天然气制半水煤气工艺设计.doc

丽水学院化工设计课程论文化工设计概论-课程设计论文（设计）题目： 30000m3/h天然气制半水煤气工艺设计 学 号： 姓 名： 班 级： 化工092本 专 业： 化学工程与工艺 2013年 06 月 08 日2630000m3/h天然气制半水煤气工艺设计副标题：天然气间歇催化转化制合成氨原料气【摘要】从天然气制取半水煤气工艺发展趋势来看，间歇气化和连续气化都是比较先进的技术。随着天然气工业的发展，将会涌现出更多经济有效的新技术，同时也会促进传统半水煤气技术的不断改进，从而达到更好的效果。【关键词】天然气；半水煤气；工艺；1项目概况主要内容为30000m3/h天然气制半水煤气工艺设计。通过物料衡算和能量衡算，确定关键设备的选型和材料，对生产过程中的安全技术、综合利用提出了合理的要求，并考虑了三废的处理。1.1半水煤气概述半水煤气俗称水煤气，其实还是有点区别，它是将煤和水作为气化物料进行气化的一种燃气，一般通过固定床煤气发生炉制取。其主要成分是一氧化碳和氢气还有其他惰性气体和可燃烧的甲烷、焦油、酚等其他物质的混合气体，一般可用来工业和生活燃气供应。1.1.1半水煤气的成份基本上就是氮气，氧气，氢气，一氧化碳，水蒸汽，可燃成分主要是氢气和一氧化碳，与氮气的比例为3.13.2，也是一种合成氨原料气。1.1.2半水煤气的性质将蒸汽和空气（或富氧空气）按1:1的比例一起吹入煤气发生炉中与赤热的无烟煤或焦炭作用而产生，是水煤气和发生炉煤气的混合气体。也可将分别制成的水煤气和发生炉煤气按一定比例配合而得。这种煤气在除去氧、一氧化碳、二氧化碳、硫化物等杂质后，其氢与氮的组成为3：1的半水煤气，作为合成氨的原料气。1.2产品情况介绍工业上大多用蒸气和空气轮流吹风的间歇法，或用蒸气和氧一起吹风的连续法。热值约为10500千焦/标准立方米。此外，尚有用蒸气和空气一起吹风所得的“半水煤气”。可作为燃料，或用作合成氨、合成石油、有机合成、氢气制造等的原料。可用喷射式无焰烧嘴进行燃烧，空气和煤气不用预热。1.3半水煤气的反应机理天然气间歇催化转化制合成氨原料气, 按吹风、制气两个阶段循环进行, 其化学反应较管式炉蒸汽转化复杂,是周期性的出现与消失。1.3.1吹风阶段经脱硫并减压至0.81.0kg/平方cm左右的天然气与罗茨鼓风机来空气（压力0.20.35kg/平方cm）按比例分别从蜗壳烧嘴的天然气管和空气管加入，经蜗壳混合后进入燃烧炉炉膛燃烧，产生1300 左右的高温吹风气，经第一蓄热炉和第二蓄热炉，提高了蓄热炉内蓄热砖温度，再从转化炉顶部进入触媒层，一方而吹风气所带的部分热量（物理热）被触媒吸收另一方面吹风气中残氧与触媒中金属镍发生氧化反应，放出的热量（化学热）提高触媒层温度，吹风气从转化炉底部出来，温度约850，进入废热锅沪管内，使管间软水蒸发，产生79kg/平方cm的饱和蒸汽，最后，吹风气从废热锅炉出来，温度250左右，经软水预热器降温至150左右，由自动三通阀送入烟囱放空。此时吹风气含有大量氮气、二氧化碳和0.5以下的氧，是进行系统置换最好的隋性气。必要时，可用人工操作自动三通送入气柜。同时该气体也可以用来降低合成气的氢氮比。制气阶段：来自罗茨鼓风机的空气（压力为0.20.35kg/平方cm ) 与减压为1.0kg/平方cm左右的蒸汽按比例从燃烧炉炉膛加入，经炉膛和第一蓄热炉加热至900与从第一蓄热炉出口按比例加入的天然气混合，此天然气是经脱硫并减压至0.81.0 kg/平方cm的，此混合气体在第二蓄热炉和转化护上部空 间发生高温的非催化反应，放出热量，气体进入触媒层在850900左右进行催化反应，并还原吹风阶段氧化了的金属镍，转化气从转化炉底部出来，温度约850左右进入废热锅炉管内，使管间软水蒸发，产生79kg/平方cm的饱和蒸汽；转化气从废热锅炉出来，温度约为250,经软水预热器降温至150，经自动三通阀送入洗气箱和洗气塔除尘并冷却，至常温送入气柜。