年产15万吨合成氨CO变换工段工艺设计开题报告(2)
(2) 水汽比
一般是指H2O/CO比值或水蒸汽/干原料气.改变水碳比是工业变换反应中最主要的调节手段。高水碳比对反应平衡和速率均有利。并且，过量的水蒸气能够保证催化剂中活性组分Fe3O4稳定不被还原，并使析炭及生成甲烷等副反应不易发生。但是，水蒸气用量是变换过程中最主要消耗指标，尽量减少其用量对工程的经济性具有重要的意义。蒸汽比例如果过高，将造成催化剂床层阻力增加；CO停留时间缩短，余热回收设备附和加重等，所以，中（高）变换时适宜的水蒸气比例一般为：H2O/CO=3～5，中变气中H2O/CO可达15以上，足低温变换时不必再添加蒸汽。
(3) 温度
变换反应的温度最好沿最佳反应温度曲线变化，反应初期，转化率低，最温度高；反应后期，转化率高，最佳温度低，但是CO变换反应是放热的，需要不断地将此热量排出体系才可能使温度下降。在工程实际中，降温措施不可能完全符合最佳温度曲线，变换过程是采用分段冷却来降温，即反应一段时间后进行冷却，然后再反应，如此分段越多，操作温度越接近最佳温度曲线。
应特别注意的是，操作温度必须控制在催化剂活性温度范围内，低于此范围，催化剂活性太低，反应速率太慢；高于此范围，催化剂易过热而受损，失去活性。因而存在着最佳反应温对一定催化剂及气相组成，从动力学角度推导的计算式为 （1-3）
式中Tm、Te—分别为最佳反应温度及平衡温度，最佳反应温度随系统组成和催化剂的不同而变化
(四) 变换反应器的类型
一氧化碳工艺在常压下流程较长，设备也较多。但一般都属普通化工设备，大多为碳钢材料。在加压情况下，流程会减短、设备也相应减少，但其材质与强度要求与普通化工设备相比要求更高。
1、 变换反应器（变换炉）
变换反应器形式多样，主要根据原料的组成、压力、温度、流量、催化剂、变换率等要求而决定。当原料气中一氧化碳的含量为45%~60%时，一般采用三段变换；当含量为30%~35%时，采用两段变换即可；若含量在13%左右时，也可采用一段变换。在设计要求方面，要尽量做到：气流通过时的阻力小；气流在截面上分布均匀；热损失小；温度易控制；结构尽量简单，安装检修方便。
2、 饱和热水塔
合成氨生产过程中，饱和热水塔是回收变换系统热量的关键设备，对降低蒸汽消耗起着重大的作用。变换气在热水塔中将热量传递给热水，热水塔的水通过泵送到加热器加热，被加热的水在饱和塔中再将热量传递给半水煤气。半水煤气在饱和塔中与热水逆流接触，同时进行热量和质量的传递，使半水煤气的含湿量不断提高。使脱硫塔出来的半水煤气温度升高，最后将水煤气送到变换器。出塔半水煤气温度越高，则其夹带的水蒸汽量愈多，也就是回收的蒸汽量愈多，可以节省补充蒸汽量。
不论用何种塔型，目标是使进饱和塔的热水与出塔的半水煤气之间温差和阻力都要小。
三、 工艺简介
现以15万吨/年合成氨厂为例,进行动力学模拟计算。
计算要求及依据:
组 分 CO2 CO H2 N2 O2 CH4 合计
含量，％ 9.60 11.42 55.71 22.56 0.33 0.38 100