3、二段转化
• 二段转化反应方程式如下：
•
1.催化床层顶部空间的燃烧反应
•
2H2 + O2
2H2O（g）+ 484 kj/mol
•
CO+ O2
CO2 + 566 kj/mol
•
2. 催化床层的转化烧反应
•
CH4+H2O
CO+3H2 – 206.4 kj/mol
•
CH4+ CO2
2CO+2H2 – 247.4 kj/mol
• 出二段炉的工艺气残余甲烷含量0.3％左右，经并联的两台第一废热 锅炉回收热量，再经第二废热锅炉进一步回收余热后，送去变换。
四、合成氨的转化工艺之变换
• 变换炉104-D由高变和低变两个反应器，中间用蝶形头分开，上面是 高变炉，下面是低变炉。低变炉底部有蒸汽注入管线，供开车时以及 短期停车时触媒保温用。从第二废热锅炉（102-C）来的转化气约含 有12-14％的CO，进入高变炉，在高变触媒的作用下将部分CO转化成 CO2，经高温变换后CO含量降到3％（AR9）左右，然后经第三废热锅 炉（103-C）回收部分热能，传给来自101-F的锅炉水，气体从103-C 出来，进换热器（104-C）与甲烷化炉进气换热，从而得到进一步冷 却。104-C之前有一放空管，供开车和发生事故时高变出口气放空用 的，由电动阀MIC26控制。103-C设置一旁路，由TRC11调节低变炉入 口温度。进入低变炉在低变触媒的作用下将其余CO转化为CO2，出低 变炉的工艺气中CO含量约为0.3％（AR10）左右。开车或发生事故时 气体可不进入低变炉，它是通过关闭低变炉进气管上的SP4、打开SP5 实现的。
在实际生产中，转化反应分别是在一段炉和二段炉中完成。
• 在一段炉中 ，烃类和水蒸气的混合气在反应管内镍催化剂的作用下 进行转化反应，管外有燃料气燃烧供给反应所需热量，出一段炉转化 气温度控制在800℃左右。气态烃转化到一定程度后，送入装有催化 剂的二段炉，同时加入适量的空气和水蒸汽，与部分可燃性气体燃烧 提供进一步转化所需的热量，所生成的氮气作为合成氨的原料。
变换炉实体图
变换反应的方程式如下： CO + H2O(g) ＝ CO2 + H2 ΔH= - 41.19KJ/mol2 l:
这是一个可逆放热反应这是一个等体 积、可逆、放热反应。降低温度和提 高蒸汽浓度均有利于变换反应的进行。
合成氨的转化 工段
概述
•
转化装置转化工段仿真以主工艺物流的工艺过程和设备为主，
对于公用工程和附属系统不进行过程定量模拟，只做事故定性仿真(如：停冷
却水，停蒸汽等)，具体包括如下过程在内：原料气脱硫、原料气的一段转化、
转化气的二段转化、变换、蒸汽系统、燃料气系统。
• 由于本仿真系统主要以仿DCS操作为主，因而，在不影响操作的前提下，对 一些不很重要的现场操作进行简化，简化主要内容为：不重要的间歇操作， 部分现场手阀，现场盲板拆装，现场分析及现场临时管线拆装等等。另外， 根据实际操作需要，对一些重要的现场操作也进行了模拟，并根据DCS画面 设计一些现场图，在此操作画面上进行部分重要现场阀的开关和泵的启动停 止。对DCS的模拟，以化工厂提供的DCS画面和操作规程为依据，并对重要
• 二段炉的出口气中含有大量的CO，这些未变换的CO大部分在变换炉中 氧化成CO2，从而提高了H2的产量。变换反应方程式如下：
•
CO+ H2O
CO2 +H2 + 566 kj/mol
• 为了进一步转化，需要更高的温度。在二段炉中加入预热后的空气， 利用H2和O2的燃烧反应，产生高热，促使CH4进一步转化。
回路和关键设备在现场图上进行补充。
天然气蒸汽转化工艺流程
天然气
预热器
脱硫
空 气
预热
蒸 预热
汽
蒸 汽
去 变 废热锅炉 换
二段转化
一段转化
一、原料气的脱硫
• 天然气中含有少量硫化物，这些硫化物可以使多种催化剂中毒而不同 程度地使其失去活性，硫化氢能腐蚀设备管道。因此，必须尽可能地 除去原料气中的各种硫化物。
二、原料气的转化
• 经脱硫后的原料气在镍催化剂作用下进行一段、二段蒸汽转化，转化 气温度在983℃左右，残余CH4在0.9％以下入废热锅炉回收工艺气热 量。
一段转化
二段转化
1、 转化原理
• 制取合成氨原料气的方法主要有以下几种：1.固体燃料气 法；2.重油气法；3.气态烃法。其中气态烃法又有蒸汽转 化法和间歇催化转化法。本仿真软件是针对蒸汽转化法制 取合成氨原料气而设计的。
• 加氢转化 指在加入氢气的条件下使原料气中有机硫转化为无机硫。 加氢转化不能达到直接脱硫的目的，但经转化后就大大的利于硫的脱 除。在有机硫转化的同时，也能使烯烃类加氢转化为烷氢类从而可减 少下一工序蒸汽转化催化剂析炭的可能性。
• 氧化锌 是一种内表面积大，硫容较高的接触反应型脱硫剂。除噻吩 及其衍生物外，脱除硫化氢及各种有机硫化物的能力极高，可将出口 气中硫含量降至0.1ppm以下。
1、铁钼加氢脱硫的影响因素
• 在350~430℃的操作温度范围内，有机硫 的转化率很高，加氢反应速率与温度和氢 气分压有关，温度升高，氢气分压增大， 加氢反应速率加快。
2、氧化锌脱硫的影响因素
• 氧化锌脱硫的化学反应速度很快。硫化物 从脱硫剂的外表面通过毛细孔到达脱硫剂 的内表面，内扩散速度较慢，他是脱硫反 应过程的控制步骤。因此，脱硫剂粒度越 小，孔隙率越大，越有利于反应的进行。 同样，压力高也能提高反应速率和脱硫剂 的利用率。
转化反应，生成氢气和CO （CO 将在下一变化中去除）：
• CH4+H2O
CO+3H2 – 206.4 kj/mol
• CH4+2H2O
CO2+4H2 - 165.1 kj/mol
•
CnH2n+2+nH2O ＝ nCO +（2n+1）H2
• 由于转化反应是吸热反应，在高温条件下有利于反应平衡及反应速度。
•
制取合成氨原料气所用的气态烃主要是天然气（甲
烷、乙烷、丙烷等）。蒸汽转化法制取合成氨原料气分两
段进行，首先在装有催化剂（镍触媒）的一段炉转化管内，
蒸汽与气态烃进行吸热的转化反应，反应所需的热量由管
ห้องสมุดไป่ตู้
外烧嘴提供。
2、原料气的一段蒸汽转化
• 经脱硫后的原料气的总硫含量降至0.1ppm以下，与水蒸汽混合后进行