五万吨合成氨变换工段工艺初步设计(30页).doc

目 录 前言………………………………………………………………………………4 工艺原理…………………………………………………………………………4 工艺条件…………………………………………………………………………5 工艺流程的确定…………………………………………………………………6 主要设备的选择说明……………………………………………………………6 对本设计的综述…………………………………………………………………6 第一章 变换工段物料及热量衡算……………………………………………8 第一节 中变物料及热量衡算………………………………………………………8 1．确定转化气组成…………………………………………………………………8 2．水汽比的确定……………………………………………………………………8 3．中变炉一段催化床层的物料衡算………………………………………………9 4．中变炉一段催化床层的热量衡算………………………………………………11 5．中变炉催化剂平衡曲线…………………………………………………………13 6. 最佳温度曲线的计算……………………………………………………………14 7．操作线计算……………………………………………………………………15 8．中间冷淋过程的物料和热量计算……………………………………………16 9．中变炉二段催化床层的物料衡算 ……………………………………………17 10.中变炉二段催化床层的热量衡算……………………………………………18 第二节 低变炉的物料与热量计算………………………………………………19 第三节 废热锅炉的热量和物料计算……………………………………………24 主换热器的物料与热量的计算…………………………………………26 第五节 调温水加热器的物料与热量计算……………………………………28 第二章 设备的计算………………………………………………………………29 1. 低温变换炉计算………………………………………………………………29 2. 中变废热锅炉…………………………………………………………………31 参考文献及致谢………………………………………………………………… 35 前 言 氨是一种重要的化工产品，主要用于化学肥料的生产。合成氨生产经过多年的发展，现已发展成为一种成熟的化工生产工艺。合成氨的生产主要分为：原料气的制取；原料气的净化与合成。粗原料气中常含有大量的C，由于CO是合成氨催化剂的毒物，所以必须进行净化处理，通常，先经过CO变换反应，使其转化为易于清除的CO2和氨合成所需要的H2。因此，CO变换既是原料气的净化过程，又是原料气造气的继续。最后，少量的CO用液氨洗涤法，或是低温变换串联甲烷化法加以脱除。 变换工段是指CO与水蒸气反应生成二氧化碳和氢气的过程。在合成氨工艺流程中起着非常重要的作用。 目前，变换工段主要采用中变串低变的工艺流程，这是从80年代中期发展起来的。所谓中变串低变流程，就是在B107等Fe-Cr系催化剂之后串入Co-Mo系宽温变换催化剂。在中变串低变流程中，由于宽变催化剂的串入，操作条件发生了较大的变化。一方面入炉的蒸汽比有了较大幅度的降低；另一方面变换气中的CO含量也大幅度降低。由于中变后串了宽变催化剂，使操作系统的操作弹性大大增加，使变换系统便于操作，也大幅度降低了能耗。 工艺原理： 一氧化碳变换反应式为： CO+H2O=CO2+H2+Q (1-1) CO+H2 = C+H2O (1-2) 其中反应（1）是主反应，反应（2）是副反应，为了控制反应向生成目的产物的方向进行，工业上采用对式反应（1—1）具有良好选择性催化剂，进而抑制其它副反应的发生。 一氧化碳与水蒸气的反应是一个可逆的放热反应，反应热是温度的函数。 变换过程中还包括下列反应式： H2+O2=H2O+Q 工艺条件 1.压力： 压力对变换反应的平衡几乎没有影响。但是提高压力将使析炭和生成甲烷等副反应易于进行。单就平衡而言，加压并无好处。但从动力学角度，加压可提高反应速率。从能量消耗上看，加压也是有利。由于干原料气摩尔数小于干变换气的摩尔数，所以，先压缩原料气后再进行变换的能耗，比常压变换再进行压缩的能耗底。具体操作压力的数值，应根据中小型氨厂的特点，特别是工艺蒸汽的压力及压缩机投各段压力的合理配置而定。一般小型氨厂操作压力为0.7-1.2MPa,中型氨厂为1.2~1.8Mpa。本设计的原料气由小型合成氨厂天然气蒸汽转化而来，故压力可取1.7MPa. 1.温度： 变化反应是可逆放热反应。从反应动力学的角度来看，温度升高，反应速率常 数增大对反应速率有利，但平衡常数随温度的升高而变小，即 C