合成氨變換工段工藝中的變串低變換熱設(shè)計(jì)畢業(yè)論文-在線瀏覽
2025-08-11 00:42本頁面
【正文】 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)、長周期運(yùn)行”等方面進(jìn)行技術(shù)的研究開發(fā)。單系列合成氨裝置生產(chǎn)能力將從2000t/d提高到4000～5000t/d。天然氣自熱轉(zhuǎn)化技術(shù)和非催化部分氧化技術(shù)將會(huì)在合成氣制備工藝的大型化方面發(fā)揮重要作用。以Uhde公司的“雙壓法氨合成工藝”和Kellogg公司的基于催化劑KAAP工藝“，將會(huì)在合成氨工藝的大型化方面發(fā)揮重要的作用。 原料結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的調(diào)整以“油改氣”和“油改煤”為核心的原料結(jié)構(gòu)調(diào)整和以“多聯(lián)產(chǎn)和在加工”為核心的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整，是合成氨裝置“改善經(jīng)濟(jì)性、增強(qiáng)競爭力”的有效途徑。石油時(shí)代將逐步轉(zhuǎn)入煤炭（氣體）時(shí)代，原油的加工產(chǎn)品輕油、渣油的價(jià)格也隨之持續(xù)升高。借氮肥裝置原料結(jié)構(gòu)的調(diào)整之機(jī)，及時(shí)調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，聯(lián)產(chǎn)氫氣及多種C1化工產(chǎn)品亦是裝置改善經(jīng)濟(jì)性的有效途徑。生產(chǎn)過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)日趨成熟和不斷完善。有利于“提高裝置生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)率、延長運(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)等將越來越受到重視。為了與其他制氨方法相區(qū)別，將這種直接合成的產(chǎn)物稱為“合成氨”。合成氨別名：氨氣。世界上的氨除少量從焦?fàn)t氣中回收副產(chǎn)物外，絕大部分是合成的氨。當(dāng)溫度250C、壓力1MPa時(shí)，氣態(tài)氨可液化為無色的液氨。液氨或干燥的氨氣對(duì)大部分物質(zhì)不腐蝕，在有水存在時(shí)，對(duì)銅、銀、鋅等金屬有腐蝕。合成氨主要用作化肥、冷凍劑和化工原料。氮?dú)鈦碓从诳諝?，可以在低溫下將空氣液化，分離而得；也可在制氫過程中加入空氣，直接利用其中的氮。氫氣的主要來源是水和碳?xì)浠衔镏械臍湓?，以及含氫的工業(yè)氣體。不論以固體、液體或氣體為原料，所得到的合成氨原料氣中均含有一氧化碳。一氧化碳的清除一般分為兩次。通過變換反應(yīng)，既能把一氧化碳變?yōu)橐子谇宄亩趸?，同時(shí)，又可制得與反應(yīng)了的一氧化碳相等摩爾的氫，而所消耗的只是廉價(jià)的水蒸氣。最后，殘余的一氧化碳再通過銅氨液洗滌法、液氮洗滌法或甲烷化法等方法加以清除。最后，少量的CO再通過其他凈化法加以脫除。變換過程中還包括下列反應(yīng)式：2H2 + O2 = 2H2O +Q 變換反應(yīng)存在最佳溫度，如果整個(gè)反應(yīng)過程能按最佳溫度曲線進(jìn)行，則反應(yīng)速率最大，即相同的生產(chǎn)能力下所需催化劑用量最少。首先，在反應(yīng)初期，x很小，但對(duì)應(yīng)的Tm很高，且已超過了催化劑的耐熱溫度。其次，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，x不斷升高，反應(yīng)熱不斷放出，床層溫度不斷提高，而依據(jù)最適宜曲線，Tm卻要求不斷降低。生產(chǎn)上控制變換反應(yīng)溫度應(yīng)遵循如下兩條原則。在滿足工藝條件的前提下，盡量維持低溫操作。催化床溫度應(yīng)盡可能接近最佳溫度。根據(jù)催化床與冷卻介質(zhì)之間的換熱方式的不同，移出方式可分為連續(xù)換熱和多段換熱式兩大類。此類變換爐的特點(diǎn)是反應(yīng)過程與移熱過程分開進(jìn)行。前者是在間壁式換熱器中進(jìn)行的；后者則是在反應(yīng)器中直接加入冷流體以達(dá)到降溫的目的，又稱冷激式。對(duì)于低溫過程，由于一氧化碳反應(yīng)量少，無需從床層移熱。變換反應(yīng)是可逆放熱反應(yīng)。 而存著最佳反應(yīng)溫對(duì)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=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。對(duì)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)各段壓力的合理配置而定。本設(shè)計(jì)的原料氣由小型合成氨廠天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化而來。為了盡可能地提高CO的變換率，防止副反應(yīng)的發(fā)生，工業(yè)上是在水蒸氣過量下進(jìn)行反應(yīng)的。此外，合理確定CO最終變換率以及催化劑床層的段效，保持良好的段間冷卻效果，都可以促進(jìn)水蒸氣消耗的降低。變換工段是指CO與水蒸汽反應(yīng)生成二氧化碳和氫氣的過程。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，使操作系統(tǒng)的操作彈性大大增加，使變換系統(tǒng)便于操作，也大幅度降低了能耗。當(dāng)殼體和管束熱膨脹不同時(shí)，補(bǔ)償圈發(fā)生緩慢的彈性變形來補(bǔ)償因溫差應(yīng)力引起的熱膨脹。 固定管板式換熱器主要有外殼、管板、管束、封頭壓蓋等部件組成。這種換熱器管程可以用隔板分成任何程數(shù)。殼程清洗困難，對(duì)于較臟或有腐蝕性的介質(zhì)不宜采用?！?固定管板式換熱器的特點(diǎn)是：；；。第三章 工藝過程設(shè)計(jì)合成氨廠變換工段為回收變換氣的熱量以提高進(jìn)飽和塔的熱水溫度，需設(shè)計(jì)一臺(tái)列管式換熱器。要求熱水升溫8℃。變
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