（中職）合成氨工藝及設(shè)備項(xiàng)目三、任務(wù)五教學(xué)課件項(xiàng)目三合成氨生產(chǎn)原料氣制取任務(wù)五天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化任務(wù)要求能繪出天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化工藝流程能說(shuō)出天然氣蒸汽的轉(zhuǎn)化設(shè)備知道天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化的原理

能說(shuō)出天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化的工藝條件能說(shuō)出本任務(wù)安全操作規(guī)程會(huì)正確使用本崗位消防器材和勞動(dòng)防護(hù)用品一、天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化流程圖3-14大型氨廠天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化工藝流程方框圖二段蒸汽轉(zhuǎn)化流程

原料天然氣加壓到3.8～4.0MPa后，進(jìn)入一段轉(zhuǎn)化爐加熱至400℃后，進(jìn)入加氫反應(yīng)器進(jìn)行加氫反應(yīng)。將有機(jī)硫轉(zhuǎn)化為硫化氫，然后再入脫硫槽，脫險(xiǎn)硫化氫。天然氣總硫含量降至0.5×10-6以下，脫硫后的天然氣返回一段轉(zhuǎn)化爐中加入3.8MPa左右中壓蒸汽，水碳比達(dá)到（3.5～4）︰1，進(jìn)行吸熱轉(zhuǎn)化反應(yīng)，由一段轉(zhuǎn)化爐出來(lái)的轉(zhuǎn)化氣，溫度達(dá)到850～860℃，經(jīng)輸氣管送往二段轉(zhuǎn)化爐。

空氣加壓到3.3～3.5MPa，配入少量水蒸氣，預(yù)熱到450℃后，入二段爐催化劑床層繼續(xù)進(jìn)行甲烷蒸汽反應(yīng)。離開(kāi)二段爐的轉(zhuǎn)化氣體。溫度約為1000℃，壓力為3.14MPa，殘余甲烷含量0.3%左右。從二段爐出來(lái)的轉(zhuǎn)化氣按順序進(jìn)入廢熱鍋爐以回收熱量，產(chǎn)生10.5MPa的蒸汽。從廢熱鍋爐出來(lái)的氣體溫度約為370℃，送往變換工序。二、天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化設(shè)備1．一段轉(zhuǎn)化爐（1）爐型梯臺(tái)爐和圓筒爐頂部燒嘴爐側(cè)壁燒嘴爐（2）轉(zhuǎn)化管單管式排管式2．二段轉(zhuǎn)化爐三、天然氣的轉(zhuǎn)化原理

甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化是一復(fù)雜反應(yīng)系統(tǒng)，可能發(fā)生的反應(yīng)如下：主要反應(yīng)

CH4+H2OCO+3H2

－QCH4+2H2OCO2+4H2

－QCO+H2OCO2+H2+QCO2+CH42CO+2H2－Q副反應(yīng)：CH4C+2H2

－Q2COCO2+C+QCO+H2C+H2O+Q

甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)是可逆、吸熱、體積增大的反應(yīng)，因此降低壓力、提高溫度有利于反應(yīng)進(jìn)行。由于甲烷轉(zhuǎn)化速率極慢，為了加快其反應(yīng)速率，必須使用催化劑。1.甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化平衡常數(shù)甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)為可逆的吸熱反應(yīng)，在一定的溫度、壓力條件下，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)其平衡常數(shù)Kp1隨溫度的升高而急劇增大，即溫度愈高，平衡時(shí)一氧化碳和氫的含量愈高，甲烷的殘余量愈少。故生產(chǎn)中必須先在轉(zhuǎn)化爐內(nèi)使甲烷在較高溫度下完全轉(zhuǎn)化生成一氧化碳和氫，從而降低甲烷的殘余含量。3、影響甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)速率因素2.影響甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)平衡的因素（1）水碳比（2）溫度（3）壓力（1）催化劑（2）溫度（3）氫氣（4）內(nèi)擴(kuò)散4．影響析炭反應(yīng)的因素（1）水碳比的影響（2）轉(zhuǎn)化反應(yīng)設(shè)備中不同高度的氣體組成的影響（3）催化劑的影響四、天然氣的轉(zhuǎn)化條件1.壓力甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)是氣體體積增大的反應(yīng)，提高操作壓力對(duì)轉(zhuǎn)化反應(yīng)的平衡不利，甲烷的殘余含量隨壓力的升高而增加。目前工業(yè)上均采用加壓蒸汽轉(zhuǎn)化法，生產(chǎn)中轉(zhuǎn)化操作壓力一般為1.4～4MPa。其原因有幾點(diǎn)。

