合成氨变换工段工艺设计

摘要

变换工序是合成氨中最重要的工序之一，在合成氨工艺的流程中起着非常重要的作用

本次设计为70 kt/a合成氨变换工段的工艺设计。本设计采用全低变的工艺流程.。根据有关文献资料，完成物料、热量的计算。并对第一变换炉、第二变换炉、煤气换热器以及变换气换热器等主要设备进行选型计算。并做出了合成氨变换工段全低变的工艺流程图和设备布置图。所得结果基本满足设计要求，工艺流程可行。

关键词：合成氨；低温变换；热量衡算；物料衡算

Abstract

Transform processes is one of the most important processes, and it p lays a very important role in the industry of synthetic ammonia.

The task is the design of shift process in 70 kt/a NH3. The low-temperature shift technology was adopted in this calculation.According to the relevant cultural heritage data, complete the calculation of material, calories. Furthermore, the size and type of the equipments were determined such as heat exchanger, shift converter, etc.Also do to synthesize an all of the ammonia transformation work segment low craft flow chart and equipments changing set out diagram.The results meet the requirements of the design task well, the craft process can go.

摘要........................................................................................................................................... I Abstract.......................................................................................................................................... II 第一章前言.. (1)

1.1 变换气反应原理 (1)

1.2 CO变换反应化学平衡 (2)

1.3 CO低温变换催化剂 (5)

1.3.1 低变催化剂的发展 (5)

1.3.2 低变催化剂的主要成分 (5)

1.3.3 催化剂的活性降低和中毒 (7)

1.4 工艺流程简述 (8)

第二章物料衡算及热量衡算 (10)

2.1设计条件 (10)

2.2 CO全变换过程总蒸汽比的计算 (10)

2.3第一变换炉催化剂床层物料与热量衡算 (11)

2.3.1入第一变换炉催化剂床层汽气比 (11)

2.3.2 CO平衡变换率及出催化剂床层气体的组成 (12)

2.3.3 第一变炉热量衡算 (13)

2.3.4第一变换炉催化剂层CO变换反应平衡曲线 (14)

2.3.5 CO在第一变换炉催化剂床层最适宜温度 (15)

2.3.6 CO在第一变换炉催化剂层变换反应操作线 (16)

2.4 第二变换炉第一段催化剂层物料及热量衡算 (17)

2.4.1 第二变换炉第一段催化剂层汽/气比 (17)

2.4.2 第二变换炉第一段催化剂层CO的平衡转化率计算 (18)

2.4.3 出口温度校核 (18)

2.4.4 第二变换炉第一段催化剂热量衡算 (18)

2.4.5 第二变换炉第一段催化剂床层平衡曲线计算 (19)

2.4.6 CO在第二变换炉第一段催化剂层最适宜变换温度 (20)

2.4.7 CO在第二变换炉第一段催化剂层变换反应操作线 (20)

2.5 第二变换炉第二段催化剂床层物料及热量衡算 (21)

2.5.1 第二变换炉第二段催化剂层CO的平衡转化率计算 (22)

2.5.2第二变换炉第二段催化剂热量衡算 (22)

2.5.3 平衡温距校核 (23)

2.5.4 第二变换炉第二段催化剂床层平衡曲线计算 (24)

2.5.5 CO在第二变换炉第二段催化剂层最适宜变换温度 (24)

2.5.6 CO在第二变换炉第二段催化剂层变换反应操作线 (25)

2.6 煤气换热器热量衡算 (26)

2.7 变换气换热器热量衡算 (27)

2.7.1进设备热量计算 (27)

2.7.2出设备热量计算 (28)

第三章主要设备计算 (29)

3.1第一变换炉的计算 (29)

3.1.1 催化剂用量计算 (29)

3.1.2 催化剂床层阻力计算 (30)

3.2第二变换炉的计算 (31)

3.2.1 第二变换炉第一段催化剂用量计算 (31)

3.2.2 第二变换炉第二段催化剂用量计算 (32)

3.2.3 第二变换炉催化剂床层阻力的计算 (33)

3.3煤气换热器的计算 (35)

3.3.1 设备直径及管数确定 (36)

3.3.2 设备规格的确定 (37)

3.3.3 传热系数计算 (37)

3.3.4 传热面积计算 (42)

3.3.5 列管长度的计算 (42)

主要设备一览表 (43)

设计结果及总结 (44)

参考文献 (45)

致谢 (46)

第一章前言

合成氨生产常用的原料包括：焦碳、煤、焦炉气、天然气、石脑油和重油。不论以固体、液体或气体为原料，所得到的合成氨原料气中均含有一氧化碳。固体燃料气化所得半水煤气中的一氧化碳含量为28%~30%，烃类蒸汽转化为12%~13%，焦炉转化气为11%~15%，重油部分氧化为44%~48%。一氧化碳的清除一般分为两次。大部分一氧化碳，先通过变换反应，即在催化剂存在的条件下，一氧化碳与水蒸气作用生成氢气和二氧化碳。通过变换反应，既能把一氧化碳变为易于清除的二氧化碳，同时，又可制得与反应了的一氧化碳相等摩尔的氢，而所消耗的只是廉价的水蒸气。因此，一氧化碳的变换既是原料气的净化过程，又是原料气制造的继续。最后，残余的一氧化碳再通过铜氨液洗涤法、液氮洗涤法或甲烷化法等方法加以清除。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。目前，变换工序主要有“全低变”工艺和“中低变”工艺，此次设计运用的是“全低变”工艺

“全低变”工艺是90年代在我国小合成氨厂开始使用的，是从“中低变”演变而来，使用低温活性较好的B302Q 、B303Q 等耐硫变换催化剂，各段进口温度均在200 ℃左右。经过几年的发展，随着耐硫低温催化剂的开发利用，“全低变”的工艺和设备不断完善，操作水平也进一部提高，目前“全低变”工艺已进入成熟阶段。该工艺具有蒸汽消耗低、系统阻力小、生产强度大等优点。 1.1 变换气反应原理

合成氨生产需要的原料气是H 2和N 2，而半水煤气中含有约30%左右的CO ，需要将其除去。变换工段的目的就是将半水煤气中的CO 除去，在本质上是原料气净化的一个过程。为了将CO 除去，工业上采用的方法是:在催化剂存在的条件下，利用较为廉价的水蒸气与CO 反应，生成H 2和CO 2。

原料气中的一氧化碳与水蒸汽的变换反应可用下式表示：

C O +H O C O +H Q =+ （1-1）

此反应为可逆放热反应，反应热为40964 J/mol ，当开车正常生产后，即可利用其反应热来维持过程的继续进行。

在一般情况下，一氧化碳与水蒸汽直接进行反应，其变换反应的速度是很慢的，如果用催化剂催化，则可以加快反应速度，大大有利于变换反应的进行。

随着一氧化碳变换反应的进行，伴随着微量的副反应发生，主要有如下几种：

（1）甲烷的生成

Q ++=+242CO CH 2H 2CO (1-2) Q ++=+O H CH 3H CO 242 （1-3） Q ++=+O 2H CH 4H CO 2422 （1-4）

（2）一氧化碳的分解反应

Q ++=2CO C 2CO （1-5）（3）有机硫的转化反应

S H CO H COS 22+=+ （1-6） S H CO O H COS 222+=+ （1-7）

S 2H CO O 2H CS 2222+=+ （1-8）

1.2 CO 变换反应化学平衡

一氧化碳和水蒸汽的变换反应系可逆反应。

Q H CO O H CO 222++=+

其平衡常数为：

2222

22CO H CO H P CO H O CO H O

y y r r K y y r r =

（1-9）式中：y i ——各组分的摩尔分数

r ——气体的逸度系数 K p ——CO 的平衡常数

由于小合成氨厂的变换反应多在压力<2.0 M P a ，温度为180～250 ℃条件下

进行的，其逸度系数接近于1，即：

2221CO H r CO H O

r r k r r == （1-10）

则式（1-9）可简化为：

222222CO H CO H P CO H O

CO H O

y y P P K y y P P ==

（1-11）

式中，P i --各组分的分压

由于变换反应是一个放热反应，考虑平衡常数是温度的函数，且随温度的升高而降低。平衡常数与温度关系的表达式很多，数值各不相同，这是由于恒压热容等基础热平衡数据不同所致。本设计可采用下面的公式计算[1]。

