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1、齐鲁工业大学2013届本科生毕业设计本科毕业设计(论文)题目 年产15万吨合成氨一氧化碳变换公段工艺设计 学院名称 化学与制药工程学院 专业班级 化工09-1 学生姓名 李西贺 导师姓名 袁芳 2013年6月年产15万吨合成氨一氧化碳变换工段工艺设计作 者 姓 名 李西贺 专 业 化学工程与工艺 指导教师姓名 袁芳 专业技术职务 讲师 齐鲁工业大学本科毕业设计（论文）原创性声明 本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文），是本人在指导教师的指导下独立研究、撰写的成果。设计（论文）中引用他人的文献、数据、图件、资料，均已在设计（论文）中加以说明，除此之外，本设计（论文）不含任何其他个人或集体已经发表
2、或撰写的成果作品。对本文研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示了谢意。本声明的法律结果由本人承担。 毕业设计（论文）作者签名： 年月日齐鲁工业大学关于毕业设计（论文）使用授权的说明 本毕业设计（论文）作者完全了解学校有关保留、使用毕业设计（论文）的规定，即：学校有权保留、送交设计（论文）的复印件，允许设计（论文）被查阅和借阅，学校可以公布设计（论文）的全部或部分内容，可以采用影印、扫描等复制手段保存本设计（论文）。指导教师签名：毕业设计（论文）作者签名：年月日年月日目 录摘 要1第一章 总 论21.1 概述21.1.1 一氧化碳变换反应的意义与作用21.1.2 国内外研究现
3、状21.2 设计依据21.3 设计规模与生产制度31.3.1 设计规模31.3.2 生产制度31.4 原料与产品规格31.4.1 原料规格31.4.2 产品规格3第二章 工艺原理和流程42.1 工艺原理42.2 工艺流程42.3 工艺参数52.3.1 原料气体组分52.3.2 工作温度52.4 工艺条件52.4.1 压力52.4.2 温度52.4.3 汽气比6第三章 工艺计算73.1 中变炉一段催化床层的物料和热量衡算73.1.1 确定转化气组成73.1.2 水汽比的确定73.1.3 中变炉一段催化床层的物料衡算83.1.4 中变炉一段催化床层的热量衡算113.1.5中变炉催化剂平衡曲线143
4、.1.6 最佳温度曲线的计算143.1.7 操作线计算153.2 中间冷淋过程的物料和热量衡算163.3 中变炉二段催化床层的物料和热量衡算173.3.1 中变炉二段催化床层的物料衡算173.3.2 中变炉二段催化床层的热量衡算193.4 低变炉的物料和热量计算203.4.1 低变炉的物料衡算203.4.2 低变炉的热量衡算223.4.3 低变炉催化剂平衡曲线233.4.4 最佳温度曲线的计算243.4.5最适宜温度曲线243.6 主换热器的物料与热量的计算263.7 调温水加热器的物料与热量计算28第四章 设备的计算294.1 低温变换炉计算294.1.1 已知条件：294.1.2 催化剂用
5、量计算294.1.3 催化床层直径计算294.2 中变换热器计算304.2.1已知条件304.2.2 传热面积的计算304.2.3设备直径与管板的确定314.2.4传热系数的验算314.2.5壳侧对流传热系数计算334.2.6总传热系数核算334.2.7传热面积的核算33第五章 车间设备布置设计345.1 车间布置设计的原则345.1.1 车间设备布置的原则345.1.2 车间设备平立面布置的原则345.1.3 本工段设计设备布置规划35第六章 自动控制356.1 主要的控制原理356.2 自控水平与控制点36第七章 安全和环境保护367.1 三废产生情况367.2 三废处理情况36第八章 公
6、用工程368.1 供水378.2 供电378.3 通风378.4 供暖378.5 电气38结束语38参考文献39致 谢40摘 要本文是关于天然气为原料年产15万吨氨一氧化碳变换工段初步设计。在合成氨的生产中，一氧化碳变换反应是非常重要的反应。用天然气制造的原料气中，含有一部分一氧化碳，这些一氧化碳不能直接作为合成氨的原料，而且对合成氨的催化剂有毒害作用，必须在催化剂的催化作用下通过变换反应加以除去。一氧化碳变换反应既是原料气的净化过程，又是原料气的制造过程。本设计主要包括工艺路线的确定、中温变换炉的物料衡算和热量衡算、中温变换炉工艺计算和设备选型、换热器的物料衡算和热量衡算以及设备选型等。并且
7、综合各方面因素对车间设备布置进行了合理的设计，最终完成了20 000字的设计说明书及生产工艺流程图、车间平立面布置图及主体设备装配图的绘制。关键词：天然气 一氧化碳变换 中温变换炉 流程图 ABSTRACTThis paper was about the annual output of gas tax as raw materials to transform fifteen thousand tons of carbon monoxide ammonia preliminary design section. In the production of ammonia, transforma
