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摘 要

本文论述了CO变换反应的研究进展及第二反应单元的工艺流程模拟。CO变换反应是合成氨工业中一个重要的中间反应，为合成氨工业提供足量的H₂。通过提高CO的转化率，对节约能耗有重要的意义。CO变换工艺流程中主要物料有CO、H₂O、CO₂、H₂。冷凝器E5303的入口温度为355.2℃，出口温度为270.7℃，冷凝液为222.3℃的液态水；E5304的入口温度为270.7℃，出口温度为245℃。介绍了使用Aspen Plus流程模拟软件模拟主要装置的方法，并对整个流程进行了模拟计算。冷凝器的设计是本文的重点研究对象，重点工作是对两个冷凝器进行了选型，包括冷凝器的长度，管径以及折流板的个数。用Exchanger Design and Rating软件对换热器进行核算，得出冷凝器的数据图、装配图、布管图。

关键词：CO变换反应 模拟 设计 选型

Process design for the second reaction unit of the 90,000 tons / year CO shift reaction device

Abstract

This paper reviews the progress CO shift reaction and the second reaction unit process simulation . Ammonia Industry CO shift reaction is an important intermediate in the reaction, the ammonia industry to provide a sufficient amount of H₂. By increasing the conversion of CO, to save energy is significant. The main material CO conversion process in CO, H₂O, CO₂, H₂. E5303 condenser inlet temperature of 355.2℃, outlet temperature is 270.7℃, 222.3℃ condensate of liquid water; E5304 inlet temperature of 270.7℃, the outlet temperature of 245℃. It describes the use of Aspen Plus process simulation software to simulate the primary means of methods, and the whole process was simulated. Condenser design is the focus of the object of study, the focus is on the two condenser selection, including the length, diameter and number of the condenser baffle. With Exchanger Design and Rating software for heat accounting,the data in figure condenser, assembly drawings, piping diagram.

Keywords: CO shift reaction；Simulation；Design；Selection；

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 CO变换研究背景 1

1.2 CO变换的工艺流程 1

1.2.1 中温变换流程 2

1.2.2 中变串低变流程 2

1.2.3 全低变流程 3

1.3 CO变换催化剂研究进展 3

1.3.1 高温变换催化剂 3

1.3.2 低温变换催化剂 3

1.3.3 耐硫变换催化剂 4

1.4 CO变换工艺条件 4

1.4.1 温度对CO变换反应的影响 4

1.4.2 水/气比的高低对CO变换反应的影响 4

1.5 CO变换工艺模拟软件简介 5

1.5.1 Aspen Plus模拟技术 5

1.5.2 Exchanger Design and Rating软件 6

1.6 课题研究意义及内容 7

第二章 工艺流程模拟 8

2.1 概述 8

2.2 设计依据 8

2.3 工艺流程模拟的建立 8

2.4 组分设置 9

2.5 物料衡算 9

2.6 选型原则 12

2.7 换热器计算与选型 14

2.7.1 初步计算 14

2.7.2 详细计算及选型 15

2.8 反应器R5302 16

2.8.1 反应器模型 16

2.8.2 化学反应 16

2.8.3 反应器参数的设定 17

第三章 基于EDR的换热器选型 18

3.1 Exchanger Design and Rating（EDR）核算 18

3.2 换热器选型结果 18

3.2.1 换热器E5303选型 18

3.2.2 换热器E5304选型 21

第四章 总结与展望 23

参考文献 24

致谢 26

第一章 绪论

1.1 CO变换研究背景

一氧化碳与水蒸气在催化剂上进行变换反应，生产氢气和二氧化碳。这个过程在1913年就用于合成氨工业，以后并用于制氢工业。在合成甲醇和合成油生产中。也用此反应来调整一氧化碳与氢的比例，以满足工艺的要求。近年来为了降低城市煤气中一氧化碳的含量，也采用变换装置。

煤气化技术的采用起始于18世纪末，现在已经开发了许多不同的技术。这些技术最重要的特征是氧化剂与煤颗粒接触的方式，它决定了给料方式、煤粒大小以及煤在气化炉中停留的时间。根据氧化剂与煤颗粒相对流动的方式，气化炉一般分为3种类型：（1）逆流——移动床或固定床，如UGI、Lurgi；（2）并逆流——流化床或沸腾床，如温克勒、HTW、恩德炉和灰熔聚炉；（3）并流——气流床、喷流床、夹带床，如KT、Texaco、Shell、GSP炉。UGI气化炉是最老的气化炉，这种气化技术国外早已淘汰，但在我国煤气化工艺中仍占主要地位。这种气化炉不仅技术相对落后，而且对煤种要求苛刻，只能气化优质白煤或焦炭，粒度要求在25~75mm。而煤在开采运输中的破碎，使成块率( gt; 25mm)只有65% 左右，不能入炉的碎煤只能用作民用燃料或制成煤球，仅原料煤一项，就使合成氨或甲醇的成本达1000元/t以上。为摆脱相对落后的技术，真正实现按市场经济规律运作，我国各煤化工企业都在寻求新的煤气化工艺以对原料路线进行改造，即引进或开发以粉煤进料并适合储量大、分布广的烟煤和褐煤气化的工艺。自20世纪90年代以来，各种新型煤气化装置如同雨后春笋般在中国大地上出现。德士古、壳牌、GSP、WHG等新型先进的气化技术的出现，除了具有节能、环保、能量转化效率高等优点外，也带来了对下游变换工艺更高的要求和挑战。所以，对CO变换技术的研究的成熟是合成氨工艺进步的重要体现。

1.2 CO变换的工艺流程

一氧化碳与水蒸气在催化剂上进行变换反应，生产氢气和二氧化碳。这个过程1913年就用于合成氨工业，以后并用于制氢工业。在合成甲醇和合成油生产

中。也用此反应来调整一氧化碳与氢的比例，以满足工艺的要求。近年来为了降低城市煤气中一氧化碳的含量，也采用变换装置。根据不同的催化剂和工艺条件，煤气中的一氧化碳含量可以降低至2~4%或0.2~0.4%^[1-2]。

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