3722185

lg 0.11021lg 0.621810 1.060410 2.218P K T T T T

--=

-+?-?- （1-12）

式中，T ——温度，K

3725025.163

exp(

0.0936ln 1.455510 2.488710 5.2894)P K T T T T

--=-+?-?- （1-13）

在变换范围内，平衡常数也可用下面简化式计算：

4757

ln 4.33P K T

- （1-14）式（1-14）在低温下计算出的K p 与式（1-12）及（1-13）相差较大，温度越高误差越小。

CO 变换反应的化学平衡的影响因素： a. 温度

温度对变换反应的影响较大：温度升高，反应速度加快。从化学平衡来看，降低反应温度，增加蒸汽用量，有利于反应向生成氢气和二氧化碳的方向进行，可以提高CO 平衡转化率。在变换反应的初期，反应物浓度高，提高反应温度，可加快正反应；在变换反应的后一阶段，二氧化碳和氢气的浓度增加，逆反应速度加快，因此，须设法降低反应温度，使逆反应速度减慢，这样可以得到较高的变换率。但降低温度也减慢了反应速度，降低了催化剂的生产能力，应综合考虑。对于一氧化碳含量较高的半水煤气，开始反应时，为了加快反应速度，一般要在较高的温度下进行，而在反应的后一阶段，为了使反应比较完全，就必须使温度

降低一些，工业上采取的两段中温变换就是根据这一概念设计确定的。对于一氧化碳含量在2%—4%的中温变换气体，只需要在230 ℃左右，用低温变换催化剂进行低温变换。此外，反应温度与催化剂的活性有很大的关系，一般工业用的变换催化剂低于某一温度反应便不能正常进行，而高于某一温度也会损坏催化剂，因此一氧化碳变换反应必须在催化剂的适用温度范围内选择合理的工艺条件。

b. 压力

一氧化碳变换反应前后气体的分子数相同，若为理想气体，压力对于反应的平衡没有影响。目前的工业操作条件下：压力4.0 M P a 气压下，温度为200～500 ℃时，压力对于变换反应没有显著的影响。但是在较高压力下，反应物浓度增加，分子间的有效碰撞次数增加，可以加快变换反应速度，提高催化剂的生产能力。且各种气体与理想气体有一定的偏差，必须根据各气体组分的逸度计算K P ，因此压力对CO 的变换反应有一定的影响。

c. 蒸汽添加量

一氧化碳变换反应为可逆反应，增加蒸汽量可使反应向正方向移动。因此，工业上一般均采用加入一定的过量水蒸气的方法来提高一氧化碳的变换率。

实际上，当使用半水煤气为原料，使用中温铁铬催化剂的工艺流程中，一般采用H 2O （汽）/CO （气）=(3～4)/1；在使用铁镁催化剂的工艺流程中，一般采用H 2O （汽）/CO （气）=(3～5)/1。

d. 二氧化碳浓度

从一氧化碳变换反应的方程式来看，如果出去生成的二氧化碳，有利于反应向正方向进行，并使变换反应接近于完成。除去二氧化碳可以采用良种方式：（1）利用碱性氧化物与二氧化碳作用生成碳酸盐，例如：

3CaO CO CaCO

（1-15）

或利用碱性氧化物作为催化剂的的一种组分来吸收二氧化碳。由于（1-15）为一放热反应，要对生成的热量采取一定的措施。更重要的是这一反应进行到一定程度后要进行更换催化剂，增加了生产操作的复杂性，因此在实际中很少应用。（2）在两段变换催化剂之间或中变和低变之间，将气体送往脱除二氧化碳装置，然后再进行第二次变换。这种方法相互干扰较少，比较容易实现，但增加了

换热和脱除二氧化碳的设备，流程要复杂一些。 1.3 CO 低温变换催化剂 1.3.1 低变催化剂的发展

随着脱硫技术的进展，烃类蒸汽转化镍催化剂在工业上的广泛应用，以及纯净合成气的制造，特别是在60年代初，透平压缩机在合成氨工业上的出现，大系列化合成氨工艺对原先脱除少量一氧化碳以及二氧化碳的铜碱洗工序，已显的很复杂，气体精制度不能达到现代化工厂的要求（CO+CO 2<10 mL ?m -3）,因此从1963年开始，世界各国对低温变换催化剂展开了广泛的研究。

铜是合适的一氧化碳催化剂，能在较低温度（200～250 ℃）下进行变换反应，一氧化碳平衡转换率可达到99%左右。

但是纯铜金属催化剂在加热到具有足够反应速度的温度时，会因烧结而损害表面结构，使催化剂活性剧减，因此必须放入适当的结构性助催化剂，作为分散状铜晶粒的间隔体。工业上采用的结构性助催化剂有高熔点、难还原的氧化铬、氧化铝、氧化锰、氧化钡等，它们的存在，可增加催化剂抗烧结的作用，延长催化剂使用寿命，增长催化剂的成型性能和机械强度。

目前，中小型氮肥厂的低变催化剂均采用Co-Mo 系催化剂。Co-Mo 系变换催化剂是以Co, Mo 为有效组份，以Al 2O 3为骨架，碱金属或稀土金属的氧化物为辅助催化剂。Co-Mo 系变换催化剂使用前必须先进行硫化，生成CoS, Mo S 2才能获得高的活性。

硫化反应为：

22CoO H S

CoS H O Q +++ （1-16）

M o O 2H S M o S

3H O Q +++ （1-17）

1.3.2 低变催化剂的主要成分（1）钴钼系宽温变换催化剂

Co-Mo 系宽温变换催化剂是近10年来国内研制的一种新型催化剂，它的特点是活性温度低，耐硫性强，使用温度范围宽，因此它能广泛的应用与煤、油为

原料的小氮肥厂，并实现中变直接串低变的工艺流程。也可以用它取代中变催化剂，实现Co-Mo 宽温变换流程，还可望用于三催化剂工艺流程，以取代目前三催化剂流程中的Cu-Zn 系低变催化剂。

Co-Mo 系宽温变换催化剂的化学物理性质包括堆积密度、抗压强度、形状及尺寸等。

Co-Mo 系宽温变换催化剂的加工工艺有混碾法及浸渍法两种，大多数Co-Mo 系低变催化剂采用浸渍法工艺，如B302Q 、B303Q 、SB-3等。浸渍法是以球形

23Al O γ-为载体，将催化剂浸渍到载体内，由于载体本身强度高、相对密度小，故采用这种方法生产出来的催化剂具有密度小，耐压强度大，阻力小等优点。

Co-Mo 系宽温变换催化剂不同于Cu-Zn 系低变催化剂在于它的耐硫性特别强，正常生产中对气体中的硫含量没有上限要求，不论多高都可以直接进入。但对气体最低含硫量却有限制，即在一定反应温度及蒸汽含量下，要求气体中的含硫量不低于一定值，否则引起催化剂放硫而导致失活。

Co-Mo 系宽温变换催化剂的另一特点是可用于低温变换，也可以用于中温变换，可在160～270 ℃（低变用），160～460 ℃（中变用）的宽广范围内使用。（2）铜锌系低变催化剂

金属铜对一氧化碳的低温变换具有高活性，因此国内外都把铜作为催化剂的主活性相。但已知纯金属铜当加热到足够反应的温度时，会因烧结而使表面积缩小，从而失去活性。因此必须加入一组分或多组分的结构性助催化剂。

铜基催化剂的助催化剂组分有ZnO 、Cr 2O 3、Al 2O 3、MgO 、CuO 、TiO 2、MnO 2等。ZnO 用的最广泛，最先出现的低温变换催化剂，就是由ZnO 和CuO 两个组分组成。ZnO 有促进催化剂活性的作用，并能起改进铜微晶长大的稳定和分散作用。但是铜-锌二组分催化剂的热稳定性和寿命不够理想，后来相继出现CuO-ZnO-Cr 2O 3和CuO-ZnO-Al 2O 3催化剂。结构性助催化剂的加入不但和组分有关，而且和加入方法更为密切。用机械混合的方法，往CuO-ZnO-Cr 2O 3催化剂中加入K 2O 、CaO 、MgO 、Al 2O 3、TiO 2、MnO 2则不影响催化剂的结构；但是用共沉淀的方法加入铝和锰，将对催化剂的性质产生明显的影响。例如添加锰的催化剂，显示出很高的活性和良好的耐热性。目前以普遍生产和采用的低温变换催化剂为CuO-ZnO-Cr 2O 3和CuO-ZnO-Al 2O 3系，究竟哪一种性能优越，目前还

