甲烷化工艺设计
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此，要求甲烷化出口气体CO和CO2含量低于5ppm是完全可能的。
CO与催化剂中的镍生成羰基镍的反应是放热且体积缩小的反应。通过实验表明，在CO含量小
于0.5%时，如果发生反应温度在200C以上不可能有羰基镍形成。鉴于甲烷化反应体系的在
200C以上进行，因而正常情况下不会有反应(4)的发生。
1.2
甲烷化反应体系甲烷蒸汽转化存在逆反应，因而甲烷化反应催化剂和蒸汽转化一样，都是 以镍作为活性组分。但是甲烷化在更低的温度下进行，催化剂需要更高的活性，故催化剂中活 性组分的镍含量较高，通常达到15-35% (以镍记)。有时也加入稀土元素做促进剂，为了使催
然后溶液在减压和加热的条件下再生，甲烷化六十年代才开始的。虽然催化剂上把CO和CO2
加氢成甲烷的研究早已开始，但要消耗用氢气而生成无用的甲烷，所以此法只适用于CO,CO2
含量比较低的原料气。与铜洗法相比，甲烷化具有工艺简单，操作方便，费用低的优点。 工艺流程图：
1.1
在甲烷化炉内，主要发生甲烷化反应：
1.2
3
1.2.1进气量：24000Nm/h
1.2.2进料组成（mol%）：
组数
CO%
CO2%
H2%N2%
E1
0.30
0.15
99.55
1.2.3出口气体成分COwppm源自文库CO2=ppm”
1.3
变换工段在合成氨生产起的作用既是气体的净化工序，又是原料气的再制造工序，经过变 换工段后的气体中的co含量大幅度下降，符合进入甲烷化或者铜洗工段气质要求。
合肥学院
Hefei University
化工工艺课程设计
设计题目：甲烷化工艺设计
系别：
化学与材料工程系
专业：
化学工程与工艺
学 号:
姓 名: 指导教师:
2016年6月
设计任务书1
第一章方案简介3
1.1甲烷化反应平衡3
1.2甲烷化催化剂3
1.3反应机理和速率4
1.4甲烷化工艺流程的选择6
第二章工艺计算7
了，有可能造成升温过高，为此，还原时尽可能控制碳氧化合物含量在1%以下。
还原后的镍催化剂会自燃，要防止其与氧化性气体接触，当前面的工序出现事故时，有高 浓度的碳氧化合物进入甲烷化炉中，床层会迅速上升，这时应立即放空并切断原料气。另外， 还原后的催化剂不能用含CO的气体升温，以防止低温生成羰基镍，影响催化剂的活性。硫、 砷和卤都能使催化剂中毒，他们的量即使是微量也会大大降低催化剂的活性与寿命，由于本流 程有脱硫工序获降低温度变换工序，因此，正常情况下，不会发生甲烷化催化剂中毒，只要气 体碳氧化合物含量合乎指标，催化剂也不会出现高温烧结。
化剂具有相当的耐热性。为此，催化剂常载有耐火材料。
目前，甲烷催化剂国内外有多种类型，我们选择G-65型催化剂，使用之前，先用氢或脱碳
原料气还原，反应为：
NiO+H2=Ni+ H2O + 1026KJ(5)
NiO+CO= Ni+CO2+38.5KJ(6)
虽然还原反应的热效应不大，但一经还原后催化剂就具有了活性，甲烷化反应就可以进行
AutoCAD出A2以上的图）
1.4.2概述
1.4.3热力计算（包括选择结构，传热计算，压力核算等）
1.4.4结构设计与说明
1.4.5设计总结1.4.6附录
147致谢
148参考文献
149附工艺流程图及主体设备图一张
第一章 方案简介
合成氨工业是基础化学工业之一。其产量居各种化工产品的首位。已成为当今合成氨工业
生产技术发展的方向。国际上对合成氨的需求，随着人口的增长而对农作物增产的需求和环境绿
化面积的扩大而不断增加。合成氨工业在国民经济中举足轻重。农业生产，有收无收在于水，收
多收少在于肥”。所以，合成氨工业是农业的基础。它的发展将对国民经济的发展产生重大影响。 因此，我国现有众多的化肥生产装置应成为改造扩建增产的基础。今后应利用国内开发和消化吸 收引进的工艺技术，自力更生，立足国内，走出一条具有中国特色的社会主义民族工业的发展道路。CO、CO2、O2等是氨合成催化剂的毒物，生产中一般要求将氨合成原料气CO等含氧化合物
2.1求绝热升温7
2.2求甲烷化炉出口温度7
2.3反应速率常数7