为了便于调节吹风天然气流量，在天然气凋节阀处设有一条副线（细调）；在天然气和空气自动阀之前各设一快关阀供开停车用，并在快关阀与自动阀之间各设有一泄压阀，以防停车后空气或天然气漏入系统，造成触煤超温或析炭。在蜗壳烧嘴上配有点火夭然气和空气、还原天然气和空气及还原蒸汽管线。在烟囱下部还配有点火时抽负压用的蒸汽吸引管线，为了处理升温还原中的超温事故，在制气天然气入多少口还配有二次蒸汽管线。由于造气过程是间歇性的，吹风和制气各占循环时间的50，为了稳定各气（汽）压力，一般采用双系统生产。吹风阶段是整个过程的升温、蓄热阶段,，天然气与一定量的过量空气(n一12 倍)经蜗壳烧嘴在燃烧炉膛内完全燃烧。(碳2以上烷烃同甲烷燃烧反应)CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O + 热量 (1)从生产实践中的吹风烟气分析数据得知,天然气已基本烧尽, 如表1。天然气燃烧后,高温烟气本身的物理热经蓄热层、触媒层时放出,一部分蓄存在蓄热砖及触媒上。烟气中含有一定量的残余氧,与其他活性物质接触时会发生反应。在第二蓄热层中, 此残余氧与制气阶段裂解生成的少量炭反应:：C + O2 = CO2 + 热量 （2）进入触媒层后,它再与已还原的金属镍反应:2Ni + O2 = 2NiO + 热量 (3)反应(3)在靠近气体进口处的触媒上发生的尤为剧烈,导致触媒在气体进口处有较大的温度波动。从表2列出的吹风气中残余氧含量的变化可知,反应剧烈的地方在进口处。反应伴随着大量的放热,这个热量对整个循环过程是极为重要的。一般,这个热是为整个过程需热的10%左右, 是绝不可忽视的。在吹风阶段中,除上述主要反应外,烟气中的二氧化碳和水蒸汽也能与金属镍进行氧化反应:CO2 + Ni = CO + NiO - 热量 (4)H2O(g) + Ni = H2 + NiO + 热量 (5)同时触媒中有一部分活性镍被氧化成无活性的氧化镍。氧化镍中有一小部分与触媒中A12O3作用生成尖晶石:Al2O3 + NiO = NiAl2O4 (6)尖晶石没有活性, 也较难还原, 应尽量减少生成尖晶石的可能。1.3.2制气阶段在制气阶段中,蒸汽、加氮空气与燃烧炉的蓄热层进行热交换。这时燃烧炉相当于一个蒸汽、加氮空气预热器。但从天然气进口以后,就开始了各种复杂的反应。(1)从天然气进口到转化炉蓄热层以前的空间反应:天然气进入炉内与高温蒸汽、空气混合气相遇后, 立即发生下列反应:氧化反应:CH4 + 2O2 = 2CO2 + H2O + 热量(1)CH4 + O2 = CO + H2 + H2O + 热量(7)CH4 + 0.5O2 = CO + H2 + 热量 (8)变换反应：CO + H2O(g) = CO2 + H2 + 热量(9)甲烷与高温水蒸气反应：CH4 + H2O(g) = CO + 3H2 热量 (10)从表3可知,制气时配入的空气带入的氧绝大部分已经消耗于氧化反应(1)、(7)、(8),其中又以反应(1)为主。伴随着这些反应放出大量的热。温度越高,反应进行的越深,放出的热量越多,反过来又促使温度升高。反应(10)的反应速度很慢。表3是1号炉分析数据,天然气:空气:水蒸汽= 1:1.0:0.9 ,T5=810，空速= 464每小时。除上述反应外,这个区间还有裂解反应发生。CH4 = C + 2H2 热量 (11)配入适量的水蒸汽能阻止裂解出炭的反应进行。配入的水蒸汽量越多,析出炭的可能性越小。在适当的蒸汽比之下可以防止炭析出。从生产实践看,蒸汽与天然气之比在0.81.0之间为宜。