不能取得一致的意见。但是就催化剂生产的劳动条件来看，CuO- ZnO- Al 2O 3系要比CuO-ZnO-Cr 2O 3系好，其制造成本要看铝的加入形式和来源。如果以硝酸铝形式加入，则成本并不比加入氧化铬低。 1.3.3 催化剂的活性降低和中毒（1）热烧结

当温度超过280℃时，还原态金属铜容易产生烧结，使催化剂表面积显著减少，活性急剧下降。当温度超过铜的熔点（1083 ℃）一半时，更容易烧结。

热烧结引起催化剂表面积减少，主要是由于分散状铜微晶粒，相邻间的晶粒在一定温度下扩散并使晶粒长大。从而使催化剂活性下降；温度愈高，晶粒长大速度就愈快，表面积和活性的下降趋势愈大。尽管作为结构性助催化剂的高熔点氧化铬和氧化铝的存在，间隔体对阻止铜晶粒的长大，也无济于事。因此低温变换催化剂的使用，必须严格控制反应温度。（2）物理性破坏

这里所指的物理性破坏，主要是指催化剂在操作温度下，由于水蒸气在催化剂微孔内能够凝聚和蒸发相继反复进行，而使催化剂破裂，造成催化剂床层阻力增大。因此低温变换反应必须控制在露点以上进行，这样就使反映温度、压力、蒸汽量、干气量之间保持一定的关系。（3）卤素中毒

在相当长的时间内，卤素对低变催化剂的毒害作用被人们忽视。后来发现卤素是比硫更厉害的毒物，进口气中氯化物仅7110-?，就会显著的毒害低变催化剂，氯海量在8110-?时，就认为被严重污染。（4）硫中毒

硫是铜基低变催化剂的主要毒物之一。由于脱硫技术的发展，原料气中的硫能脱至7110-?以下，但原料气量很大，极微量的硫化物，经日积月累后数量相当可观，从而对低变催化剂造成很大危害。

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 tem p erature conversion p rocess

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，去后续工段。

第二章物料衡算及热量衡算

2.1设计条件

计算基准：1吨NH 3。

设备生产能力：

t/h 7222.924

30010703

=?? 由设计所给条件取每吨氨耗用半水煤气3520Nm 3,则每小时的半水煤气用量为：

3520×9.7222=34222.2 Nm 3/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 com p osition of the initial semi-water gas

组分 CO 2 CO H 2 CH 4 O 2 N 2 合计 % 7.0 30.8 37.8 1.5 0.3 22.6 100 Nm 3 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24 ℃，则计算时取变换温度为t =224℃。

CO 和H 2O 的反应方程式为：

222H CO O H CO +=+

设 A 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K p ： 222CO H 2CO H O

2(CO)(CO 2O )

(CO)(CO 2O )

p p p C D %K p p A B %+??+?-?=

-??-?+? （2-1）

本设计所给条件CO 的变换率为99%，则:

CO 30.8%99%30.49%?=?=

查文献[1]可知在220℃时CO 变换的平衡常数K p =140.96。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K p 的值代入式（2-1）求得：B =75.0。即可知总水气比为75.0/100。 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O 2全部和H 2燃烧生成H 2O ，则CO 的反应量△CO 为：

30.8%×60%=18.48 Nm3/100 Nm 3干半水煤气

则CO 的总反应量为：kmol 3.282Nm 3.6324100

.182.342223==?

设气体出催化剂床层的温度为360 ℃，取平衡温距为20 ℃，则计算所取温度为380 ℃。

查文献[1]知380 ℃时的K p =14.6，由式（2-1）代入数据可得：

)

3.0248.18()48.188.30()

3.0248.188.37()48.180.7(6.14?+-?-?-+?+=

解上式得 B =25.72 即此时的汽气比为 25.72/100。入炉蒸汽量 k m o l 0.393Nm 2.8802100

.252.342223==?

入炉湿气的量 34222.2+8802.2=43024.4 Nm 3=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 com p osition of the wet semi-water gas into the first shift converter 组分 CO 2 CO

H 2

CH 4 O 2 H 2O N 2 合计 % 5.57 24.50 30.07 1.19 0.24 20.46 17.98 100 Nm 3 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剂床层气体的组成

设360℃时的平衡变换率为X p ， 360 ℃时的K p =18.371]，代入式（2-1）得：

.70)24.0250.2446.24()50.2450.24()24.0250.2407.30()50.2487.5(37.18=∴?+?-??-?-+??+=

p p P p X X X X

则实际变换率为平衡变换率

%47.85%1002

.7060

=? 由以上计算知实际反应掉的CO 的量为

10540.4×0.6=6324.2 Nm 3。

出催化剂层干气体量

3Nm 5.400407.10232.63244.34024=?-+

由以上计算可得出催化剂干气体组成，见下表2-3。

表2-3 出第一变换炉催化剂变换气干气体组成

Table2-3 The com p osition of the dried semi-water gas out the first converter 组分 H 2 CO CO 2 CH 4 N 2 合计 % 48.10 10.52 21.78 1.28 19.32 100 Nm 3 19260.2 4216.2 8719.8 513.3 7734.2 400040.5 kmol

859.8

188.2

389.3

22.9

345.3

1787.5

出一段催化剂层剩余湿气量

34024.4+8802.2-102.7=42723.9 Nm 3

剩余蒸汽量 3Nm 4.26837.10222.63242.8802=?+- 剩余CO 的量 10540.4-6324.2=4216.2 Nm 3 CO 在湿气中含量

%87.9%1009

.427232

.4216=?

同理，可求出CO 2、H 2、CH 4、N 2、H 2O 在湿气中的含量，结果见下表2-4。

表2-4 出第一变换炉催化剂变换气湿气组成

Table2-4 The com p osition of the wet semi-water gas outlet the first converter 组分 H 2 CO CO 2 CH 4 N 2 H 2O 合计 % 45.08 9.87 20.41 1.20 18.10 5.73 100 Nm 3 19260.2 4216.2 8719.8 513.3 7734.2 2984.2 42723.9 kmol 859.8

188.2

389.3

22.9

345.3

133.2

1907.3

2.3.3 第一变炉热量衡算

（1）第一变换炉内CO 变换反应放热量为Q 1 气体由200 ℃上升到360 ℃，平均温度t m =280 ℃。

查文献[1]知CO 变换反应的kJ/kmol 39572)(=?-H ，则由表2-2和表2-4中的数据可求出

kJ 10117.139550)2.1886.470(71?=?-=Q

（2）氧气和氢气燃烧放热Q 2

查文献[2]可知氧气和氢气燃烧焓为484017 kJ/kmol ，则

kJ 10226.24840176.462?=?=Q

（3）气体温度上升吸热Q 3

在平均温度285 ℃和平均压力0.92 M P a 下可查出

C p (H 2)=29.38 kJ/kmol?K C p (N 2)=30.39 kJ/kmol?K C p (CO)=30.57 kJ/kmol?K C p (CO 2)=46.32 kJ/kmol?K C p (CH 4)=49.1 kJ/kmol?K C p (O 2)=31.78 kJ/kmol?K C p (H 2O)= 35.59 kJ/kmol?K 则平均比热容：

59.350573.01.49012.032

.46241.039.30181.057.300987.038.294508.0)(?+?+?+?+?+?=m P C

=33.84 kJ/kmol?K

气体吸热 t Q ???=84.333.19073

设热损失 Q 4 =3.9×106 kJ

由热平衡方程式 1234

Q Q Q Q +=+ 将上述数据代入热平衡方程式知：△t =160 ℃。

可知道结果与实际所取温度一致，故不需要进行重复计算。 2.3.4第一变换炉催化剂层CO 变换反应平衡曲线

由平衡变换率的计算公式： )

()()()(O

H CO H CO 222p p p p p AX B AX A AX D AX C p p p p K -?-+?+=

可求出各温度下的平衡转化率，结果见表2-5。

表2-5 第一变换炉CO 在各温度下的平衡转化率

Table 2-5 The equilibrium conversion rate of CO in the first converter

T ，℃ 200

230

250

270

290

310

330

350

370

400

K p

220.9 125.7 87.50 62.65 46.00 34.54 26.47 20.66 16.39 13.20

X p ，% 83.22 80.08 77.96 75.66 73.22 70.67 68.06 65.39 62.69 60.00 以200 ℃为例，计算过程如下：

在200 ℃时，查表知K p =220.90 由式（2-1）知：

222CO H 2CO H O

2()(2O %)()(2O %)

p p p p p p p C AX D AX K p p A AX B AX +?+-?=

-?-+?