氨合成反應(yīng)是在高壓下進(jìn)行的，制得的氫氮?dú)庾罱K加壓到15～30MPa。甲烷蒸汽反應(yīng)后的氣體體積增加了3～4倍，若預(yù)先將原料氣加壓到一定壓力后再進(jìn)行轉(zhuǎn)化，從而降低了后工序壓縮功耗（1）節(jié)省壓縮功耗1為了使甲烷轉(zhuǎn)化完全，生產(chǎn)中需用過(guò)量的過(guò)熱蒸汽。壓力越高，蒸汽的冷凝溫度（即露點(diǎn)溫度）也越高，過(guò)量蒸汽在較高溫度下冷凝，并放出冷凝熱，余熱的利用價(jià)值大。（2）提高過(guò)剩蒸汽余熱的利用價(jià)值2

氣體加壓后，體積縮小，原料氣制備設(shè)備、凈化設(shè)備與熱回收設(shè)備尺寸可減小，因而可減少設(shè)備投資，同時(shí)加壓轉(zhuǎn)化可加快轉(zhuǎn)化反應(yīng)速率，節(jié)省催化劑用量。（3）節(jié)省投資成本12.溫度甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)是可逆吸熱反應(yīng)。提高溫度對(duì)轉(zhuǎn)化反應(yīng)化學(xué)平衡和反應(yīng)速率角度均有利。但操作溫度過(guò)高，又受到轉(zhuǎn)化設(shè)備管材耐溫性能的限制。平衡溫距與催化劑的活性和操作條件有關(guān)，一般其值越低，說(shuō)明催化劑的活性越好。工業(yè)設(shè)計(jì)中，一、二段轉(zhuǎn)化爐的平衡溫距通常分別在10～15℃與13～30℃之間。LoremipsumALoremipsumB一段轉(zhuǎn)化爐出口溫度溫度是決定轉(zhuǎn)化氣組成的主要因素。提高出口溫度，要降低殘余甲烷含量。但溫度對(duì)轉(zhuǎn)化管的壽命影響很大。中型合成氨廠轉(zhuǎn)化操作壓力為1.8MPa時(shí)，出口溫度760℃。二段轉(zhuǎn)化爐的出口溫度甲烷轉(zhuǎn)化制取原料氣的質(zhì)量是由二段出口溫度來(lái)控制的。在壓力和水碳比確定后，要求預(yù)期的殘余甲烷含量，即可確定二段出口溫度。3.水碳比加壓轉(zhuǎn)化時(shí)，要保證一段爐出口殘余甲烷含量，轉(zhuǎn)化溫度主要由水碳比來(lái)控制。提高水碳比對(duì)轉(zhuǎn)化有利，而且可以防止析碳反應(yīng)發(fā)生。但水碳比過(guò)高，消耗的蒸汽多，過(guò)多蒸汽通過(guò)一段轉(zhuǎn)化爐時(shí)，增加了系統(tǒng)阻力，能耗增加。所以，水碳比的選擇應(yīng)在不析炭的條件下盡量降低。目前，節(jié)能型的合成氨流程水碳比控制指標(biāo)已從3.5降到2.5～2.7。4．空間速度提高空速，在單位時(shí)間內(nèi)所處理的氣量增加，因而提高了設(shè)備的生產(chǎn)能力，同時(shí)空速高，有利于傳熱，可延長(zhǎng)轉(zhuǎn)化管的使用壽命。但空速高，縮短了氣體與催化劑的接觸時(shí)間，使轉(zhuǎn)化反應(yīng)不完全，殘余甲烷含量增加。故空速不宜不過(guò)大。