年产2万吨合成氨变换工段工艺设计设计.doc

第一章 物料与热量衡算 已知条件： 组 分 CO2 CO H2 N2 Ar CH4 合计 含量 ％ 9.07 13.43 54.96 22.04 0.29 0.21 100 计算基准：1吨氨 计算生产1吨氨需要的变换气量： （1000/17）×22.4/（2×0.2204）=2989.22 M3(标) 因为在生产过程中物料可能会有损失，因此变换气量取3000 M3(标) 年产10万吨合成氨生产能力（一年连续生产300天）： 日生产量：100000/300=333.3T/d=13.89T/h 要求出低变炉的变换气干组分中CO％不大于0.3％。 进中变炉的变换气干组分： 组 分 CO2 CO H2 N2 Ar CH4 合计 含量，％ 9.07 13.43 54.96 22.04 0.29 0.21 100 M3(标) 272.1 402.9 1648.8 661.2 8.7 6.3 3000 kmol 12.14 17.99 73.61 29.52 0.39 0.28 133.93 假设进中变炉的变换气温度为370℃，取变化气出炉与入炉的温差为20℃，出炉的变换气温度为390℃。 进中变炉干气压力。P=1.8Mpa. 1．水气比的确定： 考虑到是天然气蒸汽转化来的原料气，所以取H2O/CO=3.8 故V（水）=3.8Vc=1531.02m3(标) ，n(水)=68.35kmol 因此进中变炉的变换气湿组分 组 分 CO2 CO H2 N2 Ar CH4 H2O 合计 含量％ 5.99 8.87 36.32 14.57 0.19 0.14 33.73 100 M3(标) 272.1 402.9 1648.8 661.2 8.7 6.3 1531 4539.1 kmol 12.15 17.99 73.61 29.52 0.39 0.28 68.35 202.64 2.中变炉的计算 2.1中变炉CO的实际变换率的求取 假定湿转化气为100mol，其中CO湿基含量为8.87％，要求变换气中CO含量为0.2％，故根据变换反应： CO+H2O＝％=、分别为原料及变换气中CO的摩尔分率（湿基） 所以：Xp = =75.93％ 则反应掉的CO的量为： 8.87×75.93％=6.73 则反应后的各组分的量分别为： H2O％=33.73％-6.73％ =27％ CO％=8.87％ -6.73％ =2.14％ H2％ =36.32％+6.73％ =43.05％ CO2％=5.99％+6.73％ =12.72％ 中变炉出口的平衡常数： Kp= （H2％×CO2％）/（H2O％×CO％）=9.48 查得Kp=9.48时温度为424℃。 中变的平均温距为424℃-390℃=34℃ 根据《合成氨工艺与节能 》可知中温变换的平均温距为：30℃到50℃，中变的平均温距合理，故取的H2O/CO可用。 2.2中变炉催化剂平衡曲线 根据H2O/CO=3.8 XP=×100％ V=KPAB-CD q= U=KP（A+B）+（C+D） W=KP-1 其中A、B、C、D分别代表CO、H2O、CO2及H2的起始浓度 计算结果列于下表： T 300 320 340 360 380 400 T 573 593 613 633 653 673 Xp 0.9286 0.9080 0.8842 0.8574 0.8278 0.7956 T 420 440 460 T 693 713 733 Xp 0.7613 0.7253 0.6880 中变炉催化剂平衡曲线如下： 2.3最佳温度曲线的计算 由于中变炉选用QCS-01型催化剂， 最适宜温度曲线由式 进行计算。 E1=74.49kJ/mol，E2=113.39 kJ/mol。 最适宜温度计算结果列于下表中： Xp 0.9286 0.9080 0.8842 0.8574 0.8278 0.7956 T 573 593 613 633 653 673 T 272 290 308 326 344 362 Xp 0.7613 0.7253 0.6880 T 693 713 733 T 380 397 414 将以上数据作图即得最适宜温度曲线如下图： 2.4中变炉一段催化床层的物料衡算 已知条件：进中变炉一段催化床层的变换气的温度为370℃ 进中变炉一段催化床层的变换气湿组分： 组 分 CO2 CO H2 N2 Ar CH4 H2O 合计 含量％ 5.99 8.87 36.32 14.57 0.19 0.14 33.73 100 M3(标) 272.1 402.9 1648.8 661.2 8.7 6.3 1531.02