(2)第二蓄热层及其空呵的反应:这个区间的反应与(1)的反应基本类似,有反应(1)、(7)、(8)及裂解反应(1 1),但(7)、(8)所占比例上升了。(3)触媒层中的反应:气体进入触媒层后, 以反应(10)、(12)为主：CH4 + CO2 = 2CO +2H2 热量(12)从T4到T5处仍有反应(8)在进行。同时,吹风阶段被氧化了的那一部分触媒被制气阶段的CO十H2还原成有活性的金属镍:NiO + CO = CO2 + Ni + 热量 (13)NiO + H2 = H2O + Ni 热量(14)随着触媒被还原的越彻底,其活性也增加。当然还有带进触媒的炭的气化反应:C + H2O = CO + H2 (15)C + 0.5CO = CO (16)镍触媒对炭的气化是有促进作用的。在接近触媒出口时,基本进行变换反应,并达相应的平衡:CO + H2O = CO2 + H2 + 热量(9)故出口处的一氧化碳增加到最大值。为了保证各阶段在转化时不因物料比瞬间失调而析出炭,制气阶段蒸汽提前加入,延迟切除。间歇催化转化过程中的反应热:从氧化反应(3)和还原反应(13)、(14)可知, 在循环操作中,触媒中活性镍被反复氧化还原。每氧化一克分子活性镍同时放热58.5仟卡；而还原一克分子氧化镍,仅吸热0.6仟卡。这样在一个循环中,从镍触媒每一克分子镍的氧化还原过程中,可放热58.8仟卡。从反应(10)可知,每克分子甲烷与蒸汽进行转化反应所吸之热为49.3仟卡。由此可见,在镍的氧化还原过程中可得的反应热,是极重要的热源之一,它直接储存在触媒上,热效率很高。为了获得这部分反应热,就需在吹风阶段中配入一定量的过量空气,以便使吹风气中含有一定量的残余氧。残余氧量太低时,所得的反应热就少,对过程的热平衡及温度合理分布不利,若残余氧量太高时,则在触媒层储存的反应热太大,易使触媒局部过热,甚至将触媒烧结。我们在试车时,触媒温度曾很高,残氧含量较高,在开车后,残氧含量较合适。所以,选择适当的残余氧含量对反应是重要的, 通过生产实践,我们认为,残余氧含量在34%较好。2半水煤气生产的目的意义和必要性承恩有限公司是由嘉兴中华化工厂集团和嘉兴以化化工集团共同投资兴建的涉及钾盐、化肥、热电等行业的大型企业。根据国家相关政策，结合嘉兴市大桥镇的实际情况以及承恩有限公司的现状，为了进一步扩大生产规模，满足市场需求，提高经济效益，发挥企业现有技术等优势，增强企业发展后劲，决定在嘉兴市科技园区内新上30000m3/h天然气制半水煤气工程项目。从生产实践看，采用天然气间歇催化转化制取合成氨原料气的生产工艺路线有以下特点：2.1与采用固体原料造气法比，生产成本低，操作简便，人员少，消耗定额低，产品质量好。2.2与天然气部分氧化法比, 不需纯氧, 不用昂贵的空分设备, 投资省。2.3此法不需特殊设备、材料。易于制造。建厂速度快(蓄热炉不象管式炉蒸汽转化法需用特殊的高镍铬合金钢管)；将煤焦为原料制半水煤气的设备改造后, 可用于此法生产。3半水煤气市场预测分析半水煤气是水蒸气通过炽热的焦炭而生成的气体，主要成份是一氧化碳，氢气，燃烧后排放水和二氧化碳，有微量CO、HC和NOX。燃烧速度是汽油的7.5倍，抗爆性好，据国外研究和专利的报导压缩比可达12.5。热效率提高2040%、功率提高15%、燃耗降低30%，尾气净化近欧IV标准，还可用微量的铂催化剂净化。比醇、醚简化制造和减少设备，成本和投资更低。压缩或液化与氢气相近，但不用脱除CO，建站投资较低。还可用减少的成本和投资部分补偿压缩（制醇醚也要压缩）或液化的投资和成本。我国是人口大国，随着工业的发展以及日常生活所需，其需求量会大大增加，因此该产品市场前景明朗，市场潜力很大。4工艺技术方案4.1配气脱硫系统工艺流程天然气自外管来,入配气罐计量,然后分配送往转化、锅炉、机修、生活等需气单位。脱硫采用干法-氢氧化铁法。