變換爐應(yīng)用

變換爐結(jié)構(gòu)

多段中變爐通常指兩段或三段絕熱反應(yīng)段，兩段式中變爐殼體是用鋼板制成的圓筒，內(nèi)部以鋼板隔成上、下兩段。上段裝兩層催化劑，下段裝一層催化劑。催化劑靠支架支承，支架上鋪箅子板、鋼絲網(wǎng)及耐火球，然后裝填催化劑，上部再裝一層耐火球。在催化床層內(nèi)設(shè)有熱電偶。爐體內(nèi)壁砌有耐熱混凝土襯里,以降低爐壁溫度和減少熱損失。爐體上配置有人孔與卸催化劑口。

變換爐工藝

多段中變爐適用于以煤或重油為原料的合成氨生產(chǎn)裝置。以煤為原料制取的半水煤氣中含一氧化碳25%～ 34%，重油氣化制得的水煤氣中含一氧化碳44%～ 49%，經(jīng)中溫變換使一氧化碳降至3%，絕熱反應(yīng)溫升達(dá)170～ 240℃ 。為了有利于反應(yīng)平衡并降低蒸汽消耗，變換反應(yīng)的催化床層應(yīng)盡可能在較低的出口溫度下操作。因此，通常使用二至三段絕熱催化劑層，并采用中間換熱式、噴水冷激式和蒸汽過(guò)熱式進(jìn)行降溫。中間換

熱式是采取預(yù)熱入口半水煤氣的方法，降低變換氣的溫度。噴水冷激式是向反應(yīng)氣內(nèi)噴入冷激水，既降低反應(yīng)氣溫度，又增加水蒸氣含量，有利于變換反應(yīng)進(jìn)行，冷激水通常為變換系統(tǒng)的冷凝液。蒸汽過(guò)熱式是利用導(dǎo)入的飽和蒸汽來(lái)冷卻反應(yīng)氣體，并使蒸汽過(guò)熱。以上三種降溫方式可以混合使用。

多段中變流程一般包括： (1)多段變換爐及其段間冷卻設(shè)備； (2)回收變換爐出口變換氣的顯熱以預(yù)熱入口半水煤氣的熱交換器；(3)回收過(guò)量反應(yīng)蒸汽潛熱的熱水飽和塔及其附屬的水加熱器； (4)加熱脫碳溶液的再沸器。

在合成氨生產(chǎn)中，一氧化碳有高溫變換、中溫變換和低溫變換之分，對(duì)于低溫變換，由于在這一過(guò)程中一氧化碳轉(zhuǎn)化量少，催化床層溫升小，僅需一段絕熱催化劑反應(yīng)即能滿足工藝生產(chǎn)要求，因而低溫變換爐的結(jié)構(gòu)型式單一，而對(duì)于高溫、中溫變換，由于一氧化碳轉(zhuǎn)化量多，催化床層溫升大，相應(yīng)的中文工藝有所不同，一般來(lái)說(shuō)，工業(yè)生產(chǎn)中采用的中變爐結(jié)構(gòu)型式隨合成按生產(chǎn)原料的不同而有差異，近十幾年，在傳統(tǒng)的固定床反應(yīng)器基礎(chǔ)上，又出現(xiàn)了軸徑變換爐和列管式等溫變換爐等新的結(jié)構(gòu)型式。

變換爐一段結(jié)構(gòu)

與多段中變爐相比，一段中變爐的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。爐內(nèi)沒(méi)有分段隔板，僅有支承催化劑層的箅子板和鋼絲網(wǎng)。鋼絲網(wǎng)上鋪了一層氧化鋁球,用來(lái)支承催化劑，避免漏出。為減少氣流和壓力波動(dòng)所造成的沖擊以及保證氣體均勻分布，在催化床層頂部再鋪上一層氧化鋁球。通常裝填一層或二層催化劑。