代入数据得：

)

24.0233.2401.21)(33.2433.24()

24.0233.2486.29)(33.2453.5(90.220O

H CO H CO 222?+--?-++=

P P P P X X X X p p p p

解上式可得：X p = 0.8322

将以上数据作图可得平衡曲线图，见图2-1。

2.3.5 CO 在第一变换炉催化剂床层最适宜温度

查文献可得最适宜温度计算公式为[1]： 2

211

m e T T RT E In E E E =

+- （2-3）

式中，T m ——最适宜温度，K

T e ——平衡温度，K

R ——通用气体常数，8.314 kJ/kmol E 1、E 2——正、逆反应活化能，kJ/kmol

21()R E E V H -=-?

R H -?—— CO 变换反应热，kJ/kmol

对于变换反应r =1

查文献[1]可知 E 1 = 43340 kJ/kmol ，在平均温度280 ℃时，由式：

3263100000.291 2.845100.970310H T T T --?=--+?-?

代入数据，可得

R H -?=39576.2kJ/kmol 。

CO 变换的逆反应活化能E 2为

2.829162.3957643340)(12=+=?-+=H E E

当X p =83.22%时，T e =200+273.2=473.2 K 将上面的数据代入式（2-3）可得：

6.44543340

25.82916ln 2.395762.473314.812

.473=?+=

m T

t m = 172.4 ℃。

同理，可分别求出各转化率下的最适宜温度，结果见下表2-6。

表2-6 第一变换炉CO转换最适宜温度

Table 2-6 The o p timal tem p erature for CO in the first Shift Converter

X p，% 83.22 80.08 77.96 75.66 73.22 70.67 68.06 65.39 62.69 60.00 T e，K 473.2 503.2 523.2 543.2 563.2 583.2 603.2 623.2 643.2 663.2 T m，K 445.6 473.8 492.6 511.5 530.3 549.2 568.0 586.8 605.7 624.5 t m，℃172.4 200.6 219.5 238.3 257.1 276.0 294.8 3136 332.5 351.3

由以上数据作图可求得最适宜温度曲线，见图2-1。

2.3.6 CO在第一变换炉催化剂层变换反应操作线

由第一变换炉催化剂变换率及热平衡计算可知

入口气体温度200 ℃

出口气体温度370 ℃

入口CO变换率0

出口CO变换率60.0%

由此可作出第一变换炉催化剂床层操作线如图2-1所示

合成氨变换工段车间布置图Word版

摘要变换工段是指一氧化碳与水蒸气反应生成二氧化碳和氢气的过程。一氧化碳变换既是原料气的净化过程，又是原料气制备的继续。目前，变换工段主要采用中变串低变的工艺流程。本设计针对中低温串联变换流程进行设计，对流程中各个设备进行物料、能料衡算、以及设备选型，并绘制了带控制点的流程图。关键词：合成氨,变换,工艺设计，设备选型

30kt/a Retention Of Ammonia Synthesis Process Preliminary Design Abstact Transform section refers to the reactions that produce carbon dioxide carbon monoxide and hydrogen and water vapor in the process. Carbon monoxide transformation is the gas material purification process, and the preparation of gas material to continue. At present, the transformation mainly by grow string sections of variable process low. This design of low-temperature series transformation process of process design, materials, each device can material calculation, and the equipment selection, and plotted take control in the flow chart and variable furnace equipment assembly drawing. Keywords：ammonia, transformation, process design,equipment choice

年产五万吨合成氨合成工段工艺设计设计

目录中文摘要 (1) 英文摘要 (2) 1 引言 (2) 1.1 氨的基本用途 (2) 1.2 合成氨技术的发展趋势 (2) 1.3 合成氨常见工艺方法 (2) 1.3.1 高压法 (2) 1.3.2 中压法 (2) 1.3.3 低压法 (2) 1.4 设计条件 (2) 1.5 物料流程示意图 (2) 2 物料衡算 (2) 2.1 合成塔入口气组成 (2) 2.2 合成塔出口气组成 (2) 2.3 合成率计算 (2) 2.4 氨分离器出口气液组成计算 (2) 2.5 冷交换器分离出的液体组成 (2) 2.6 液氨贮槽驰放气和液相组成的计算 (2) 2.7 液氨贮槽物料衡算 (2) 2.8 合成循环回路总物料衡算 (2) 3 能量衡算 (2) 3.1 合成塔能量衡算 (2) 3.2废热锅炉能量衡算 (2) 3.3 热交换器能量衡算 (2) 3.4 软水预热器能量衡算 (2) 3.5 水冷却器和氨分离器能量衡算 (2) 3.6 循环压缩机能量衡算 (2) 3.7 冷交换器与氨冷器能量衡算 (2) 3.8 合成全系统能量平衡汇总 (2) 4 设备选型及管道计算 (2) 4.1 管道计算 (2) 4.2 设备选型 (2) 结论 (2) 致谢 (2) 参考文献 (2)

合成氨工艺流程

合成氨工艺流程标准化管理部编码-[99968T-6889628-J68568-1689N]

将无烟煤（或焦炭）由炉顶加入固定床层煤气发生炉中，并交替向炉内通入空气和水蒸汽，燃料气化所生成的半水煤气经燃烧室、废热锅炉回收热量后送入气柜。半水煤气由气柜进入电除尘器，除去固体颗粒后依次进入压缩机的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段，加压到~，送入脱硫塔，用溶液或其他脱硫溶液洗涤,以除去硫化氢，随后，气体经饱和塔进入热交换器，加热升温后进入一氧化碳变换炉，用水蒸汽使气体中的一氧化碳变为氢。变换后的气体，返回热交换器进行降温，并经热水塔的进一步降温后，进入变换器脱硫塔，以除去变换时产生的硫化氢。然后，气体进入二氧化碳吸收塔，用水洗法除去大部分二氧化碳。脱碳后的原料进入压缩机Ⅳ、Ⅴ段，升压到压缩机~后，依次进入铜洗塔和碱洗塔，使气体中残余的一氧化碳和二氧化碳含量进一步降至20（ppm）以下，以满足合成氨的要求。净化后的原料气进入压缩机的最后一段，升压到~MPa进入滤油器，在此与循环压缩机来的循环气混合，经除油后，进入冷凝塔和氨冷器的管内，再进入冷凝塔的下部，分离出液氨。分离出液氨后的气体进入冷凝塔上部的管间，与管内的气体换热升温后进入氨合成塔。在高温高压并有催化剂存在的条件下，将氮氢气合成氨。出合成塔的气体中，约含氨10~20%，经水冷器与氨冷器将氨液化并分离后，其气体进入循环压缩机循环使用。分离出的液氨进入液氨贮槽。原料气的制备:制备氢氮比为3:1的半水煤气即造气。将无烟煤（或焦炭）由炉顶加入固定床层煤气发生炉中，并交替向炉内通入空气和水蒸汽，燃料气化后生成氢氮比为3:1的半水煤气。整个生产过程由煤气发生炉、燃烧室、废热锅炉、气柜等设备组成。固定床半水煤气制造过程由吹风、上吹制气、下吹制气、二次上吹、空气吹净等5个阶段构成，为了调节氢氮比，在吹风末端要将部分吹风气吹入煤气，这个过程通常称为吹风回收。吹风阶段：空气从煤气炉的底部吹入，使燃料燃烧，热量贮存于燃料中，为制气阶段碳与水蒸汽的反应提供热量。吹风气经过燃烧室和废热锅炉后放空。上吹制气阶段：从煤气炉的底部通入混有适量空气的水蒸汽，和碳反应生成的半水煤气经过炉的顶部引出。向水蒸汽中加入的空气称为加氮空气。下吹制气阶段：将水蒸汽和加氮空气由炉顶送入，生成的半水煤气由炉底引出。二次上吹制气阶段：水蒸汽和加氮空气自下而上通过燃料层，将炉底残留的半水煤气排净，为下一步送入空气创造安全条件。空气吹净阶段：从炉底部吹入空气，所得吹风气为半水煤气中氮的主要来源，并将残留的半水煤气加以回收。以上五个阶段完成了制造半水煤气的主过程，然后重新转入吹风阶段，进入下一个循环。原料气的净化：除去原料气中的硫化氢、二氧化碳等杂质，将一氧化碳转化为氢气本阶段由原料气脱硫、一氧化碳变换、水洗（脱除二氧化碳）、铜洗（脱除一氧化碳）、碱洗（脱除残余二氧化碳）等几个工段构成，主要设备有除尘器、压缩机、脱硫塔、饱和塔、热水塔、一氧化碳变换炉、二氧化碳吸收塔、铜洗塔、碱洗塔等。脱硫：原料气中硫化物的存在加剧了管道及设备的腐蚀，而且能引起催化剂中毒，必须予以除去。脱硫方法可分为干法脱硫和湿法脱硫两大类。干法脱硫是用固体硫化剂，当气体通过脱硫剂时硫化物被固体脱硫剂吸附，脱除原料气中的少量硫化氢和有机硫化物。一般先进行湿法脱硫，再采用干法脱硫除去有机物和残余硫化氢。湿法脱硫所用的硫化剂为溶液，当含硫气体通过脱硫剂时，硫化物被液体剂吸收，除去气体中的绝大部分硫化氢。