天然气自配气罐出来,经气动薄膜调节阀减压至1公斤/平方厘米后进入“黄土”脱硫器。脱硫器既能串联使用,又能并联使用。当天然气中硫含量很低时,可直接去转化系统,不经脱硫,现在生产是并联使用。脱硫后的天然气中,硫含量很低,要求每标准立方米天然气中总硫量小于20毫克。4.1.2氢氧化铁法（一）原理氢氧化铁脱硫剂为天然氧化铁矿或人工氧化铁配制而成，其脱硫原理如下：当氧化铁在有水和碱存在的情况下，脱硫反应按式1一2 进行：2Fe(OH)3 + 3H2S = Fe2S3 6H2O (1一2）必须指出，无水氧化铁在常温下对硫化氢是无活性的，因而生产中应保持脱硫剂含3040的水分。通常间断喷入一些氨水或加入蒸汽以保持脱硫剂的湿度。随着脱硫过程的进行，生成的三硫化二铁愈来愈多。达一定的饱和度之后，脱硫效率降低，脱硫剂需要再生。再生时，可喷水并通空气，三硫化二铁又恢复成氢氧化铁，硫则呈游离态析出。再生过程反应为：2Fe2S3 一 6H2O + 302 = 4Fe(OH)3 + 6S （1一3)再生时热效应很大，如果控制不当会发生剧烈温升，甚至可使再生析出的元素硫憾烧起来。因而一般不在脱硫槽内再生，比较可靠并且再生比较完全的办法是将脱硫剂取出来，铺在地上使其自然再生。具体操作方法和要求应如新脱硫剂制备一样。若经多次反复再生，脱硫剂表面渐渐被硫磺遮盖，降低了脱硫能力。一般当硫含量达脱硫剂重量的3060时，须另换新的脱硫剂。氢氧化铁脱硫为常温操作，反应速度较慢。为了达到较好的脱硫效果，一般需要较长的接触时间。当进口气体中硫化氢含量每立方标米几百毫克需脱除在五毫克以下时，一般需要700秒的接触时间。当硫含量低于100毫克/立方标米时，接触时间可选250秒。（二）脱硫剂的制备和要求氢氧化铁脱硫剂应选用含有活性氧化铁的天然沼铁矿配制，但质量好的沼铁矿不易得到，可用废变换触媒或铁屑人工氧化法配制。其方法是将废变换触媒（应捣碎）或金属切削加工废弃的铸铁屑（大小和米粒差不多）混以重量为1:1的木屑，并加入适当的熟石灰或纯碱以保持碱性，混合均匀后平铺在地上，每天加水湿润（如有稀氨水可用稀氨水），并充分翻动，使铁屑充分氧化。三、四个月后，当脱硫剂中氧化铁含量在30以上（或者FeO / FeO3= 1:1.52) , PH = 89 ，水分在 3040时即可使用。氢氧化铁脱硫是在天然气中硫化氢含量不高，并且有机硫只有痕量时，其净化度能保证转化触媒对硫含量的要求，若硫化氢高于50毫克/立方标米时，脱硫剂很快就会被硫饱和而需频繁再生。4.1.3活性炭法活性炭脱硫剂不仅可以脱除天然气中硫化氢，同时还可以脱除有机硫。活性炭脱硫又分为三种方法:(l）吸附法；(2）催化法；(3）氧化法。吸附法用于低硫化氢及有机硫的脱除。此法再生较为简便，用过热蒸汽吹除再生。但硫容量低，再生周期较频繁。催化法是用铁、铜等重金属处理过的活性炭将有机硫转化为硫化氢然后被活性炭吸附，目前工业生产用得较多。氧化法是目前采用较多的方法，其流程如图 1一3 所示。基本原理是:当含有硫化氢和一定比例的氧的气体通过活性炭脱硫剂时，在氨的催化作用下，硫化氢和有机硫在活性炭的表面被氧化为单体硫，其反应式如下。 2H2S + O2 = 2H2O + 2S 106 千卡（1一4) CS2 + O2 = CO2 + 2S （1一5) 氧的加入量应是气体总硫含量的1.52倍，但气体中氧含量不超过0.4%，氨的加入量与气体中总硫含量无关，其量为0.150.2克/立方标米天然气。反应式 1一4是一放热反应，热而湿度低的天然气带走了活性炭中大量的水分，使活性炭的温度降低，从而降低活性炭的脱硫效果，因此在气体进入脱硫器前应保持其相对湿度。下面是活性炭脱硫的主要控制指标：氧0.20.4 %氨0.150.2克/立方标米天然气相对湿度85% 操作温度50随着脱硫的进行，析出的硫磺越来越多，当活性炭的硫容量达到一定时，活性炭就需要再生。