合成氨变换工段基础工艺设计.doc

摘 要变换工序是合成氨中最关键工序之一，在合成氨工艺步骤中起着很关键作用此次设计为70 kt/a合成氨变换工段工艺设计。本设计采取全低变工艺步骤.。依据相关文件资料，完成物料、热量计算。并对第一变换炉、第二变换炉、煤气换热器和变换气换热器等关键设备进行选型计算。并做出了合成氨变换工段全低变工艺步骤图和设备部署图。所得结果基础满足设计要求，工艺步骤可行。关键词：合成氨；低温变换；热量衡算；物料衡算.AbstractTransform processes is one of the most important processes, and it plays a very important role in the industry of synthetic ammonia.The task is the design of shift process in 70 kt/a NH3. The low-temperature shift technology was adopted in this calculation.According to the relevant cultural heritage data, complete the calculation of material, calories. Furthermore, the size and type of the equipments were determined such as heat exchanger, shift converter, etc.Also do to synthesize an all of the ammonia transformation work segment low craft flow chart and equipments changing set out diagram.The results meet the requirements of the design task well, the craft process can go. 摘 要IAbstractII第一章 序言11.1 变换气反应原理11.2 CO变换反应化学平衡21.3 CO低温变换催化剂51.3.1 低变催化剂发展51.3.2 低变催化剂关键成份51.3.3 催化剂活性降低和中毒71.4 工艺步骤简述8第二章 物料衡算及热量衡算102.1设计条件102.2 CO全变换过程总蒸汽比计算102.3第一变换炉催化剂床层物料和热量衡算112.3.1入第一变换炉催化剂床层汽气比112.3.2 CO平衡变换率及出催化剂床层气体组成122.3.3 第一变炉热量衡算132.3.4第一变换炉催化剂层CO变换反应平衡曲线142.3.5 CO在第一变换炉催化剂床层最适宜温度152.3.6 CO在第一变换炉催化剂层变换反应操作线162.4 第二变换炉第一段催化剂层物料及热量衡算172.4.1 第二变换炉第一段催化剂层汽/气比172.4.2 第二变换炉第一段催化剂层CO平衡转化率计算182.4.3 出口温度校核182.4.4 第二变换炉第一段催化剂热量衡算182.4.5 第二变换炉第一段催化剂床层平衡曲线计算192.4.6 CO在第二变换炉第一段催化剂层最适宜变换温度202.4.7 CO在第二变换炉第一段催化剂层变换反应操作线202.5 第二变换炉第二段催化剂床层物料及热量衡算212.5.1 第二变换炉第二段催化剂层CO平衡转化率计算222.5.2第二变换炉第二段催化剂热量衡算222.5.3平衡温距校核232.5.4第二变换炉第二段催化剂床层平衡曲线计算242.5.5 CO在第二变换炉第二段催化剂层最适宜变换温度242.5.6 CO在第二变换炉第二段催化剂层变换反应操作线252.6煤气换热器热量衡算262.7 变换气换热器热量衡算272.7.1进设备热量计算272.7.2出设备热量计算28第三章 关键设备计算293.1第一变换炉计算293.1.1 催化剂用量计算293.1.2 催化剂床层阻力计算303.2第二变换炉计算313.2.1 第二变换炉第一段催化剂用量计算313.2.2 第二变换炉第二段催化剂用量计算323.2.3 第二变换炉催化剂床层阻力计算333.3煤气换热器计算353.3.1 设备直径及管数确定363.3.2 设备规格确实定373.3.3 传热系数计算373.3.4 传热面积计算423.3.5 列管长度计算42关键设备一览表43设计结果及总结44参考文件45致 谢46第一章 序言合成氨生产常见原料包含：焦碳、煤、焦炉气、天然气、石脑油和重油。