年产19万吨合成氨变换工段设计(附件)
用中温中压三段变换的方法，半水煤气首先经过饱和热水塔，在饱和热水塔内气体与塔顶流下的热水逆流接触进行热量与质量传递，使半水煤气体温增湿，出塔气体进入气水分离器分离夹带的液滴，再进入主热换热器、中间换热器和电炉升温，使温度达到320℃左右进入变换炉一段。经一段反应后的变换气在段间补充水分后进入变换炉二段，二段反应后变换气进入中间换热器，达到一定温度后进入三段反应,最终将半水煤气中CO的含量由30.00%降低至3.0%左右，使之符合年产19万吨中温变换工艺设计的要求。本设计从变换理论，工艺计算及设备选型等方面进行了阐述，并对该变换工艺进行了物料计算，热量计算和有关的设备计算。根据设计任务和要求，确定了一套中温变换系统。本设计采用低温活性好的中变催化剂，降低了炉气中蒸汽比，采用电炉升温，革新了变换炉系统燃烧炉升温的方法，使之达到操作简单、平稳、省时、节能的效果。关键词：半水煤气，一氧化碳，变换系统目录
1 绪论 6
1.1 氨的性质和用途 6
1.1.1 物理性质 氨的主要物理性质 6
1.1.2 化学性质 6
1.1.3 氨的用途 7
1.2 合成氨生产方法简介 7
1.2.1合成氨的原料 7
1.2.2合成氨的生产过程 8
1.3 一氧化碳变换在合成氨中的意义 8
2 一氧化碳脱除方法和选择 9
2.1一氧化碳的脱除方法 9
2.2一氧化碳脱除的方案选择 10
3 一氧化碳变换方案 10
3.1变换方案的选择 10
3.2 中变炉的选择 11
4 一氧化碳变换催化剂 12
4.1 催化剂的中毒及其保护 12
Fe3O4 + 3H2S + H2 ＝ 3FeS + 4H2O 12
4.2 中温催化剂的升温和还原 12
3Fe2O3 + CO ＝ 2Fe3O4 + CO2 + Q 12
4.3 各种中温变换催化剂的特点 12
3.4催化剂的维护和保养 13
5 变换工段的工艺计算 14
5.1 中变炉的计算（以一吨氨为基准计算） 14 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
H2S + H2 ＝ 3FeS + 4H2O 12
4.2 中温催化剂的升温和还原 12
3Fe2O3 + CO ＝ 2Fe3O4 + CO2 + Q 12
4.3 各种中温变换催化剂的特点 12
3.4催化剂的维护和保养 13
5 变换工段的工艺计算 14
5.1 中变炉的计算（以一吨氨为基准计算） 14
5.1.1已知条件 14
5.1.2 中变炉物料及热量计算 干变换气量及热量计算： 14
5.1.3 中变炉一段催化剂层物料及热量计算 16
5.1.4 中变炉二段催化剂层物料及热量计算中间冷激过程的物料及热量计算 18
5.1.5 中变炉三段催化剂床层物料及热量计算入三段催化剂床层蒸汽比(汽/气)： 21
5.1.6 热量衡算 CO反应放热Q1 21
5.2. 主热交换器物料及热量衡算 22
6 设备的计算 24
6.1 变换炉的计算 24
6.1.1 催化剂用量 25
6.1.2 催化剂床层直径的确定 27
6.2 主热交换器的计算 28
6.2.1 已知条件： 28
6.2.2 设备直径及管数的确定 29
6.2.3 设备直径与管板的确定 29
6.2.4 设备规格的确定 29
6.2.5 传热系数的计算 30
6.2.6 传热面积计算 32
6.2.7 列管长度计算 32
7 主要设备汇总 34
结论 35
致谢 36
参考文献 37
1 绪论
氨是世界上产量最多的无机化合物之一，氨作为一种很重要的化学工业产品，也被广泛应用在化学肥料的生产中。氨不仅仅是构成食物和肥料的重要成分，同时也起着直接或间接的作用，促进相关药品的组成。随着对氨开发、生产工艺的日趋成熟，大量的合成氨被应用在各种各样的生产生活领域。
中国的合成氨开发制造历史应追溯至上个世纪30年代，但由于开发水平和经济水平的限制，仅在大连和南京建厂进行氨开发，1941年的氨的最高年产量也不超过50kt。自建国以来，经济水平和国家对化工部门的重视日益提高，氨的开发和利用水平也的得到长足发展。经过50年的不懈努力，中国的含氨农业肥料开发欣欣向荣，并且不同流程的大中小型合成氨厂已有千余，99年时氨的累计开发总产量为34.52Mt，稳居世界第一。