再生时用硫化按溶液洗涤活性炭，使活性炭中的硫与硫化按作用，生成多硫化按，活性炭即被再生。多硫化钱溶液可用蒸汽加热，使其重新分解为硫化按和硫磺。分解出来的硫化按溶液又可以用于活性炭的再生。活性炭氧化法脱硫效率较高，可达99 %，脱硫后天然气中硫含量可达3毫克/立方标米以下；硫容量高，一般可达60%,再生周期长,有的使用时间达一年以上，其效果仍很好。但其价格较高，目前小合成氨厂用得还不普遍。4.1.4转化系统工艺流程转化系统是间歇操作,分吹风和制气两个阶段交替进行,用自动机控制,每三分钟一个循环,其中制气时间50.5%,吹风时间49.5%。在制气阶段,工艺蒸汽提前加入,延迟切除。转化采用两套炉,即两个系统,把吹风与制气时间错开,同时操作。这样,虽增加了设备投资,但操作稳定；同时当一台炉停止运转时,还可维持半负荷生产。吹风阶段: 经脱硫后减压至1公斤/平方厘米的天然气,从燃烧炉顶部加入烧嘴,燃烧用空气经鼓风机从烧嘴侧面加入。天然气与空气以1比11混合, 经过蜗壳式烧嘴入炉膛燃烧。燃烧所产生的高温烟气,经一段蓄热层,将蓄热砖加热,再进入转化炉,经第二蓄热层将蓄热砖加热,再经过触媒层,在这里一方面加热触媒层, 另一方面烟气中的过量氧与触媒中的金属镍发生氧化反应, 并放出大量热。烟气从转化炉顶引出, 经废热锅炉回收热量后, 冷却至200左右,经烟囱放空。制气阶段:蒸汽自废热锅炉汽包出来,经气动薄膜调节阀减压至1公斤/平方厘米去蒸汽缓冲罐,再进入燃烧炉炉膛。自鼓风机来的空气也进入燃烧炉炉膛。蒸汽与空气经第一蓄热层时被蓄热砖加热。在燃烧炉与转化炉之间, 与减压至1 公斤/平方厘米的脱硫后的天然气混合,其配比是天然气:空气:蒸汽=1:1.3:0.9, 在这里马上发生高温非催化反应。工艺天然气之所以在二段蓄热层前加入,是因为一段蓄热层炉膛温度高,工艺天然气进入时易裂解析出炭黑,而二段蓄热层温度低些。混合气体进入转化炉下部第二蓄热层,在这里进一步反应,放热,温度升高,再进入触媒层进行转化反应,并还原吹风阶段被氧化的触媒。从转化炉顶出来的合格的转化气经废热锅炉回收热量后,去洗气塔冷却洗涤到常温送入气柜。 装置中有一蒸汽副线,在燃烧炉与转化炉之间与工艺天然气混合后加入,以补充蒸汽量及减少炭黑生成。此外还有升温还原管线。开车时,蒸汽自锅炉房来,正常生产时,蒸汽自给有余。软水来自锅炉房。冷却水来自泵房。4.2主要设备简介4.2.1脱硫器 为8毫米厚钢板卷制圆筒设备,内径为1800毫米,高3280毫米。内设三层柏木支承棚架。每层装黄土脱硫剂高度为485毫米,每层间距为200毫米。4.2.2燃烧炉燃烧炉是空气和天然气混合后进行燃烧的空间。燃烧炉是钢板卷制的圆筒设备，内衬保温层和耐火层。其结构如图3-4所示。燃烧炉端部是烧嘴，出口与第一蓄热炉进口相接；在距烧嘴口约一米处，有一级粘土耐火砖砌的挡火墙，以便吹风开始气体易于着火；为了防止每个循环中第一蓄热炉拱温差过大，在工艺空气和蒸汽加入口后设有一级粘土耐火砖砌的格子砖；燃烧炉上距烧嘴2米处是工艺蒸汽和空气加入口，为了使工艺空气加入量不致受到炉内压力的明显影响，制气空气和蒸汽加入口采用套管结构，蒸汽走管内，空气从管间入炉；在距烧嘴一米处还设有爆破版，材料是3毫米厚铝板刻槽而成，槽深2毫米，以防止蒸汽带水或气体着火不良爆炸而损坏炉衬。燃烧炉经常耐受1300左右的高温，因而要求耐火层加铬渣为掺合料。为8毫米厚钢板卷制圆筒、设备,内衬10毫米厚石棉板,204毫米厚蛙石水泥保温隔热层,230毫米厚的矶土水泥耐热层。炉体外径为2016毫米,内径为112毫米, 高8640毫米。内装蓄热格子砖730块。燃烧炉烧嘴:由碳钢和烧嘴砖组成。升温和生产均用此烧嘴,效果很好。4.2.3转化炉为8毫米厚钢板卷制圆筒设备。