不管以固体、液体或气体为原料，所得到合成氨原料气中均含有一氧化碳。固体燃料气化所得半水煤气中一氧化碳含量为28%30%，烃类蒸汽转化为12%13%，焦炉转化气为11%15%，重油部分氧化为44%48%。一氧化碳清除通常分为两次。大部分一氧化碳，先经过变换反应，即在催化剂存在条件下，一氧化碳和水蒸气作用生成氢气和二氧化碳。经过变换反应，既能把一氧化碳变为易于清除二氧化碳，同时，又可制得和反应了一氧化碳相等摩尔氢，而所消耗只是廉价水蒸气。所以，一氧化碳变换既是原料气净化过程，又是原料气制造继续。最终，残余一氧化碳再经过铜氨液洗涤法、液氮洗涤法或甲烷化法等方法加以清除。变换工段是指CO和水蒸气反应生成二氧化碳和氢气过程。现在，变换工序关键有“全低变”工艺和“中低变”工艺，此次设计利用是“全低变”工艺“全低变”工艺是90年代在中国小合成氨厂开始使用，是从“中低变”演变而来，使用低温活性很好B302Q、B303Q等耐硫变换催化剂，各段进口温度均在200 左右。经过几年发展，伴随耐硫低温催化剂开发利用，“全低变”工艺和设备不停完善，操作水平也进一部提升，现在“全低变”工艺已进入成熟阶段。该工艺含有蒸汽消耗低、系统阻力小、生产强度大等优点。1.1 变换气反应原理合成氨生产需要原料气是H2和N2，而半水煤气中含有约30%左右CO，需要将其除去。变换工段目标就是将半水煤气中CO除去，在本质上是原料气净化一个过程。为了将CO除去，工业上采取方法是:在催化剂存在条件下，利用较为廉价水蒸气和CO反应，生成H2和CO2。原料气中一氧化碳和水蒸汽变换反应可用下式表示： （1-1）此反应为可逆放热反应，反应热为40964 J/mol，当开车正常生产后，即可利用其反应热来维持过程继续进行。在通常情况下，一氧化碳和水蒸汽直接进行反应，其变换反应速度是很慢，假如用催化剂催化，则能够加紧反应速度，大大有利于变换反应进行。伴随一氧化碳变换反应进行，伴伴随微量副反应发生，关键有以下多个：（1）甲烷生成 (1-2) （1-3） （1-4）（2）一氧化碳分解反应 （1-5）（3）有机硫转化反应 （1-6） （1-7） （1-8）1.2 CO变换反应化学平衡一氧化碳和水蒸汽变换反应系可逆反应。 其平衡常数为： （1-9）式中：yi各组分摩尔分数r 气体逸度系数KpCO平衡常数因为小合成氨厂变换反应多在压力2.0 MPa，温度为180250 条件下进行，其逸度系数靠近于1，即： （1-10）则式（1-9）可简化为： （1-11）式中，Pi-各组分分压因为变换反应是一个放热反应，考虑平衡常数是温度函数，且随温度升高而降低。平衡常数和温度关系表示式很多，数值各不相同，这是因为恒压热容等基础热平衡数据不一样所致。本设计可采取下面公式计算1。 （1-12）式中，T温度，K （1-13）在变换范围内，平衡常数也可用下面简化式计算： （1-14）式（1-14）在低温下计算出Kp和式（1-12）及（1-13）相差较大，温度越高误差越小。CO变换反应化学平衡影响原因：a. 温度温度对变换反应影响较大：温度升高，反应速度加紧。从化学平衡来看，降低反应温度，增加蒸汽用量，有利于反应向生成氢气和二氧化碳方向进行，能够提升CO平衡转化率。在变换反应早期，反应物浓度高，提升反应温度，可加紧正反应；在变换反应后一阶段，二氧化碳和氢气浓度增加，逆反应速度加紧，所以，须设法降低反应温度，使逆反应速度减慢，这么能够得到较高变换率。但降低温度也减慢了反应速度，降低了催化剂生产能力，应综合考虑。对于一氧化碳含量较高半水煤气，开始反应时，为了加紧反应速度，通常要在较高温度下进行，而在反应后一阶段，为了使反应比较完全，就必需使温度降低部分，工业上采取两段中温变换就是依据这一概念设计确定。对于一氧化碳含量在2%4%中温变换气体，只需要在230 左右，用低温变换催化剂进行低温变换。