生产管理--年产五万吨合成氨变换工段工艺初步精品

四川理工学院毕业设计题目年产五万吨合成氨变换工段工艺初步设计系别化学工程与工艺专业无机化工 011 指导教师教研室主任学生姓名接受任务日期 20XX年2月28日完成任务日期 20XX年6月1日

四川理工学院毕业论文任务书材料与化学工程系无机化工专业2001-1 班题目年产五万吨合成氨变换工段工艺初步设计起迄日期20XX年 2 月25 日起至20XX 年 6 月1日止指导老师教研室主任（签名）系主任（签名）学生姓名批准日期20XX 年 2 月25 日接受任务日期20XX 年 2 月25 日完成任务日期20XX 年 6 月 1 日

一、设计（论文）的要求： 1、说明书包括前言，合成氨变换工段工序原理，工艺条件及工艺流程确定，以及主要设备的选择说明，对本设计的评述。 2、计算部分包括物料衡算，热量衡算，有效能利用率计算，主要设备计算。 3、图纸带控制点的工艺流程图。二、设计（论文）的原始数据：天然气成分：以鸿化厂的实际工作数据为依据来进行。年工作日330天,其余数据自定。三、参考资料及说明：《化工工艺设计手册》（上、下册）、《氮肥工艺设计手册》理化数据、《化肥企业产品能平衡》、《小合成氨厂工艺技术与设计手册》、《合成氨工学》、《化工制图》、《化工原理》、《化学工程》、《化工设计概论》以及关于氮肥的其他相关杂志。

目录 1.前言 (4) 2.工艺原理 (4) 3.工艺条件 (5) 4.工艺流程的确定 (6) 5.主要设备的选择说明 (6) 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) 第四节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) 及致谢 (35)

年产40万吨合成氨合成工段工艺设计

目录摘要 (3) ABSTRACT (4) 第一章总论 (5) 1.1 概述 (5) 1.2 氨的性质 (5) 1.2.1 氨的物理性质 (5) 1.2.2氨的化学性质 (6) 1.3 原料气来源 (6) 1.4 文献综述 (6) 1.4.1 合成氨工业的发展 (7) 1.4.2我国合成氨工业的现状 (7) 1.4.3合成氨工业的发展趋势 (7) 1.5 设计任务的项目来源 (8) 第二章流程方案的确定 (9) 2.1生产原理 (9) 2.2各生产方法及特点 (9) 2.3工艺条件的选择 (10) 2.4合成塔进口气的组成 (11) 第三章工艺流程简述 (13) 3.1 合成工段工艺流程简述 (13) 3.2 工艺流程方框图 (14) 第四章工艺计算 (15) 4.1 物料衡算 (15) 4.1.1设计要求 (15) 4.1.2计算物料点流程图 (16) 4.1.3合成塔入口气组分 (16) 4.1.4合成塔出口气组分 (17) 4.1.5合成率 (18)

4.1.6氨分离器气液平衡计算 (18) 4.1.7冷交换器气液平衡计算 (20) 4.1.8液氨贮槽气液平衡计算 (21) 4.1.9合成系统物料计算 (24) 4.1.10合成塔物料计算 (25) 4.1.11水冷器物料计算 (26) 4.1.12氨分离器物料计算 (27) 4.1.13冷交换器物料计算 (27) 4.1.15氨冷器物料计算 (30) 4.1.17液氨贮槽物料计算 (30) 4.2 热量衡算 (30) 4.2.1冷交换器热量计算 (30) 4.2.2 氨冷凝器热量衡算 (33) 4.2.3循环机热量计算 (33) 4.2.4合成塔热量衡算 (35) 4.2.5废热锅炉热量计算 (37) 4.2.6热交换器热量计算 (38) 4.2.7水冷器热量衡算 (39) 第五章设备选型及设计计算 (40) 5.1 合成塔催化剂层设计 (40) 5.2 废热锅炉设备工艺计算 (42) 5.2.1计算条件 (42) 5.2.2管内给热系数的计算 (42) 5.2.3管外给热系数 (46) 5.2.4传热总系数K (46) 5.2.5传热温差 (47) 5.2.6传热面积 (47) 参考文献 (50) 致谢 (51)

-合成氨原料气的制备方法

年产五十万吨合成氨的原料气制备工艺筛选合成氨生产工艺流程简介合成氨因采用的工艺不同其生产流程也有一定的差别，但基本的生产过程都大同小异，基本上由原料气的生产、原料气的净化、合成气的压缩以及氨合成四个部分组成。 ●原料气的合成固体燃料生产原料气：焦炭、煤液体燃料生产原料气：石脑油、重油气体燃料生产原料气：天然气 ●原料气的净化 CO变换 ●合成气的压缩 ●氨的合成工业上因所用原料制备与净化方法不同，而组成不同的工艺流程，各种原料制氨的典型流程如下： 1)以焦炭（无烟煤）为原料的流程 50年代以前，世界上大多数合成氨厂采用哈伯-博施法流程。以焦炭为原料的吨氨能耗为88GJ，比理论能耗高4倍多。我国在哈伯-博施流程基础上于50年代末60年代初开发了碳化工艺和三催化剂净化流程： ◆碳化工艺流程将加压水洗改用氨水脱除CO2得到的碳酸氢铵经结晶，分离后作为产品。所以，流程的特点是气体净化与氨加工结合起来。 ◆三催化剂净化流程采用脱硫、低温变换及甲烷化三种催化剂来净化气体，以替代传统的铜氨液洗涤工艺。 2)以天然气为原料的流程天然气先要经过钴钼加氢催化剂将有机硫化物转化成无机硫，再用脱硫剂将硫含量脱除到以下，这样不仅保护了转化催化剂的正常使用，也为易受硫毒害的低温变换催化剂应用提供了条件。 3)以重油为原料的流程以重油作为制氨原料时，采用部分氧化法造气。从气化炉出来的原料气先清除炭黑，经CO耐硫变换，低温甲醇洗和氮洗，再压缩和合成而得氨。二、合成氨原料气的制备方法简述天然气、油田气、炼厂气、焦炉气、石脑油、重油、焦炭和煤，都是生产合成氨的原料。除焦炭成分用C表示外，其他原料均可用C n H m来表示。它们呢在高温下与蒸汽作用生成以H2和CO为主要组分的粗原料气，这些反应都应在高温条件下发生，而且为强吸热反应，工业生产中必须供给热量才能使其进行。按原料不同分为如下几种制备方法： ●以煤为原料的合成氨工艺各种工艺流程的区别主要在煤气化过程。典型的大型煤气化工艺主要包括固定床碎煤加压气化工艺、德士古水煤浆加压气化工艺以及壳牌干煤粉加压气化工艺。 ①固定床碎煤气化

