合成氨变换工段工艺设计(6)

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CO在此段的转化率为

1159.5?100%?91.67%

1264.92.5.1 第二变换炉第二段催化剂层CO的平衡转化率计算

由出口平衡温度200 ℃，查文献[1]知道此时的Kp=220.90，由公式（2-2）代入数据得：

220.90?(18.51?2.01XP)(35.22?2.01Xp)(2.01?2.01XP)(31.18?2.01XP)

?XP?95.68%由上面的计算可得出出口湿变换气的组成，结果见表2-12。

表2-12 出第二变换炉催化剂层湿变换气组成

Table2-12 The composition of the wet shift gas outlet the second stage of the second shift

converter 组分 % Nm3 kmol

H2 37.18 23371.0 1043.3.

CO 0.17 105.4 4.7

CO2 20.35 12830.6 572.8

CH4 0.82 513.3 22.9

N2 12.30 7734.2 345.3

H2O 29.34 18503.4 826.0

合计 100 63060.5 2815.2

出变换炉的干变换气组成见表2-13。

表2-13 出第二变换炉第二段催化剂层干变换气组成

Table2-13 The composition of the dried shift gas outlet the second paragraph of the second shift

converter 组分 % Nm3 kmol

H2 52.45 23165.6 1044.2

CO 0.24 105.4 4.7

CO2 28.78 12830.6 572.8

CH4 1.13 513.3 22.9

N2 17.34 7734.2 345.3

合计 100 44557.1 1989.1

2.5.2第二变换炉第二段催化剂热量衡算 （1）CO放热Q1

设第二变换炉二段内CO变换反应放热量为Q1：

出此段催化剂床层的温度200 ℃，进口温度175 ℃，平均温度tm=187 ℃，查

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H?40260kJ/k文献[1] ?? m则 Q1?4026?0(70.?6（2）气体温度上升吸热Q2

4.?7)?62.6 510kJ气体由175 ℃上升至200 ℃，在平均温度tm=187 ℃，压力1.0 MPa下，查文献[1]知：

Cp(H2)=29.19 kJ/kmol?K Cp(N2)=29.62 kJ/kmol?K Cp(CO)=29.78 kJ/kmol?K Cp(CO2)=45.53 kJ/kmol?K Cp(CH4)=44.35 kJ/kmol?K Cp(H2O)=39.45 kJ/kmol?K 平均热容为

Cp(m)?29.19?0.3718?29.34?0.1230?29.78?0.0017?45.53?0.2035?44.35?0.0082?39.45?0.2934%?35.70kJ/kmol?K Q2?2815.2?35.7?0?t （3）假设热损失 Q3=0.15?106 kJ。 由Q1=Q2+Q3

2.65?106?2805.9?35.72??t?0.15?106

△t=25 ℃

计算温度与出口温度一致，故不需要重复计算。 2.5.3 平衡温距校核

pCO2pH2CO2%?H2%KP???pCOpH2OCO%?H2O%?0.2041?0.3686?150.320.0017?0.2944

??150.32时，T=220.2 ℃查得当KP，温距为220.2-200=20.2 ℃与所取温距相近，故不需要重复计算。

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2.5.4 第二变换炉第二段催化剂床层平衡曲线计算

入此段催化剂床层汽/气比为46.6/100。根据入此段催化剂床层的气体组成，计算各温度下的平衡转化率，结果如表2-14。

表2-14 CO在第二变换炉第二段催化剂平衡转换率

Table 2-14 The equilibrium conversion rate of CO in the second paragraph of the

second shift converter

T，℃ Kp Xp，%

160 589.64 98.25

180 360.27 97.15

200 229.90 95.26

220 152.40 93.34

240 104.48 90.36

260 73.80 86.50

280 53.53 81.60

由表中数据作图即可求得平衡曲线，见图2-3。

2.5.5 CO在第二变换炉第二段催化剂层最适宜变换温度

最适宜温度可由式（2-3）计算，查文献[1]知型B302Q催化剂的E1=43340 kJ，

.5kJ/kmol，则有 在平均温度187 ℃时，(??H)?40242E2?E1?r(??HR)?43340?40242.5?83582.5kJ/kmol

由式（2-3）代入数据可计算出最适宜温度，其结果见表2-15。

表2-15 CO在第二段变换炉第二段催化剂最适宜转化温度

Table 2-10 The optimal temperature for CO in the second stage of the second shift

converter

Xp，% Te，K Tm，K tm，℃

98.25 433.2 409.2 136.0

97.15 453.2 426.9 153.7

95.26 473.2 444.6 171.4

93.34 493.2 462.3 189.2

90.36 513.2 479.8 206.6

86.50 533.2 497.2 224.0

81.60 553.2 514.6 241.4

由以上数据作图即可求得最适宜温度曲线，见图2-3。

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12010080转化率，`40200100150200温度，℃二段平衡曲线二段最适宜温度二段操作线250300 2.5.6 CO在第二变换炉第二段催化剂层变换反应操作线

由二段催化剂变换率及热平衡计算结果可知 此段入口气体温度 175 ℃ 出口气体温度 200 ℃ 入口变换率 62.50%

出口变换率 93.33%（总变换率99%） 由以上数据即可作出此段催化剂床层的操作线，见图2-3。

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12010080转化率，`40200100150200温度，℃二段平衡曲线二段最适宜温度二段操作线250300 图2-3 第二变换炉第一段平衡曲线、最适宜温度曲线、操作线

Fig2-3 The equilibrium temperature curve, optimal temperature curve and operating line for the

second stage of the second shift converter

2.6 煤气换热器热量衡算 （1）已知条件

进设备半水煤气量（干）：1527.8 kmol 进设备变换气量：1920.7 kmol 出设备半水煤气量（湿）：1920.7 kmol 出设备变换气量：1920.7 kmol 进设备半水煤气温度：t 出设备半水煤气温度：200 ℃ 进设备变换气温度：360 ℃ 出设备变换气温度：200 ℃ （2） 热量衡算

半水煤气带入热Q1：

设半水煤气进口温度为187 ℃，查184 ℃，1.0 MPa下半水煤气各组分的比热容并求出平均比热容Cp(m)=30.75 kJ/kmol?K。

Q1?1527.8?30.75?t

过热蒸汽带入热Q2：

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