2.4求反应器体积8
2.5换热器换热面积9
第三章设备计算9
3.1甲烷化反应器结构设计11
3.2计算筒体和封头壁厚11
3.3反应器零部件的选择12
3.4物料进出口接管13
3.5手孔及人孔的设计15
设计心得16
参考文献及附图17
设计任务书
1.1
CO,CO2,O2和水等杂质。为了它们合成催化剂的毒害，原料气在送给往合成之前还需要有 一个净化步骤，称为 精练”，精练后规定CO和CO2的含量不超过5ppm。
原料气的精练方法一般有三种，即铜氨液吸收法，甲烷化和深冷液氨洗涤法，铜氨液吸收 法是1913年就开始采用的方法，在高压和低温下用铜盐的氨溶液吸收CO,CO2,H2S和氧，
CO+3H2=CH4+H2O+206.16KJ(1)
CO2+3H2=CH4+2H2O+165.08KJ(2)
当原料气有氧存在时，氧和氢反应生成水，
即：O2+2 H2=2H2O+241.99 KJ(3)
某种条件下：CO还可能与催化剂中的镍生成羰基。
即：Ni+4CO=Ni(CO)4(4)
甲烷化反应平衡常数随温度而下降，但在常用的范围(240-420C)内，平衡常数很大。为
1.3.1选定流程
1.3.2确定甲烷化炉的工艺操作条件
1.3.3确定甲烷化炉的催化剂床体积、塔径及床层高度
1.3.4绘图：（1）工艺流程图；（2）甲烷化炉的工艺条件图
1.4
1.4.1目录：设计任务书，概述，热力计算，结构设计与说明，设计总结，附录，致谢，参考 文献，附工艺流程图及主体设备图一张（要求工艺流程图出A2以上的图，要求主体设备用
总量脱除至＜10X10-6。脱除的方法主要有铜氨液洗涤法(铜洗法)、液氮洗涤法和甲烷化法。甲
烷化净化方法与铜洗、液氮洗法相比，具有流程简单、投资省、运行费用低和对环境基本无污染 等优点。从工艺的合理性以及投资和操作费用等方面来看，甲烷化是合成氨安全、稳定生产的必
然选择。
在合成氨的粗原料气的净化过程中，CO2变换和CO脱除后的原料气尚含有少量的残余的
甲烷化催化剂的活性损失多与脱碳有关，少量的液滴带入甲烷化炉几乎不可避免，一般不 会造成盐类遮盖催化剂表面，导致活性严重损失，甲烷化催化剂的寿命一般在3-5年。
CO与催化剂中的镍生成羰基镍的反应是放热且体积缩小的反应。通过实验表明，在CO含量小
于0.5%时，如果发生反应温度在200C以上不可能有羰基镍形成。鉴于甲烷化反应体系的在
200C以上进行，因而正常情况下不会有反应(4)的发生。
1.2
甲烷化反应体系甲烷蒸汽转化存在逆反应，因而甲烷化反应催化剂和蒸汽转化一样，都是 以镍作为活性组分。但是甲烷化在更低的温度下进行，催化剂需要更高的活性，故催化剂中活 性组分的镍含量较高，通常达到15-35% (以镍记)。有时也加入稀土元素做促进剂，为了使催
然后溶液在减压和加热的条件下再生，甲烷化六十年代才开始的。虽然催化剂上把CO和CO2
加氢成甲烷的研究早已开始，但要消耗用氢气而生成无用的甲烷，所以此法只适用于CO,CO2
含量比较低的原料气。与铜洗法相比，甲烷化具有工艺简单，操作方便，费用低的优点。 工艺流程图：
1.1
在甲烷化炉内，主要发生甲烷化反应：
1.2
3
1.2.1进气量：24000Nm/h
1.2.2进料组成（mol%）：
组数
CO%
CO2%
H2%N2%
E1
0.30
0.15
99.55
1.2.3出口气体成分COwppm源自文库CO2=ppm”
1.3
变换工段在合成氨生产起的作用既是气体的净化工序，又是原料气的再制造工序，经过变 换工段后的气体中的co含量大幅度下降，符合进入甲烷化或者铜洗工段气质要求。
合肥学院
Hefei University
化工工艺课程设计
设计题目：甲烷化工艺设计
系别：
化学与材料工程系
专业：
化学工程与工艺
学 号:
姓 名: 指导教师:
2016年6月
设计任务书1
第一章方案简介3
1.1甲烷化反应平衡3
1.2甲烷化催化剂3
1.3反应机理和速率4
1.4甲烷化工艺流程的选择6
第二章工艺计算7
了，有可能造成升温过高，为此，还原时尽可能控制碳氧化合物含量在1%以下。
