合成氨变换工艺设计

合成氨变换工艺设计内容摘要：

CoMo 催化剂流程中的 CuZn系低变催化剂。 CoMo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。 CoMo CoMo B302Q、 B303Q、 SB3等。 浸渍法是以球形 2 3Al O CoMo系宽温变换催化剂不同于 CuZn系低变催化剂在于它的耐硫性特别 CoMo 温 160 270 160 460 武汉工程大学本科毕业设计 7 2 铜基催化剂的助催化剂组分有 ZnO、 Cr2O Al2O MgO、 CuO、 TiO MnO2等。 ZnO ZnO和 CuO两个组分组成。 ZnO 分散作用。 但是铜 CuOZnOCr2O3和 CuOZnOAl2O3催化剂。 结构性助催化剂的加入不但和组分 CuOZnOCr2O3催化剂中加入 K2O、CaO、 MgO、 Al2O TiO MnO2将对催化剂的性质产生明显 的影响。 例如添加锰的 催化剂为 CuOZnOCr2O3和 CuOZnOAl2O3 CuO ZnO Al2O3 系要比CuOZnOCr2O3本并不比加入氧化铬低。 催化剂的活性降低和中毒 1 热烧结 当温度超过 280 1083 2 物理性破坏 学本科毕业设计 8 蒸汽量、干气量之间保持一定的关系。 3 卤素中毒 71 10 氯海量在 81 10 4 硫中毒 能脱至 71 10 工艺流程简述 全低变的工艺流程示意图见图 11。 武汉工程大学本科毕业设计 9 图 11 低温变换工艺流程示意图 Fig11 Schematic diagram of the low temperature conversion process 180 160 ℃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 300 到 200 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 换 气 换 热 器 煤 气 换 热 器 淬 冷 过 滤 器Ⅰ 淬 冷 过 滤 器Ⅱ 第 一 变 换 炉 变 换 气 冷 却 器 油 分 离 器 活 性 炭 滤 油 器 半水煤 气 变换气 工段 第 二 变 换 炉 武汉工程大学本科毕业设计 10 此时变换气的温度下降到 230 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% 上升到 280 ℃左右进入淬冷过滤器 II 温度下降到 190 CO的变换率可达到 99%。 出第二变换炉第二 40 续工段。 武汉工程大学本科毕业设计 11 第二章 物料衡算及热量衡算 1吨 NH3。 t/h 24300 101103 300 由设计所给条件取每吨氨耗用半水煤气 3520Nm3,则每小时的半水煤气用量 3520 = Nm3/h 初始半水煤气组成见下表 21。 表 21 初始半水煤气组成 Table21 The position of the initial semiwater gas 组分 CO2 CO H2 CH4 O2 N2 合计 % 100 Nm3 kmol CO全变换过程总蒸汽比的计算 选用 B302Q 200 24 t=224℃。 CO和 H2O 2 22HCOOHCO 设 A B C D 设 CO变换 反应的变换量为△ CO Kp 2 2 2CO H 2 CO H O 2( CO) ( CO 2 O ) ( CO) ( CO 2 O )pp p C D % K p p A B % 21 设 CO的变换率为 99% : 武汉工程大学本科毕业设计 12 CO % 99% % 查文献 [1]可知在 220℃时 CO变换的平衡常数 Kp=。 并由表 21可知 A、 C、 D的值分别为 %、 %、 % A、 C、 D和 Kp 21 B=。 即可知总水气比为。 设 CO在催化剂床层转化率为 % O2全部和 H2燃烧生成 H2O CO的反应量△ CO % 60%= Nm3/100 Nm3干半水煤气 则 CO kmol 100 设气体出催化剂床层的温度为 360 20 度为 380 ℃。 查文献 [1]知 380 ℃时的 Kp= 21 ) ()( )()( B 解上式得 B= 即此时的汽气比为。 入炉蒸汽量 k m o l 1 100 入炉湿气的量 k m o l 0 1 22。 表 22 入第一变换炉湿半水煤气组成 Table22 The position of the wet semiwater gas into the first shift converter 组分 CO2 CO H2 CH4 O2 H2O N2 合计 % 100 Nm3 kmol 武汉工程大学本科毕业设计 13 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 Xp 360 ℃时的 Kp= 21 % )()( )()( p pP pX XX X 则实际变换率为平衡变换率 % %100 60 由以上计算知实际反应掉的 CO的量为 = Nm3 出催化剂层干气体量 3Nm 23。 