合成氨工艺流程

工艺流程说明：将无烟煤（或焦炭）由炉顶加入固定床层煤气发生炉中，并交替向炉内通入空气和水蒸汽，燃料气化所生成的半水煤气经燃烧室、废热锅炉回收热量后送入气柜。半水煤气由气柜进入电除尘器，除去固体颗粒后依次进入压缩机的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段，加压到1.9~2.0Mpa，送入脱硫塔，用A.D.A.溶液或其他脱硫溶液洗涤,以除去硫化氢，随后，气体经饱和塔进入热交换器，加热升温后进入一氧化碳变换炉，用水蒸汽使气体中的一氧化碳变为氢。变换后的气体，返回热交换器进行降温，并经热水塔的进一步降温后，进入变换器脱硫塔，以除去变换时产生的硫化氢。然后，气体进入二氧化碳吸收塔，用水洗法除去大部分二氧化碳。脱碳后的原料进入压缩机Ⅳ、Ⅴ段，升压到压缩机12.09~13.0Mpa后，依次进入铜洗塔和碱洗塔，使气体中残余的一氧化碳和二氧化碳含量进一步降至20（ppm）以下，以满足合成氨的要求。净化后的原料气进入压缩机的最后一段，升压到30.0~32.0 MPa进入滤油器，在此与循环压缩机来的循环气混合，经除油后，进入冷凝塔和氨冷器的管内，再进入冷凝塔的下部，分离出液氨。分离出液氨后的气体进入冷凝塔上部的管间，与管内的气体换热升温后进入氨合成塔。在高温高压并有催化剂存在的条件下，将氮氢气合成氨。出合成塔的气体中，约含氨10~20%，经水冷器与氨冷器将氨液化并分离后，其气体进入循环压缩机循环使用。分离出的液氨进入液氨贮槽。原料气的制备:制备氢氮比为3:1的半水煤气即造气。将无烟煤（或焦炭）由炉顶加入固定床层煤气发生炉中，并交替向炉内通入空气和水蒸汽，燃料气化后生成氢氮比为3:1的半水煤气。整个生产过程由煤气发生炉、燃烧室、废热锅炉、气柜等设备组成。固定床半水煤气制造过程由吹风、上吹制气、下吹制气、二次上吹、空气吹净等5个阶段构成，为了调节氢氮比，在吹风末端要将部分吹风气吹入煤气，这个过程通常称为吹风回收。吹风阶段：空气从煤气炉的底部吹入，使燃料燃烧，热量贮存于燃料中，为制气阶段碳与水蒸汽的反应提供热量。吹风气经过燃烧室和废热锅炉后放空。上吹制气阶段：从煤气炉的底部通入混有适量空气的水蒸汽，和碳反应生成的半水煤气经过炉的顶部引出。向水蒸汽中加入的空气称为加氮空气。下吹制气阶段：将水蒸汽和加氮空气由炉顶送入，生成的半水煤气由炉底引出。二次上吹制气阶段：水蒸汽和加氮空气自下而上通过燃料层，将炉底残留的半水煤气排净，为下一步送入空气创造安全条件。空气吹净阶段：从炉底部吹入空气，所得吹风气为半水煤气中氮的主要来源，并将残留的半水煤气加以回收。以上五个阶段完成了制造半水煤气的主过程，然后重新转入吹风阶段，进入下一个循环。原料气的净化：除去原料气中的硫化氢、二氧化碳等杂质，将一氧化碳转化为氢气本阶段由原料气脱硫、一氧化碳变换、水洗（脱除二氧化碳）、铜洗（脱除一氧化碳）、碱洗（脱除残余二氧化碳）等几个工段构成，主要设备有除尘器、压缩机、脱硫塔、饱和塔、热水塔、一氧化碳变换炉、二氧化碳吸收塔、铜洗塔、碱洗塔等。脱硫：原料气中硫化物的存在加剧了管道及设备的腐蚀，而且能引起催化剂中毒，必须予以除去。脱硫方法可分为干法脱硫和湿法脱硫两大类。干法脱硫是用固体硫化剂，当气体通过脱硫剂时硫化物被固体脱硫剂吸附，脱除原料气中的少量硫化氢和有机硫化物。一般先进行湿法脱硫，再采用干法脱硫除去有机物和残余硫化氢。湿法脱硫所用的硫化剂为溶液，当含硫气体通过脱硫剂时，硫化物被液体剂吸收，除去气体中的绝大部分硫化氢。 CO变换：一氧化碳对氨催化剂有毒害，因此在原料气进入合成氨工序之前必须将一氧

年产5万吨合成氨变换工段工艺初步讲解

毕业设计题目年产五万吨合成氨变换工段工艺初步设计系别化学工程与工艺专业指导教师教研室主任学生姓名接受任务日期完成任务日期

四川理工学院毕业论文任务书指导老师教研室主任（签名）系主任（签名）学生姓名批准日期2005 年 2 月25 日接受任务日期2005 年 2 月25 日完成任务日期2005 年 6 月 1 日

(工艺技术)合成氨工艺简介

合成氨工艺控制方案总结一合成氨工艺简介中小型氮肥厂是以煤为主要原料，采用固定层间歇气化法制造合成氨原料气。从原料气的制备、净化到氨的合成，经过造气、脱硫、变换、碳化、压缩、精炼、合成等工段。工艺流程简图如下所示：该装置主要的控制回路有：（1）洗涤塔液位；（2）洗涤气流量；（3）合成塔触媒温度；（4）中置锅炉液位；（5）中置锅炉压力；（6）冷凝塔液位；（7）分离器液位；（8）蒸发器液位。其中触媒温度控制可采用全系数法自适应控制，其他回路采用PID控制。二主要控制方案（一）造气工段控制工艺简介：固定床间歇气化法生产水煤气过程是以无烟煤为原料，周期循环操作，在每一循环时间里具体分为五个阶段；(1)吹风阶段约37s；(2)上吹阶段约39s；(3)下吹阶段约56s；(4)二上吹阶段约12s；(5)吹净阶段约6s. l、吹风阶段此阶段是为了提高炉温为制气作准备的。这一阶段时间的长短决定炉温的高低，时间过长，炉温过高；时间过短，炉温偏低并且都影响发气量，炉温主要由这一阶段控制。般工艺要求此阶段的操作时间约为整个循环周期的18％左右。 2、上吹加氮制气阶段在此阶段是将水蒸汽和空气同时加入。空气的加入增加了气体中的氮气含量，是调节H2/N2的主要手段。但是为了保证造气炉的安全该段时间最多不超过整个循环周期的26％。 3、上吹制气阶段该阶段与上吹加氯制气总时间为整个循环的32％，随着上吹制气的进行下部炉温逐渐下降，为了保证炉况和提高发气量，在此阶段蒸汽的流量最好能得以控制。 4、下吹制气阶段为了充分地利用炉顶部高温、提高发气量，下吹制气也是很重要的一个阶段。这段时间

合成氨变换工段设计说明

工商职业技术学院毕业论文题目：合成氨变换工段设计作者：焦鹏丽学号：2101100125系别：化工工程系专业：应用化工技术指导教师：晋萍专业技术职务讲师 2012 年1月1

工商职业技术学院毕业设计说明书题目：合成氨变换工段设计作者：焦鹏丽学号：2101100125 系别：化工工程系专业：应用化工技术指导教师：晋萍专业技术职务讲师 2012 年1月1

摘要:本文是关于煤炭为原料一氧化碳变换工段初步设计。在合成氨的生产中，一氧化碳变换反应是非常重要的反应。用煤炭制造的原料气中，含有一部分一氧化碳，这些一氧化碳不能直接做为合成氨的原料，而且对合成氨的催化剂有毒害作用，必须在催化剂的催化作用下通过变换反应加以除去。一氧化碳变换反应既是原料气的净化过程，又是原料气的制造过程。本设计主要包括工艺路线的确定、中温变换炉的物料衡算和热量衡算、触媒用量的计算、中温变换炉工艺计算和设备选型、换热器的物料衡算和热量衡算以及设备选型等。关键词：煤炭；一氧化碳变换；中温变换炉；流程图结论中提到完成了设计宗指，但你的设计宗指到底是什么?没有表达出来。结论中也没有对你的设计做一个总结，你到底做这个设计的做用是什么?解决了什么问题?目录中二级目录应比一级目录再缩进两格，下级目录同理。

