【正文】 章 車間設備布置設計 .......................... 34 齊魯工業(yè)大學 20xx 屆本科生畢業(yè)設計 車間布置設計的原則 ............................... 34 車間設備布置的原則 ............................. 34 車間設備平立面布置的原則 ........................ 34 本工段設計設備布置規(guī)劃 ......................... 35 第六章 自動控制 ................................. 35 主要的控制原理 ................................... 35 自控水平與控制點 ................................. 36 第七章 安全和環(huán)境保護 ........................... 36 三廢產生情況 ..................................... 36 三廢處理情況 ..................................... 36 第八章 公用工程 ................................. 36 供水 ............................................ 37 供電 ............................................ 37 通風 ............................................ 37 供暖 ............................................ 37 電氣 ............................................ 38 結束語 ............................................... 38 參考文獻 ............................................. 39 致 謝 ............................................... 40 齊魯工業(yè)大學 20xx 屆本科生畢業(yè)設計 1 摘 要 本文是關于天然氣為原料年產 15 萬噸氨一氧化碳變換工段初步設計。用天然氣制造的原料氣中，含有一部分一氧化碳，這些一氧化碳不能直接作為合成氨的原料，而且對合成氨的催化劑有毒害作用，必須在催化劑的催化作用下通過變換反應加以除去。 本設計主要包括工藝路線的確定、中溫變換爐的物料衡算和熱量衡算、中溫變換爐工藝計算和設備選型、換熱器的物料衡算和熱量衡算以及設備選型等。 關鍵詞 ： 天然氣 一氧化碳變換 中溫變換爐 流程圖 ABSTRACT This paper was about the annual output of gas tax as raw materials to transform fifteen thousand tons of carbon monoxide ammonia preliminary design section. In the production of ammonia, transformation of carbon monoxide was a very important reaction. Manufactured using gas tax feed gas which contains part of carbon monoxide, carbon monoxide could not be directly used as those of the raw materials of synthetic ammonia, but also a catalyst for ammonia poisoning effect there must be a catalyst for transformation through the catalytic reaction to be removed. Transformation of carbon monoxide is a gas purification process of raw materials, but also the manufacturing process of feed gas. The design of the main routes which include the identification process, the medium variant of the furnace material balance , heat balance, in the variable furnace process of calculation and selection of equipment, heat exchanger of the material balance and heat balance as well as equipment selection type and so on. Taking all factors and workshop equipment to carry out is a reasonable arrangement of the design. In the end, the20 000word statement and map production process, shopping facade and the main equipment layout drawing assembly were pleted. Key words: Natural gas。 Temperature shift converter。用重油制造的原料氣中，含有一部分的一氧化碳，這些一氧化碳不僅不能直接做為合成氨的原料，而且對氨合成中的催化劑有毒害作用，因此必須在催化劑的作用下通過變換反應加以除去。所以通過一氧化碳變換反應既能把一氧化碳轉化為易在 下游除去的二氧化碳同時又生產有效組分氫氣或生產具有較高 H2/CO2 比的合成氣。