年產(chǎn)萬(wàn)噸小合成氨廠(chǎng)中溫變換工段工藝設(shè)計(jì)(已修改)
2024-11-19 08:20 本頁(yè)面
【正文】 1 2020屆化學(xué)與材料工程系 《化工工藝設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)》 課題名稱(chēng) 年產(chǎn) 8 萬(wàn)噸小合成氨廠(chǎng)中 溫變換工段工藝設(shè)計(jì) 類(lèi)型 化工工藝設(shè)計(jì) 導(dǎo)師 職稱(chēng) 課題來(lái)源 課題 內(nèi)容 變換工段在合成氨生產(chǎn)起的作用既是 氣體凈化工序，又是原料氣的再制造工序，經(jīng)過(guò)變換工段后的氣體中的 CO 含量大幅度下降，符合進(jìn)入甲烷化或者銅洗工段氣質(zhì)要求。 要求： 1. 繪制帶控制點(diǎn)的工藝流程圖 2. 系統(tǒng)物料、能量合算 3. 系統(tǒng)主要設(shè)備能力及觸媒裝填量核算 4. 該工段設(shè)備多，工藝計(jì)算復(fù)雜，分變換爐能力及觸媒裝填量核算、系統(tǒng)熱量核算和系統(tǒng)水循環(huán)設(shè)備及能力核算 課題進(jìn)度 按化工設(shè)計(jì)要求進(jìn)度進(jìn)行 基本條件要求 1. 入工序氣體流量： 33000Nm3/h（ 干基 ） 壓力： 溫度： 40℃ 2. 入 口 氣 體 組 分 ： CO%=% CO2%=% H2%=% N2%=18% CH4%=% O2%=%(體積比 ) 3. 出口氣體組分： CO%=4%（體積比） 2 變換工藝設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 設(shè)計(jì)題目 年產(chǎn) 8 萬(wàn)噸小合成氨廠(chǎng)中 溫 變換工段工藝設(shè)計(jì) 課題來(lái)源 年產(chǎn) 8 萬(wàn)噸小型合成氨廠(chǎng)變換工段 變換工段化學(xué)工藝設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) 變換工段在合成氨生產(chǎn)起的作用既是氣體凈化工序，又是原料氣的再制造工序，經(jīng)過(guò)變換工段后的氣體中的 CO 含量大幅度下降，符合進(jìn)入甲烷化或者銅洗工段氣質(zhì)要求。 要求 ： 1. 繪制帶控制點(diǎn)的工藝流程圖 2. 系統(tǒng)物料、能量衡算 3. 系統(tǒng)主要設(shè)備能力及觸媒裝填量核算 4. 該工段設(shè)備多，工藝計(jì)算復(fù)雜，分變換爐能力及觸媒裝填量核算、系統(tǒng)熱量核算和系統(tǒng)水循環(huán)設(shè)備及能力核算。 變換工段化學(xué)工藝設(shè)計(jì)主要技術(shù)資料 1. 變換技術(shù)方案 CO2 變換反應(yīng)是放熱反應(yīng)， 從化學(xué)平衡來(lái)看，降低反應(yīng)溫度，增加水蒸汽用量，有利于上述可逆反應(yīng)向生成 CO2 和 H2 的方向移動(dòng)，提高平衡變換率。但是水蒸氣增加到一定值后，變換率增加幅度會(huì)變小 。溫度對(duì)變換反應(yīng)的速度影響較大，而且對(duì)正逆反應(yīng)速度的影響不一樣。溫度升高，放熱反應(yīng)即上述反應(yīng)速度增加得慢，逆反應(yīng)（吸熱反應(yīng)）速 度增加得快。因此，當(dāng)變化反應(yīng)開(kāi)始時(shí)，反應(yīng)物濃度大，提高溫度，可加快變換反應(yīng)，在反應(yīng)的后一階段，二氧化碳和氫的濃度增加，逆反應(yīng)速度加快，因此，需降低反應(yīng)溫度，使逆反應(yīng)速度減慢，這樣可得到較高的變化率。 但降溫必須與反應(yīng)速度和催化劑的性能一并考慮，反應(yīng)溫度必須在催化劑的使用范圍內(nèi)選擇。 在本設(shè)計(jì)中 我們選擇 三段中溫 變化工藝流程 。 2. 工藝流程 含 % CO、溫度為 40℃ 的 半水煤氣 ，加壓到 ，經(jīng)熱水洗滌塔 除 去氣體中的油污、雜質(zhì)，進(jìn)入飽和塔下部與上部噴淋下來(lái)的 120～ 140℃ 的 熱水 逆流接觸，氣體被加熱而 又同時(shí)增濕。然后在混合器中與一定比例的 300～ 350℃ 過(guò)熱蒸汽混合，25%～ 30%的氣體不經(jīng)熱交換 器，作為冷激氣體。