变换系统毕业设计工艺计算

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1、变换系统工艺计算书（汽气比按 0.6 计算）2002 年 12 月 27 日第一篇：设计说明第一章：总论1一、设计依据、生产规模、设计原则1、设计依据：根据昆明理工大学生物和化学工程学院毕业设计（论文）任务书所规定的课题： “年产六万吨合成氨厂变换工段工艺设计 ”进行合成氨厂变换工段工艺设计。2、生产规模：年产六万吨合成氨。3、设计原则：1）以传统的加压变换工艺流程为基础，保留原有的工艺流程中的优点，删去原有的不合理工艺 (热水与精炼连接的部分 )。2）采用近年来所具有的新技术，完善传统的变换工艺，使其具有良好的可操作性和稳定性。3）作好能源的综合利用，消除能源利用不合理现象，使其具有良好的经

2、济效益。4）在设计工艺合理性的同时，做好环境保护，一方面利用好物料，减少物料损失；另一方面减少环境污染，做好环境保护。5）在工艺计算时，以各主要设备的进出物料、热量变化的明显点进行物料和热量平衡工艺计算。6）各正常排污、工艺不正常放空，工艺调整过程中走近路的气量或物料不参与工艺计算。二、厂址选择及建厂地区的自然条件1、地理位置及环境：云南东风化工有限公司位于云南省弥勒县东风路口，距弥勒县城 12公里处。距昆明 155km，公司内道路完善，交通十分方便。公司地处主导风向为西南风，厂区周围主要是农田及村子住户，无名胜古迹及风景区、疗养院及旅游点，不属于环境保护的重点区域，工厂的三废治理已经达到国家

3、排放标准，并且已经通过环保达标及清洁文明工厂的验收。2、工厂用水情况以 厂 区 东 侧 的 甸 溪 河 水 及 太 平 水 库 的 水 做 生 产 水 源 ， 水 温 低 ， 水 质 好 。 每 小 时 用 水 量 为200m3/h。3、供电厂用电源由厂区东面距厂 3km的河湾变电站 35Kv、 10Kv专线供电，厂内设有供电系统，满足生产用电。4、原料供应：主要由当地的泸西、师宗提供焦碳，弥勒拖白煤矿提供的燃料煤，非常方便。5、工厂所处的自然条件1）工厂地质情况：地基为 2类场地土，土层厚，土质较好，稳定，无软下卧低层，地质允许承载力为 fK=150kpa.2）当地气象条件：年平均气温度 1

4、7.3 年最高气温 40.8年最低气温 3.8 年平均相对湿度 78%年平均气压 0.0867Mpa 年无霜期 210天年平均日照时数 2079.2hr 年平均蒸发水量 1950mm年平均降雨量 978.6mm 年平均风速 2.9m/s年最大风速 22m/s三、生产方法原料焦碳经过造气炉，通过水蒸汽气化，生产出合格的半水煤气。经过脱硫，脱除大部分半水煤气中的硫化氢后，送入压缩机进行压缩，将压力提高到 0.8MPa，由压缩机二出送到变换，将半水煤气中2一氧化碳变成二氧化碳，送回压缩机三段，经过压缩机三段压缩后，压力提高到 1.8MPa，送到脱碳系统，脱出变换气中的二氧化碳，脱出的二氧化碳送入尿素

5、系统的二氧化碳压缩机，作为尿素合成的原料气。脱除二氧化碳后的原料气作为合成氨的原料气，送入甲烷化系统，清除少量的一氧化碳和二氧化碳，为合格合成氨的原料气，经过压缩机四、五、六段压缩后送入合成系统合成氨。液氨送尿素作为原料，合成尿液经过分离、蒸发、浓缩、造粒得到成品尿素。四、全厂的机构组成厂部：厂长：法人代表，主管全盘。生产副厂长：主管生产及生产的组织管理。经营副厂长：主管原料采购及产品销售。技术副厂长：主管生产中存在的技术问题及改造。工会主席：主管生活福利及工会工作及职工的文体娱乐。科室：生产科：负责组织生产及生产过程的工艺管理设备动力科：负责所有设备的技术管理、压力容器管理、电器仪表的管理。

