最佳反應(yīng)溫度隨系統(tǒng)組成和催化劑的不同而變化。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程中最主要消耗指標(biāo)，盡量減少其用量對過程的經(jīng)濟(jì)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(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，河南城建學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文） 緒論 3 不必再添加蒸汽即可滿足低溫變換的要求 工藝流程確定 目前的變化工藝有：中溫變換，中串低，全低及中低低 4 種工藝。工藝流程為：從壓縮工段來的半水煤氣（ 120℃ 左右 ）經(jīng)過焦炭過濾器除去少量的焦油后進(jìn)入飽和塔進(jìn)行初步升溫（溫度達(dá)到 150℃ 左右 ）并帶入一部分水蒸氣，再經(jīng)過預(yù)腐蝕器除去煤氣中少量的硫以后進(jìn)入熱交換器的外筒，在進(jìn)入內(nèi)筒的管內(nèi)，與中變爐過來的熱的變換氣（內(nèi)筒管間）進(jìn)行換熱，換熱后煤氣溫度達(dá)到 380℃ ，煤氣再通過中變電爐進(jìn)入中變爐一段頂部，反應(yīng)后從下部出來進(jìn)入蒸汽過熱增濕器頂部，降溫（溫度從 400℃ 降到 380℃ ）并補(bǔ)充水蒸氣后，從下部出來進(jìn)入中變爐二段上部，從下部出來經(jīng)過熱交換器進(jìn)入一水加熱器降溫（溫度降 到 250℃ ），再經(jīng)過低變電爐進(jìn)入低變爐，低變爐出來的變換氣依次經(jīng)過二水加熱器、熱水塔、水冷卻器降溫（溫度降到 35℃ 以下）后，經(jīng)過汽水分離器送到壓縮工段。低變爐選用 C6 型催化劑，設(shè)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。因此， 必須控制一定的工藝條件，使轉(zhuǎn)化氣的組成，滿足的工藝生產(chǎn)的要求。首先對中，低變進(jìn)行了物料和熱量衡算，在計(jì)算的基礎(chǔ)上，根據(jù)計(jì)算結(jié)果對主要設(shè)備選型，最終完成了本設(shè)計(jì)的宗旨。 本設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)在于選擇較為良好的工藝路線，確定良好的工藝條件、合理的催化劑以及設(shè)備的選型和能源綜合利用，如利用中變爐二段出口的熱的變換河南城建學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文） 緒論 4 氣和冷的煤氣進(jìn)行換熱，有效的節(jié)約了能源。分析出了氣體組分對溫度的影響變化。由于本人水平不高，設(shè)計(jì)許多因數(shù)對設(shè)計(jì)的影響考慮不足。 設(shè)計(jì)可能不完善，請各位老師 指正。 進(jìn)中變爐干氣壓力 中P =。aY 分別為原料及變換氣中 CO 的摩爾分率（濕基） 則反應(yīng)掉的 CO 的量為： %= 則反應(yīng)后的各組分的量分別為： H2O%=%%+%=% CO%=9,21% %=% H2% =%+%%=% CO2%=%+%=% 中變 爐出口的平衡常數(shù)： K= （ H2%CO2%） /（ H2O%CO%） = 查《小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊》可知 K= 時(shí)溫度為 436℃ 。 中變爐一段催化床層的物料衡算 假設(shè) CO 在一段催化床層的 實(shí)際變換率為 60%。 為簡化計(jì)算，擬采用統(tǒng)一基準(zhǔn)焓（或稱生成焓）計(jì)算。 △ H=（ ∑niHi） 始 －（ ∑niHi） 末 式中 △ H ——過程熱效應(yīng)，其值為正數(shù)時(shí)為放熱，為負(fù)數(shù)時(shí)系統(tǒng)為吸熱， kcal；（ ） 。 熱容的單位為 kJ/（ kmol.℃ ） 查表可得： 如表 表 河南城建學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文） 變換工段物料及熱量衡算 11 物質(zhì) CO H2 H2O CO2 N2 a 30 b/103 c/105 PmC =∑YiPC = KJ/（ kmol.℃ ） 所以氣體吸熱 3Q =(415330)= 假設(shè)熱損失 Q4 根據(jù)熱量平衡的： Q= 3Q + 4Q 4Q = kJ 中變爐 催化劑平衡曲線 根據(jù) H2O/CO=，與公式 XP= AWqU2? 100% V=KPABCD q= WVU 42 ? U=KP（ A+B） +（ C+D）， W=KP1 其中 A、 B、 C、 D 分別代表 CO、 CO CO2及 H2的起始濃度 如 表 表 t 300 320 340 360 380 400 T 573 593 613 633 653 673 Xp 中變爐催化劑平衡曲線如下： t 420 440 460 T 693 713 733 Xp 河南城建學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文） 變換工段物料及熱量衡算 12 01250 300 320 340 360 380 400 420 440 460溫度 （℃）轉(zhuǎn)化率 Xp中變爐平衡曲線 最佳溫度 度曲線的計(jì)算 由于中變爐選用 C6 型催化劑 ， 最適宜溫度曲線由式1212ln1 EEEERTTee?? 進(jìn)行計(jì)算。 最適宜溫度計(jì)算列于下表中： 如表 表 Xp T 526 t 253 Xp T 671 t 398 Xp T t 河南城建學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文） 變換工段物料及熱量衡算 13 將以上數(shù)據(jù)作圖即得最適宜溫度曲線如下圖： 01253 274 291 309 326 352 365 376 387 398 409 420 430 444溫度（℃）轉(zhuǎn)化率 Xp最適宜溫度線 操作線計(jì)算 由 中變催化劑變換率及熱平衡計(jì)算結(jié)果知： 中變爐 入 口氣體溫度 380℃ 中變 爐出口氣體溫度 410℃ 中變爐入口 CO 變換率 0 中變爐出口 CO 變換率 60% 由此可作出中變爐催化劑反應(yīng)的操作線如下： 010203040506070380 410溫度 （℃）轉(zhuǎn)化率 Xp操作線 河南城建學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文） 變換工段物料及熱量衡算 14 中間冷淋過程的物料和熱量衡算 此過程采用水來對變換氣進(jìn)行降溫。 熱容的單位為 kJ/（ kmol.℃ ） 如表 表 物質(zhì) CO 2H H2O CO2 N2 a 30 b/ 310? c/ 510? CH4可用公式 Cp=a+b+cT2+dT3來計(jì)算熱容： 如表 表 物質(zhì) a b c d CH4 計(jì)算結(jié)果： 如表 表 組分 CO 2H CO2 H2O N2 CH4 pC pmC =∑Yi ? Cp=（ kmol.℃ ） 2Q = ? ? （ 365353） = 熱損失： 河南城建學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文） 變換工段物料及熱量衡算 18 3Q = 1Q 2Q = kJ 低變爐的物料與熱量計(jì)算 已知條件 ： 進(jìn)低變爐的濕組分 ： 如表 表 組 分 CO2 CO H2 N2 CH4 H2O 合計(jì) 含量 % 100 m3(標(biāo) ) kmol 進(jìn)低變爐的干組分： 組 分 CO2 CO H2 N2 CH4 合計(jì) 含量 % 100 M3(標(biāo) ) kmol 低變爐的物料衡算 要將 CO%降到 %（濕基）以下，則 CO 的實(shí)際變換率為： X %= ? ?aaaa YY YY ?? ??1 100=% 則反應(yīng)掉的 CO 的量為： %=(標(biāo)