另外，反应温度和催化剂活性有很大关系，通常工业用变换催化剂低于某一温度反应便不能正常进行，而高于某一温度也会损坏催化剂，所以一氧化碳变换反应必需在催化剂适用温度范围内选择合理工艺条件。b. 压力一氧化碳变换反应前后气体分子数相同，若为理想气体，压力对于反应平衡没有影响。现在工业操作条件下：压力4.0 MPa气压下，温度为200500 时，压力对于变换反应没有显著影响。不过在较高压力下，反应物浓度增加，分子间有效碰撞次数增加，能够加紧变换反应速度，提升催化剂生产能力。且多种气体和理想气体有一定偏差，必需依据各气体组分逸度计算KP，所以压力对CO变换反应有一定影响。c. 蒸汽添加量一氧化碳变换反应为可逆反应，增加蒸汽量可使反应向正方向移动。所以，工业上通常均采取加入一定过量水蒸气方法来提升一氧化碳变换率。实际上，当使用半水煤气为原料，使用中温铁铬催化剂工艺步骤中，通常采取H2O（汽）/CO（气）=(34)/1；在使用铁镁催化剂工艺步骤中，通常采取H2O（汽）/CO（气）=(35)/1。d. 二氧化碳浓度从一氧化碳变换反应方程式来看，假如出去生成二氧化碳，有利于反应向正方向进行，并使变换反应靠近于完成。除去二氧化碳能够采取良种方法：（1）利用碱性氧化物和二氧化碳作用生成碳酸盐，比如： （1-15）或利用碱性氧化物作为催化剂一个组分来吸收二氧化碳。因为（1-15）为一放热反应，要对生成热量采取一定方法。更关键是这一反应进行到一定程度后要进行更换催化剂，增加了生产操作复杂性，所以在实际中极少应用。（2）在两段变换催化剂之间或中变和低变之间，将气体送往脱除二氧化碳装置，然后再进行第二次变换。这种方法相互干扰较少，比较轻易实现，但增加了换热和脱除二氧化碳设备，步骤要复杂部分。1.3 CO低温变换催化剂1.3.1 低变催化剂发展伴随脱硫技术进展，烃类蒸汽转化镍催化剂在工业上广泛应用，和纯净合成气制造，尤其是在60年代初，透平压缩机在合成氨工业上出现，大系列化合成氨工艺对原先脱除少许一氧化碳和二氧化碳铜碱洗工序，已显很复杂，气体精制度不能达成现代化工厂要求（CO+CO210 mLm-3）,所以从1963年开始，世界各国对低温变换催化剂展开了广泛研究。铜是适宜一氧化碳催化剂，能在较低温度（200250 ）下进行变换反应，一氧化碳平衡转换率可达成99%左右。不过纯铜金属催化剂在加热到含有足够反应速度温度时，会因烧结而损害表面结构，使催化剂活性剧减，所以必需放入合适结构性助催化剂，作为分散状铜晶粒间隔体。工业上采取结构性助催化剂有高熔点、难还原氧化铬、氧化铝、氧化锰、氧化钡等，它们存在，可增加催化剂抗烧结作用，延长催化剂使用寿命，增加催化剂成型性能和机械强度。现在，中小型氮肥厂低变催化剂均采取Co-Mo系催化剂。Co-Mo系变换催化剂是以Co, Mo为有效组份，以Al2O3为骨架，碱金属或稀土金属氧化物为辅助催化剂。Co-Mo系变换催化剂使用前必需优异行硫化，生成CoS, MoS2才能取得高活性。硫化反应为： （1-16） （1-17）1.3.2 低变催化剂关键成份（1）钴钼系宽温变换催化剂Co-Mo系宽温变换催化剂是最近中国研制一个新型催化剂，它特点是活性温度低，耐硫性强，使用温度范围宽，所以它能广泛应用和煤、油为原料小氮肥厂，并实现中变直接串低变工艺步骤。也能够用它替换中变催化剂，实现Co-Mo宽温变换步骤，还可望用于三催化剂工艺步骤，以替换现在三催化剂步骤中Cu-Zn系低变催化剂。Co-Mo系宽温变换催化剂化学物理性质包含堆积密度、抗压强度、形状及尺寸等。Co-Mo系宽温变换催化剂加工工艺有混碾法及浸渍法两种，大多数Co-Mo系低变催化剂采取浸渍法工艺，如B302Q、B303Q、SB-3等。浸渍法是以球形为载体，将催化剂浸渍到载体内，因为载体本身强度高、相对密度小，故采取这种方法生产出来催化剂含有密度小，耐压强度大，阻力小等优点。Co-Mo系宽温变换催化剂不一样于Cu-Zn系低变催化剂在于它耐硫性尤其强，正常生产中对气体中硫含量没有上限要求，不管多高全部能够直接进入。但对气体最低含硫量却有限制，即在一定反应温度及蒸汽含量下，要求气体中含硫量不低于一定值，不然引发催化剂放硫而造成失活。Co-Mo系宽温变换催化剂另一特点是可用于低温变换，也能够用于中温变换，可在160270 （低变用），160460 （中变用）宽广范围内使用。（2）铜锌系低变催化剂金属铜对一氧化碳低温变换含有高活性，所以中国外全部把铜作为催化剂主活性相。但已知纯金属铜当加热到足够反应温度时，会因烧结而使表面积缩小，从而失去活性。所以必需加入一组分或多组分结构性助催化剂。铜基催化剂助催化剂组分有ZnO、Cr2O3、Al2O3、MgO、CuO、TiO2、MnO2等。ZnO用最广泛，最先出现低温变换催化剂，就是由ZnO和CuO两个组分组成。ZnO有促进催化剂活性作用，并能起改善铜微晶长大稳定和分散作用。不过铜-锌二组分催化剂热稳定性和寿命不够理想，以后相继出现CuO-ZnO-Cr2O3和CuO-ZnO-Al2O3催化剂。结构性助催化剂加入不仅和组分相关，而且和加入方法更为亲密。用机械混合方法，往CuO-ZnO-Cr2O3催化剂中加入K2O、CaO、MgO、Al2O3、TiO2、MnO2则不影响催化剂结构；不过用共沉淀方法加入铝和锰，将对催化剂性质产生显著影响。比如添加锰催化剂，显示出很高活性和良好耐热性。现在以普遍生产和采取低温变换催化剂为CuO-ZnO-Cr2O3和CuO-ZnO-Al2O3系，到底哪一个性能优越，现在还不能取得一致意见。不过就催化剂生产劳动条件来看，CuO- ZnO- Al2O3系要比CuO-ZnO-Cr2O3系好，其制造成本要看铝加入形式和起源。假如以硝酸铝形式加入，则成本并不比加入氧化铬低。1.3.3 催化剂活性降低和中毒（1） 热烧结当温度超出280时，还原态金属铜轻易产生烧结，使催化剂表面积显著降低，活性急剧下降。当温度超出铜熔点（1083 ）二分之一时，更轻易烧结。热烧结引发催化剂表面积降低，关键是因为分散状铜微晶粒，相邻间晶粒在一定温度下扩散并使晶粒长大。从而使催化剂活性下降；温度愈高，晶粒长大速度就愈快，表面积和活性下降趋势愈大。尽管作为结构性助催化剂高熔点氧化铬和氧化铝存在，间隔体对阻止铜晶粒长大，也无济于事。所以低温变换催化剂使用，必需严格控制反应温度。（2） 物理性破坏这里所指物理性破坏，关键是指催化剂在操作温度下，因为水蒸气在催化剂微孔内能够凝聚和蒸发相继反复进行，而使催化剂破裂，造成催化剂床层阻力增大。所以低温变换反应必需控制在露点以上进行，这么就使反应温度、压力、蒸汽量、干气量之间保持一定关系。（3） 卤素中毒在相当长时间内，卤素对低变催化剂毒害作用被大家忽略。以后发觉卤素是比硫更厉害毒物，进口气中氯化物仅，就会显著毒害低变催化剂，氯海量在时，就认为被严重污染。（4） 硫中毒硫是铜基低变催化剂关键毒物之一。因为脱硫技术发展，原料气中硫能脱至以下，但原料气量很大，极微量硫化物，经日积月累后数量相当可观，从而对低变催化剂造成很大危害。1.4 工艺步骤简述全低变工艺步骤示意图见图1-1。变换气换热器煤气换热器淬冷过滤器淬冷过滤器第一变换炉变换气冷却器油分离器活性炭滤油器半水煤气变换气工段第二变换炉图1-1 低温变换工艺步骤示意图Fig1-1 Schematic diagram of the low temperature conversion process半水煤气首优异入油水分离器，脱除部分固体和液体杂质后进入活性炭滤油器，深入脱除杂质。经净化半水煤气进入变换气换热器和从第二变换炉出来变换气进行逆向热交换，使其温度上升到180 左右，变换气温度下降到160 左右。出变换气换热器半水煤气再进入煤气换热器和从第一变换炉出来变换气进行逆向热交换，变换气本身温度下降到300 左右，半水煤气升温到200 左右。出煤气换热器半水煤气和来自管网中压水蒸气混合，首先使半水煤气温度上升到变换反应温度，其次使半水煤气增湿，并达成设计要求所需要汽气比进入第一变换炉发生变换反应，在第一变换炉内CO变换率可达成60%左右。经第一变换炉变换后出来变换气进入煤气换热器和半水煤气逆向换热后进入淬冷过滤器I，逆向和喷淋下来冷却水换热并使冷却水汽化，此时变换气温度下降到230 左右，冷却水和变换气换热后汽化，从而使蒸汽含量达成设计要求，湿变换气进入第二变换炉第一段催化剂床层进行变换反应。