目录第一章绪论 0 1.1 氨的性质和用途 0 1.1.1 氨的性质 0 1.1.2 氨的用途 0 1.2 我国合成氨生产现状 (1) 1.3 一氧化碳变换在合成氨中的意义 (1) 第二章变换流程及工艺条件 (2) 2.1 变换工艺原理 (2) 2.1.1变换反应的热力学分析 (2) 2.1.2 变换反应的动力学分析 (2) 2.2变换工艺的选择 (3) 2.3 工艺条件 (4) 2.3.1 温度 (4) 2.3.2 压力 (5) 2.3.3 水汽比 (5) 第三章工艺计算 (6) 3.1 基本工艺数据的确定 (6) 3.1.1水气比的确定 (6) 3.2中变炉一段催化床层的物料衡算 (7) 3.2.1 中变炉一段催化床层的物料衡算 (7) 3.2.2中变炉一段催化床层的热量衡算 (8) 3.2.3 中变一段催化剂操作线的计算 (11) 3.3中间冷凝过程的物料和热量计算 (12) 3.4中变炉二段催化床层的物料与热量衡算 (13) 3.4.1中变炉二段催化床层的物料衡算： (13) 3.4.2中变炉二段催化床层的热量衡算 (15) 3.4.3中变二段催化剂操作线计算 (16) 3.5 主换热器的物料与热量的衡算 (18)

合成氨生产工艺介绍

1、合成氨生产工艺介绍 1）造气工段造气实质上是碳与氧气和蒸汽的反应，主要过程为吹风和制气。具体分为吹风、上吹、下吹、二次上吹和空气吹净五个阶段。原料煤间歇送入固定层煤气发生炉内，先鼓入空气，提高炉温，然后加入水蒸气与加氮空气进行制气。所制的半水煤气进入洗涤塔进行除尘降温，最后送入半水煤气气柜。造气工艺流程示意图 2）脱硫工段煤中的硫在造气过程中大多以H2S的形式进入气相，它不仅会腐蚀工艺管道和设备，而且会使变换催化剂和合成催化剂中毒，因此脱硫工段的主要目的就是利用DDS脱硫剂脱出气体中的硫。气柜中的半水煤气经过静电除焦、罗茨风机增压冷却降温后进入半水煤气脱硫塔，脱除硫化氢后经过二次除焦、清洗降温送往压缩机一段入口。脱硫液再生后循环使用。

脱硫工艺流程图 3）变换工段变换工段的主要任务是将半水煤气中的CO在催化剂的作用下与水蒸气发生放热反应，生成CO2和H2。河南中科化工有限责任公司采用的是中变串低变工艺流程。经过两段压缩后的半水煤气进入饱和塔升温增湿，并补充蒸汽后，经水分离器、预腐蚀器、热交换器升温后进入中变炉回收热量并降温后，进入低变炉，反应后的工艺气体经回收热量和冷却降温后作为变换气送往压缩机三段入口。

变换工艺流程图 4）变换气脱硫与脱碳经变换后，气体中的有机硫转化为H2S，需要进行二次脱硫，使气体中的硫含量在25mg/m3。脱碳的主要任务是将变换气中的CO2脱除，对气体进行净化，河南中科化工有限责任公司采用变压吸附脱碳工艺。来自变换工段压力约为1.3MPa左右的变换气，进入水分离器，分离出来的水排到地沟。变换气进入吸附塔进行吸附，吸附后送往精脱硫工段。被吸附剂吸附的杂质和少量氢氮气在减压和抽真空的状态下，将从吸附塔下端释放出来，这部分气体称为解析气，解析气分两步减压脱附，其中压力较高的部分在顺放阶段经管道进入气柜回收，低于常压的解吸气经阻火器排入大气。

小合成氨厂低温变换工段工艺设计资料

《化工工艺设计任务书》

变换工艺设计说明书设计题目小合成氨厂低温变换工段工艺设计课题来源小合成氨厂低温变换工段工艺设计变换工段化学工艺设计标准变换工段在合成氨生产起的作用既是气体净化工序，又是原料气的再制造工序，经过变换工段后的气体中的CO含量大幅度下降，符合进入甲烷化或者铜洗工段气质要求。要求：1.绘制带控制点的工艺流程图 2.系统物料、能量衡算 3.系统主要设备能力及触媒装填量核算 4?该工段设备多，工艺计算复杂，分变换炉能力及触媒装填量核算、系统热量核算和系统水循环设备及能力核算。变换工艺流程低压机四段来的半水煤气压力 2.0 MPa，温度40C的半脱气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166?175 C的热水逆流接触，进行传质传热，使气体中的水汽含量接近饱和，从塔顶出来到蒸汽喷射器，补入外管来的高压蒸汽，进一步提高气体的温度和水气比，使出0/干气=0.6?0.7。达到变换所需的液气比值。接着气体进入半水煤气换热器I,半水煤气换热器n管内加热，温度升至300 C,经过加压电炉进入中变炉内。中变炉触媒分三段，每段各装一层触媒，上段出口变换气CO含量13?15%，温度 437C，通过甲烷化加热器壳程换热和增湿器降温，增湿温度降至370C进入中变二段，二段出口CO变换率8?9%，温度403 C进入增温器，三段出口变换气中，CO 3?3.5%，温度386C，经过半水煤气换热器n和半水煤气换热器I的管间，加热进中变的半水煤气，温度降至285C 然后进入一水加热器被管内的循环热水降温至185C,进入低变炉进行低温变换。低变炉触媒分上、下两段，每段各层一层耐硫变换催化剂，上段出口变换气温度222C，含CO 0.5?0.6%，进入段间冷却器管间，温度降至190C，进入低变炉下段反应，出口变换气温度232 C,含CO 0.2?0.3%，进入二水加热器降温后，温度170 C进入热水塔与饱和塔底出来的热水逆流接触，进行传质传热，进一步降温并回收热量，147C的变换气接着又进入脱盐水预热器管内与来自脱盐水站的脱盐水换热后进入变换气水冷器管间，出来后温度降至 40 C,在变换气水分离器内，分离冷凝水后去变脱工段。变换工段化学工艺设计原则 1.入工序气体流量：6000kmol/h （干基）压力： 2.47Mpa温度：40 C 2.入口气体组分：CO%=2.01% CO2%=10.95% 出％=41.49% 2%=1 3.93% CH4%=0.21% H2O%=31.23% Ar=0.18 %（体积比） 3.出口气体组分：CO% < 0.34% （体积比）目录

合成氨变换工段毕业设计说明书

摘要本文是关于重油为原料年产8万吨氨一氧化碳变换工段初步设计。在合成氨的生产中，一氧化碳变换反应是非常重要的反应。用重油制造的原料气中，含有一部分一氧化碳，这些一氧化碳不能直接做为合成氨的原料，而且对合成氨的催化剂有毒害作用，必须在催化剂的催化作用下通过变换反应加以除去。一氧化碳变换反应既是原料气的净化过程，又是原料气的制造过程。本设计主要包括工艺路线的确定、中温变换炉的物料衡算和热量衡算、触媒用量的计算、中温变换炉工艺计算和设备选型、换热器的物料衡算和热量衡算以及设备选型等。并且综合各方面因素对车间设备布置进行了合理的设计，最终完成了20 000字的设计说明书及生产工艺流程图、车间平立面布置图及主体设备装配图的绘制。关键词：重油；一氧化碳变换；中温变换炉；流程图

Abstract This article was about the annual output of heavy oil as raw materials to transform eight 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 heavy oil feed gas which containa 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, the calculation of the amount of catalyst, 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 a reasonable arrangement of the design. In the end, the20 000-word statement and map production process, shopping facade and the main equipment layout drawing assembly were completed. Key words: Heavy oil; Transformation of carbon monoxide; Temperature shift converter; Flow chart

