凯洛格工艺的转化、转化、脱碳和甲烷化一、转化1转化工艺流程
天然气脱硫后，总硫含量小于0.5cm3/m3。 然后在压力3.6MPa、温度380℃左右的条件下加入中压蒸汽，达到一定的水碳比（3.5左右），然后进入对流段加热至500℃。 ~520℃，然后送至辐射段顶部并分配到各个反应管中。 气体从上到下流经催化剂，在反应时吸收热量。 离开反应管底部的转化气体温度为800～820℃，压力为3.1MPa，甲烷含量约为9.5%。 聚集在集气管内，然后沿集气管中部的上升管上升，继续吸收部分热量，使温度升至850~860℃，送至第二级重整炉通过煤气输送主管。
将工艺空气压缩增压至3.3~3.5MPa，并添加少量水蒸气。 然后进入对流段的工艺空气加热盘管，预热至450℃左右。 进入第二级重整炉顶部，与第一级重整气汇合。 顶部燃烧区燃烧并释放热量。 温度升至约1200°C。 当它通过催化剂床时继续反应并吸收热量。 离开两级重整器的气体温度约为1000℃，压力为3MPa。 残余甲烷含量为0.3%。 关于。
第二级重整气送至两台并联的第一余热锅炉，然后进入第二余热锅炉。 所有三个锅炉都产生高压蒸汽。 从第二个余热锅炉出来的气体温度约为370°C，并被送往转化过程。
燃料天然气从辐射段顶部的燃烧器喷入并燃烧。 烟气自上而下流动，与管内气体流动一致。 离开辐射段的烟气温度在1000℃以上。 进入对流段后，依次流经混合气、空气、蒸汽、原天然气、锅炉水、燃料天然气盘管。 温度降至250°C并使用排气扇排放到大气中。
来自第二段炉的工艺气体分别进入两台第一余热锅炉（双管式）的壳程。 热交换后，出口温度约为482℃。 合并后进入第二台余热锅炉（管式）管程。 经热交换冷却的工艺气体通过辅助管线调节至371℃，进入转化炉。 第一、第二余热锅炉产生10.4MPa饱和高压蒸汽。
2、主要设备
1. 一级重整炉
一级重整器是烃类蒸汽制氨的关键设备。 它由两个主要部分组成：包括多个反应管和加热室的辐射部分，以及用于回收热量的对流部分。 由于反应管长期暴露在高压、高温、气体腐蚀的恶劣条件下，因此需要耐热、耐压。
3、转型
各种方法生产的原料气中均含有CO，其体积分数一般为12%～40%。 现在利用CO转化反应方程在不同温度下分两步进行该过程。 第一步是高温转化（国内称为高变）。 中温转化（简称中温转化）是将大部分CO转化为CO2和H2。 第二步是低温转化（简称低温转化），将CO含量降低至0.3%左右。 因此，CO转化既是原料气生产的延续，也是净化过程：
CO+H2O=CO2+H2
20世纪60年代之前，铁铬催化剂用于高温转化。 20世纪60年代后，随着脱硫技术的进步，气体中总硫含量降至0.1cm3/m3以下，并采用铜锌催化剂。 20世纪70年代以后，钴钼耐硫变换催化剂被用于以渣油和煤为原料的转化过程中。 20世纪80年代以来，各种节能型氨合成工艺相继开发成功。 例如，以天然气为原料的凯洛格工艺就是一种节能工艺，它在转化过程的一个阶段降低了水碳比，以防止铁铬催化剂中的氧化铁被过度还原为金属铁和碳化铁，导致费托副反应
4、中温改造管柱及低温改造工艺
天然气蒸汽重整氨转化系统采用中温系列低温转化工艺。
含13%～15%CO的原料气经余热锅炉冷却，进入中间转化炉，压力3MPa，温度370℃。 由于原料气中水蒸气含量较高，一般不需要添加蒸汽。 反应结束后，气体CO含量降至3%左右，温度为420-440℃。 进入中变废热锅炉，冷却至330℃，使锅炉产生10MPa饱和蒸汽。 然后经甲烷化炉进入预热器，冷却至230℃后进入低变炉，低变气体中残留CO降至0.3%～0.5%。 反应废热还可通过脱碳贫液再沸器进一步回收利用。 为了提高传热效果，可向气体中喷入少量水，使其达到饱和状态。 这样，当气体进入脱碳贫液再沸器时，水蒸气迅速冷凝，提高了传热系数。 气体离开转化系统后，被送至脱碳工段去除CO2。