6、安环科：全厂安全生产和环保的管理。财务科：全厂的财务经济管理。企业管理科：原料及产品质量的管理。劳动人事科：劳动人事及职工的教育培训管理。组织部：全厂干部的管理。厂办：文件及业务接待的管理。经营科：原料、配件的采购及产品的销售管理后勤部：职工食堂、福利生活、学校、卫生所的管理。生产车间：中心化验室：全厂分析人员的管理及原料、过程产品及产品的分析。热动车间：对锅炉、软水、脱盐水及供水的管理，提供生产用蒸汽。造气车间：对造气炉、脱硫装置进行管理，提供生产用合格半水煤气，并脱除 H2S。净化车间：对变换、脱碳、甲烷化生产装置进行管理。保证净化后的原料气合格。合成车间：对压缩机、合成系统装置的管理，生

7、产出合成氨。电仪车间：对全厂电器、仪表的管理，提供动力电。机修车间：对全厂重要设备的安装及制作。尿素车间：对尿素生产装置进行管理，生产出合格的产品。五、工厂的运输总量及路线：1、焦碳的运输路线 年运输总量 90000吨泸西县、师宗县、路南县 -云南东风化工有限公司（2、燃煤的运输路线 年运输总量 40000吨泸西县、弥勒县拖白煤矿 -云南东风化工有限公司3、废渣的运输路线 年运输总量 52000吨云南东风化工有限公司 -东风渣场、河弯水泥厂、天生桥水泥厂、东风路口砖厂。34、产品尿素的运输路线 年运输总量 80000吨 各地农资公司5、备品配件的运输路线 年运输总量（根据需要量确定）各配件厂家

8、、昆明 -云南东风化工有限公司第二章：化工工艺说明一、基本生产原理1、基本原理1）一氧化碳变换基本原理2）用甲烷化脱除少量 CO、 CO2基本原理 :2、化学反应动力学1）一氧化碳变换反应的机理2）甲烷化反应的机理 反应组分从气相扩散到催化剂表面； 反应物向催化剂颗粒孔内扩散； 反应物在催化剂活性表面上进行催化反应； 反应物从催化剂颗粒孔内扩散催化剂颗粒的外表面； 反应产物从催化剂颗粒的外表面扩散到气向中去。3）变换反应的动力学4）扩散对反应的影响二、工艺流程的确定1、工艺流程的确定依据及原则1）为保证最大的变换效率及深度变换的要求，尽可能达到最适宜的要求，无论是中变或是低变炉，催化剂装填均分

9、别按三层填装。甲烷化炉则按一层填装。2）由于高温气体难以密封，中变炉的段间不采用移出热，而是采用加入蒸气、冷凝液降温；特别冷凝液的吸热潜力很大，降温效果很好；同时由于煤气冷激降温会使变换效率降低，难以保证变换气中的 CO，所以不以采用。3）为使入炉的煤气温度提高，保证变换反应的温度需要，同时满足低温变换炉温度的要求，在中变炉气体出口设置热交。为中变炉的调温方便，煤气经热交设置副线，提供一定的冷气量与中变入口热气混合。4）为系统开车升温方便，提供热量，中变炉、低变炉、甲烷化炉进口分别设置电炉。5）为防止热交的腐蚀，在添加蒸汽时采用过热蒸汽，过热蒸汽由中变炉出口蒸汽过热器提供。6）变换过程需要大量

10、蒸汽，为减少蒸汽的加入量，设置饱和热水塔，充分回收变换气中的热量，提供变换反应需要的饱和蒸汽量。7）为增加压缩机的打气量，设置变换气及净化气冷却器，适应压缩机的打气要求。8）为克服铜洗的缺点及铜液的管理困难，降低物料损失。减少环境污染，设置变换与甲烷化配套，利用部分中变炉出口热量为甲烷化反应提供热量。9）为与工厂现有压缩机连接配套，变换压力与压缩机压力等级一致，变换压力采用 0.8MPa。2、中低变流程及多段变换流程的选择1）因为造气采用焦碳制气，半水煤气中的 CO含量在 2832%，并且中变催化剂操作温度范围较宽，所以采用中变除去大部分 CO.42）根据系统反应的绝热升温，使催化剂的温度在许

11、可活性温度范围内操作，同时又能长时间将中变炉出口 CO控制在 8%以下，所以采用三段中变。3）为使原料气预热和增湿，合理利用变换气中的余热 ,设置饱和热水塔和水加热器。4）为满足甲烷化的转化需求，要求出口变换气中的 CO0.2% ，将采用中串低流程，并且采用三段低变炉，均采用混合换热式。5）因为全低变要求进系统的杂质含量比较低，特别是焦油含量，而一般小合成氨厂的气体净化度都不能达到很高，使低变催化剂很快失效，并且原料气中的 CO含量都高达 30%左右，所以不宜采用全低变流程，经过分析比较，选用中串低较适宜。 3、换热方式的选择1）换热的原因：CO的变换反应是一个可逆放热反应，在催化剂的活性温度