變換爐中變工藝流程

一段中變爐適用于以天然氣或石腦油為原料的合成氨裝置。以天然氣或石腦油蒸汽轉(zhuǎn)化法制取的原料氣中一氧化碳含量為13%～ 15%，經(jīng)中溫變換后一氧化碳含量降至3%時(shí)，絕熱反應(yīng)溫升約為60℃左右，只需配置一段中變催化劑。變換工藝采用中變串低變的工藝流程，中變氣的熱能多用來(lái)預(yù)熱鍋爐給水或直接產(chǎn)生蒸汽，部分用來(lái)預(yù)熱甲烷化爐入口工藝氣。低變氣熱能作為脫碳溶液再生熱源。

軸徑向變換爐內(nèi)部設(shè)有進(jìn)口分布器和出口分布器，分布器為殼側(cè)布滿小孔的鋼制圓筒體，催化劑填充在進(jìn)口分布器和出口分布器筒體之間。軸徑向變換爐的主要特點(diǎn)如下。

(1)氣體軸徑向通過(guò)催化床層，催化劑利用率高，床層壓降小。在軸徑向催化床中，氣體通過(guò)催化劑的徑向面積大大增加，90%的氣體徑向穿過(guò)床層，這樣床層中的催化劑得到充分利用；10%的氣體沿軸向向下通過(guò)床層，與傳統(tǒng)的軸向床層相比，壓降小得多。

(2)使中變催化劑免受轉(zhuǎn)化氣隨二段爐熱回收時(shí)夾帶來(lái)的水滴浸蝕。

(3)可采用粒度更小，活性更高的催化劑。

(4)適合于裝填不同體積的催化劑。

軸徑向變換爐最先由Casale公司設(shè)計(jì)，我國(guó)山東齊魯石化研究院已成功將軸徑向變換爐實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化。軸徑向變換爐也適合于改造現(xiàn)有的中變爐和低變爐，并適合采用中變串低變工藝，應(yīng)用于以天然氣或石腦油為原料的合成氨裝置中。

列管式等溫變換爐由ICI公司設(shè)計(jì)，并應(yīng)用于LCA合成氨新工藝中。列管式等溫變換爐為一列管式換熱催化反應(yīng)設(shè)備，結(jié)構(gòu)型式與列管式換熱器相仿。它是將中低變合并在一個(gè)管殼式反應(yīng)器內(nèi)，管內(nèi)裝ICI新型催化劑，管間為鍋爐給水或工藝?yán)淠汉推恼羝苡行Э刂茽t溫，操作溫度250～ 265℃，設(shè)備可用鍋爐鋼板制造，管殼間溫差不大。

圖1所示為應(yīng)用列管式等溫變換爐的工藝流程。由天然氣二段轉(zhuǎn)化后溫度降至230～ 250℃的轉(zhuǎn)化氣進(jìn)入列管式等溫變換爐，出口變換氣CO含量為0.4%～ 0.5%，經(jīng)變換爐鍋爐給水加熱器和脫碳溶液再沸器后去脫碳裝置。CO變換反應(yīng)熱由列管式等溫變換爐殼側(cè)的熱水移走，使熱水加熱和汽化產(chǎn)生蒸汽，供飽和原料天然氣，以滿足蒸汽轉(zhuǎn)化用大部分工藝蒸汽。

離散余弦變換(DCT for Discrete Cosine Transform)是與傅里葉變換相關(guān)的一種變換，它類似于離散傅里葉變換(DFT for Discrete Fourier Transform),但是只使用實(shí)數(shù)。離散余弦變換相當(dāng)于一個(gè)長(zhǎng)度大概是它兩倍的離散傅里葉變換，這個(gè)離散傅里葉變換是對(duì)一個(gè)實(shí)偶函數(shù)進(jìn)行的（因?yàn)橐粋€(gè)實(shí)偶函數(shù)的傅里葉變換仍然是一個(gè)實(shí)偶函數(shù)），在有些變形里面需要將輸入或者輸出的位置移動(dòng)半個(gè)單位(DCT有8種標(biāo)準(zhǔn)類型，其中4種是常見(jiàn)的)。

