中温变换炉的设计摘要氨是一种重要的化工产品，主要用于化学肥料的生产。
合成氨生产经过多年的发展，现已发展成为一种成熟的化工生产工艺。
合成氨的生产主要分为：原料气的制取；原料气的净化与合成。
粗原料气中常含有大量的C，由于CO是合成氨催化剂的毒物，所以必须进行净化处理，通常，先经过CO变换反应，使其转化为易于清除的CO2和氨合成所需要的H2。
因此，CO变换既是原料气的净化过程，又是原料气造气的继续。
最后，少量的CO用液氨洗涤法，或是低温变换串联甲烷化法加以脱除。
变换工段是指CO与水蒸气反应生成二氧化碳和氢气的过程。
在合成氨工艺流程中起着非常重要的作用。
关键词：一氧化碳变换反应催化剂Design of the Shift Convertor in MesotemperatureAbstract Ammonia is an important chemical products，mainly used for the production of chemical fertilizers. Ammonia production after years of development，has become a mature chemical production process. Ammonia production can bedivided into：the gas production of raw materials，raw materials and synthetic gas purification. Crude materials often contain large quantities of gas C，due to ammonia CO is the catalyst poison，so the need for purification，usually，the first reaction after CO transform it into easy to remove the CO2and ammonia synthesis required by the H2. Therefore，CO transformation is not only feed gas purification process，but also a feed gas to the gas. Finally，the CO with a small amount of liquid ammonia washing，or low-temperature method to transform series methanation removal.Section transform CO is the reaction of carbon dioxide and water vapor and hydrogen process. Ammonia in the process plays a very important role.Key words carbon monoxide shift reacction activator目录引言 (1)第一章一氧化碳变换 (1)1.1工艺原理 (1)1.1.1变换反应的特点 (1)1.1.2变换反应的化学平衡 (1)1.2工艺条件 (2)1.2.1压力 (2)1.2.2温度 (2)1.2.3汽气比 (2)1.3中温变换催化剂的组成和性能 (2)第二章物料与热量衡算 (3)2.1中温变换炉的基本计算 (3)2.1.1水气比的确定： (3)2.1.2中变炉CO的实际变换率的求取 (3)2.1.3中变炉催化剂平衡曲线 (4)2.1.4最佳温度曲线的计算 (5)2.2中变炉一段催化床层的物料衡算与热量衡算 (6)2.2.1物料衡算 (6)2.2.2中变炉一段催化床层的热量衡算 (7)2.2.3中间冷凝过程的物料和热量计算 (9)2.3中变炉二段催化床层的物料与热量衡算 (10)2.3.1物料衡算 (10)2.3.2中变炉二段催化床层的热量衡算 (11)2.3.3中间冷凝过程的物料和热量计算 (11)2.4中变炉三段催化床层的物料与热量衡算 (12)2.4.1物料衡算 (12)2.4.2中变炉三段催化床层的热量衡算 (13)2.5中温变换炉物料与热量平衡表 (14)2.5.1中温变换炉物料平衡表 (14)2.5.2中温变换炉热量平衡表 (14)第三章设备的计算 (14)3.1触媒的计算 (14)3.1.1第一段床层触媒用量 (15)3.1.2第二段床层触媒用量 (15)3.1.3第三段床层触媒用量 (16)3.1.4触媒直径的计算 (17)3.1.5中变炉第一段催化床层的阻力降 (17)3.1.6中变炉第二段催化床层的阻力降 (17)3.1.7中变炉第三段催化床层的阻力降 (18)3.2中变炉进出口直径的计算 (18)3.2.1中变炉进口直径计算 (18)3.2.2中变炉出口直径的计算 (19)3.2.3中间冷凝水进口直径 (19)结论 (20)致谢 (20)参考文献 (21)引 言氨是一种重要的化工产品，主要用于化学肥料的生产。
合成氨生产经过多年的发展，现已发展成为一种成熟的化工生产工艺。
合成氨的生产主要分为：原料气的制取；原料气的净化与合成。
