【正文】 4 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。本設(shè)計(jì)參 考四川省自貢市鴻鶴化工廠的生產(chǎn)工藝，選用中串低工藝。再通過(guò)換熱器將轉(zhuǎn)換氣的溫度降到 180℃左右， 進(jìn) 入低變爐將轉(zhuǎn)換氣中一氧化碳含量降到 %以下，再進(jìn)入甲烷化工段。低 變爐選用 C6 型催化劑，計(jì)算得低變催化劑實(shí)際用量 。 對(duì)本設(shè)計(jì)評(píng)述 天然氣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)? 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(yùn)轉(zhuǎn)的前提條件。 在本設(shè)計(jì)中，根據(jù)已知的天然氣組成，操作條件，采用了中變串低變的工藝 流程路線。設(shè)計(jì)中一共有中溫廢 熱鍋爐，中變爐，主換熱器，調(diào)溫水換熱器，低變爐幾個(gè)主要設(shè)備。由于時(shí)間有限，設(shè)計(jì)可能不完善，請(qǐng)各位老師指出。 進(jìn)中變爐干氣壓力 P 中 =. 2．水汽比的確定： 考慮到是天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化來(lái)的原料氣，所以取 H2O/CO= 故 V（水） =(標(biāo) ) n(水 )= 因此進(jìn)中變爐的變換氣濕組分 : 6 組 分 含量％ M (標(biāo) ) koml 3 CO2 474 CO H2 N2 O2 CH4 H 2O 合計(jì) 100 中變爐 CO 的實(shí)際變換率的求取： 假定濕轉(zhuǎn)化氣為 100mol，其中 CO 基含量為 ％，要求變換氣中 CO 含量為 2％，故根據(jù)變換反應(yīng)： CO+H2O＝ H2+CO2，則 CO 的實(shí)際變換率為： X ％ = Ya ? Ya′ 100=74％ Ya (1 + Ya′ ) 式中 Ya、 Ya39。 中變的平均溫距為 397℃365℃ =32℃ 中變的平均溫距合理，故取的 H2O/CO 可用。 因?yàn)檫M(jìn)中變爐一段催化床層的變換氣濕組分： 組 分 含量，％ M (標(biāo) ) koml 3 CO2 474 CO H2 N2 O2 CH4 H 2O 合計(jì) 100 假使 O2 與 H2 完全反應(yīng)， O2 完全反應(yīng)掉 故在一段催化床層反應(yīng)掉的 CO 的量為： 7 60 ％ =( 標(biāo) )= 出 一 段 催 化 床 層 的 CO 的 量 為 ： = M (標(biāo) )= 故在一段催化床層反應(yīng)后剩余的 H2 的量為 : + = M (標(biāo) )= 故在一段催化床層反應(yīng)后剩余的 CO2 的量為： 474+= M3(標(biāo) )= 出中變爐一段催化床層的變換氣干組分： 組 分 含量％ M (標(biāo) ) koml 3 3 3 CO2 CO H2 N2 CH4 合計(jì) 100 剩余的 H2O 的量為： +2 =(標(biāo) )= 所以出中變爐一段催化床層的變換氣濕組分： 組 分 含量％ M (標(biāo) ) koml 3 CO2 CO H2 N2 CH4 H 2O 合計(jì) 100 對(duì)出中變爐一段催化床層的變換氣的溫度進(jìn)行計(jì)算： 已知出中變爐一段催化床層的變換氣濕組分的含量（％） ： 組 分 含量％ M (標(biāo) ) koml 3CO2 CO H2 N2 CH4 H 2O 合計(jì) 100 對(duì)出變爐一段催化床層的變換氣溫度進(jìn)行估算： 根據(jù)： K=(H2％ CO2％ )/（ H2O％ CO％ )計(jì)算得 K= 查《小合成氨廠工 藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊(cè)》知當(dāng) K= 時(shí) t=445℃ 設(shè)平均溫距為 30℃，則出變爐一段催化床層的變換氣溫度為： 445℃ 30℃ =415℃ 4．中變爐一段催化床層的熱量衡算 以知條件：進(jìn)中變爐溫度： 335℃ 8 出變爐一段催化床層的變換氣溫度為： 415℃ 反應(yīng)放熱 Q：在變化氣中含有 CO， H2O，O2， H2 這 4 種物質(zhì)會(huì)發(fā)生以下 2 種反應(yīng)： CO +H2O=CO2+H2 O2 + 2H2= 2 H2O 這 2 個(gè)反應(yīng)都是放熱反應(yīng)。