最常用的一種離散余弦變換的類型是下面給出的第二種類型，通常我們所說(shuō)的離散余弦變換指的就是這種。它的逆，也就是下面給出的第三種類型，通常相應(yīng)的被稱為"反離散余弦變換"，"逆離散余弦變換"或者"IDCT"。

有兩個(gè)相關(guān)的變換，一個(gè)是離散正弦變換(DST for Discrete Sine Transform),它相當(dāng)于一個(gè)長(zhǎng)度大概是它兩倍的實(shí)奇函數(shù)的離散傅里葉變換；另一個(gè)是改進(jìn)的離散余弦變換(MDCT for Modified Discrete Cosine Transform),它相當(dāng)于對(duì)交疊的數(shù)據(jù)進(jìn)行離散余弦變換。

離散余弦變換，尤其是它的第二種類型，經(jīng)常被信號(hào)處理和圖像處理使用，用于對(duì)信號(hào)和圖像(包括靜止圖像和運(yùn)動(dòng)圖像)進(jìn)行有損數(shù)據(jù)壓縮。這是由于離散余弦變換具有很強(qiáng)的"能量集中"特性:大多數(shù)的自然信號(hào)(包括聲音和圖像)的能量都集中在離散余弦變換后的低頻部分，而且當(dāng)信號(hào)具有接近馬爾科夫過(guò)程(Markov processes)的統(tǒng)計(jì)特性時(shí)，離散余弦變換的去相關(guān)性接近于K-L變換(Karhunen-Loève 變換--它具有最優(yōu)的去相關(guān)性)的性能。

例如，在靜止圖像編碼標(biāo)準(zhǔn)JPEG中，在運(yùn)動(dòng)圖像編碼標(biāo)準(zhǔn)MJPEG和MPEG的各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中都使用了離散余弦變換。在這些標(biāo)準(zhǔn)制中都使用了二維的第二種類型離散余弦變換，并將結(jié)果進(jìn)行量化之后進(jìn)行熵編碼。這時(shí)對(duì)應(yīng)第二種類型離散余弦變換中的n通常是8，并用該公式對(duì)每個(gè)8x8塊的每行進(jìn)行變換，然后每列進(jìn)行變換。得到的是一個(gè)8x8的變換系數(shù)矩陣。其中(0,0)位置的元素就是直流分量，矩陣中的其他元素根據(jù)其位置表示不同頻率的交流分量。

一個(gè)類似的變換, 改進(jìn)的離散余弦變換被用在高級(jí)音頻編碼(AAC for Advanced Audio Coding)，Vorbis 和 MP3 音頻壓縮當(dāng)中。

離散余弦變換也經(jīng)常被用來(lái)使用譜方法來(lái)解偏微分方程，這時(shí)候離散余弦變換的不同的變量對(duì)應(yīng)著數(shù)組兩端不同的奇/偶邊界條件。

離散余弦變換被廣泛的應(yīng)用，像是資料壓縮、特征萃取、影像重建等等。多維度離散余弦變換為：

其中一個(gè)常用的多維度變換就是傅立葉變換，是將一個(gè)訊號(hào)的表示式從時(shí)域/空域轉(zhuǎn)換到頻域。 離散域的多維度傅立葉變換可表示成下列式子：

快速傅立葉變換(FFT)是一種用來(lái)計(jì)算離散傅立葉變換(DFT)和其逆變換的快速算法，快速傅立葉變換所得到的結(jié)果跟按照定義去算離散傅立葉變換的結(jié)果是一樣的，但唯一的差別是快速傅立葉變換的速度快很多。（在舍入誤差的存在下，很多快速傅立葉變換還比直接照定義算還更精準(zhǔn)。）有很多種快速傅立葉變換，他們包含很廣泛的數(shù)學(xué)運(yùn)算，從簡(jiǎn)單的復(fù)數(shù)運(yùn)算到數(shù)論和群論，詳情可以看快速傅立葉變換。

多維度的離散傅立葉變換是離散域傅立葉變換的簡(jiǎn)單版本，其方法是在均勻間隔下的樣本頻率去估計(jì)其值 .

逆多維DFT方程是: