【正文】 區(qū)，還是在新的天然氣勘探開發(fā)區(qū)，近幾年，我國天然氣工業(yè)的發(fā)展都呈現(xiàn)出前所未有的良好態(tài)勢。天然氣作為化石能源中污染最少的能源，熱值相應(yīng)高于煤炭與石油。加大天然氣在能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中的比重，既有利于促進(jìn)節(jié)能減排，又能夠維持經(jīng)濟(jì)與社會可持續(xù)發(fā)展。根據(jù)計(jì)算，若大型氨廠分別用石腦油、渣油、天然氣和煤為原料制氨，其價格分別按1800元/t、1400元/t、中壓蒸汽價格按78元/t計(jì)，對應(yīng)的合成氨成本分別為1721元/t、1557元/t、1493元/t和1021元／t。天然氣工藝技術(shù)目前最可靠，天然氣合成氨工藝成熟、生產(chǎn)可靠、連續(xù)。 工藝流程的選擇本設(shè)計(jì)主要是轉(zhuǎn)化和變換工序的工藝設(shè)計(jì)，所選流程為：脫 硫壓 縮壓 縮一段轉(zhuǎn)化二段轉(zhuǎn)化高溫變換低溫變換天然氣空氣水蒸氣變換氣去甲烷化天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化和變換工序是合成氨生產(chǎn)中的第一步，也是較為關(guān)鍵的一步，因?yàn)槟芊裾Ｉa(chǎn)出合格的變換氣，是后面的所有工序正常運(yùn)轉(zhuǎn)的前提條件。CO變換工序采用了高變串低變的工藝流程路線，%左右。天然氣經(jīng)加氫脫硫，、溫度380℃（R=），進(jìn)入一段轉(zhuǎn)化爐的對流段加熱，氣體一邊加熱一邊反應(yīng)，出反應(yīng)管的溫度在822℃左右，最后沿集氣管中間的上升管上升，繼續(xù)吸收一些熱量，使溫度升到850℃左右，經(jīng)輸氣總管送往二段轉(zhuǎn)化爐。經(jīng)二段轉(zhuǎn)化后的合成氣送入第一換熱器（101C），接著又送入第二換熱器（102C），使合成氣溫度由1003℃降到360℃左右，利用這些能量制取高壓蒸汽。含CO的原料合成氣經(jīng)換熱器降溫， MPa、溫度371℃下進(jìn)入高變爐（因原料氣中水蒸氣含量較高，一般不需要加蒸汽）。氣體通過高變廢熱鍋爐，冷卻到336℃左右。經(jīng)低變處理后，％～％之間，再送入后續(xù)工段繼續(xù)凈化。該化工基地有著得天獨(dú)厚的優(yōu)勢：（1）天然氣資源優(yōu)勢 該基地臨近陜甘寧天然氣田，此氣田是我國迄今探明的世界級特大型整裝氣田，探明控制儲量達(dá)7000多億立方米，一期輸氣管線已建成，二期管線正在規(guī)劃建設(shè)中。（3）交通優(yōu)勢 四通八達(dá)的道路交通是基地的一大突出優(yōu)勢，銀川青島高速公路及307國道橫貫基地；大古鐵路連接包蘭、寶中鐵路與京包、隴海線連通可輻射全國，即將開工建設(shè)的銀川太原鐵路又形成一條橫穿基地的外運(yùn)大通道；銀川河?xùn)|機(jī)場距基地中心區(qū)僅30公里，每日航班達(dá)50余次，通往北京、上海、廣州、西安、太原、濟(jì)南、青島、蘭州等重要城市。 （5）區(qū)位優(yōu)勢 基地位于陜、甘、寧、蒙毗鄰地區(qū)，西與自治區(qū)首府銀川市隔黃河相望，東與開發(fā)中的陜北能源重化工基地毗鄰，易形成產(chǎn)業(yè)互補(bǔ)，資源共享，其生產(chǎn)、生活條件俱佳。（7）政策優(yōu)勢 隨著西部大開發(fā)戰(zhàn)略的深入推進(jìn)，國家實(shí)施重點(diǎn)支持西部大開發(fā)的政策措施，以及自治區(qū)、銀川市全面改善投資環(huán)境的重大舉措，為基地建設(shè)提供了強(qiáng)有力的政策支持。列元素平衡式C平衡 =nCO + nCO2 + （1）H2 平衡+2+563+4+5+6+= nH2 +2+(′H2O )化簡為 = nH2+ n′H2O （2）O2平衡 =(′H2O )+nCO +nCO2化簡為 2nCO2+nCO n′H2O =0 （3）出口總干氣量：V=nCO2+nCO+nH2+nN2+nAr+nCH4 =nCO2+nCO+nH2 +++化簡為 V=nCO2+nCO+nH2 ++ （4）一段轉(zhuǎn)化爐進(jìn)行的主要反應(yīng)為：CH4+H2O(g) CO+3H2CO+H2O(g) CO2+H2查[2]知，在t=822℃時，kpco=（4）（1）得 nH2= （6）（6）（2）得 n′H2O= （7）故化簡nH2O=（）得nH2O= （8）（3）（1）得 nCO2= n′H2O+將（7）代入上式，可化簡為nCO2= （9）由（1）2（3）可得 nCO=′H2O （10）將（7）代入（10）得 nCO=+3866化簡為 nCO= （11）出口轉(zhuǎn)化氣中水蒸氣量nH2O= n′H2O=+可化簡為 nH2O= （12）將 （6）（8）（9）（10）帶入 （5）得=解之得 V= kmol/h nH2= kmol/hnCO= kmol/h nCO2= kmol/hnCH4= kmol/h nH2O= kmol/h故一段轉(zhuǎn)化爐出口總濕氣量為：∑n濕氣= V1 + nH2O =+= kmol/h出一段轉(zhuǎn)化爐的物料組成如下表：組 分kmol/hmol（干）％kg/hCOCO2H2CH4N2Ar干氣H2O合計(jì)B. 一段轉(zhuǎn)化爐平衡溫距的計(jì)算根據(jù)[7],設(shè)計(jì)壓力為740mmHg柱（表壓）P=+／=kpCH4== ==查[2]，對應(yīng)的平衡溫度t=℃平衡溫距 △t==℃C. 一段轉(zhuǎn)化爐理論氫空速的計(jì)算以1atm、60℉（℃）為計(jì)算基準(zhǔn)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化爐內(nèi)觸媒裝填量V′ SVH2=代值有SVH2 ==該流程設(shè)計(jì)理論氫空速參考值為7800 h1 。A. 列元素平衡關(guān)系式（各未知數(shù)表示與一段轉(zhuǎn)化爐相同）得：C平衡 ++=nCO+nCO2 +化簡為 =nCO+nCO2 + （1）H2平衡+2+（+）=nH2+2+（+′H2O）化簡為 =nH2+ n′H2O （2）O2平衡++（+）+=nCO2+nCO+(+′H2O)化簡為 =nCO+′H2O （3）進(jìn)出二段爐總物料守衡 V=nCO+nCO2+nH2+nN2+nAr+nCH4代值化簡為 =nCO+nCO2+nH2++ （4）設(shè)出口條件下CO變換反應(yīng)達(dá)到平衡則在1003℃下 （5）設(shè)出口（摩爾比） 即 （6）（1）（4）得 V=++nH2 （7）由（7）式得 nco+nH2=則 nco =（+）nH2化簡得 nco=+ nH2 （8）將（7）（8）代入（1）式得=+ nH2+ nCO2+（++ nH2）化簡得 nCO2=+ （9）將（7）代入（2）得 n′H2O= nH2+ （10）將（8）（9）（10）代入（3）得 y= nH2 （11）將上式分別代入（8）（9）（10）得nco=+（ nH2） nH2化簡得 nco= nH2 （12）nCO2= （13）n′H2O= nH2+（ nH2）化簡得 n′H2O= （14）nH2O=+ n′H2O=+（ nH2） nH2+化簡得 nH2O= nH2 （15）將（12）（13）（14）（15）代入（5）式得化簡得 +=0解之得nH2= kmol／hnco= kmol／hnCO2= kmol／hnH2O= kmol／hy=故二段爐入口空氣組成如下表：組 分mol（干）％kmol/hkg/hN278O221Ar1合計(jì)100補(bǔ)加的水蒸氣量為 Q== kmol/h二段爐出口總干氣為V=++nH2= kmol/h 殘余甲烷含量為nCH4=％= kmol/h轉(zhuǎn)化掉的水量nH2O== kmol/h二段轉(zhuǎn)化爐出口氣組成如下表：組 分mol（干）％kmol/hkg/hCOCO2H2CH431．2439499．9N2Ar干氣H2O合計(jì)B. 二段轉(zhuǎn)化爐平衡溫距的計(jì)算二段爐出口處絕對壓強(qiáng) P=+= Mpa則 kpCH4 === =查[2]，對應(yīng)溫度 t=℃則平衡溫距 △t==℃C. 二段轉(zhuǎn)化爐理論氫空速的計(jì)算以1atm、60℉（℃）為計(jì)算基準(zhǔn)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化爐內(nèi)觸媒裝填量V′ SVH2=代值得SVH2 == h1該流程設(shè)計(jì)參考值為3500 h1 。a、 轉(zhuǎn)化管熱負(fù)荷計(jì)算轉(zhuǎn)化管入口統(tǒng)一基準(zhǔn)焓（510℃）如下表：組 分ni kmol/hHi kcal／kmolniHi kJ／hCH4106C2H610764106C3H8106C4H10106C5H128．9600106N2106H2106Ar0．2000106干氣106H2O106合計(jì)106轉(zhuǎn)化管出口氣統(tǒng)一基準(zhǔn)焓（822℃）如下表：組 分ni kmol/hHi kcal／kmolniHi kJ／hCO106CO2106H2106CH4106N2106Ar106干氣106H2O106合計(jì)106故一段爐轉(zhuǎn)化管的熱負(fù)荷Q1為：△H= H2 H1 = 106 （106）=106 kJ／hQ1 =△H=106 kJ／h一段爐上升管氣統(tǒng)一基準(zhǔn)焓（850℃）如下表：組 分ni kmol/hHi kcal／kmolniHi kJ／hCO106CO2106H2106CH4106N2106Ar106干氣106H2O106合計(jì)106故上升管的熱負(fù)荷Q2為：Q2= H3 H2 =106 kJ／h輻射段總熱負(fù)荷Q為：Q= Q2 + Q1 =106 +106 =106 k