年产4万吨合成氨变换工艺设计.docx

第一节 中温变换物料衡算及热量衡算 1．确定转化气组成： 已知条件中变炉进口气体组成如表1： 组分 CO2 CO H2 N2 CH4 O2 合计 % 10.20 12.38 53.50 22.08 1.42 0.42 100 计算基准：1.0吨氨 计算生产1.0吨氨需要的变换气量：（1000/17）×22.4/（2×22.08%）=3167.42 M3(标) 因为在生产过程中物量可能会有消耗，因此变换气量取3560M3(标) 年产5万吨合成氨生产能力（一年连续生产350天） 日生产量：50000/350=142.86t/d=5.95t/h 要求出中变炉的变换气干组分中CO％小于2％ 进中变炉的变换气干组分表2： 组 分 CO2 CO H2 N2 CH4 O2 合计 含量，％ 10.20 12.38 53.50 22.08 1.42 0.42 100 M3(标) 363.12 440.728 1904.6 786.048 50.552 14.952 3560 假设入中变炉气体温度为330摄氏度，取出炉与入炉的温差为35摄氏度，则出炉温度为365摄氏度。 进中变炉干气压力=1.75Mpa. 2．水汽比的确定： 考虑到是天然气蒸汽转化来的原料气，所以取H2O/CO=3.45 故V（水）=1520.512m3(标) n(水)=88.1kmol 因此进中变炉的变换气湿组分表3: 组 分 CO2 CO H2 N2 O2 CH4 H2O 合计 含量％ 7.15 8.67 37.49 15.47 0.29 1.00 29.93 100 M3(标) 363.12 440.728 1904.6 786.048 14.952 50.552 1520.512 5080.512 koml 16.21 19.68 85.03 35.09 0.67 2.26 67.88 226.82 中变炉CO的实际变换率的求取： 假定湿转化气为100mol，其中CO基含量为8.67％，要求变换气中CO含量为 2％，故根据变换反应：CO+H2O＝H2+CO2，则CO的实际变换率为： ％=×100【1】 【1】式中Ya、分别为原料及变换气中CO的摩尔分率（湿基） 所以，％=(0.0867-0.02)/0.0867×(1+0.02)=75.42% 则反应掉的CO的量为：8.67×75.42％=6.54% 则反应后的各组分的量分别为： H2O％=29.93%-6.54%+0.58%=23.97% CO％=8.67％ -6.54％=2.13％ H2％ =37.49％+6.54％-0.58％=43.45％ CO2％=7.15％+6.54％=13.69％ 中变炉出口的平衡常数: K= （H2％×CO2％）/（H2O％×CO％）=11.65 查《小合成氨厂工艺技术与设计手册》可知K=11.65,时温度为397℃。中温变换的平均温距：30℃到50℃中变的平均温距为397℃-365℃=32℃，中变的平均温距合理，故取的H2O/CO可用。 3.中变炉一段催化床层的物料衡算 假设CO在一段催化床层的实际变换率为60％。 因为进中变炉一段催化床层的变换气湿组分： 组 分 CO2 CO H2 N2 O2 CH4 H2O 合计 含量％ 7.15 8.67 37.49 15.47 0.29 1.00 29.93 100 M3(标) 363.12 440.728 1904.6 786.048 14.952 50.552 1520.512 5080.512 koml 16.21 19.68 85.03 35.09 0.67 2.26 67.88 226.82 假使O2与H2 完全反应，O2 完全反应掉， 故在一段催化床层反应掉的CO的为： 60％×440.728=263.44M3(标)=11.81koml 出一段催化床层的CO的量为： 440.728-263.44=177.288 M3(标)=7.915koml 故在一段催化床层反应后剩余的H2的量为: 1904.6+263.44-2×14.952=2138.136M3(标)=95.45koml 故在一段催化床层反应后剩余的CO2的量为： 363.12+263.44=626.56M3(标)=27.97koml 故出中变炉一段催化床层的变换气干组分的体积： V总=177.288+626.56+2138.136+786.048+50.552=3778.584M3(标) 出中变炉一段催化床层的变换气干组分： 组 分 CO2 CO H2 N2 CH4 合计 含量％ 16.58 4.69 56.58 20.80 1.34 100 M3(标) 626.528 177.296 2138.080 786.016 50.624 3778.544 koml