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摘 要

自21世纪以来石油资源变得日趋紧张，为了应对资源难题，我国的煤化工步入快速发展阶段，对于煤化气的要求增加，CO水汽变换技术显得极其重要。针对这种情况，为了提高水煤气变换反应生成H₂的比重，我们设计了CO变换反应装置，并进行了模拟计算，具体工作如下：

使用Aspen Plus软件设计了9万吨/年制氢装置流程，并选择“RE-ASPEN”物性方程，对CO变换第一反应单元进行了模拟计算。换热器是本文的设计对象，在模拟计算结果的基础上，对换热器进行了详细计算。对粗合成气预热器和中压蒸汽过热器进行了设计与选型，并且使用EDR软件对换热器进行了核算，得到详细设备数据、装配图和配管图。

关键词：CO变换 模拟计算 换热器设计 Aspen plus

Process design of the first reaction unit of CO conversion device with 90000 tons/year

Abstract

Since the 21st century, oil resources become strained increasingly. In order to deal with resource problem, coal chemical industry entered a rapid development stage. Because of the increase for coal gas requirement, carbonic oxide steam conversion technology become extremely important. Aimed at actual circumstances, we design the process of carbonic oxide conversion. And the simulator calculate is conductted as follows.

In this article, 90,000 tons / year of hydrogen plant processes is simulated by Aspen Plus, and select "RE-ASPEN" physical equations to simulate the process of first reactor unit of the carbonic oxide conversion. This article is focused on the heat exchanger design. Based on the simulation results, a detailed calculation of the heat exchanger is carried out. The design and selection is carried on the crude syngas preheater and medium pressure steam superheater. Using EDR software to account heat exchanger, get detailed equipment data, assembly drawings and piping diagram.

Key Words: Carbonic oxide conversion; Simulator calculate; Heat Exchanger Design; Aspen plus

目录

摘要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

第一章 文献综述 1

1.1 研究背景 1

1.2 CO变换反应及平衡常数计算 1

1.3 CO变换工艺流程 1

1.3.1中温变换流程 1

1.3.2中变串低变流程 2

1.3.3全低变流程 3

1.4 CO变换工艺的影响因素 3

1.4.1温度对变换反应的影响 3

1.4.2压力对变换反应的影响 3

1.4.3水/气比高低对变换反应的影响 4

1.4.4 CO₂浓度对变换反反应的影响 4

1.5 CO变换工艺的催化剂 4

1.5.1中(高)温变换催化剂 4

1.5.2低温变换催化剂 5

1.6研究的意义与内容 5

第二章 工艺流程 6

2.1 设计目标 6

2.1.1概述 6

2.1.2 生产规模 6

2.2 工艺路线选择 6

2.3 工艺流程介绍 6

第三章 流程模拟计算 8

3.1 原料气成分与物性数据 8

3.2 组分设置 8

3.3 物性方法的选择 9

3.4 化学反应 9

3.5 各模块模型的选择与设置 9

3.5.1粗煤气分离器(V5302) 9

3.5.2粗合成气预热器(E5301) 10

3.5.3煤气过滤器(V5301) 11

3.5.4一段变换炉(R5301) 11

3.5.5中压蒸汽过热器(E5302) 12

3.6 流程模拟 13

3.7 物料衡算 14

3.7.1 衡算方法 14

3.7.2 总物料衡算 14

第四章 换热器设计 16

4.1 粗合成气预热器(E5301)设计 16

4.1.1 E5301详细计算 16

4.1.2 E5301 EDR核算 19

4.2 中压蒸汽过热器(E5302)设计 22

4.2.1 E5302详细计算 22

4.2.2 E5302 EDR核算 23

第五章 结论与展望 26

参考文献 27

致谢 29

第一章 文献综述

1.1 研究背景

自21世纪以来石油资源变得日趋紧张，我国的煤化工步入快速发展阶段^[1]。以煤为原料进行的各种项目不断出现，煤化工的项目均需要先对煤进行气化生成粗煤气。但是这些项目对合成气中的CO与H₂含量有一定要求，而煤化气中CO含量的相对较高，必须调节CO/H₂的摩尔比，以适合不同工艺生产需要，因此，CO水汽变换技术显得极其重要。

1.2 CO变换反应及平衡常数计算

CO变换指的是水煤气在催化剂的作用下，经过化学反应将一部分CO转化成H₂ 在CO变换过程中，主要发生下面两个反应^[2]：

(1)

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