内衬10毫米厚石棉板,204毫米厚蜓石水泥保温隔热层,230毫米厚矾土水泥耐热混凝土层。炉体外径为2016毫米,内径为1112毫米,高8750毫米。两道拱采用一般粘土耐火砖砌成。下拱上摆490块蓄热格子砖。上拱脚落在矾土水泥制的耐热混凝土“圈梁”上。用矾土水泥做的400毫米厚的蓖子板放在上拱上和炉筒壁的“圈梁”上,其上部摆直径60毫米厚耐火球一层,直径40毫米厚的耐火球一层,上装触媒(1#炉1.4立方米,2 #炉1.2立方米)。触媒上压有400毫米厚的粘土耐火砖。4.2.4废热锅炉立式圆筒设备,直径为1220毫米,高6400毫米,换热面积109平方米。炉顶上管板处磨矾土水泥,上火箱壁磨矾土水泥,以保护锅炉,防止高温烧坏管板。4.2.5洗气塔为6毫米厚钢板卷制圆筒设备,内径为1400毫米,高10360毫米,原设计三层木格子填料,生产安装时没有木格子,同时考虑利废,内装5毫米厚筛板32层, 每层间距250毫米,筛孔为14毫米正六角形,孔中心距24毫米,填料距塔顶80毫米。4.2.6气柜容积1000立方米。气柜的作用是混合气体，进一步除去气体尘埃和平衡系统负荷。气柜由钟罩和水封槽组成。水封槽可用砖砌或混凝土浇铸，里面盛水，钟罩下部浸泡在水中，成为一个可上升可下降的密封容器。钟罩上装有安全帽和两根自动放空管，一根人工放空管。当钟罩下降到一定高度，安全帽即套入气体出口管，并浸入水中形成水封，保护钟罩不致抽瘪；当气柜内充入气体，钟罩即上升，到一定高度后安全自动放空管管口露出水，而气体自管内放空，以防止气柜继续上升而倾斜卡住。为了使气柜钟罩移动平稳，钟罩和水封槽周围设有内外导轨导轮。在钟罩下部和顶部周围，放置有若干重锤和混凝土加重块，以保证气柜内气体有一定压力。钟罩四周还设有取样点供分析气柜样气。 附设备一览表，见表4。4.3几个主要工艺参数经过一年多的生产实践,我们控制的几个主要工艺参数如下:4.3.1物料比吹风阶段:空气:天然气=1112:1吹风气中残余氧5%,在34%为宜。制气阶段:天然气:空气:水蒸汽=1:1.01.3:0.81.0(变换触媒后期加空气,而转化加氮空气少)还原时:天然气:空气:水蒸汽=1:79:24.3.2制气时空速(以甲烷计)现1#炉464每时,2#炉500每时,生产稳定,正常。4.3.3温度燃烧炉炉膛温度:7501100天然气入口处温度:1000转化温度(初期):8104.3.4原料天然气中总硫含量小于20毫克/标准立方米。4.3.5燃烧天然气工艺天然气=1/30.377。4.3.6循环时间配比3分钟一个循环。制气50.5%,吹风49.5%,制气时蒸汽提前开，延迟关。自动机百分比见表5。4.3.7蓄热层高度第一蓄热炉是工艺空气和蒸汽的预热器。如图3-5所示，也是一圆筒形钢制设备，内衬保温和耐火层，炉下部筑有炉拱，材质与耐火层相同；炉拱上面有861块一级粘土耐火砖砌成的格子砖，在第一蓄热炉出口与第二蓄热炉入口处，有工艺天然气加入口；为使工艺天然气与工艺空气和蒸汽充分混合，工艺天然气加入口还设有螺旋进料器。第一蓄热炉进口和出口还设有热电偶测温点，分析取样管和压力表管。第一蓄热层高:3164毫米。第二蓄热炉是横卧在第一蓄热炉和转化炉顶的钢制圆筒形设备，内衬保温和耐火层。图3-6是第二蓄热炉结构图。炉内摆有一级粘土耐火砖200块（砌成165X113的长方形孔）。第二蓄热炉是制气阶段甲烷非催化反应的主要区域。有些厂采用渗镍格子砖代替粘土耐火砖使混合气产生预催化反应，对减轻触媒负荷有一定效果。第二蓄热层高:2034毫米。4.3.8触媒层上压400毫米厚的耐火砖可以防止触媒吹翻。同时和下吹流程比较,上吹流程在节省材料、减少投资、占地面积、利于施工、缩短施工进度等方面,都要比下吹流程优越。