年产五万吨合成氨变换工段工艺初步设计毕业设计（论文）_精品.docVIP

年产五万吨合成氨变换工段工艺初步设计毕业设计（论文） 毕 业 设 计 题 目 年产五万吨合成氨变换工段工艺初步设计 毕 业 论 文 任 务 书 题 目 年产五万吨合成氨变换工段工艺初步设计 指 导 老 师 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 《》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 COH2O CO2H2Q 1-1 COH2 CH2O 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11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 H2O2 H2OQ 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07-12MPa中型氨厂为1218Mpa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17MPa 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 CO平衡含量增大反应推动力变小对反应速率不利可见温度对两者的影响是相反的因而存在着最佳反应温对一定催化剂及气相组成从动力学角度推导的计算式为 Tm 式中TmTeH2OCO比值或水蒸汽干原料气改变水蒸汽比例是工业变换反应中最主要的调节手段增加水蒸汽用量提高了CO的平衡变换率从而有利于降低CO残余含量加速变换反应的进行由于过量水蒸汽的存在保证催化剂中活性组分Fe3O4的稳定而不被还原并使析炭及生成甲烷等副反应不易发生但是水蒸气用量是变换过程中最主要消耗指标尽量减少其用量对过程的经济性具有重要的意义蒸汽比例如果过高将造成催化剂床层阻力增加CO停留时间缩短余热回收设备附和加重等所以中高变换时适宜的水蒸气比例一般为H2OCO 3～5经反应后