【正文】 究開發(fā)簡(jiǎn)單可行又可就地取得原料制取合成氣的潔凈煤氣化技術(shù)這也是我國(guó)目前占氮肥生產(chǎn)總量 60%左右的中小型氮肥廠亟待要解決 的問題。氮肥工業(yè)已基本滿足了國(guó)內(nèi)需求在與國(guó)際接軌后具備與國(guó)際合成氨產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)的能力今后發(fā)展重點(diǎn)是調(diào)整原料和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)一步改善經(jīng)濟(jì)性。此外，液氨本身就是一種高效氮素肥料，可以直接施用，一些國(guó)家已大量使用液氨?；适寝r(nóng)業(yè)的主要肥料，而其中的氮肥又是農(nóng)業(yè)上應(yīng)用最廣泛的一種化學(xué)肥料，其生產(chǎn)規(guī)模、技術(shù)裝備水平、產(chǎn)品數(shù)量，都居于化肥工業(yè)之首，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有極其重要的地位。 本設(shè)計(jì)包括設(shè)計(jì)說明書和圖紙兩部分。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。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。 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。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。 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。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%。 material balance accounting。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)。氨主要用來制作化肥。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。工程總投資估算值14300 萬元，項(xiàng)目的內(nèi)部收益率所得稅前為 %，高于基準(zhǔn)收益率 12%。說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。各種氮肥生產(chǎn)是以合成氨為主要原料的，因此，合成氨工業(yè)的發(fā)展標(biāo) 志著氮肥工業(yè)的水平?？梢?，合成氨工業(yè)是氮肥工業(yè)的基礎(chǔ)，對(duì)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)起著重要的作用。只有通過科技進(jìn)步對(duì)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的貢獻(xiàn)率來實(shí)現(xiàn) 這也是今后發(fā)展合成氨氮肥工業(yè)新的增長(zhǎng)點(diǎn)。 在這種背景下，該項(xiàng)目以 “ 年產(chǎn) 10萬噸合成氨合成工段工藝設(shè)計(jì) ” 為設(shè)計(jì)課題，對(duì)合成氨合成工段的各種工藝條件和設(shè)備選型等進(jìn)行深入的研究。由于煤的儲(chǔ)量約為天然氣與石油儲(chǔ)量總和的 10倍以煤為原料制氨等煤化工及其相關(guān)技術(shù)的開發(fā)再度成為世界技術(shù)開發(fā)的熱點(diǎn) ， 煤有可能在未來的合成氨裝置原料份額中再次占舉足輕重的地位形成與天然氣共為原料主體的格局。在低能耗合成氨裝置的技術(shù)開發(fā)過程中 其主要工藝技術(shù)將會(huì)進(jìn)一步發(fā)展。 第三，提高生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性 延長(zhǎng)運(yùn)行周期是未來合成氨裝置 “ 改善經(jīng)濟(jì)性、增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力 ” 的必要保證。 壓力 提高壓力，對(duì)氨合成反應(yīng)的平衡和反應(yīng)速率都是有利的，在一定的空間速度下，合成壓力越高，出口氨濃度越高，氨凈值越高，合成塔的成產(chǎn)能力也越大。提高操作壓力，原料氣壓縮功增加。目前合成氨廠普遍采用在此范圍內(nèi)的壓力進(jìn)行操作生產(chǎn)。此外，最適宜溫度還和空氣速度、壓力等有關(guān)。 催化劑層內(nèi)溫度分 布的理想狀況應(yīng)該是降溫狀態(tài)，即進(jìn)催化層的溫度高，出催化層的溫度比較低，這是一個(gè)高速反應(yīng)（催化層上部）與最大平衡（催化層下部）相結(jié)合的方法，因?yàn)閯傔M(jìn)入催化層的氣體中氨含量低，距離平衡又遠(yuǎn)，需要迅速地進(jìn)行合成反應(yīng)以提高氨含量，因此催化層上部溫度高就能加快反應(yīng)速率，從而提高5 氣體中平衡氨含量。在其他條件一定時(shí)，增加空間速度能提高催化劑生產(chǎn)強(qiáng)度。 一般中壓法合成氨，空間速度在 2021040000h1之間。由于氨合成時(shí)氫氮比是按 3：1 而消耗的，因此補(bǔ)充的新鮮氣的氫氮比應(yīng)控制在 3，否則循環(huán)系統(tǒng)中多余的氫或氮就會(huì)積累起來，造成循環(huán)氣中氫氮失調(diào)。隨著合成反應(yīng)的進(jìn)行，惰性氣體留在循環(huán)氣中，新鮮氣又不斷補(bǔ)充到循環(huán)氣中，這樣循環(huán)氣中的惰性氣體會(huì)越來越多，因此必須將惰性氣體排出。 6 循環(huán)氣中惰性氣體含量的控制，還與操作壓力和催化劑活性有 關(guān)。 較為合適。降低進(jìn)塔氣中氨含量，可以加快反應(yīng)速率，提高氨凈值和催化劑的生產(chǎn)能力。當(dāng)采用中壓時(shí)，進(jìn)塔氣中氨含量控制在 %%。 還原前氧化鐵的組成，對(duì)鐵催化劑還原后的活性影響很大，據(jù)試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng) n（ Fe2+） / n（ Fe3+錯(cuò)誤 !