不同的爐型、不同的工藝條件，采用的空速也不同。目前生產(chǎn)中一般采用的空速為800～1800-1。五、天然氣的轉(zhuǎn)化裝置甲烷在氨合成過(guò)程為惰性氣體，惰性氣體多不利于氨的合成反應(yīng)。為了充分利用原料，降低消耗，甲烷盡可能轉(zhuǎn)化完全，一般要求轉(zhuǎn)化氣中甲烷含量小于0.5%。為兼顧設(shè)備材質(zhì)和工藝條件，工業(yè)上目前普遍采用兩段轉(zhuǎn)化法。1兩段轉(zhuǎn)化就是將轉(zhuǎn)化反應(yīng)分為兩段進(jìn)行1、在一段管式轉(zhuǎn)化爐中進(jìn)行，轉(zhuǎn)化爐中有若干根轉(zhuǎn)化管，內(nèi)裝催化劑，原料氣與蒸汽在轉(zhuǎn)化管中進(jìn)行反應(yīng)。由于轉(zhuǎn)化管只能在800～850℃下工作，因而反應(yīng)溫度控制在720～820℃，殘余甲烷含量在10%左右。2、在二段轉(zhuǎn)化爐內(nèi)加入適量的空氣，空氣與部分可燃性氣體進(jìn)行燃燒反應(yīng)，反應(yīng)放出的熱量讓氣體溫度上升至1200～1300℃，氣體再進(jìn)入催化劑層，殘余的甲烷繼續(xù)與水蒸汽轉(zhuǎn)化，氣體沿著催化劑床層溫度逐漸下降，到二段轉(zhuǎn)化爐出口溫度為1000℃，出口氣體的甲烷含量降至0.5%以下。3、由于轉(zhuǎn)化反應(yīng)是吸熱反應(yīng)。在一段轉(zhuǎn)化爐內(nèi)，其反應(yīng)所需的熱量由天然氣在管外燃燒提供，二段轉(zhuǎn)化爐所需的反應(yīng)熱由空氣和一段轉(zhuǎn)化氣中部分可燃?xì)怏w反應(yīng)獲得。4、二段轉(zhuǎn)化爐的空氣加入量的多少直接影響二段轉(zhuǎn)化管出口氣體組成和溫度。因而空氣的多少應(yīng)滿足氨合成反應(yīng)對(duì)（H2+CO）/N2=3.1～3.2的要求。一般情況下，一、二段轉(zhuǎn)化氣中殘余甲烷含量分別控制在10%和0.5%。為降低能量的消耗，新工藝中對(duì)一、二段轉(zhuǎn)化爐的負(fù)荷進(jìn)行調(diào)整，降低一段轉(zhuǎn)化爐的負(fù)荷，增加二段轉(zhuǎn)化爐負(fù)荷。一段轉(zhuǎn)化爐出口氣體中甲烷含量由傳統(tǒng)流程的10%提高到30%左右，降低一段轉(zhuǎn)化的反應(yīng)溫度，減少燃料天然氣的用量，使較多的甲烷轉(zhuǎn)移到二段爐轉(zhuǎn)化。在二段轉(zhuǎn)化爐中加入過(guò)量空氣或富氧空氣，以保證甲烷轉(zhuǎn)化的要求。六、天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化崗位安全操作及環(huán)保措施（一）天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化生產(chǎn)操作1、開(kāi)車2、停車3、正常操作4、不正?，F(xiàn)象及處理方法1、開(kāi)車1).檢查2).單體試車3).儀表的校驗(yàn)4).系統(tǒng)吹凈和清洗5).氣密試驗(yàn)6).烘爐7).催化劑的填裝8)．催化劑的升溫還原2、停車3、正常操作1）正常停車2）緊急停車1）系統(tǒng)負(fù)荷調(diào)節(jié)2）一段爐的操作管理3）二段爐的操作管理4）汽包液位的控制序號(hào)現(xiàn)象原因處理方法1轉(zhuǎn)化管壓力降變化不大，轉(zhuǎn)化管超溫，一段爐出口氣甲烷升高催化劑中毒（1）嚴(yán)格控制原料烴中物質(zhì)硫、氯、砷等含量。（2）提高水碳比，使催化劑逐漸恢復(fù)其活性。2轉(zhuǎn)化管壓力降增大，一段爐出口氣甲烷升高，爐溫迅速升高，轉(zhuǎn)化管發(fā)紅超溫析碳：（1）催化劑中毒（2）水碳比低（3）轉(zhuǎn)化管受熱不勻（4）原料烴與蒸汽混合不勻（1）析碳較輕是地，提高水碳比隊(duì)碳（2）析碳較嚴(yán)重時(shí)，停止原料烴，采用蒸汽隊(duì)碳3爐管損壞（1）燒嘴燃燒過(guò)量，使?fàn)t管超溫或噴嘴不對(duì)中，火焰偏斜，使?fàn)t管局部過(guò)熱（2）催化劑中毒、析碳、粉碎、老化、活性降低，或有架橋（3）開(kāi)停車頻繁，溫度波動(dòng)大，管內(nèi)介質(zhì)腐蝕（1）經(jīng)常觀察和調(diào)整燒嘴燃燒情況，防止?fàn)t溫過(guò)高或發(fā)生偏火現(xiàn)象（2）控制好原料烴含硫量，控制好水碳比，防止催化劑中毒和析碳（3）確保流量與溫度平穩(wěn)，嚴(yán)防波動(dòng)4、不正?，F(xiàn)象及處理方法序號(hào)現(xiàn)象原因處理方法4爐鳴（1）氣體燃燒的生成物體積迅速膨脹（2）燃料氣中帶有液態(tài)燃料，遇熱迅速氣化而燃燒，并伴隨未燃?xì)怏w的二次燃燒或爆炸燃燒，造成整個(gè)爐子發(fā)生嗡嗡的響聲，并不斷顫抖（3）燃?xì)鈮毫ν簧斐烧駝?dòng)（1）若爐鳴是因開(kāi)爐點(diǎn)火速度過(guò)快引起的，則應(yīng)滅掉部分燒嘴，使共振現(xiàn)象消除（2）若氣體燃料中帶液，應(yīng)設(shè)置氣液分離器（3）應(yīng)迅速降壓。待振動(dòng)停止后，再慢慢加火提壓，使燃燒正常5轉(zhuǎn)化氣中甲烷含量高（1）爐溫太低（2）水碳比低（3）原料烴中高碳烷烴含量增多或原料氣帶油（4）催化劑中毒（1）適當(dāng)提高爐溫（2）適當(dāng)提高水碳比（3）用分子篩除去原料氣中高碳烷烴，加強(qiáng)原料氣除油操作（4）加強(qiáng)原料氣脫硫管理，防催化劑中毒（二）環(huán)保措施2保持裝置各設(shè)備良好運(yùn)行狀態(tài)，努力降低設(shè)備的泄漏率，對(duì)發(fā)現(xiàn)泄漏的設(shè)備及時(shí)處理，并做好有關(guān)環(huán)保措施，減少漏點(diǎn)對(duì)環(huán)境造成的污染。1在一般生產(chǎn)過(guò)程中，沒(méi)有特殊情況，嚴(yán)禁容器中污水就地排放，人為造成對(duì)環(huán)境的污染。113在正常生產(chǎn)時(shí)，杜絕各塔、容器