1.1 氨的性质和用途
合成氨别名：氨气。分子式为NH3，英文名：Synthetic Ammonia.氨在世界上的存在方式除了少量从焦炉气中回收的副产物外，大部分的氨都是以合成氨的形式存在。氨在常温、常压下为无色气体，比空气轻，而且具有特殊的刺激性臭味儿，容易液化常呈碱性。温度处于25摄氏度、大气压为1Mpa时候，气态的氨可以液化无色的液氮。当氨气溶于水时会放出大量的热。液态的氨或者是干燥的氨气大部分物质都不存在腐蚀性，但是有水参与时会对部分金属如铜、银、锌等具有腐蚀性。氨虽然可燃，但是氨的燃点为630摄氏度，所以普通情况下很难点燃。[1]
1.1.1 物理性质 氨的主要物理性质
氨极易溶于水，溶解时放出大量的热，可产生含NH315%~30%的氨水，氨水溶液是碱性，易挥发。液氨或干燥的氨气对大部分物质没有腐蚀性，但在有水的条件下，对铜、银、锌等金属有腐蚀作用。
1.1.2 化学性质
氨在常温时非常稳定，早高温、电火花或紫外线光的作用下可分解为氮和氢，其分解速度在很大程度上与气体接触的表面性质有关。
氨是一种可燃性物质，自燃点为630℃，一般较难点燃。
氨与空气或氧的混合物在一定范围内能够发生爆炸。常压，常温下的爆炸范围分别为15.5%~82%（氧气）。
氨易于很多物质发生反应，例如,在铂催化剂作用能与氧反应生成NO。
氨的性质比较活泼，能与各种无机酸反应生成盐，例如
氨也能与CO2 反应生成氨基甲酸铵，脱水尿素。利用氨与各种无机酸反应制取磷酸氨，硝酸氨，硫酸氨；与CO2 、水反应生成碳酸氢铵。氨能生成各种加成配位化合物，它们和水合物类似，统称氨合物或氨络物，例如对应CaCl. 6H2O和Cu SO4 . 4H2O,也分别有CaCl. 6 NH3 和Cu SO4 . 4 NH3。
1.1.3 氨的用途
合成氨在我国的国民经济中占有很重要的地位。工业生产中半数以上的合成氨被用来制造化学肥料，其余是重要的化学工业产品的原料，主要用来制造冷冻剂和化学纤维以及塑料。从氨可以制取硝酸，进而再制造硝酸铵，硝化甘油，三硝基甲苯和硝基纤维素等，氨在冶金工业中用来提炼矿石中的铜、镍等金属，在医药和生物化学方面用做生产磺胺类药物、维生素、蛋氨酸和其它氨基酸等等。
氨的其它工业用途也十分广泛，例如，作用制冰，空调，冷藏等系统的制冷剂，在冶金工业中用来提炼矿石中的铜，镍等金属，在医药和生物化学方
1 绪论 6
1.1 氨的性质和用途 6
1.1.1 物理性质 氨的主要物理性质 6
1.1.2 化学性质 6
1.1.3 氨的用途 7
1.2 合成氨生产方法简介 7
1.2.1合成氨的原料 7
1.2.2合成氨的生产过程 8
1.3 一氧化碳变换在合成氨中的意义 8
2 一氧化碳脱除方法和选择 9
2.1一氧化碳的脱除方法 9
2.2一氧化碳脱除的方案选择 10
3 一氧化碳变换方案 10
3.1变换方案的选择 10
3.2 中变炉的选择 11
4 一氧化碳变换催化剂 12
4.1 催化剂的中毒及其保护 12
Fe3O4 + 3H2S + H2 ＝ 3FeS + 4H2O 12
4.2 中温催化剂的升温和还原 12
3Fe2O3 + CO ＝ 2Fe3O4 + CO2 + Q 12
4.3 各种中温变换催化剂的特点 12
3.4催化剂的维护和保养 13
5 变换工段的工艺计算 14
5.1 中变炉的计算（以一吨氨为基准计算） 14
H2S + H2 ＝ 3FeS + 4H2O 12
4.2 中温催化剂的升温和还原 12
3Fe2O3 + CO ＝ 2Fe3O4 + CO2 + Q 12
4.3 各种中温变换催化剂的特点 12
3.4催化剂的维护和保养 13
5 变换工段的工艺计算 14
5.1 中变炉的计算（以一吨氨为基准计算） 14
5.1.1已知条件 14
5.1.2 中变炉物料及热量计算 干变换气量及热量计算： 14
5.1.3 中变炉一段催化剂层物料及热量计算 16
