【正文】 1% 10% 5800大卡 8% 8%綜上，本設(shè)計(jì)用煤以金沙無煙煤為主，遵義周邊的無煙煤為輔。現(xiàn)在約有80%的氨用來制造化學(xué)肥料，其余作為生產(chǎn)其他化工產(chǎn)品的原料。 54 放空氣帶出熱 ,由分氨后與入冷凝塔的氣體的熱量之差確定。 54 由氨分離器和冷交換器排出液氨量Q7和Q15作為支出項(xiàng)。農(nóng)業(yè)對(duì)化肥的需求是合成氨工業(yè)發(fā)展的持久推動(dòng)力：世界人口不斷增長(zhǎng)給糧食供應(yīng)帶來壓力，而施用化學(xué)肥料是農(nóng)業(yè)增產(chǎn)的有效途徑。遵義市主要國(guó)道及水源圖距廠址的距離圖圖2遵義市電廠距廠址的距離圖圖3℃，℃。遵義屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，終年溫涼濕潤(rùn)，冬無嚴(yán)寒，夏無酷暑，氣候宜人，年均降水量1200毫米，無霜期270天。造氣階段變換階段脫硫階段氨合成階段脫碳階段精制階段 圖4 全廠工藝流程造氣工段是整個(gè)合成氨工藝的前提，目前國(guó)內(nèi)的造氣方法有外熱法、富氧空氣氣化法、蓄熱法。整個(gè)制氣過程反復(fù)交替進(jìn)行。外熱法：利用其他的廉價(jià)高溫?zé)嵩磥頌槊簹饣峁崮堋?guó)內(nèi)稱中溫變換，簡(jiǎn)稱中變）使大部分CO轉(zhuǎn)化為CO2和H2，第二步是低溫變換簡(jiǎn)稱低變，%左右。硫化物多種多樣，按其分子結(jié)構(gòu)分為無機(jī)硫和有機(jī)硫。往返循環(huán)不止。栲膠法：能脫除硫化氫，產(chǎn)物硫磺；優(yōu)點(diǎn)：應(yīng)用廣泛，既能脫低硫，也能脫高硫，脫硫率高，%以上，脫硫塔無堵硫問題、無毒性、成本低，消耗與ADA想比，原料消耗費(fèi)用比其他方法低20%左右；硫容大，操作簡(jiǎn)便，腐蝕輕，硫回收率高（80—85%，硫磺增產(chǎn)15—35%），綜合效益好，較適用于大中型合成氨廠；但對(duì)環(huán)境污染較大。由于本設(shè)計(jì)的廠址離遵義城郊5公里，所以本設(shè)計(jì)選用PDS脫硫。根據(jù)催化劑吸附劑的性能不同，主要分為兩大類。吸收后的溶液可以有效地用減壓閃蒸使大部分二氧化碳解吸?；罨疢DEA法具有化學(xué)吸收與物理吸收的優(yōu)點(diǎn)，但再生能耗大。綜上所述，本設(shè)計(jì)考慮原料氣壓力、流量，待脫除的酸性組分種類及其含量；所要求的凈化度或酸性組分的殘余含量；腐蝕性、毒性、能耗、操作性、經(jīng)濟(jì)性等要求，選擇NHD法。銅氨液吸收法：在高壓和低溫下用銅鹽的氨溶液吸收CO的方法。深冷分離法：在空氣液化分離技術(shù)的基礎(chǔ)上，在低溫下逐級(jí)冷凝爐氣中各個(gè)高沸點(diǎn)組分，最后用液體把少量CO和CH4脫除。此法的優(yōu)點(diǎn)是：工藝簡(jiǎn)單、操作方便。合成氨工藝中的能量利用與回收，與反應(yīng)熱有很大的關(guān)系。KP與溫度的關(guān)系式如下：lgKp(p→o)=在加壓下，KP與溫度有關(guān)，而且與壓力和氣體的組成有關(guān)，計(jì)算KP的目的是為了計(jì)算平衡氨的濃度。由于混合時(shí)吸熱，實(shí)際熱效應(yīng)較上式計(jì)算值小。工業(yè)催化劑所必備的三個(gè)重要條件：活性好，選擇性高，壽命長(zhǎng)。選擇性高副產(chǎn)物就少，不僅使原料的損耗減少，而且也減少分離或處理這些副產(chǎn)物的裝備和費(fèi)用，使整個(gè)過程的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)大大降低。長(zhǎng)期以來,人們對(duì)氨合成催化劑作了大量的研究工作,發(fā)現(xiàn)對(duì)合成氨有活性的一系列金屬為Os,U,Fe,Mn,W等,其中以鐵為主體并添加有促進(jìn)催化劑的鐵系催化劑,價(jià)廉易得、活性良好、使用壽命長(zhǎng),從而獲得了廣泛應(yīng)用.