经第二变换炉第一段催化剂床层变换反应后CO变换率可达成85%左右，温度上升到280 左右进入淬冷过滤器II，逆向和喷淋下冷却水进行热交换，使其温度下降到190 左右，同时补充水蒸气，达成设计要汽气比进入第二变换炉第二段催化剂床层进行变换，最终CO变换率可达成99%。出第二变换炉第二段变换气经过变换气换热器后，再经过变换气冷却器降温至40 左右，去后续工段。第二章 物料衡算及热量衡算2.1设计条件计算基准：1吨NH3。设备生产能力：由设计所给条件取每吨氨耗用半水煤气3520Nm3,则每小时半水煤气用量为：35209.7222=34222.2 Nm3/h 初始半水煤气组成见下表2-1。表2-1 初始半水煤气组成Table2-1 The composition of the initial semi-water gas组分CO2COH2CH4O2N2累计%7.030.837.81.50.322.6100Nm32395.610540.412936.0513.3102.77734.234222.2kmol106.9470.6577.522.94.6345.31527.82.2 CO全变换过程总蒸汽比计算选择B302Q型催化剂，设第二变炉出口变换气温度为200 ，平衡温距为24 ，则计算时取变换温度为t=224。CO和H2O反应方程式为：设 A B C D设CO变换反应变换量为CO，则变换反应平衡常数Kp： （2-1）本设计所给条件CO变换率为99%，则:查文件1可知在220时CO变换平衡常数Kp=140.96。并由表2-1可知A、C、D值分别为30.8%、7.0%、37.8%，将A、C、D和Kp值代入式（2-1）求得：B=75.0。即可知总水气比为75.0/100。2.3第一变换炉催化剂床层物料和热量衡算2.3.1入第一变换炉催化剂床层汽气比设CO在催化剂床层转化率为60.0%，且O2全部和H2燃烧生成H2O，则CO反应量CO为： 30.8%60%=18.48 Nm3/100 Nm3干半水煤气则CO总反应量为：设气体出催化剂床层温度为360 ，取平衡温距为20 ，则计算所取温度为380 。查文件1知380 时Kp=14.6，由式（2-1）代入数据可得：解上式得 B=25.72即此时汽气比为 25.72/100。入炉蒸汽量 入炉湿气量 34222.2+8802.2=43024.4 Nm3=1920.7 kmol由此可计算出入炉湿气组成，结果见下表2-2。表2-2 入第一变换炉湿半水煤气组成Table2-2 The composition of the wet semi-water gas into the first shift converter组分CO2COH2CH4O2H2ON2累计%5.5724.5030.071.190.2420.4617.98100Nm32395.610540412936.0513.3102.779103.17734.243024.4kmol106.9470.6577.522.94.6406.4345.31920.72.3.2 CO平衡变换率及出催化剂床层气体组成设360时平衡变换率为Xp， 360 时Kp=18.371，代入式（2-1）得：则实际变换率为平衡变换率 由以上计算知实际反应掉CO量为10540.40.6=6324.2 Nm3。出催化剂层干气体量由以上计算可得出催化剂干气体组成，见下表2-3。表2-3 出第一变换炉催化剂变换气干气体组成Table2-3 The composition of the dried semi-water gas out the first converter组分H2COCO2CH4N2累计%48.1010.5221.781.2819.32100Nm319260.24216.28719.8513.37734.2400040.5kmol859.8188.2389.322.9345.31787.5出一段催化剂层剩下湿气量34024.4+8802.2-102.7=42723.9 Nm3剩下蒸汽量 剩下CO量 10540.4-6324.2=4216.2 Nm3CO在湿气中含量 同理，可求出CO2、H2、CH4、N2、H2O在湿气中含量，结果见下表2-4。