年产30万吨合成氨厂变换系统主要装置设计.docxVIP

河北工业大学城市学院本科毕业设计（论文）中期报告毕业设计（论文）题目：年产30万吨合成氨厂变换系统主要装置设计专业：过程装备与控制工程学生信息：学号：、姓名：、班级：指导教师信息：教师号：、姓名：、职称：报告提交日期：1设计说明1.1设计目的设计年产三十万吨合成氨装置中的一氧化碳变换工序，目的是为了提高从造气工序生产出的粗煤气中的氢含量，降低其中的一氧化碳含量。1.2工艺原理一氧化碳和水蒸气在催化剂的作用下反应生成二氧化碳和氢气。其反应式：CO+H2O=CO2+H2称作水煤气变换反应，简称变换反应。变换反应为放热等分子可逆反应。因此降低反应温度和增加蒸汽用量都可降低变换气中CO的平衡浓度，若温度高，蒸汽量少，将不利于变化反应甚至还可能发生逆变换反应过程。在要求变换气中CO浓度一定的条件下，降低反应温度是降低蒸汽用量的必要手段。在不能降低反应温度条件下，片面追求降低CO浓度，将会造成极大的蒸汽浪费。1.3工艺条件对CO的影响催化剂、反应热以外，对一氧化碳变换反应产生影响的还有反应温度、水蒸气、CO2、压力等工艺条件。1.4上下流程配置从气化工序来的粗煤气，绝对压力2.94MPa，冷却到被蒸汽饱和的181℃后进入本变换工序经过一氧化碳变换后进入低温甲醇洗脱硫脱碳和液氮洗脱除一氧化碳、甲烷。1.5催化剂的选用变换反应催化剂的选用，主要根据合成氨生产工艺要求来确定，主要依据为原料气和变换气中一氧化碳和二氧化碳的含量、原料气中硫化氢和有机硫化物的含量以及原料气最终精制工艺的要求。本合成氨装置采用低温甲醇洗﹙-65℃﹚脱硫脱碳以及液氮洗脱除一氧化碳、甲烷，和甲烷蒸汽转化的工艺路线。变换入口粗煤气中一氧化碳和二氧化碳的含量较高，硫化氢干基含量也很高。对于铁铬系变换催化剂，当原料气中硫含量较高时，硫和氯是低变催化剂最主要的毒物，因此，本变换系统不能选用铁铬系变换催化剂和铜系催化剂。钴钼系宽温耐硫变换催化剂与铁铬系变换催化剂相比具有以下优异特点：1、良好的低温变换活性，2、很宽的活性温区，3、突出的耐硫和抗毒性能，4、可再生，5、强度高，6、选择性好，7、使用寿命长，8、能够将有机硫降解为无机硫，从而使硫化物从工艺系统脱除后便于回收利用。因此，在本设计中采用钴钼系宽温耐硫变换催化剂（QCS-4型耐硫变换催化剂）。2设计计算2.1已知条件和要求已知条件：从东光化工厂得到的造气工序来的粗煤气绝对压力为1.91MPa，被蒸汽饱和到148.89℃后进入变换工序。总干气量：71526.66Nm3/h粗煤气（干基）主要成分（体积）：组成N2COCH4CO2H2合计含量％2.3522.788.5426.7539.59100要求：出变换工序的CO含量要达到0.3％（干基）。2.2核算核算：水蒸汽是否充足。查149℃饱和水蒸气压PS=0.4632MPa则：而干气中CO的百分含量是22.78％，计算煤气的成份以100kmol干煤气为基准计算湿煤气的成分：单位干煤气里携带的蒸汽量为0.320kmol则湿煤气的成分为：N2： CH4：CO：CO2：H2：H2O：将上述煤气各成分列为下表：组成N2CH4COCO2H2H2O合计含量（％）1.786.46917.25720.26529.9924.242100含量（kmol）1.786.46917.25720.26529.9924.2421002.3变换炉温升估算式中：出、进催化剂床气体温度℃：出、进催化剂床气体的变换率：进催化剂床气体在平均温度()下的真实分子热容 kJ/kmol·K：进口温度下的反应热kJ/kmol CO%：气体中CO的浓度摩尔分率查表得到在0—600℃范围内的平均热容为34.936kJ/kmol·K，ΔHR=37656kJ/kmol变换率：X=进口煤气、出口变换气中一氧化碳的含量（干基），变换率为：X===84.3温升为： ==156.8℃要使粗煤气中的CO含量从22.78%经过变换反应降到0.3%，变换炉的温升大概在150～160℃。而设计所选用的催化剂QCS-04的活性温度范围是320～380℃。通常情况下，反应器入口要高出催化剂起活温度10～30℃，另外由于煤气被水蒸气饱和，出口温度还要高出露点温度25～30℃。如果把此变换反应放到一台变换炉中进行的话，变换气的出口温度很可能会超过催化剂的活性温度从而使催化剂失活。并且变换反应是放热反应，随着温度的升高将不利于变换率的提高，即使在一台变换炉可以达到变换率，势必会使变换炉的高度增加而使设备投资费用增加和造成床层出口超温。综合上述原因，本设计将此变换反应定为在三台变换炉中进行。为了充分利用催化剂的活性范围，我们将第一变换炉入口的温度定为330℃，出口温度定为410℃,然后将变换气引出与粗煤气换热降低变换气的温度，依次在第二变换炉和第三变换炉中