粗原料气中常含有大量的C ，由于CO 是合成氨催化剂的毒物，所以必须进行净化处理，通常，先经过CO 变换反应，使其转化为易于清除的CO 2和氨合成所需要的H 2。
因此，CO 变换既是原料气的净化过程，又是原料气造气的继续。
最后，少量的CO 用液氨洗涤法，或是低温变换串联甲烷化法加以脱除。
变换工段是指CO 与水蒸气反应生成二氧化碳和氢气的过程。
在合成氨工艺流程中起着非常重要的作用。
目前，变换工段主要采用中变串低变的工艺流程，这是从80年代中期发展起来的。
所谓中变串低变流程，就是在B107等Fe-Cr 系催化剂之后串入Co-Mo 系宽温变换催化剂。
在中变串低变流程中，由于宽变催化剂的串入，操作条件发生了较大的变化。
一方面入炉的蒸汽比有了较大幅度的降低；另一方面变换气中的CO 含量也大幅度降低。
由于中变后串了宽变催化剂，使操作系统的操作弹性大大增加，使变换系统便于操作，也大幅度降低了能耗。
本文通过对中温变换炉的工艺原理，工艺条件，流程，国内中温变换炉的技术研究的简单介绍，简单了解。
收集有关数据，进行计算，设计设备，绘制图纸。
第一章 一氧化碳变换1.1工艺原理1.1.1变换反应的特点 一氧化碳变换反应式为：CO+H 2O=CO 2+H 2+Q (1-1)CO+H 2 = C+H 2O （1-2）其中反应（1）是主反应，反应（2）是副反应，为了控制反应向生成目的产物的方向进行，工业上采用对式反应（1—1）具有良好选择性催化剂，进而抑制其它副反应的发一氧化碳与水蒸气的反应是一个可逆的放热反应，并且反应速率比较慢，只有在催化剂的作用下才具有较快的反应速率[1]。
变换过程中还包括下列反应式：H 2+O 2=H 2O+Q （1-3）1.1.2变换反应的化学平衡在一定条件下，当变换反应达到平衡状态时，其平衡常数为：222/p C O H C O H O K P P P P =⨯⨯（1-4）2C O P ， 2H P ，C O P ，2H OP -----分别为各组分的平衡分压，Pa变换反应的平衡常数随温度的升高而降低，因而降低温度由利于变换反应向右进行，使变换气中残余的CO 的含量降低[2]。
变换反应的进行程度常用变换率表示，其定义是变换反应已转化的一氧化碳量与变换前一氧化碳量之比。
表达式如下：X=y a -y’a /y a (1+y’a ) （1-5） 式中 y a y’a -------分别为原料气和变换气中CO 的摩尔分数1.2工艺条件1.2.1压力压力对变换反应的平衡几乎没有影响。
单就平衡而言，加压并无好处。
但从动力学角度，加压可提高反应速率。
从能量消耗上看，加压也是有利。
由于干原料气摩尔数小于干变换气的摩尔数，所以，先压缩原料气后再进行变换的能耗，比常压变换再进行压缩的能耗底[3]。
具体操作压力的数值，应根据中小型氨厂的特点，特别是工艺蒸汽的压力及压缩机投各段压力的合理配置而定。
本设计的原料气由块煤转化而来，故压力可取2.16MPa.1.2.2温度变化反应是可逆放热反应。
从反应动力学的角度来看，温度升高，反应速率常数增大对反应速率有利，但平衡常数随温度的升高而变小，即CO 平衡含量增大，反应推动力变小，对反应速率不利，可见温度对两者的影响是相反的[4]。
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Tm=1212ln 1E E E E RT T e e -+（1-6）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。
1.2.3汽气比水蒸汽比例一般指H 2O/CO 比值或水蒸汽/干原料气.改变水蒸汽比例是工业变换反应中最主要的调节手段。
增加水蒸汽用量，提高了CO 的平衡变换率，从而有利于降低CO 残余含量，加速变换反应的进行[5]。
由于过量水蒸汽的存在，保证催化剂中活性组分Fe 3O 4的稳定而不被还原，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，尽量减少其用量对过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：H 2O/CO=3-5，经反应后，中变气中H 2O/CO 可达15以上，不必再添加蒸汽即可满足低温变换的要求1.3中温变换催化剂的组成和性能中温变换催化剂含Fe 2O 380﹪－90﹪，Cr 2O 37﹪-11﹪，并有少量K 2O ，MgO 和Al 2O 3等成分[6]。
活性分子是Fe 2O 3，使用前需将Fe 2O 3还原为Fe 3O 4。
Cr 2O 3为促化剂，可与Fe 3O 4形成固溶体，高度分散于活性组分Fe 3O 4晶粒之间，使催化剂具有更细的微孔结构和更大的比表面积，从而提高催化剂的活性和耐热性，延长使用寿命[7]。
第二章物料与热量衡算2.1中温变换炉的基本计算表2.1 已知条件Table2.1 Known conditions组分CO2CO H2N2合计含量％10 30 40 20 100 计算基准：1吨氨计算生产1吨氨需要的变换气量：（1000/17）×22.4/（2×20）=3294.12m3(标)年产3万吨合成氨生产能力（一年连续生产330天）：日生产量：30000/330=90.9t/d=3.79t/h要求出中变炉的变换气干组分中CO％小于3.5％。