摘要：本毕业设计是对四川天华股份有限公司1000t/d合成氨工艺系统中的甲烷化系统进行设计。设计以天然气为原料，四川化工总厂催化剂分厂生产的低温活性Ni催化剂作为热量衡算的前提，通过对甲烷化系统进行物料衡算和热量衡算，从而确定CO和CO2生成CH4的转化率为100%；甲烷化炉R-4的出口温度为350℃；换热器E-27壳程出口温度105.3℃，热负荷为1.9×107W；E-28的进口温度为280.7℃，出口温度为300℃，热负荷为5.3×105W。最终计算出甲烷化反应所需要的催化剂用量为24.0m3以及R-4、E-27和E-28的结构类型，并根据设计做出了甲烷化工艺流程图。

本设计的优点在于确定了良好的工艺条件、较好的反应设备以及合理的催化剂用量，做到能源的综合利用。

关键词：甲烷化  物料衡算  热量衡算  催化剂  设备选型

目录

摘要

ABSTRACT

1  绪 论-1

1.1 合成氨技术的发展现状和进展-1

1.2 四川天华股份有限公司年产30万吨合成氨工艺流程介绍-2

1.3 甲烷化技术在合成氨工艺中的作用-4

1.4 国内外甲烷化技术发展历史、现状和趋势-5

1.5 甲烷化工艺中存在的问题-5

1.6 甲烷化基本原理-5

1.7 甲烷化工艺流程介绍及设计依据-6

1.7.1 甲烷化工艺流程介绍-6

1.7.2 甲烷化工艺设计依据-7

2  甲烷化反应物料衡算-8

2.1 甲烷化炉R-4物料衡算-8

2.1.1 CO和CO2平衡浓度的计算-8

2.1.2 甲烷化炉R-4的物料衡算-9

2.2 换热器E-27、开工加热炉E-28物料衡算-10

3  甲烷化反应热量衡算-12

3.1 甲烷化炉R-4热量衡算-12

3.2 换热器E-27热量衡算-14

3.2.1 确定换热器E-27的热负荷和壳侧出口温度T2-14

3.2.2 换热器E-27气体流向的选择-15

3.3 开工加热炉E-28热量衡算-16

3.3.1 开工加热炉E-28壳侧出口温度的确定-16

3.3.2 开工加热炉E-28热负荷的确定-16

3.3.3 开工加热炉E-28壳侧入口温度t1的确定-19

4  甲烷化工艺中设备的选型计算-20

4.1 甲烷化炉R-4设备选型计算-20

4.1.1 甲烷化反应催化剂用量的计算-20

4.1.2 甲烷化炉 R-4内径D以及床层高度H的计算-20

4.1.3 催化剂床层阻力△P的计算-22

4.2 换热器E-27设备选型计算-24

4.2.1 试算并初选换热器E-27的规格-24

4.2.2 核算换热器E-27总传热系数-27

4.2.3 计算换热器E-27管程、壳程压强降-29

4.3 开工加热炉E-28设备选型计算-31

4.3.1 试算并初选开工加热炉E-28的规格-31

4.3.2 核算开工加热炉E-28的总传热总系数-32

4.3.3 核算开工加热炉E-28壳侧阻力降△P-33

4.3.4 计算开工加热炉E-28需要的蒸汽量-33

4.4 确定换热器E-27最终设备选型-34

4.4.1 确定换热器E-27壳侧出口温度T2-34

4.4.2 换热器E-27基本参数的确定-35

4.4.3 核算换热器E-27的总传热系数-35

5  结 论-37

参考文献-38

致 谢-39

附 录-40