【正文】 年產(chǎn) 10 萬(wàn)噸 合成氨合成工段 工藝設(shè)計(jì) The Process Design of 100kt/a Synthetic Ammonia Process 目 錄 摘要 ............................................................ I Abstract ....................................................... II 引 言 ...........................................................1 第一章 文獻(xiàn)綜述 ................................................2 氨的基本用途 ........................................................ 2 合成氨技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) ................................................ 3 合成氨操作條件的選擇 ................................................ 3 壓力 ................................................................................................................................ 4 溫度 ................................................................................................................................ 4 空間速度 ......................................................................................................................... 5 合成塔進(jìn)塔氣體組成 ....................................................................................................... 5 催化劑 ............................................................................................................................. 6 設(shè)計(jì)條件 ............................................................ 7 物料流程示意圖 ...................................................... 7 第二章 物料衡算 ................................................9 合成塔入口氣組成 .................................................... 9 合成塔出口氣組成 .................................................... 9 合成率計(jì)算 ......................................................... 10 氨分離器出口氣液組成計(jì)算 ........................................... 11 冷交換器分離出的液體組成 ........................................... 14 液氨貯槽馳放氣和液相組成的計(jì)算 ..................................... 15 液氨貯槽物料衡算 ................................................... 18 合成循環(huán)回路總物料衡算 ............................................. 19 第三章 能量衡算 ............................................... 32 合成塔能量衡算 ..................................................... 32 廢熱鍋爐能量衡算 .................................................... 34 熱交換器能量衡算 ................................................... 36 軟水預(yù)熱器能量衡算 ................................................. 37 水冷卻器和氨分離器能量衡算 ......................................... 38 循環(huán)壓縮機(jī)能量衡算 ................................................. 39 冷交換器與氨冷器能量衡算 ........................................... 41 合成全系統(tǒng)能量平衡匯總 ............................................. 43 第四章 熱交換器的設(shè)計(jì)計(jì)算 ..................................... 45 熱交換器的介紹及選型 ............................................... 45 熱交換器設(shè)備的工藝計(jì)算條件 ......................................... 45 換熱器 的機(jī)械設(shè)計(jì) ................................................... 46 設(shè)備規(guī)格總結(jié) ....................................................... 49 結(jié) 論 .......................................................... 51 致 謝 .......................................................... 52 參考文獻(xiàn) ....................................................... 53 附 錄 .......................................................... 54 I 年產(chǎn)十萬(wàn)噸合成氨合成工段工藝設(shè)計(jì) 摘要： 本次設(shè)計(jì)任務(wù)為年產(chǎn)十萬(wàn)噸合成氨合成工段的工藝設(shè)計(jì)，氨合成工藝流程 一般包括分離和再循環(huán)、氨的合 成、惰性氣體排放等基本步驟，上述基本步驟組合成為氨合成循環(huán)反應(yīng)的工藝流程。其中氨合成工段是合成氨工藝的中心環(huán)節(jié)。