年产万吨小合成氨厂中温变换工段工艺设计

年产万吨小合成氨厂中温变换工段工艺设计内容摘要：

而会使合成氨触媒中毒。 因此，在合成前必须将它除掉。 工业生产上采用在触媒作用下，用水蒸气与 CO 作用，大部分 CO 转化为 CO2，同时获得合成氨所必须的氢气。 由反应式知： ① 反应前后体积不变：从化学 平衡角度来看，提高压力不能使化学反应向右移动，但可以促进分子间的有效碰撞，加快反应速度，提高催化剂生产能力。 ② 反应为一放热反应：降温时反应向右移动，有利于 CO 变换，但触媒只有在一定温度下才具有较高的活性，所以，一般操作温度都是根据触媒活性温度的不同而不同。 一般中变温度为 300～ 500℃ ③ 此为一可逆反应：增加反应物浓度可促进正反应进行，故增加反应物蒸汽的量可以使反应向右进行，有利于提高变换率， 且过量的水蒸气还起到热载体的作用。 提高水蒸气比例，含湿原料气中 CO 含量下降，催化剂床层的温升将减少，所以，改变 水蒸气的用量湿调节床层温度的有效手段。 但 CO 变换率并不是与蒸汽量成正比增加。 同时，蒸汽用量过多，会使炉温不好控制而且不经济，所以要有适当的蒸汽比， 中变操作时适宜的水蒸气比例一般为 ： H2O/CO=3～ 5。 工艺流程简述 含 % CO、温度为 40℃ 的半水煤气，加压到 ，经热水洗涤塔除去气体中的油污、杂质，进入饱和塔下部与上部喷淋下来的 120～ 140℃ 的热水逆流接触，气体被加热而又同时增湿。 然后在混合器中与一定比例的 300～ 350℃ 过热蒸汽混合，25%～ 30%的气体不经热交换器，作为冷激 气体。 其他则经热交换器进一步预热到320℃ 进入变换炉。 进第一段催化反应后温度升高到 460～ 500℃ ，冷激后依次通过二、三段，气体离开变换炉的温度为 400～ 410℃ ， CO 变换率达 90%，残余 CO 含量为 3%左右。 变换气经热交换器加热原料气，再经第一热水加热器加热热水，然后进入热水塔进一步冷却、减湿，温度降到 100～ 110℃。 为了进一步回收余热，气体进入第二热水加热器（即锅炉给水预热器），温度降到 70～ 80℃ ，最后经冷凝塔冷却到常温返回压缩机加压。 8 第 2章 工艺计算 物料及热量衡算 已知条件 及 计算标准 a. 半水煤气组分（干） 组分 CO2 CO H2 N2 CH4 O2 合计 /%V 18 1 100 3Nm 2145 10725 13695 5940 330 165 33000 kmol b. 压力 进工段煤气压力 （表压） 进工段蒸汽压力 （表压） c. 温度 进系统半水煤气温度 40℃ 一段进口 温度 320℃ ； 一段出口温度 485℃ 二段进口 温度 370℃ ； 二段出口温度 430℃ 三段进口 温度 400℃ ； 三段出口温度 415℃ ； 出系统变换气温度 35℃ 循环热水温度 120℃ 出系统变换气（干 ）中 CO 含量 % d. 计算基准 以 1t 氨为计算基准，设备能力以 为基准。 中温变换炉物料 及 热量计算 (1) 干变换气量及变换率的计算 设氧与氢在变换炉一段催化剂内完全燃烧生 成水，由 222O + H = H O 知，实际参加 CO 变换反应的半水煤气量为 9 2 33 3 2 5 0 5OV V V N m? ? ? ?总实 ① 则实际参加 CO 反应的半水煤组分（干）为 组分 CO2 CO H2 N2 CH4 O2 合计 /%V 3Nm 2145 10725 13365 5940 330 0 32505 kmol 则 CO 总变换率为 : ? ? ? ?? ?39。 39。 3 2 . 9 9 4 . 0 %1 0 0 % 8 4 . 4 9 5 %3 2 . 9 9 % 1 4 . 0 %1aaaayyx yy ??? ? ? ???? 变换气中 CO 含量为 39。 3, 1 0 7 2 5 8 4 . 4 9 5 % 1 0 7 2 5 1 6 6 2 . 9 1CO C O C OV V x V N m? ? ? ? ? ? ?实 实 ② 则变换气组分（干）为 组分 CO2 CO H2 N2 CH4 O2 合计 /%V 3Nm kmol (2) 总蒸汽比计算 以 3100Nm 的干半水煤气为计算基准， 设 中 温 变换炉出口变换气温度为 415℃ ，平衡温距取 25℃ ，则 t = 415 + 25 = 440℃ CO 变换反应式为： 2 2 2CO + H O = CO + Ha b c d 则 a = 3 2 .5 c = 6 .5 d = 4 1 .5， ， CO 反应量 333 2 . 5 8 4 . 4 9 5 % 2 7 . 4 6 1 1 0 0 (C O a x N m N m? ? ? ? ? 干 半 水 煤 气 ） 10 查手册 [1]， 知 440℃ 时 ? ? ? ? ?? ? ? ?2 2 2 222222 8 . 0 1 2 22C O H C O HpC O H O C O H OP P y y c CO d CO OKP P y y a CO b CO O?? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ? ?338 3 . 6 2 8 1 0 0 (a c d b N m N m?将 、 、 值 代 入 上 式 解 的 干 半 水 煤 气 ） ， 汽 气 比 为 则 总 需要的 蒸汽量 为 38 3 . 6 2 8 3 3 0 0 0 / 1 0 0 2 7 5 9 7 . 1 8 3 , 1 2 3 2 . 0 1 7V N m n k m o l? ? ? ?蒸 汽 蒸 汽 (3) 中变炉一段催化剂层物料及热量计算 a. 一段平衡转化率 22 2 2100%。