表 23 出第一变换炉催化剂变换气干气体组成 Table23 The position of the dried semiwater gas out the first converter 组分 H2 CO CO2 CH4 N2 合计 % 100 Nm3 kmol 出一段催化剂层剩余湿气量 3Nm 剩余蒸汽 量 3Nm 剩余 CO的量 CO在湿气中含量 % %100 CO H CH N H2O 24。 武汉工程大学本科毕业设计 14 表 24 出第一变换炉催化剂变换气湿气组成 Table24 The position of the wet semiwater gas outlet the first converter 组分 H2 CO CO2 CH4 N2 H2O 合计 % 100 Nm3 kmol 第 一变炉热量衡算 1 CO变换反应放热量为 Q1 气体由 200 ℃上升到 360 tm=280 ℃。 查文献 [1]知 CO变换反应的 kJ/kmol 39572)( H 22和表 24中 的数据可求出 kJ )(7 1 Q 2 Q2 查文献 [2]可知氧气和氢气燃烧焓为 484017 kJ/kmol kJ 2 Q 3 Q3 在平均温度 285 ℃和平均压力 MPa下可查出 Cp(H2)= kJ/kmol?K Cp(N2)= kJ/kmol?K Cp(CO)= kJ/kmol?K Cp(CO2)= kJ/kmol?K Cp(CH4)= kJ/kmol?K Cp(O2)= kJ/kmol?K Cp(H2O)= kJ/kmol?K 则平 59 . ) ( m PC = kJ/kmol?K 武汉工程大学本科毕业设计 15 气体吸热 t Q 设热损失 kJ 4 Q 由热平衡方程式 1 2 3 4Q Q Q Q t=℃。 第一变换炉催化剂层 CO变换反应平衡曲线 ) ()( )()(O HCO HCO2 22p p pp pAX BAXA AXDAXC pp pp K 25。 表 25 第一变换炉 CO在各温度下的平衡转化率 Table 25 The equilibrium conversion rate of CO in the first converter T 200 230 250 270 290 310 330 350 370 400 Kp Xp % 以 200 在 200 Kp= 21 2 2 2CO H 2 CO H O 2( ) ( 2 O %) ( ) ( 2 O %)p p p p pp p C AX D AX K p p A AX B AX ) )(( ))(( HCO HCO2 22 P P PPX X XX pp pp Xp= 武汉工程大学本科毕业设计 16 21。 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 2 1 11e m eT T RT E In E E E 23 Tm—— K Te—— K R—— kJ/kmol E E2—— kJ/kmol 2 1( )RE E V H RH —— CO kJ/kmol 对于变换反应 r =1 查文献 [1]可知 E1 = 43340 kJ/kmol 280 3 2 6 310000 10 10 H T T T RH =。 CO变换的逆反应活化能 E2 为 kJ )(1 2 HEE 当 Xp=% Te=200+= K 23 K 43340 ln 1 mT tm = ℃。 26。 武汉工程大学本科毕业设计 17 表 26 第一变换炉 CO转换最适宜温度 Table 26 The optimal temperature for CO in the first Shift Converter Xp % Te K Tm K tm ℃ 3136 由以上数据作图可求得最21。 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 360℃ 入口 CO变换率 0 出口 CO变换率 % 由此可作出第一变换炉催化剂床层操作线如图 21所示 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90100 200 300 400 500 %平衡曲线 最适宜温度 操作线 武汉工程大学本科毕业设计 18 第二变换炉第一段催化剂层物料及热量衡算 第二变换炉第一段催化剂层汽 /气比 设在此段 CO的总转化率达到 85% CO在此段催化剂层的总转化量为 kmol % CO 则 知 CO在此段。