化工综合设计.doc

题 目：年产10万吨合成氨变换工 摘要 １ 绪论 ２ 1. ２ 1. ２ ２ ２ ２ 1. ２ 1.变换工艺原理 ３ 1.5工艺流程确定 ３ 物料与热量衡算 ３ .1已知条件 ４ .2 中变炉的物料与热量衡算 ４ 2.2.1 ４ 2.2.2 ５ 2.2.3中变炉的物料衡算 ５ 2. ６ 2..1 中变炉一段催化床层的物料衡算 ６ 2..2 中变炉一段催化床层的热量衡算 ８ 2. １１ 2. １２ 2..1中变炉二段催化床层的物料衡算： １２ １４ １５ 2. １５ １７ １８ 3 １８ １８ 3.1.2 １９ 3.1. ２０ 3.1. ２１ 3.1. ２２ 3.1. ２３ 3.1. ２４ 3.1. ２４ 3.1. ２４ 3.1. ２４ 3.1. ２５ 3.1. ２５ 3.1. ２５ 3.1. ２５ 个人总结 ２６ 主要参考文献： ２６ 合成氨变换工设计 摘要关键词：1.1概述 氨作为最重要的基础化工产品之一，其产量居各化工产品之首。主要用于化学肥料的生产，同时氨也是重要的有机化学和无机化学工业基础原料，用于胺，铵，染料，炸药，制药，合成树脂，合成纤维的原料。合成氨的的生产主要分为：原料气的制取，原料气的净化与合成。原料气中含有大量CO，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 和合成需要的原料H2 ，少量的CO用液氨洗涤法或低温变换串联甲烷化法加以脱除。 1.2合成氨生产状况 1.2.1我国生产现状 我国氮肥工业自20世纪50年代以来，不断发展壮大。目前合成氨敞亮已跃居世界第一，已掌握了以焦炭、无烟煤、焦炉气天然气及油田伴生气和液态烃多种原料生产合成氨、尿素的技术，形成了特有的煤、石油、天然气并存和大、中、小规模并存的生产格局。2012年合成氨总产能已达6850万吨/年左右,氮肥工业已基本满足国内需求，在与国际接轨后，具备与国际合成氨产品竞争的能力，今后发展重点是调整原料和产品结构，进一步改善经济性。 1.2.2世界合成氨技术与现状 自20世纪20年代第一套合成氨工业投产以来，尽管合成氨生产的基本原理未变，但在合成气制备、净化、氨合成等工艺单元均取得了重大的技术进步，实现了不少单元技术的革新，以至全流程的更新，使装置规模不断扩大，能耗逐步接近理论值。与此同时，在天然气、重油、煤等制氨原料中，天然气凭借其投资省，能耗低的明显经济性优势，成为世界上约85%的装置使用的原料。 20世纪60年代中期，美国凯洛格公司首先开发出以天然气为原料、日产1000吨的大型合成氨技术，其装置在美国投产后每吨氨能耗达到世界先进水平。凯洛格传统合成氨工艺首次在合成氨装置中采用了离心式压缩机，并将装置中工艺系统和动力系统非有机结合起来，实现了装置的单系列大型化（无并行装置）和能量系统自我平衡（即无能量输入），是传统制氨工艺的最显著特征。 1.2.3合成氨技术未来发展趋势 根据目前合成氨技术发展的情况分析，未来其将会继续紧密围绕“降低成本，提高运行周期，改善经济性”的目标。在“大型化、低能耗、调结构、清洁生产、长周期运行”等方面进行更深入的研究开发。 1.3一氧化碳变换在合成氨中的意义 用不同燃料制得的合成原料气，均含有一定量的一氧化碳。一般固体燃料制得的水煤气中含CO35%-37%，半水煤气中含CO25%-34%，天然气蒸汽转化制得的转化气中含CO较低，一般为12%-14%，一氧化碳不是合成氨生产所需要的直接原料，而且在一定条件下还会与合成氨的铁系催化剂发生反应，导致催化剂失活。因此，在原料气使用之前必须将一氧化碳清除。 1.4变换工艺原理： 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。 有氧存在时，变换过程中还包括下列反应式： H2 + O2 = H2O +Q 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。每反应1%（体积、湿基）的CO，可使气体温度升高11～12℃，生产上对于变换反应进行的程度常用变换率[1]来表示： 变换率=（Vco- Vco’）/[ Vco（100+ Vco’）]×100% 上式中Vco—转化气CO体积百分数，Vco’—变换气中CO体积百分数 从制氢和净化的角度考虑，最终变换率越高越好，如果气体中CO含量高，在甲烷化过程中消耗大量的氢。一个体积的CO需要水消耗三个体积的氢而生成甲烷，