年产 30 万吨合成氨一氧化碳变换工段物料衡算(3)

表3 出一段催化剂层湿气组成

组成 % 333

H2 39.39 CO 9.61 CO2 18.29 N2 15.65 CH4 0.40 H2O 16.66 合计 100 N m/h 70149.139 17108.275 32567.709 27873.998 710.174 29666.101 178075.395 Kmol/h 3131.653 763.774 1453.910 1244.358 31.706 1324.398 7949.800 操作线计算：由一段催化剂变换率及平衡计算结果知： 一段入口气体温度 320℃ 一段出口气体温度 480℃ 一段入口CO变换率 0 一段出口CO变换率 56%

6

3.1.4 中变炉二段催化剂层物料计算

中间冷激过程的物料计算 a.冷凝水喷淋量。

（68.26-39.93）×127420.744/100=36060.245 N m/h=1609.832Kmol/h

表4 入二段催化剂床层气体组成

组成 % 33

H2 32.76 CO 7.99 CO2 15.21 N2 13.02 CH4 0.33 H2O 30.69 合计 100.00 N m/h 70149.139 17108.275 32567.709 27873.998 710.174 65726.346 214135.640 Kmol/h 3131.653 763.774 1453.910 1244.358 31.706 2934.223 9559.624 a.设CO在二段催化剂床层的变换率为56%，出二段催化剂乘气体温度为403℃，入二段催化剂床层汽：气=37.87：100。

△CO=7.99×56%=4.47 N m3/h/100 N m/h半水煤气

CO总反应量为：

17108.275× 56%=9580.634 N m/h=427.707 Kmol/h

CO剩余量：

10108.275-9580.634=7527.627 N m/h =336.54 Kmol/h

b.平衡变换率计算及二段催化剂气体组成

设403℃平衡变换率为Xp查表4-2-6得Kp=11.523。则：

Kp=PCO2PH2O/(PCOPH2O)=(C+△CO)(d+△CO-2×O2)/[(a-△CO)(b-△CO+2×O2)] 将入二段催化剂层组分代入上式得：

Kp=

[8]

33

3

(15.21?7.99Xp)(32.76?7.99Xp?2?0.147)?11.523

(7.99?7.99Xp)(30.69?7.99Xp?2?0.147)解得上式Xp=65.43%

实际变换率为平衡变换率的：56/65.43=85.59%

表5 出二段催化剂层湿气组成

组成 % 3H2 32.76 CO 7.99 CO2 15.21 N2 13.02 CH4 0.33 H2O 30.69 合计 100 N m/h 79729.748 7527.627 42148.318 27873.998 710.174 56145.736 214135.640 Kmol/h 3559.356 336.071 1881.613 1244.358 31.706 2506.520 9559.624

7

根据二段催化剂床层变换率平衡计算结果得: 入二段催化剂床层气体温度： 360℃ 出二段催化剂床层气体温度： 408℃ 入二段催化剂床层CO变换率： 56% 出二段催化剂床层CO变换率： 80.65%

3.1.5 中变炉三段催化剂床层物料计算

入三段催化剂床层蒸汽比(汽/气)：二段出来的气体经中间换热器后降温到350℃，进入三段催化剂床层气体成分不变,由此汽气比为:29.92:100。

三段催化剂床层的物料衡算：

CO的变换量：7527.627-4819.548=2708.080 N m/h=120.837 Kmol/h 出口干气总量：157989.904+2708.079=160697.983 N m/h=7174.017 Kmol/h CO在三段催化剂床层的变换率为：(7527.627-4819.548)/ 7527.627×100%=35.97%

表6 出三段催化剂层湿气组成

组成 % 33

3

H2 38.50 CO 2.25 CO2 20.95 N2 13.02 CH4 0.33 H2O 24.96 合计 100.00 N m/h 82437.827 4819.548 44856.397 27873.998 710.174 53437.657 214135.640 Kmol/h 设三段催化剂层出口气体温度为344℃，取平衡温距为25℃，则t=357+25=369℃,则CO的平衡变换率可算得：

Kp= PCO2PH2O/(PCOPH2O)= (c+axp)(d+axp)/[(a-axp)(b-axp)]=16.56

Kp=

3680.269 215.158 2002.526 1244.358 31.706 2385.607 9559.624 (20.95?2.25Xp)(38.50?2.25Xp)?16.56

(2.25?2.25Xp)(24.96?2.25Xp)解上式得:Xp=33.4% 出口气体温度校检：

'

=CO2%·H2%/(CO%·H2O%)=16.53 KP

计算得结果与382℃时的Kp值相近，符合要求。 三段催化剂床层变换率及平衡计算结果得： 入三段催化剂床层气体温度 350℃ 出三段催化剂床层气体温度 362℃ 入三段催化剂床层CO变换率 80.65%

8