新鮮原料氣的摩爾分?jǐn)?shù)組成如下： %， %， %， %，合成操作壓力為 31MPa，合成塔入口氣的組成 NH3(%)， CH4+Ar(%)要求合成塔出口氣中氨的摩爾分?jǐn)?shù)達(dá)到 17%。通過(guò)查閱相關(guān)文獻(xiàn)和資料，設(shè)計(jì)了年產(chǎn)十萬(wàn)噸合成氨廠合成工段的工藝流程，并借助 CAD 技術(shù)繪制了該工藝的管道及儀表流程圖和設(shè)備布置圖。最后對(duì)該工藝流程進(jìn)行了物料衡算、能量衡算 ，并根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)及操作溫度、壓力按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)工藝管道的尺寸和材質(zhì)進(jìn)行了選擇。 關(guān)鍵詞 ： 物料衡算 ； 氨合成 ； 能量衡算 II The Design of 100kt/a Synthetic Ammonia Process Abstract: There are many types of Ammonia synthesis technology and process, Generally, they includes ammonia synthesis, separation and recycling inert gases Emissions and other basic steps. Combining the above basic steps turnning into the ammonia synthesis reaction and recycling process, in which ammonia synthesis section is the central part of a synthetic ammonia process. The task of curriculum design is the ammonia synthesis section of an annual one hundred thousand tons synthetic ammonia plant. The position of fresh feed gas is: H2(%), N2(%), CH4(%), Ar(%) the temperature is 35℃ , the operating pressure is 31MPa, the inlet gas position of the Reactor is: NH3(%), CH4+Ar(%), it Requires the mole fraction of ammonia reacheds to % of outlet gas of synthesis reactor. By consulting the relevant literature and information, we designed the ammonia synthesis section of an annual one hundred thousand tons synthetic ammonia plant, with the help of CAD technology we designed piping and instrument diagram and equipment layout. Finally, we did the material balance accounting and the energy balance accounting of the process, also we selected piping size and material according to the design operation of temperature, pressure and relevant standards. Keywords: ammonia synthesis section。 material balance accounting。 energy balance accounting 1 引 言 氨是一種重要的含氮化合 物。氮是蛋白質(zhì)質(zhì)中不可缺少的部分，是人類和一切生物所必須的養(yǎng)料；可以說(shuō)沒有氮，就沒有蛋白質(zhì)，沒有蛋白質(zhì)，就沒有生命。大氣中存在有大量的氮，在空氣中氨占 78％（體積分?jǐn)?shù)）以上，它是以游離狀態(tài)存在的。但是，如此豐富的氮，通常狀況下不能為生物直接吸收，只有將空氣中的游離氮轉(zhuǎn)化為化合物狀態(tài)，才能被植物吸收，然后再轉(zhuǎn)化成人和動(dòng)物所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。把大氣中的游離氮固定下來(lái)并轉(zhuǎn)變?yōu)榭杀恢参镂盏幕衔锏倪^(guò)程，稱為固定氮。目前，固定氮最 方便、最普通的方法就是合成氨，也就是直接由氮和氫合成為氨，再進(jìn)一步制成化學(xué)肥料或用于其它工業(yè)。 在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中，氨占有重要地位，特別是對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有著重大意義。氨主要用來(lái)制作化肥。液氨可以直接用作肥料，它的加工產(chǎn)品有尿素、硝酸銨、氯化氨和碳酸氫氨以及磷酸銨、氮磷鉀混合肥等。氨也是非常重要的工業(yè)原料，在化學(xué)纖維、塑料工業(yè)中，則以氨、硝酸和尿素作為氮元素的來(lái)源生產(chǎn)己內(nèi)酰胺、尼龍 丙烯腈等單體和尿醛樹脂等產(chǎn)品。由氨制成的硝酸，是各種炸藥和基本原料，如三硝基申苯，硝化甘油以及其它各種炸藥。硝酸銨既是優(yōu)良的化肥，又是 安全炸藥，在礦山開發(fā)等基本建設(shè)中廣泛應(yīng)用。 本設(shè)計(jì)流程簡(jiǎn)潔明暢，工藝條件溫和，操作簡(jiǎn)易方便。而且設(shè)備臺(tái)數(shù)較少，設(shè)備制作立足于國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀，均能在國(guó)內(nèi)制造而不需進(jìn)口，可大大降低項(xiàng)目投資。按國(guó)家現(xiàn)行基本建設(shè)政策和市場(chǎng)價(jià)格對(duì)本項(xiàng)目進(jìn)行了財(cái)務(wù)評(píng)價(jià)計(jì)算。工程總投資估算值14300 萬(wàn)元，項(xiàng)目的內(nèi)部收益率所得稅前為 %，高于基準(zhǔn)收益率 12%。其它各項(xiàng)效益指標(biāo)及盈虧平衡分析結(jié)果均表明本項(xiàng)目具有很強(qiáng)的抗風(fēng)險(xiǎn)能力。上述各方面問題的研究結(jié)果表明， 10萬(wàn)噸 /年合成氨項(xiàng)目符合國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策和未來(lái)能源市場(chǎng)發(fā)展方向，市場(chǎng)預(yù)測(cè)樂觀，工藝 方案合理，工藝技術(shù)成熟可靠，投資估算和財(cái)務(wù)評(píng)價(jià)結(jié)果也表明項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益明顯。 本設(shè)計(jì)包括設(shè)計(jì)說(shuō)明書和圖紙兩部分。說(shuō)明書主要包括工藝流程的確定，物料衡算，熱量衡算，工藝設(shè)備的設(shè)計(jì)及選型等。圖紙包括工藝流程圖，主設(shè)備圖等。 2 第一章 文獻(xiàn)綜述 氨的基本用途 氨是基本化