未找到引用源。加入促進(jìn)劑后，氧化亞鐵最佳含量不一定如此。催化劑中加入三氧化二鋁后，能與 錯(cuò)誤 !未找到引7 用源。催化劑中加入氧化鉀后，有利于氮的活性吸附，從而提高了催化劑的活性，另外可以減少催化劑中三氧化二鋁對(duì)氨 的吸附作用。 表 進(jìn)氣組成參數(shù)表 組成 H2 N2 CH4 Ar 合計(jì) 摩爾分 數(shù) /% 100 (2)合成塔入口氣： NH3y 為 %， Ar4CHy ? 為 %。 (6)其他部位的溫度和壓力，見流程圖。 物料流程示意圖 流程簡(jiǎn)介：在油分離器出口的循環(huán)氣中補(bǔ)充從凈化工序送來的新鮮氮?dú)錃?，進(jìn)入冷交換器和氨冷器進(jìn)一步冷卻，使其中的氨氣絕大部分 被冷凝分離出去。在油分離器出口補(bǔ)充了新鮮氮?dú)錃馊肜浣粨Q器。從整個(gè)系統(tǒng)而言，進(jìn)入系統(tǒng)的是新鮮氮?dú)錃?，離開系統(tǒng)的是產(chǎn)品液氨、馳放氣、和空氣。因此 NH3: %3y NH33 ?， (已知 ) H2: ? ?? ? %%H23 ??????， N2: ? ?? ? %%N23 ??????， CH4: % %C H 43 ????， Ar: % %Ar3 ????， 表 (包括 3， 4， 5點(diǎn) ) 組分 NH3 H2 N2 CH4 Ar 合計(jì) 摩爾分?jǐn)?shù) /% 100 合成塔出口氣組成 (6 點(diǎn) ) 假定入塔器為 3n =100kmol 列方程求解。63NH3 nnn ? (22) 聯(lián)立解出 10 ? ?N H 33N H 33N H 366N H 3 y1 yynn，?? 或 ? ?N H 36N H 33N H 363N H 3 y1 yynn，?? 式中： NH3n 合成塔中生成的氨， kmol 3n 入口氣總物質(zhì)的量， kmol 6n 出口氣總物質(zhì)的量， kmol NH33y， 合成塔入口氨摩 爾分?jǐn)?shù) NH36y， 合成塔出口氨摩爾分?jǐn)?shù) 將已知數(shù)據(jù)代入，則 ? ? ? ? 96 58,11 yynn N H 36 N H 33N H 363N H 3 ?? ????? ， ，kmol 錯(cuò)誤 !未找到引用源。按下式計(jì)算。 氣相 氣液混合物 液相 已知進(jìn)口物料組成 Fi即合成出口氣組成，前已求出。 表 分離器入口氣液混合物組成 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 代入式 (25)計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如下。 設(shè) 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 代入式 (3)計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如下： NH3 ? kmol 001466LH2 ? kmol N2 ? kmol CH4 ? kmol Ar ? kmol 計(jì)算得 LV 1 ??????? 誤差 0 0 9 8 9 LVLVLV1 ?????????????????????? 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 計(jì)算，計(jì)算結(jié)果列入下表： 表 氨分離器出口液體組成 (17點(diǎn) ) 組成 NH3 H2 N2 CH4 Ar 合計(jì) 摩爾分?jǐn)?shù) /% % % % % % 分離后氣體組成： VLFy iii ??計(jì)算 NH3: %517 %100923 072 LFy iN H 33NH ?????? 同法計(jì)算其他組分，結(jié)果列入下表。其關(guān)系式為 iii xmy ?? 表 相平衡常數(shù) 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 表 (18點(diǎn) ) 組成 NH3 H2 N2 CH4 Ar 合計(jì) 摩爾分?jǐn)?shù) 1 液氨貯槽馳放氣和液相組成的計(jì)算 氨分離器出口液氨 (17 點(diǎn) )與冷交換器的氨分出口液氨 (18 點(diǎn) )匯合于貯槽 (19 點(diǎn) ) 由于減壓，溶在液氨中的氣體會(huì)解析出來和部分氧的蒸發(fā)氣形成弛放氣。 ） NH3m H2m H2m CH4m Arm 575 620 170 540 在液氨貯槽中，類似于閃蒸過程，仍按氨分離器的計(jì)算方法，假定一個(gè) V/L 初值，經(jīng)過試差，求得計(jì)算結(jié)果，如下表。 (假定入槽液量 F=1kmol) 1mLVFLiii???????? 則液氨中各組分的物質(zhì)的量： 3NH ： NH3 ? kmol 2H ： H2 ? kmol 2N ： N2 ? kmol 4CH ： C H4 ? kmol rA ： Ar ? kmol i ??? kmol V= kmol 17 1 ??????????????? 誤差 ????????????????????LVLVLV1錯(cuò)誤 !未找到引用源。 。 表 其它組分計(jì)算結(jié)果表 (20點(diǎn)，馳放氣組成 ) 組成 NH3 H2 N2 CH4 Ar 合計(jì) 摩爾分?jǐn)?shù) /% % % % % % 液氨貯槽物料衡算 以液氨貯槽出口 1t 純液氨為基準(zhǔn)，折成標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氣體體積，以 m3為單位計(jì)，則 21 ?? ?? m3 其中各組分的體積，按 i2121i,21 xLL ，? NH3: % NH 3,21 ??? m3 H2: 4 3 5 % 4 3 3 1 9L H221 ???， m3 N2: 1 1 8 % 4 3 3 1 9L N221 ???， m3 CH4: 1 4 7 % 4 3 3 1 9L C H 421 ???， m3 Ar: % Ar21 ???， m3 液氨貯槽馳放氣體積，按 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 圖 合成循環(huán)回路簡(jiǎn)圖 以 1t 產(chǎn)品氨為基準(zhǔn)，即等于