5.1.4 中变炉二段催化剂层物料及热量计算中间冷激过程的物料及热量计算 18
5.1.5 中变炉三段催化剂床层物料及热量计算入三段催化剂床层蒸汽比(汽/气)： 21
5.1.6 热量衡算 CO反应放热Q1 21
5.2. 主热交换器物料及热量衡算 22
6 设备的计算 24
6.1 变换炉的计算 24
6.1.1 催化剂用量 25
6.1.2 催化剂床层直径的确定 27
6.2 主热交换器的计算 28
6.2.1 已知条件： 28
6.2.2 设备直径及管数的确定 29
6.2.3 设备直径与管板的确定 29
6.2.4 设备规格的确定 29
6.2.5 传热系数的计算 30
6.2.6 传热面积计算 32
6.2.7 列管长度计算 32
7 主要设备汇总 34
结论 35
致谢 36
参考文献 37
1 绪论
氨是世界上产量最多的无机化合物之一，氨作为一种很重要的化学工业产品，也被广泛应用在化学肥料的生产中。氨不仅仅是构成食物和肥料的重要成分，同时也起着直接或间接的作用，促进相关药品的组成。随着对氨开发、生产工艺的日趋成熟，大量的合成氨被应用在各种各样的生产生活领域。
中国的合成氨开发制造历史应追溯至上个世纪30年代，但由于开发水平和经济水平的限制，仅在大连和南京建厂进行氨开发，1941年的氨的最高年产量也不超过50kt。自建国以来，经济水平和国家对化工部门的重视日益提高，氨的开发和利用水平也的得到长足发展。经过50年的不懈努力，中国的含氨农业肥料开发欣欣向荣，并且不同流程的大中小型合成氨厂已有千余，99年时氨的累计开发总产量为34.52Mt，稳居世界第一。
1.1 氨的性质和用途
合成氨别名：氨气。分子式为NH3，英文名：Synthetic Ammonia.氨在世界上的存在方式除了少量从焦炉气中回收的副产物外，大部分的氨都是以合成氨的形式存在。氨在常温、常压下为无色气体，比空气轻，而且具有特殊的刺激性臭味儿，容易液化常呈碱性。温度处于25摄氏度、大气压为1Mpa时候，气态的氨可以液化无色的液氮。当氨气溶于水时会放出大量的热。液态的氨或者是干燥的氨气大部分物质都不存在腐蚀性，但是有水参与时会对部分金属如铜、银、锌等具有腐蚀性。氨虽然可燃，但是氨的燃点为630摄氏度，所以普通情况下很难点燃。[1]
1.1.1 物理性质 氨的主要物理性质
氨极易溶于水，溶解时放出大量的热，可产生含NH315%~30%的氨水，氨水溶液是碱性，易挥发。液氨或干燥的氨气对大部分物质没有腐蚀性，但在有水的条件下，对铜、银、锌等金属有腐蚀作用。
1.1.2 化学性质
氨在常温时非常稳定，早高温、电火花或紫外线光的作用下可分解为氮和氢，其分解速度在很大程度上与气体接触的表面性质有关。
氨是一种可燃性物质，自燃点为630℃，一般较难点燃。
氨与空气或氧的混合物在一定范围内能够发生爆炸。常压，常温下的爆炸范围分别为15.5%~82%（氧气）。
氨易于很多物质发生反应，例如,在铂催化剂作用能与氧反应生成NO。
氨的性质比较活泼，能与各种无机酸反应生成盐，例如
氨也能与CO2 反应生成氨基甲酸铵，脱水尿素。利用氨与各种无机酸反应制取磷酸氨，硝酸氨，硫酸氨；与CO2 、水反应生成碳酸氢铵。氨能生成各种加成配位化合物，它们和水合物类似，统称氨合物或氨络物，例如对应CaCl. 6H2O和Cu SO4 . 4H2O,也分别有CaCl. 6 NH3 和Cu SO4 . 4 NH3。
1.1.3 氨的用途
合成氨在我国的国民经济中占有很重要的地位。工业生产中半数以上的合成氨被用来制造化学肥料，其余是重要的化学工业产品的原料，主要用来制造冷冻剂和化学纤维以及塑料。从氨可以制取硝酸，进而再制造硝酸铵，硝化甘油，三硝基甲苯和硝基纤维素等，氨在冶金工业中用来提炼矿石中的铜、镍等金属，在医药和生物化学方面用做生产磺胺类药物、维生素、蛋氨酸和其它氨基酸等等。
氨的其它工业用途也十分广泛，例如，作用制冰，空调，冷藏等系统的制冷剂，在冶金工业中用来提炼矿石中的铜，镍等金属，在医药和生物化学方
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