4.3.9转化气组成见表6、表7(因蒸汽表,加氮空气表坏了,物料比按前记录和气体成份估值)5建厂条件、地址以及初步建厂方案5.1项目名称、承办单位项目名称： 30000m3/h天然气制半水煤气公司项目承办单位：承恩有限公司5.1.2 法人代表法人代表：李佳园5.1.3建厂地址浙江省嘉兴市科技园区5.2 承办企业基本情况5.2.1 企业概况承恩有限公司是由嘉兴中华化工厂集团和嘉兴以化化工集团共同投资兴建的涉及钾盐、化肥、热电等行业的大型企业。5.2.2 职工人员情况承恩有限公司现有职工1018人。其中，技术人员94人，中级技术职称以上人员6人，技术开发研究人员16人。职工人均收入7200元/年。5.2.3 固定资产现状现企业拥有固定资产37956亿元，占地面积338666.67m2。5.3 建设内容与规模5.3.1 建设内容与规模根据公司拟建的半水煤气的生产规模，结合国内市场情况和企业资金筹集能力,确定本项目的生产规模为30000m3/h天然气制半水煤气。5.3.2建设起止年度建设起止年度：2013年11至2015年06月5.4初步建厂方案5.4.1工程方案选择及原则确定1建筑结构设计符合技术先进、经济合理、安全适用，确保质量的要求。2在满足工艺生产的前提下，厂房布置尽量一体化，设备尽可能露天设置或采用敞开式，半敞开式。3尽量采用普及或放式通难度不大的建筑物配件。4充分利用地方建材。5.4.2建筑设计1.外装修：各单体外装修与化工园区的建筑物统一、协调。2内装修：厂房、库房、工作间墙面及顶棚均喷大白二道。地面为水泥地面；局部地面做防腐处理；配电室、控制室、分析室等内墙及顶棚均涂墙涂料，地面陶瓷地砖。3门窗均用钢门窗或铝塑门窗。4变电所包括变压器室及低压配电室，为不等高单层砖混结构。5. 办公及生活、化验为砖混二层结构，基础为墙下条形基础。6. 其它如厕所等均为砖混结构。6环境保护半水煤气是气体燃料的一种。主要成分是氢和一氧化碳。由水蒸气和赤热的无烟煤或焦炭作用而得。工业上大多用蒸气和空气轮流吹风的间歇法，或用蒸气和氧一起吹风的连续法。热值约为10500千焦/标准立方米。此外，尚有用蒸气和空气一起吹风所得的“半水煤气”。可作为燃料，或用作合成氨、合成石油、有机合成、氢气制造等的原料。近年来，正在开发高温气冷堆的技术，用氦为热载体将核反应热转送至气化炉作为热源，以生产水煤气。7项目投资估算和经济效益分析7.1物理计算7.1.1计算条件（1）天然气成分（不计硫含量） 成分： H2 N2 CH4 C2H6 C3H8 总计V% 0.17 3.58 95.45 0.68 0.34 100（2）转化用物料比 蒸汽：天然气=1：1（3）干转化气中：CH40.5%；O20.2%； (CO+H2)/N2=3.1(4)转化炉出口温度：T转=850；T吹=870（5）吹风气中残氧 进入触媒层前残O2：35% 出触媒层后残O2：0.6%（6）循环时间为3分钟，分配如下： 吹风：50%；制气：50% 过渡所占时间在计算时忽略不计（7）触媒空速：30000/h （天然气）（8）蒸汽压力：减压前7kg/平方cm(表)；减压后1kg/平方cm(表)（9）天然气压力：减压前7kg/平方cm(表)；减压后0.8kg/平方cm(表)7.1.2物料衡算（1）制气阶段计算基准：100立方NM原料天然气令：V=转化炉出口干气体的体积，立方NM；a=转化炉出口气体中CO2含量，立方NM；b=转化炉出口气体中CO含量，立方NM；c=转化炉出口气体中H2含量，立方NM；d=与天然气反应消耗之水蒸气量，立方NM；e=加入之加氮空气量，立方NM。