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年產15萬噸合成氨CO變換工段工藝設計開題報告

時間:2019-05-31 23:10來源:畢業論文
氨是重要的無機化工產品之一,在國民經濟中占有重要地位,其中約有80%氨用來生產化學肥料,20%為其它化工產品的原料。主要用于氮肥和復合肥料的制造,例如尿素、硝酸銨等。氨作

氨是重要的無機化工產品之一,在國民經濟中占有重要地位,其中約有80%氨用來生產化學肥料,20%為其它化工產品的原料。主要用于氮肥和復合肥料的制造,例如尿素、硝酸銨等。氨作為工業原料和氨化飼料,用量約占世界產量的1/2。35822
合成氨生產經過多年的發展,目前已經成為一種成熟的化工生產工藝。合成氨的主要工序為:原料氣的制備;原料氣的凈化;原料氣的壓縮;氨的合成。粗原料氣中常含有大量的CO,由于CO 是合成氨催化劑的毒物,所以必須進行凈化處理。通常,先經過CO與水蒸氣的反應,使其轉化為易于清除的CO2 和氨合成所需要的H2。剩余少量的 CO 用液氨洗滌法,或是低溫變換串聯甲烷化法加以脫除。因此,CO 變換既是原料氣的凈化過程,又是原料氣造氣的繼續。變換工段是指CO與水蒸氣反應生成二氧化碳和氫氣的過程。在合成氨工藝流程中起著非常重要的作用。
目前,變換工段主要采用中變串低變的工藝流程,這是從80年代中期發展起來的。所謂中變串低變流程,就是在B106等Fe-Cr系催化劑之后串入Co-Mo系寬溫變換催化劑。在中變串低變流程中,由于寬變催化劑的串入,操作條件發生了較大的變化。一方面入爐的蒸汽比有了較大幅度的降低;另一方面變換氣中的CO含量也大幅度降低。由于中變后串了寬變催化劑,使變換系統便于操作,也大幅度降低了能耗。 論文網
變換過程需在高溫高壓使用催化劑條件下進行,因此變換工序是合成氨生產的高成本工序,其成本降低對合成氨成本的降低有重要意義。 源`自*六)維[論*文'網www.mmeqir.tw
二、    工藝原理
(一)    反應機理
一氧化碳變換反應式為:
CO+H2O=CO2+H2+42.1KJ                      (1-1)
CO+H2 = C+H2O                          (1-2)
其中反應(1)是主反應,反應(2)是副反應,其反應特點是可逆的,放熱的,氣體體積不變的反應,且反應速度很慢,只有在催化劑的作用下才能較快的進行。為了控制反應向生成目的產物的方向進行,工業上采用對式反應,具有良好選擇性催化劑,進而抑制其它副反應的發生。
(二)    一氧化碳變換催化劑
無催化劑存在時,變換反應的速率極慢,即使溫度升至700℃以上反應仍不明顯;因此必須采用催化劑。
(1)    鐵鉻系變換催化劑
其化學組成以Fe2O3為主,促進劑有Cr2O3和K2CO3,反應前還原成Fe3O4才有活性。適用溫度范圍300~530℃。該類催化劑稱為中溫或高溫變換催化劑,因為溫度較高,反應后氣體中殘余CO 含量最低為3%~4%。再接低溫變換,以防劇烈放熱而燒壞低變催化劑。
(2)    銅鋅系變換催化劑
Cu-Zn系變換催化劑引入合成氨工藝,使CO變換反應溫度降到180℃~220℃,在較高溫度變換以后接著再進行低溫變換,可使變換反應出口CO濃度降到0.3%以下。但對硫、氯等毒物非常敏感。
(3)    鈷鉬系耐硫催化劑
其化學組成是鈷、鉬氧化物并負載在氧化鋁上,反應前將鈷、鉬氧化物轉變為硫化物(預硫化)才有活性,反應中原料氣必須含硫化物。適用溫度范圍160~500℃,屬寬溫變換催化劑。其特點是耐硫抗毒,使用壽命長。

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(三)    一氧化碳的操作條件
(1)     壓力 
壓力對反應的平衡幾乎沒有什么影響,但是提高壓力能使反應易于進行。從動力學角度看,加壓可以提高反應速率。從能量消耗上看,加壓也是有利。但不宜過高。由于干原料氣摩爾數小于干變換氣的摩爾數,所以,先壓縮原料氣后再進行變換的能耗,比常壓變換再進行壓縮的能耗底。具體的操作壓力數值,應根據各工藝段壓力的合理配置而定。一般中小型氨廠操作壓力為0.7-2.0MPa,大型氨廠為3.0Mpa左右。 年產15萬噸合成氨CO變換工段工藝設計開題報告:http://www.mmeqir.tw/kaiti/20190531/33950.html
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