还原后的镍催化剂会自燃，要防止其与氧化性气体接触，当前面的工序出现事故时，有高 浓度的碳氧化合物进入甲烷化炉中，床层会迅速上升，这时应立即放空并切断原料气。另外， 还原后的催化剂不能用含CO的气体升温，以防止低温生成羰基镍，影响催化剂的活性。硫、 砷和卤都能使催化剂中毒，他们的量即使是微量也会大大降低催化剂的活性与寿命，由于本流 程有脱硫工序获降低温度变换工序，因此，正常情况下，不会发生甲烷化催化剂中毒，只要气 体碳氧化合物含量合乎指标，催化剂也不会出现高温烧结。
化剂具有相当的耐热性。为此，催化剂常载有耐火材料。
目前，甲烷催化剂国内外有多种类型，我们选择G-65型催化剂，使用之前，先用氢或脱碳
原料气还原，反应为：
NiO+H2=Ni+ H2O + 1026KJ(5)
NiO+CO= Ni+CO2+38.5KJ(6)
虽然还原反应的热效应不大，但一经还原后催化剂就具有了活性，甲烷化反应就可以进行
AutoCAD出A2以上的图）
1.4.2概述
1.4.3热力计算（包括选择结构，传热计算，压力核算等）
1.4.4结构设计与说明
1.4.5设计总结1.4.6附录
147致谢
148参考文献
149附工艺流程图及主体设备图一张
第一章 方案简介
合成氨工业是基础化学工业之一。其产量居各种化工产品的首位。已成为当今合成氨工业
生产技术发展的方向。国际上对合成氨的需求，随着人口的增长而对农作物增产的需求和环境绿
化面积的扩大而不断增加。合成氨工业在国民经济中举足轻重。农业生产，有收无收在于水，收
多收少在于肥”。所以，合成氨工业是农业的基础。它的发展将对国民经济的发展产生重大影响。 因此，我国现有众多的化肥生产装置应成为改造扩建增产的基础。今后应利用国内开发和消化吸 收引进的工艺技术，自力更生，立足国内，走出一条具有中国特色的社会主义民族工业的发展道路。CO、CO2、O2等是氨合成催化剂的毒物，生产中一般要求将氨合成原料气CO等含氧化合物
2.1求绝热升温7
2.2求甲烷化炉出口温度7
2.3反应速率常数7
2.4求反应器体积8
2.5换热器换热面积9
第三章设备计算9
3.1甲烷化反应器结构设计11
3.2计算筒体和封头壁厚11
3.3反应器零部件的选择12
3.4物料进出口接管13
3.5手孔及人孔的设计15
设计心得16
参考文献及附图17
设计任务书
1.1
CO,CO2,O2和水等杂质。为了它们合成催化剂的毒害，原料气在送给往合成之前还需要有 一个净化步骤，称为 精练”，精练后规定CO和CO2的含量不超过5ppm。
原料气的精练方法一般有三种，即铜氨液吸收法，甲烷化和深冷液氨洗涤法，铜氨液吸收 法是1913年就开始采用的方法，在高压和低温下用铜盐的氨溶液吸收CO,CO2,H2S和氧，
CO+3H2=CH4+H2O+206.16KJ(1)
CO2+3H2=CH4+2H2O+165.08KJ(2)
当原料气有氧存在时，氧和氢反应生成水，
即：O2+2 H2=2H2O+241.99 KJ(3)
某种条件下：CO还可能与催化剂中的镍生成羰基。
即：Ni+4CO=Ni(CO)4(4)
甲烷化反应平衡常数随温度而下降，但在常用的范围(240-420C)内，平衡常数很大。为
1.3.1选定流程
1.3.2确定甲烷化炉的工艺操作条件
1.3.3确定甲烷化炉的催化剂床体积、塔径及床层高度
1.3.4绘图：（1）工艺流程图；（2）甲烷化炉的工艺条件图
1.4
1.4.1目录：设计任务书，概述，热力计算，结构设计与说明，设计总结，附录，致谢，参考 文献，附工艺流程图及主体设备图一张（要求工艺流程图出A2以上的图，要求主体设备用
总量脱除至＜10X10-6。脱除的方法主要有铜氨液洗涤法(铜洗法)、液氮洗涤法和甲烷化法。甲
烷化净化方法与铜洗、液氮洗法相比，具有流程简单、投资省、运行费用低和对环境基本无污染 等优点。从工艺的合理性以及投资和操作费用等方面来看，甲烷化是合成氨安全、稳定生产的必
然选择。
在合成氨的粗原料气的净化过程中，CO2变换和CO脱除后的原料气尚含有少量的残余的
甲烷化催化剂的活性损失多与脱碳有关，少量的液滴带入甲烷化炉几乎不可避免，一般不 会造成盐类遮盖催化剂表面，导致活性严重损失，甲烷化催化剂的寿命一般在3-5年。