12、下，随着反应温度的升高，反应速度首先增大，达到最大值后又迅速下降，推动力的下降成为决定反应速度的主要因素，为保证变换反应有效适宜的反应温度，需要将反应热不断移出。2）中间冷却方式的种类：工业上变换过程主要是通过采用多段中间换热式或多段中间冷激式；即在段间加入冷凝水、饱和水蒸汽、冷煤气来降低反应过程的温度，使操作线尽可能地接近最适宜温度。本设计的段间冷却方式采用 加入蒸汽； 加入蒸汽冷凝液。因用煤气冷激降温会使变换率下降，或因为操作不当，冷激气加入过量，使变换出口的 CO含量升高而导致工艺事故，影响后工段生产；所以此法不适宜采用。4、催化剂选择（工业上对催化剂的要求）A、中变催化剂的选择：1）颗

13、粒当量直径和催化剂床层的活性：在现有工业生产中的变换反应条件下，受传质过程的影响，颗粒当量直径愈大，内表面利用效率愈低，床层的活性相对于较小的颗粒愈低，我国中变催化剂的外形尺寸大多数为 mm ）颗粒当量直径和通气压力降 :催化剂的当量直径愈小，通气压力降愈大 ,我国大部分中变催化剂的外形尺寸大多数为 mm的大颗粒直径，选用大颗粒催化剂的主要原因是考虑到以后的生产中气体中的固体杂质堵塞催化剂微孔而引起的压力降。如果选择用的催化剂颗粒度比较小，杂质聚集在表面，容易堵塞而导致系统阻力上升。 3）催化剂中的本体含硫量：为减少中变放硫的时间，要求选用本体含硫量低的中变换催化剂。根据催化剂的性能及销售价格

14、，选择使用湖北沙市催化剂厂的中变催化剂 B117,已经能够满足生产的需要。B、低变催化剂的使用原则：1） 要求有优异的低温活性，有比较宽的低温度活性范围；2） 外观为球形，床层阻力小；3） 强度高，遇水不易粉化；4） 耐高硫性强，抗毒性能强；硫化后强度提高 1050%；5） 有机硫转化性能和抗氧性能好。经过比较分析决定选择采用湖北化学研究所的 B303Q低变催化剂。5C、甲烷化催化剂的使用原则1） 催化剂的性能能够满足生产工艺要求， CO15ppm， CO25ppm ；2） 在进口 CO+CO20.7% 的工艺条件下仍能满足生产；3） 对不正常的操作条件下具有一定的适宜性；4） 具有一定的抗毒

15、性能，特别是硫；5） 在操作条件下能够达到有效的使用寿命。经过比较分析选择决定采用南化公司生产的 J105甲烷化催化剂。三、工艺条件的确定、工艺流程的叙述、工艺流程的论证A、 工艺条件的确定：1）压力的确定： 从动力学的角度，提高压力可以提高反应速率；从能耗上看，加压变换可以降低能耗 1530%，具体操作压力以压缩机二段和工艺蒸汽的压力的合理配置而定；根据压缩机及工艺蒸汽的配置，变换压力采用 0.8MPa. 甲烷化的反应是体积缩小的反应，提高压力有利于甲烷化的反应，有利于气体分子在催化剂的扩散，加大空速，提高生产强度。根据通用 4M20机和 4M40机的配置和工艺情况及脱碳后气体的净化要求，选择甲烷化系统操作压力为 1.51.8Mpa。B、 温度的确定：根据中变催化剂 B117的性能和特性和中变入口热交的换热效率情况，以及变换气温度应满足两方面的要求； 满足变换炉一段进气的换热要求，达到所需要的反应温度； 变换炉出口温度受化学平衡的限制，变换气中的 CO一定时，出口温度等于平衡温度与平衡温度的总和，按最适宜温度线和催化剂的活性温度为确定依据。中变炉的进口温度确定为：一段进口 300330 二段进口 380400 三段进口 350370各段的出口温度和中变炉出口温度按工艺计算确定： 420480低变炉的各段进口温度确定为： 170200各段的出