表2-4 出第一变换炉催化剂变换气湿气组成Table2-4 The composition of the wet semi-water gas outlet the first converter组分H2COCO2CH4N2H2O累计%45.089.8720.411.2018.105.73100Nm319260.24216.28719.8513.37734.22984.242723.9kmol859.8188.2389.322.9345.3133.21907.32.3.3 第一变炉热量衡算（1）第一变换炉内CO变换反应放热量为Q1气体由200 上升到360 ，平均温度tm=280 。查文件1知CO变换反应，则由表2-2和表2-4中数据可求出（2）氧气和氢气燃烧放热Q2查文件2可知氧气和氢气燃烧焓为484017 kJ/kmol，则（3）气体温度上升吸热Q3在平均温度285 和平均压力0.92 MPa下可查出Cp(H2)=29.38 kJ/kmolK Cp(N2)=30.39 kJ/kmolKCp(CO)=30.57 kJ/kmolK Cp(CO2)=46.32 kJ/kmolKCp(CH4)=49.1 kJ/kmolK Cp(O2)=31.78 kJ/kmolKCp(H2O)= 35.59 kJ/kmolK则平均比热容：=33.84 kJ/kmolK气体吸热 设热损失 Q4 =3.9106 kJ由热平衡方程式 将上述数据代入热平衡方程式知：t=160 。可知道结果和实际所取温度一致，故不需要进行反复计算。2.3.4第一变换炉催化剂层CO变换反应平衡曲线由平衡变换率计算公式： 可求出各温度下平衡转化率，结果见表2-5。表2-5 第一变换炉CO在各温度下平衡转化率Table 2-5 The equilibrium conversion rate of CO in the first converter T，200230250270290310330350370400Kp220.9125.787.5062.6546.0034.5426.4720.6616.3913.20Xp，%83.2280.0877.9675.6673.2270.6768.0665.3962.6960.00以200 为例，计算过程以下：在200 时，查表知Kp=220.90由式（2-1）知：代入数据得：解上式可得：Xp= 0.8322将以上数据作图可得平衡曲线图，见图2-1。2.3.5 CO在第一变换炉催化剂床层最适宜温度查文件可得最适宜温度计算公式为1： （2-3）式中，Tm最适宜温度，KTe平衡温度，KR通用气体常数，8.314 kJ/kmolE1、E2正、逆反应活化能，kJ/kmol CO变换反应热，kJ/kmol对于变换反应r =1查文件1可知 E1 = 43340 kJ/kmol，在平均温度280 时，由式：代入数据，可得=39576.2kJ/kmol。CO变换逆反应活化能E2为当Xp=83.22%时，Te=200+273.2=473.2 K将上面数据代入式（2-3）可得： tm = 172.4 。同理，可分别求出各转化率下最适宜温度，结果见下表2-6。表2-6 第一变换炉CO转换最适宜温度Table 2-6 The optimal temperature for CO in the first Shift ConverterXp，%83.2280.0877.9675.6673.2270.6768.0665.3962.6960.00Te，K473.2503.2523.2543.2563.2583.2603.2623.2643.2663.2Tm，K445.6473.8492.6511.5530.3549.2568.0586.8605.7624.5tm，172.4200.6219.5238.3257.1276.0294.83136332.5351.3由以上数据作图可求得最适宜温度曲线，见图2-1。2.3.6 CO在第一变换炉催化剂层变换反应操作线由第一变换炉催化剂变换率及热平衡计算可知入口气体温度 200 出口气体温度 370 入口CO变换率 0出口CO变换率 60.0%由此可作出第一变换炉催化剂床层操作线图2-1所表示2.4 第二变换炉第一段催化剂层物料及热量衡算2.4.1 第二变换炉第一段催化剂层汽/气比设在此段CO总转化率达成88%，可知CO在此段催化剂层总转化量为kmol则知CO在此段催化剂层转化量为9275.56-6324.26=2951.3Nm3=131.75 kmol依据以上计算可得CO在此段转化率为设气体入口、出口温度分别为230 、280 ，平衡温距取70 ，则出口气体平衡温度为350 。