8、tion of carbon monoxide was a very important reaction. Manufactured using gas tax feed gas which contains part of carbon monoxide, carbon monoxide could not be directly used as those of the raw materials of synthetic ammonia, but also a catalyst for ammonia poisoning effect there must be a catalyst
9、for transformation through the catalytic reaction to be removed. Transformation of carbon monoxide is a gas purification process of raw materials, but also the manufacturing process of feed gas. The design of the main routes which include the identification process, the medium variant of the furnace
10、 material balance , heat balance, in the variable furnace process of calculation and selection of equipment, heat exchanger of the material balance and heat balance as well as equipment selection type and so on. Taking all factors and workshop equipment to carry out is a reasonable arrangement of th
11、e design. In the end, the20 000-word statement and map production process, shopping facade and the main equipment layout drawing assembly were completed.Key words: Natural gas; Transformation of carbon monoxide; Temperature shift converter; Flow chart 第一章 总 论1.1 概述1.1.1 一氧化碳变换反应的意义与作用在合成氨的生产中，一氧化碳变换
12、反应是非常重要的反应。用重油制造的原料气中，含有一部分的一氧化碳，这些一氧化碳不仅不能直接做为合成氨的原料，而且对氨合成中的催化剂有毒害作用，因此必须在催化剂的作用下通过变换反应加以除去。在一定的条件下，利用一氧化碳和水蒸汽等摩尔反应生成二氧化碳和氢气，除去大部分一氧化碳，使一氧化碳含量净化到3%左右，然后进入铜洗进一步的清除。所以通过一氧化碳变换反应既能把一氧化碳转化为易在下游除去的二氧化碳同时又生产有效组分氢气或生产具有较高H2/CO2比的合成气。变换反应既是原料气的净化过程，又是原料气制造的继续过程。一氧化碳加压变换，可以提高生产能力，降低能源消耗，节约触媒，提高经济效益1。1.1.2
13、国内外研究现状许多氮肥厂都对一氧化碳变换系统采取了一些相应的改进措施，力争降低能量的消耗和成本。常用的有采用中温变换串联低温变换工艺，使用新型高活性的低温催化剂，常压变换变为加压变换等。从我国目前的情况看，新建工厂或是改建的工厂基本都采用加压变换。随着新型耐硫催化剂的开发成功，八十年代中期开发了中变串低变工艺；为了利用低变的低温高活性，九十年代初期开发了全低变工艺；为了克服全低变工艺不能长期稳定运行的缺点，九十年代中期又开发了中-低-低工艺。其后的十年间是全低变工艺和中-低-低工艺推广和完善的过程。国外大部分使用宽温区的催化剂，变换催化剂从传统类型Fe-Cr系变换为Co-Mo系。国外合成氨的规
14、模一般都比较大，不管是原料还是操作压力的选择都与我国的中小型氮肥厂大不相同2。1.2 设计依据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。本设计参考四川省自贡市鸿鹤化工厂的生产工艺，选用中串低工艺。这是从80年代中期