计算C平衡 95.45+0.66 x 2+ 0.14 x 3=a+b+0.005V 化简得 a+b+0.005V=97.19H2平衡 95.45 x 2+0.66 x 3+0.14 x 4+0.17+100=c+0.005V x 2+(100-d) 化简得 c-d+0.01V=193.61O2平衡 100 x 0.5+0.21e=a+0.5b+(100-d) x 0.5+0.002V化简得 a+0.5b-0.5d+0.002V-0.21e=0转化炉出口干气总体积 V=a+b+c+0.005V+0.002V+3.58+0.79e化简得 0.993V=a+b+c+0.79e+3.58氨基比例： （CO+H2）/N2=(b+c)/(3.58+0.79e)=3.1850时转化气反应平衡Kp=(CO2 x H2)/(CO x H2O)=(a x c)/(b*(100-d)=0.89解联立方程：a+b+0.005V=97.19d=c+0.01V-193.61a+0.5b-0.5d+0.002V-0.21e=00.993V=a+b+c+0.79e+3.58(b+c)/(3.58+0.79e)=3.1(a x c)/(b*(100-d)=0.89得: CO2量a=12.887立方NM CO量b=82.198立方NM H2量c=244.9立方NM 消耗水蒸气量d=55.769立方NM 加入空气量e=128.91立方NM 干转化气量V=448.55立方NM 转化气中氮量3.58-0.79e=3.58+101.84=105.42立方NM 转化气中CH4量0.005V=0.0005 x 448.55=2.24立方NM 转化气中O2量 0.002V=0.9立方NM（2）吹风阶段计算基准：100立方NM吹风用天然气天然气燃烧时理论空气量的计算：纯氧需要量： 0.5 x 0.17+2 x 95.45+3.5 x 0.66+5 x 0.14=193.995立方NM折合空气量： 193.995 x 100/21=923.8立方NM当空气过剩系数为1.15时，空气需要量及吹风气量和组成计算： 空气需要量：923.8 x 1.15=1062.4立方NM Vco2=95.45+2 x 0.66+3 x 0.14=97.19立方NM Vo4=1062.4 x 0.21-193.995=29.109立方NM Vn2=1062.4 x 0.79+3.58=842.870立方NM H2O=0.17+2 x95.45+3 x 0.66+4 x 0.14=193.61立方NM当吹风气通过触媒层后残氧为0.8%设：与触媒反应消耗O2量为X 立方NM （29+109- X ）/(969.175- X )=0.008 X=21.528立方NM7.2天然气消耗指标计算由物料平衡得每100立方NM天然气可得转化气448.5立方NM,由于每个循环中制气过程为90秒，其中前10秒为触媒还原阶段，H2 + CO 基本被消耗不能回收，故100立方NM天然气实际只能得转化气： 448.55 x（90-10）/90=399浪费NM干转化气天然气消耗指标应为：制气用：3530 x 100/399=885立方NM天然气/TNH3又由于每100立方NM制气用天然气需吹风天然气为35.60立方NM。吹风用：885 x 35.60/100=315立方NM天然气/TNH3每吨NH3天然气消耗量： 885+315=1200立方NM天然气/THN37.3成本估算7.4经济效益分析7.4.1 主要设备及材料价格（1）设备价格主要工艺设备以市场制造厂询价、报价为计价依据，不足部分参考工程建设全国机电设备2002价格汇编，非标设备以化工非标设备估价方法经调整进行计价。（2）主要材料价格主要建筑、安装材料均按照现行市场价格确定。7.4.2估算指标（1）安装工程：采用综合指标方法（系数法）进行各专业估算编制。（2）建筑工程：建筑物按平米造价，构筑物按立方米造价、土石方按立方米费用等指标估算。7.4.3其它说明（1）建设银行货款利率按三处至五年期计算,年利率为5.58%。（2）常规预备费按第一、二部分费用之8%计取。（3）根据计投资1999134