合成氨变换工段工艺设计.doc

1.4 工艺流程简述 全低变的工艺流程示意图见图1-1。 图1-1 低温变换工艺流程示意图 Fig1-1 Schematic diagram of the low temperature conversion process 半水煤气首先进入油水分离器，脱除部分固体和液体杂质后进入活性炭滤油器，进一步脱除杂质。经净化的半水煤气进入变换气换热器与从第二变换炉出来的变换气进行逆向热交换，使其温度上升到180 ℃左右，变换气温度下降到160 ℃左右。出变换气换热器的半水煤气再进入煤气换热器与从第一变换炉出来的变换气进行逆向热交换，变换气自身的温度下降到300 ℃左右，半水煤气升温到200 ℃左右。出煤气换热器的半水煤气与来自管网的中压水蒸气混合，一方面使半水煤气温度上升到变换反应温度，另一方面使半水煤气增湿，并达到设计要求所需要的汽气比进入第一变换炉发生变换反应，在第一变换炉内CO的变换率可达到60%左右。经第一变换炉变换后出来的变换气进入煤气换热器与半水煤气逆向换热后进入淬冷过滤器I，逆向与喷淋下来的冷却水换热并使冷却水汽化，此时变换气的温度下降到230 ℃左右，冷却水和变换气换热后汽化，从而使蒸汽含量达到设计要求，湿变换气进入第二变换炉第一段催化剂床层进行变换反应。经第二变换炉第一段催化剂床层变换反应后CO的变换率可达到85%左右，温度上升到280 ℃左右进入淬冷过滤器II，逆向与喷淋下的冷却水进行热交换，使其温度下降到190 ℃左右，同时补充水蒸气，达到设计要的汽气比进入第二变换炉第二段催化剂床层进行变换，最终CO的变换率可达到99%。出第二变换炉第二段的变换气经过变换气换热器后，再经过变换气冷却器降温至40 ℃左右，去工段。 第二章 物料衡算及热量衡算 2.1设计条件 计算基准吨。 设备生产能力： 由设计所给条件取每吨氨耗用半水煤气3520Nm3,则每小时的半水煤气用量为： 3520×9.7222=34222.2 Nm3/h 初始半水煤气组成见下表2-1。 表2-1 初始半水煤气组成 Table2-1 The composition of the initial semi-water gas 组分 CO2 CO H2 CH4 O2 N2 合计 % 7.0 30.8 37.8 1.5 0.3 22.6 100 Nm3 2395.6 10540.4 12936.0 513.3 102.7 7734.2 34222.2 kmol 106.9 470.6 577.5 22.9 4.6 345.3 1527.8 2.2 CO全变换过程总蒸汽比的计算 选用B302Q型催化剂，设第二变炉出口变换气温度为200 ℃，平衡温距为2℃，则计算时取变换温度为t=224℃。 CO和H2O的反应方程式为： 设 B C D 设CO变换反应的变换量为△CO，则变换反应的平衡常数Kp： （2-1） 本设计所给条件CO的变换率为99%，则: 查文献[1]可知在220℃时CO变换的平衡常数Kp=。并由表2-1可知A、C、D的值分别为30.8%、7.0%、37.8%，将A、C、D和Kp的值代入式（2-1）求得：B=。即可知总水气比为/100。 2.3第一变换炉催化剂床层物料与热量衡算 2.3.1入第一变换炉催化剂床层汽气比 设CO在催化剂床层转化率为60.0%，且O2全部和H2燃烧生成H2O，则CO的反应量△CO为： 30.8%×60%=18.48 Nm3/100 Nm3干半水煤气 则CO的总反应量为： 设气体出催化剂床层的温度为3℃，取平衡温距为20 ℃，则计算所取温度为℃。 查文献[1]知3 ℃时的Kp=1，由式（2-1）代入数据可得： 解上式得B=25.72 即此时的汽气比为/100。 入炉蒸汽量 入炉湿气的量34222.2+8802.2=43024.4 Nm3=1920.7 kmol 由此可计算出入炉的湿气组成，结果见下表2-2。 表2-2 入第一变换炉湿半水煤气组成 Table2-2 The composition of the wet semi-water gas into the first shift converter 组分 CO2 CO H2 CH4 O2 H2O N2 合计 % 5.524.50 30.07 1.19 0.24 20.46 17.98 100 Nm3 2395.6 105404 12936.0 513.3 102.77 9103.1 7734.2 43024.4 kmol 106.9 470.6 577.5 22.9 4.6 406.4 345.3 1920.7 2.3.2 CO平衡变换率及出催化