产五万吨合成氨合成工段工艺设计方案

目录中文摘要 (1) 英文摘要 (2) 1 引言 (3) 1.1 氨的基本用途 (3) 1.2 合成氨技术的发展趋势 (4) 1.3 合成氨常见工艺方法 (4) 1.3.1 高压法 (5) < 1.3.2 中压法 (5) 1.3.3 低压法 (5) 1.4 设计条件 (5) 1.5 物料流程示意图 (6) 2 物料衡算 (8) 2.1 合成塔入口气组成 (8) 2.2 合成塔出口气组成 (8) 2.3 合成率计算 (9) 《 2.4 氨分离器出口气液组成计算 (10) 2.5 冷交换器分离出的液体组成 (13) 2.6 液氨贮槽驰放气和液相组成的计算 (13) 2.7 液氨贮槽物料衡算 (15) 2.8 合成循环回路总物料衡算 (17) 3 能量衡算 (28) 3.1 合成塔能量衡算 (28) 3.2废热锅炉能量衡算 (30) ~ 3.3 热交换器能量衡算 (31) 3.4 软水预热器能量衡算 (32) 3.5 水冷却器和氨分离器能量衡算 (33) 3.6 循环压缩机能量衡算 (35) 3.7 冷交换器与氨冷器能量衡算 (36) 3.8 合成全系统能量平衡汇总 (38) 4 设备选型及管道计算 (40) 4.1 管道计算 (40) , 4.2 设备选型 (42) 结论 (43) 致谢 (44) 参考文献 (45)

年产五万吨合成氨合成工段工艺设计摘要：本次课程设计任务为年产五万吨合成氨工厂合成工段的工艺设计，氨合成工艺流程一般包括分离和再循环、氨的合成、惰性气体排放等基本步骤，上述基本步骤组合成为氨合成循环反应的工艺流程。其中氨合成工段是合成氨工艺的中心环节。新鲜原料气的摩尔分数组成如下：H273.25%， N225.59%，CH41.65%,Ar0.51%合成操作压力为31MPa，合成塔入口气的组成为NH3(3.0%>,CH4+Ar(15.5%>,要求合成塔出口气中氨的摩尔分数达到 17%。通过查阅相关文献和资料，设计了年产五万吨合成氨厂合成工段的工艺流程，并借助CAD技术绘制了该工艺的管道及仪表流程图和设备布置图。最后对该工艺流程进行了物料衡算、能量衡算，并根据设计任务及操作温度、压力按相关标准对工艺管道的尺寸和材质进行了选择。关键词：物料衡算，氨合成，能量衡算 , The Design of 50kt/a Synthetic Ammonia Process Abstract:There are many types of Ammonia synthesis technology and process,Generally,they includes ammonia synthesis, separation and recycling, inert gases Emissions and other basic steps, Combining the above basic stepsturnning into the ammonia synthesis reaction and recycling process , in which ammonia synthesis section is the central part of a synthetic ammonia process. The task of curriculum design is theammonia synthesis section of an annual fifty thousand tons synthetic ammonia plant . The composition of fresh feed gas is: H2(73.77%>,N2(24.56%>,CH4(1.27%>,Ar(0.4%>, the temperature is 35℃, the operating pressure is 31MPa, the inlet gas composition of the Reactor is : NH3(3.0%>,CH4+Ar(15.7%>,it Requires the mole fraction of ammonia reacheds to 16.8% of outlet gas of synthesis reactor. By consulting the relevant literature and information,we designed the ammonia synthesis section of an annual fifty thousand tons synthetic ammonia

合成氨的工艺流程 (1)

合成氨工艺流程氨是重要的无机化工产品之一，在国民经济中占有重要地位。除液氨可直接作为肥料外，农业上使用的氮肥，例如尿素、硝酸铵、磷酸铵、氯化铵以及各种含氮复合肥，都是以氨为原料的。合成氨是大宗化工产品之一，世界每年合成氨产量已达到1亿吨以上，其中约有80%的氨用来生产化学肥料，20%作为其它化工产品的原料。德国化学家哈伯1909年提出了工业氨合成方法，即“循环法”，这是目前工业普遍采用的直接合成法。反应过程中为解决氢气和氮气合成转化率低的问题，将氨产品从合成反应后的气体中分离出来，未反应气和新鲜氢氮气混合重新参与合成反应。合成氨反应式如下： N2+3H2≒2NH3 合成氨的主要原料可分为固体原料、液体原料和气体原料。经过近百年的发展，合成氨技术趋于成熟，形成了一大批各有特色的工艺流程，但都是由三个基本部分组成，即原料气制备过程、净化过程以及氨合成过程。 1.合成氨的工艺流程 (1)原料气制备将煤和天然气等原料制成含氢和氮的粗原料气。对于固体原料煤和焦炭，通常采用气化的方法制取合成气；渣油可采用非催化部分氧化的方法获得合成气；对气态烃类和石脑油，工业中利用二段蒸汽转化法制取合成气。(2)净化对粗原料气进行净化处理，除去氢气和氮气以外的杂质，主要包括变换过程、脱硫脱碳过程以及气体精制过程。 ① 一氧化碳变换过程在合成氨生产中，各种方法制取的原料气都含有CO，其体积分数一般为12%~40%。合成氨需要的两种组分是H2和N2，因此需要除去合成气中的CO。变换反应如下：CO+H2OH→2+CO2 =-41.2kJ/mol 0298HΔ 由于CO变换过程是强放热过程，必须分段进行以利于回收反应热，并控制变换段出口残余CO含量。第一步是高温变换，使大部分CO转变为CO2和H2；第二步是低温变换，将CO含量降至0.3%左右。因此，CO变换反应既是原料气制造的继续，又是净化的过程，为后续脱碳过程创造条件。 ② 脱硫脱碳过程各种原料制取的粗原料气，都含有一些硫和碳的氧化物，为了防止合成氨生产过程催化剂的中毒，必须在氨合成工序前加以脱除，以天然气为原料的蒸汽转化法，第一道工序是脱硫，用以保护转化催化剂，以重油和煤为原料的部分氧化法，根据一氧化碳变换是否采用耐硫的催化剂而确定脱硫的位置。工业脱硫方法种类很多，通常是采用物理或化学吸收的方法，常用的有低温甲醇洗法(Rectisol)、聚乙二醇二甲醚法(Selexol)等。粗原料气经CO变换以后，变换气中除H2外，还有CO2、CO和CH4等组分，其中以CO2含量最多。CO2既是氨合成催化剂的毒物，又是制造尿素、碳酸氢铵等氮肥的重要原料。因此变换气中CO2的脱除必须兼顾这两方面的要求。一般采用溶液吸收法脱除CO2。根据吸收剂性能的不同，可分为两大类。一类是物理吸收法，如低温甲醇洗法(Rectisol)，聚乙二醇二甲醚法(Selexol)，碳酸丙烯酯法。一类是化学吸收法，如热钾碱法，低热耗本菲尔法，活化MDEA法，MEA法等。 4

年产10万吨合成氨变换工段工艺设计毕业设计(论文)_ 精品

合成氨厂变换车间工艺设计摘要：本设计主要是对合成氨工厂变换工段的设计，此设计选用中变串低变工艺流程。工艺计算过程主要包括物料衡算，能量衡算以及设备选型计算等。关键词：合成氨；变换；计算

The Technological Design on transform System for Ammonia Plant Abstract：This design was mainly for the synthetic ammonia plant shift conversion section. The technological process used the middle temperature change first ，and then used the low temperature change .Process calculation mainly included material balance, energy balance and equipment selection. Key words:ammonia synthesis, transform , calculation.

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作者签名：日期：指导教师签名：日期：使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名：日期：

合成氨变换工段工艺设计

合成氨变换工段车间布置图Word版

年产五万吨合成氨合成工段工艺设计设计

合成氨工艺流程

生产管理--年产五万吨合成氨变换工段工艺初步 精品

年产40万吨合成氨合成工段工艺设计

-合成氨原料气的制备方法

合成氨工艺流程

年产5万吨合成氨变换工段工艺初步讲解

(工艺技术)合成氨工艺简介

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合成氨变换工段毕业设计说明书

产五万吨合成氨合成工段工艺设计方案

合成氨的工艺流程 (1)

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