查文件1知此时Kp=20.66。由前面计算可知A=9.75、C=20.40、D=45.08代入式（2-1）解得B=30.58则能够得到汽气比为30.58/100。此时所需总蒸汽量为则需补充蒸汽量为12244.4-2683.4=9561.0 Nm3此时总蒸汽量为42723.9+9561.0=52286.9 Nm3由以上计算可求出此时入炉湿气组成，结果见下表2-7。表2-7 入第二变换炉第一段变换气组成Table2-7 The composition of the shift gas inlet the first paragraph of the second shift converter组分H2COCO2CH4N2H2O累计%38.088.4217.421.0315.4624.47100Nm319260.24216.28719.8513.37734.212244.452286.9kmol854.7188.2389.322.9345.3546.72234.22.4.2 第二变换炉第一段催化剂层CO平衡转化率计算由出口平衡温度350，查文件1知Kp=20.66，由公式（2-2）代入数据得：出口湿气体组成计算以下：CO量 CO2量 H2量 H2O量 由上面计算可得出出口湿变换气组成,结果见下表2-8。表2-8 出第二变换炉第一段催化剂变换气组成Table2-7 The composition of the gas outlet the first paragraph of the second shift converter组分H2COCO2CH4N2H2O累计%44.382.5323.321.0215.4618.57100Nm322211.51264.911671.1513.37734.29293.152286.9kmol991.656.5521.022.9345.3414.92234.22.4.3 出口温度校核由上述计算可知和所取Kp相差不大，故不反复计算。2.4.4 第二变换炉第一段催化剂热量衡算（1）CO放热Q1设第二变换炉一段内CO变换反应放热量为Q1气体由230升至280，平均温度tm=255 ，查文件1知则 （2）气体温度上升吸热Q2湿变换气在平均温度255 ，平均压力0.94 MPa下，查文件1知Cp(H2)=29.30 kJ/kmolK Cp(N2)=29.78 kJ/kmolK Cp(CO)=30.00 kJ/kmolK Cp(CO2)=45.75 kJ/kmolK Cp(CH4)=48.22 kJ/kmolK Cp(H2O)=38.96 kJ/kmolK 则 Q2 = 2219.234.68t（3）假设热损失Q3=kJ/kmol由热量平衡得 Q1=Q2+Q3 t=50 计算温度和出口温度一致，故不需要反复计算。2.4.5 第二变换炉第一段催化剂床层平衡曲线计算入此段催化剂床层汽/气比为30.58/100。依据入此段催化剂床层气体组成，计算各温度下平衡转化率，结果如表2-9。表2-9 CO在第二变换炉第一段催化剂平衡转换率Table 2-9 The equilibrium conversion rate of CO in the first stage of the second shift converterT，230250270290310330350Kp125.6887.5062.6546.0034.5426.4720.66XP，%90.4586.8884.5477.7272.2366.2659.91以230 为例进行计算。在230 时查文件1可知此时Kp=125.68，把数据代入式（2-1）可得：由表中数据作图即可求得平衡曲线，见图2-2。2.4.6 CO在第二变换炉第一段催化剂层最适宜变换温度最适宜温度可由式（2-3）计算，查文件1知B302Q型催化剂E1=43340 kJ，在平均温度255 时：则 由式（2-3）代入数据可计算出最适宜温度，其结果见表2-10。表2-10 CO在第二段