以 P=1atm， t=25℃ 為基準(zhǔn)的氣體的統(tǒng)一基準(zhǔn)焓計(jì)算式為： HT=△ H 298=Cpdt 式 中 HT — — 氣 體 在 0 （ 11） （ 12） ∫ T 在 TK 的 統(tǒng) 一 基 準(zhǔn) 焓 ， 298 kcal/kmol()； △ H0298 — — 該 氣 體 在 25℃ 下 的 標(biāo) 準(zhǔn) 生 成 熱 ， kcal/kmol()； T—— 絕對(duì)溫度， K； Cp — — 氣 體 的 等 壓 比 熱 容 ， kcal/ （ kmol.℃ ） [（ kmol.℃） ] 氣體等壓比熱容與溫度的關(guān)系有以下經(jīng)驗(yàn)式： Cp=A0+A1 T+A2 T2+A3 T3+?? 式中 A0、 A A A3??氣體的特性常數(shù) 將式代入式積分可得統(tǒng)一基準(zhǔn)焓的計(jì)算通式： Ht=a0+a1 T+a2 T2+a3 T3+a4 T4 式中常數(shù) a0、 a a a a4 與氣體特性常數(shù)及標(biāo)準(zhǔn)生成熱的關(guān)系為： a1=A0, a2=A1/2, a3=A3/4, a4=A3/4 a0=△ H0298－ － a2－ a3－ a4 采用氣體的統(tǒng)一基準(zhǔn)焓進(jìn)行熱量平衡計(jì)算，不必考慮系統(tǒng)中反應(yīng)如何進(jìn)行， 步驟有多少，只要計(jì)算出過(guò)程始態(tài)和末態(tài)焓差，即得出該過(guò)程的總熱效果。 ni 始態(tài)或末態(tài)氣體的千摩爾數(shù)， kmol； 9 Hi — 始態(tài)溫度下或末態(tài)溫度下； I — 氣體的統(tǒng)一基準(zhǔn)焓， kcal/kmol， （ ） 現(xiàn)將有關(guān)氣體的計(jì)算常數(shù)列于下表中 氣體統(tǒng)一基準(zhǔn)焓（通式）常數(shù)表 分子式 O2 H2 H2O N2 CO CO2 a0 10 3 a1 3 a2 10 – 3 a3 10 10 － 7 – 7 a4 10 – 10 10 10 4 10 10 － 4 10 10 10 10 － 11 － 3 10 10 10 10 － 7 － 11 10 10 3 10 10 10 － 3 － 4 － 7 － 11 4 － 4 － 9 － 11 － 6 計(jì)算 O2 的基準(zhǔn)焓： 根據(jù)基準(zhǔn)焓的計(jì)算通式： Ht=a0+a1 T+a2 T2+a3 T3+a4 T4 在 415℃時(shí) T=415+273=683K 查表可得變換氣的各個(gè)組分的基準(zhǔn)焓列于下表： 組分 Ht（ kcal/kmol） Ht（ kJ/kmol） O2 H2 H2O CO CO2 放熱： CO +H2O=CO2+H2 （ 1） △ H1=( ∑ Hi) 始 （∑ Hi ）末 =+++ =（ ） = O2 + 2H2= 2 H2O （ 2） Q2=△ H2=（∑ ni Hi）始－（∑ ni Hi）末 = 氣體共放熱： Q=Q1+Q2=+= 氣體吸熱 Q3： 根據(jù)《物理化學(xué)》知 CO, H2, H2O, CO2, N2 ，可用公式： Cp=a+b+CT2 來(lái)計(jì)算熱容。 RTe E2 1+ ln E 2 ? E1 E1 查《小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊(cè)》 C6 型催化劑的正負(fù)反應(yīng)活化能分別為 E1=10000 千卡 /公斤分子， E2=19000 千卡 /公斤分子。 13 以知條件： 變換氣的流量： 設(shè)冷淋水的流量： X kg 變換氣的溫度： 415℃ 冷淋水的進(jìn)口溫度： 20℃ 進(jìn)二段催化床層的溫度： 353℃ 操作 壓力： 1750kp 熱量計(jì)算： 冷淋水吸 熱 Q1： 據(jù) 冷淋水的 進(jìn)口溫 度 20℃查《 化工熱 力學(xué) 》可知 h1 =據(jù)《化工熱力學(xué)》可知 T/k 600 600 700 700 P/kPa 1600 1800 1600 1800 H/(kJ/kg) 冷淋水要升溫到 353℃，所以設(shè)在 353℃ , 615K,1750kp 時(shí)的焓值為 h 對(duì)溫度進(jìn)行內(nèi)查法： 1600kpa 時(shí) (626600 )/()=(700626)/() h= kJ/kg 1800kpa 時(shí) (626600)/()=(700626)/() h= kJ/kg 對(duì)壓力用內(nèi)差法得 353℃， 615K， 1750Kp 時(shí)的焓值 h 為