其他則經(jīng)熱交換器進(jìn)一步預(yù)熱到320℃ 進(jìn)入變換爐。進(jìn)第一段催化反應(yīng)后溫度升高到 460～ 500℃ ，冷激后依次通過(guò)二、三段，氣體離開(kāi)變換爐的溫度為 400～ 410℃ ， CO 變換率達(dá) 90%，殘余 CO 含量為 3%左右。變換氣經(jīng)熱交換器加熱原料氣，再經(jīng)第一熱水加熱器加熱熱水，然后進(jìn)入熱水塔進(jìn)一步冷卻、減濕，溫度降到 100～ 110℃ 。 為了進(jìn)一步回收余熱，氣體 3 進(jìn)入第二熱水加熱器（即鍋爐給水預(yù)熱器），溫度降到 70～ 80℃ ，最后經(jīng)冷凝塔冷卻到常溫返回壓縮機(jī)加壓。 變換工段化學(xué)工藝設(shè)計(jì)原則 1. 年產(chǎn) 8 萬(wàn)噸合成氨 2. 如工序氣體流量： 33000Nm3/h， （干基）壓力： ， 溫度： 40℃ 3. 入口氣體成分： CO%=%， CO2%=%， H2%=%， N2%=18%， CH4%=%，O2%=%（ 體積比） 4. 出口氣體成分： CO%=%（體積比） 教研室意見(jiàn) 該設(shè)計(jì)符合化工工藝設(shè)計(jì)要求，同意接受此設(shè)計(jì)！ 4 第 1章 引言 氨在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位與作用 合成氨工業(yè)使基礎(chǔ)化學(xué)工 業(yè)之一。其產(chǎn)量居各種化工產(chǎn)品的首位。氨本身是重要的氮素肥料，除石灰石氮外，其它氮素肥料都是先合成氨，然后再加工成各種銨鹽或尿素。將氨氧化制成硝酸，不僅可用來(lái)制造肥料，亦是重要的化工原料，可制成各種炸藥。氨、尿素和硝酸又是氨基樹(shù)脂、聚酰胺樹(shù)脂、硝化纖維素等高分子化合物的原料。以其 為原料可制得塑料、合成纖維、油漆、感光材料等產(chǎn)品。作為生產(chǎn)氨的原料 CO+H2 合成氣，可進(jìn)行綜合利用，以聯(lián)產(chǎn)甲醇及羰基合成甲酸、醋酸、醋酐等一系列化工產(chǎn)品。以做到物盡其用，減少排放對(duì)環(huán)境的污染，提高企業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益。已成為當(dāng)今合成氨工 業(yè)技術(shù)發(fā)展的方向。國(guó)際上對(duì)合成氨的需求，隨著人口的增長(zhǎng)而對(duì)農(nóng)作物增產(chǎn)的需求和環(huán)境綠化面積的擴(kuò)大而不斷增加。 據(jù)資料統(tǒng)計(jì)： 1997 年世界合成氨年產(chǎn)量達(dá) 。預(yù)計(jì) 2020 年產(chǎn)量達(dá) 。其化肥用氮分別占氮產(chǎn)量的 %和 %。我國(guó) 2020 年合成氨產(chǎn)量已達(dá) 35Mt，專(zhuān)家 預(yù)測(cè) 2020 年將增至 45Mt。即今后 10 年間將增加到現(xiàn)在的 倍。因而合成氨的持續(xù)健康發(fā)展還有相當(dāng)長(zhǎng)的爐要走。未來(lái)我國(guó)合成氨氮肥的實(shí)物產(chǎn)量將會(huì)超過(guò)是由和鋼鐵。合成氨工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中舉足輕重。 合成氨生產(chǎn)的新進(jìn)展 世界需求氮肥（折氮量） 2020 年 1112108t 增加到 2020 年 1250108。 2020 年前，全世界有約 65106t/a 合成氨能力投產(chǎn)。沙特阿拉伯化肥公司興建的世界最大單系列合成氨已于 2020 年投產(chǎn) ， 該裝置能力為 3000t/d（約 1106t/a）。 我國(guó)氮肥工業(yè)經(jīng)過(guò)多年的技術(shù)進(jìn)步和技術(shù)改造 ， 現(xiàn)已成為全球最大的氮肥生產(chǎn)國(guó)和尿素生產(chǎn)國(guó)。從召開(kāi)的全國(guó)化工行業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)現(xiàn)場(chǎng)交
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