一氧化碳加壓變換，可以提高生產能力，降低能源消耗，節(jié)約觸媒，提高經濟效益 [1]。常用的有采用中溫變換串聯(lián)低溫變換工藝，使用新型高活性的低溫催化劑，常壓變換變?yōu)榧訅鹤儞Q等。隨著新型耐硫催化劑的開發(fā)成功，八 十年代中期開發(fā)了中變串低變工藝；為了利用低變的低溫高活性，九十年代初期開發(fā)了全低變工藝；為了克服全低變工藝不能長期穩(wěn)定運行的缺點，九十年代中期又開發(fā)了中 低 低工藝。國外大部分使用寬溫區(qū)的催化劑，變換催化劑從傳統(tǒng)類型 FeCr 系變換為 CoMo系。 設計依據 合成氨生產經過多年的發(fā)展，現(xiàn)已發(fā)展成為一種成熟的化工生產工藝。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，所以必須進行凈化處理，通常，先經過 CO 變換反應，使其轉化為易于清除的 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。 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。 生產制度 本工廠實行倒班制度，初步擬定為 五班三倒。注意防火、防爆、防泄漏等一系列危險情況的發(fā)生。 原料與產品規(guī)格 原料規(guī)格 表 11 原料氣組分 組分 CO2 CO H2 N2 CH4 O2 合計 % 100 產品規(guī)格 經過變換反應后，氣體中 CO 含量應低于 2%。 一氧化碳與水蒸氣的反應是一個可逆的放熱反應，反應熱是溫度的函數(shù)。本設計參考四川省自貢市鴻鶴化工廠的生產工藝，選用中串低工藝。再通過換熱器將轉換氣的溫度降到 180℃左右，進入低變爐將轉換氣中一氧化碳含量降到 %以下，再進入甲烷化工段。 工藝條件 壓力 壓力對變換反應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，應根據中小型氨廠的特點，特別是工藝蒸汽的壓力及壓縮機 投 各段壓力的合理配置而定。本設計的原料氣由小型合成氨廠天然氣蒸汽轉化而來，故壓力可取 。從反應動力學的角度來看，溫度升高，反應速率常數(shù)增大對反應速率有利，但平衡常數(shù)隨溫度的升高而變小，即 CO 平衡含量增大，反應推動力變小，對反應速率不利，可見溫度對兩者的影響是相反的。 汽氣比 水蒸汽比例一般指 H2O/CO 比值或水蒸汽 /干原料氣 .改變水蒸汽比例是工業(yè)變換反應中最主要的調節(jié)手段。由于過量水蒸汽的存在，保證催化劑中活性組分 Fe3O4 的穩(wěn)定而不被還原，并使析炭及生成甲烷等副反應不易發(fā)生。 齊魯工業(yè)大學 20xx 屆本科生畢業(yè)設計 7 第三章 工藝計算 中變爐一段催化床層的物料和熱量衡算 確定轉化氣組成 已知條件中變爐進口氣體組成 ： 表 31 原料氣組成 組分 CO2 CO H2 N2 CH4 O2 合計 % 100 計算 基準： 1 噸氨 計算生產 1 噸氨需要的 變化氣量： （ 1000/17） （ 2 ） = Nm3 因為在生產過程中物量可能會有消耗，因此變化氣量取 Nm3 年產 15 萬噸合成氨生產能力： 日生產量： 150000/330=要求出中變爐的變換氣干組分中 CO％小于 2％ 表 32 進中變爐的變換氣干組分 組 分 CO2 CO H2 N2 O2 CH4 合計 含量， ％ 100 M 3 kmol 假設入中變爐氣體溫度為 330℃，取出爐與入爐的溫差為 35℃，則出爐溫度為 365℃。aY 分別為原料及變換氣中 CO 的摩爾分率（濕基） 則反應掉的 CO 的量為： ％ 74％ =％ 則反應后的各組分的量分別為： H2O％ =％ ％ +％ =23％ CO％ =％ ％ =％ H2％ =％ +％ ％ =％ CO2％ =％ +％ =％ 中變爐出口的平衡常數(shù)： K= （ H2％ CO2％） /（ H2O％ CO％） =12 查《小合成氨廠工藝技術與設計手冊》可知 K=12 時溫度為 397℃。 中變爐一段催化床層的物料衡算 假設 CO 在一段催化床層的 實際變換率為 60％。 根據《 小合成氨廠工藝技術與設計手冊》可知為簡化計算，擬采用統(tǒng)一基準焓（或稱生成焓）計算。 △H=（ ∑niH i） 始 －（ ∑niH i） 末 式中 △H —— 過程熱效應，其值為正數(shù)時為放熱，為負數(shù)時系統(tǒng)為吸熱， kcal；（ ） 。結果 表 310 各組分熱容常數(shù) 物質 CO H2 H2O CO2 N2 a 30 b/103 c/105 CH4 可用公式： Cp=a+b+cT2+dT3 來計算熱容，結果 表 311 熱容常數(shù) 物質 a b/103 c/106 d/109 CH4 則在 415℃ 時 T=688K 時計算結果如下表： 表 312 各組分熱容 物質 CO CO2 H2 H2O N2 CH4 Cp 31 所以平均熱容： Cpm=∑（ Yi*Cp） =31++ +++ = KJ/（ ） 所以氣體吸熱 Q3=(415330) = 假設熱損失 Q4（一般熱損失都小于總熱量的 10%） 根據熱量平衡得： Q= Q3 +Q4 Q4= kJ 齊魯工業(yè)大學 20xx 屆本科生畢業(yè)設計 14 中變爐催化劑平衡曲線 根據 H2O/CO=，與文獻《 小合成氨廠工藝技術與設計手冊 》上的公式 XP=AWqU2?100％ ① V=KPABCD ② q= WVU 42 ? ③ U=KP（ A+B） +（ C+D） ④ W=KP1 ⑤ 其中 A、 B、 C、 D 分別代表 CO、 H2O、 CO2 及 H2 的起始濃度 將 ② 、 ③ 、 ④ 、 ⑤ 式代入 ① 式并查的不同溫度下的 KP 值便可計算出 XP 值。 查《合成氨廠工藝和設備計算》 C6 型催化劑的正負反應活化能分別為 E1=10000千卡 /公斤分子， E2=19000 千卡 /公斤分子。 最適宜 溫度計算結果列于下表中 表 314 最適宜 溫度 XP Te 573 593 613 633 653 673 699 T