5、脱碳
无论是固体燃料还是碳氢化合物原料，氨合成原料气经CO转化后仍含有18%～35%的CO2。 CO2的存在不仅会使氨合成催化剂中毒，而且给精炼过程带来困难。
例如，采用液氨洗涤法脱除原料气中的少量CO和CO2时，CO2在低温下容易凝固成干冰，堵塞管道和设备； 采用铜氨液洗涤法时，CO2可与铜氨液中的氨反应生成碳酸。 铵结晶并堵塞管道和设备。 因此，必须除去氨合成原料气中的CO2。 另外，CO2是制造尿素、干冰、纯碱、碳酸氢铵等产品的原料，因此必须回收利用。
5.1 本菲尔德脱碳
工艺用于去除 工艺中变换气体中的二氧化碳。
(一)基本原则
法的吸收剂是在25%~40%（质量分数）的碳酸钾溶液中添加二乙醇胺活化剂（含量约为2.5~3%），并添加缓蚀剂KVO3（含量为0.6~0.7%）和消泡剂
吸收反应原理
K2CO3水溶液吸收CO2是气-液相反应。 吸收过程按以下四个步骤进行：气相中的二氧化碳扩散到溶液界面； 二氧化碳在界面处溶解在溶液中； 溶解的二氧化碳与界面液层中的碳酸钾溶液发生化学反应；反应产物扩散到液相中。 化学反应速率在吸收过程中最慢，是吸收过程中的控制步骤。
K2CO3水溶液呈弱碱性，与CO2的反应式为：
这是可逆反应。 反应生成的碳酸氢钾在减压和加热条件下释放出CO2，从而使K2CO3溶液可以再生循环使用。
(2)工艺流程
压力为2.6MPa、温度为240℃的低温变换气用水冷却至饱和温度后，进入再生塔底部的再沸器，自身冷却至125℃左右，释放出大量的冷凝热作为再生的热源。 来自再沸器的原料气经分离器将水分离后进入吸收塔底部。 自上而下与吸收液逆流接触，气体中的二氧化碳被吸收。经分离器除去夹带的液滴后，含约0.1%CO2的净化气体被送入甲烷化过程。
5.2 主要设备
脱碳过程中的主要设备是吸收塔和再生塔，可分为填料塔和筛板塔。 由于填料塔运行稳定可靠，大多数工厂的吸收塔和再生塔都采用填料塔，而筛板塔则很少使用。 常用的填料有不锈钢、碳钢、聚丙烯材质的鲍尔环和瓷鞍形填料。
(1)吸收塔采用两端吸收。 进入上塔的溶液量约为溶液总量的1/4。 同时，气体中的大部分CO2在塔的下部被吸收，因此整个塔的直径顶部小，底部大。 上塔内径约2.5m，下塔内径约3.5m，塔高约42m。 上、下塔均装有填料。 为了使溶液均匀润湿填料表面，除在填料层上部安装液体分配器外，将上下塔的填料分为两层，在填料层上部安装液体再分配器。两层的中间。
(2)再生塔分为上、下两段。 上下塔内径4.27m，塔高约49m。 上塔装有聚丙烯材质的鲍尔环填料，下塔装有碳钢材质的鲍尔环填料。
6 甲烷化 6.1 甲烷化过程
从CO2吸收塔分离器出来的气体温度约为71℃。 进入合成气压缩机低压缸出口换热器，预热至113℃。 然后进入中间气体换热器，加热至反应所需温度（设计值为316℃）后进入甲烷化炉。 反应后气体温度升至363℃，首先经锅炉给水预热器冷却至149℃。 进入水冷却器后冷却至40℃。 甲烷化气体中CO和CO2含量降至10cm3/m3以下，并被分离器分离出水，送至压缩机。
6.2 主要设备
甲烷化生产的主要设备是甲烷化炉。
甲烷化炉结构
甲烷化炉为圆筒形立式设备。 由于炉内气体中氢分压较高，氢腐蚀较严重，因此壳体采用低合金钢。 催化剂上下有氧化铝球层和钢丝层。 一侧的气体吹过催化剂层并促进气体分布。 催化剂层不同位置及气体进出口设有电热偶测量温度； 大型合成氨装置的甲烷化炉一般内径3m，高度5m，内置催化剂25～30m3。 中型装置的甲烷化炉内径一般为2.2m，高度为6.6m。 m，内置催化剂15~25m3（需根据设计空速确定）。