目前,大多數(shù)鐵系催化劑都是用經(jīng)過精選的天然磁鐵礦通過熔融法制備的,習(xí)稱熔鐵催化劑,:表1 國(guó)內(nèi)主要型號(hào)的氨催化劑的組成和性能型號(hào) 組 成 外 形 堆密度/(Kg/l) 使用溫度/oc 主要性能A1101 Fe3OAl2O3 不規(guī)則 — 380—500 還原溫度350OC CaO、SiOK2O 顆粒A1102 同上，但不加BaO 同上 — 380—490 A201 Fe3OAl2O3 同上 — 360—490 易還原，低溫活性高 CaO、SiOK2OA203 Fe3OAl2O3 同上 — 300—540 活性高、易還原、壽命長(zhǎng) CaO 、K2OA301 Fe1x、Al2O3 同上 — 320—500 低溫低壓高活性，還原溫 CaO、K2O 度280—300，極易還原 綜上所述,本設(shè)計(jì)選擇使用A203型催化劑. 動(dòng)力學(xué)氨合成有如下幾個(gè)步驟：反應(yīng)物從氣流主體擴(kuò)散到催化劑的外表們面（外擴(kuò)散過程）；反應(yīng)物進(jìn)一步向催化劑的微孔內(nèi)擴(kuò)散進(jìn)去（內(nèi)擴(kuò)散過程）；反應(yīng)物在催化劑的表面上被吸附（吸附過程）；吸附的反應(yīng)物轉(zhuǎn)化成反應(yīng)的生成物（表面反應(yīng)過程）；反應(yīng)生成物從催化劑表面上脫附下來（脫附過程）；脫附下來的生成物分子從微孔內(nèi)向外擴(kuò)散到催化劑外表面處（內(nèi)擴(kuò)散過程）；生成物分子從催化劑外表面處擴(kuò)散到主流氣流中被帶走（外擴(kuò)散過程）。通常合成氨壓力的選擇需要考慮三個(gè)因素：一、能量消耗，即氫氣、氮?dú)獾膲嚎s功耗，循環(huán)氣的壓縮功耗和冷凍系統(tǒng)的壓縮功耗；二、提高壓力，設(shè)備體積減小，占地面積減小，冷凍系統(tǒng)設(shè)備投資也可減小，故總設(shè)備投資費(fèi)用可降低，但對(duì)設(shè)備材質(zhì)要求高，制造困難，尤其當(dāng)壓力過高，對(duì)設(shè)備材質(zhì)和制造技術(shù)要求更高，設(shè)備投資又會(huì)增加。中壓法技術(shù)比較成熟，經(jīng)濟(jì)性比較好，在15～30Pa的范圍內(nèi)，功耗的差別是不大的，因此世界上采用此法的很多。新鮮氣的補(bǔ)充位置通常有三種方式：新鮮氣補(bǔ)入油分離器入口，補(bǔ)入的氣體經(jīng)過冷交換器和氨冷器冷凝液氨的洗滌達(dá)到最終精制，但這種方法會(huì)增加冷交換器管內(nèi)阻力，新鮮氣中微量CO2在冷交換器管內(nèi)與循環(huán)氣中的氨形成氨基甲酸銨之類的結(jié)晶，會(huì)堵塞管道；新鮮氣補(bǔ)入位置在冷交換器一次出口管線至氨冷器之間，由于此處冷交后已有部分液氨冷凝，生成的微量氨基甲酸銨將被冷凝液氨溶解而排除；新鮮氣補(bǔ)入位置在冷交換器二次入口管線上，其效果與第二個(gè)方法相同，目前后兩種新鮮氣補(bǔ)氣位置設(shè)計(jì)已被不少小合成氨廠所用。 循環(huán)壓縮機(jī)的形式和位置以下是幾種循環(huán)機(jī)的規(guī)格及參數(shù)：型號(hào)：——308；1P35——320 —200；——150；——320與之對(duì)應(yīng)的型式：臥式，單級(jí)復(fù)動(dòng)；臥式，單級(jí)復(fù)動(dòng)；立式，雙列復(fù)動(dòng)；立式，雙列單動(dòng)；立式，雙列復(fù)動(dòng)與之對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/分）：92；110；92；92；82與之對(duì)應(yīng)的冷卻水耗量(m3/h)：；；0；0；0與之對(duì)應(yīng)的潤(rùn)滑油耗量（g/h）：；；0；0；0與之對(duì)應(yīng)的電機(jī)功率/軸功率（千瓦）：22/20。90/76本設(shè)計(jì)的循環(huán)機(jī)位置放在氨冷器之后，合成塔之前，故需要用離心式循環(huán)機(jī)，——320型離心式循環(huán)機(jī)。但氣相亦為水蒸氣飽和，為防止催化劑中毒，循環(huán)氣需要嚴(yán)格脫除水分后才能進(jìn)入合成塔。目前工業(yè)上主要采用冷凝法分離循環(huán)氣中的氨。當(dāng)液氨在貯槽內(nèi)減壓后，溶解的氣體大部分釋放出來，通常稱為“貯罐氣”。氨在高溫、高壓和催化劑存在條件下由氫氮?dú)夂铣伞６鴥?nèi)件承受高溫，不承受高壓，一般可用合金鋼制成。d),結(jié)構(gòu)可靠、操作穩(wěn)定、適應(yīng)性強(qiáng)。其缺點(diǎn)是：運(yùn)輸和安裝較困難等。 氨合成工序其他設(shè)備的選型本設(shè)計(jì)的循環(huán)機(jī)位置放在氨冷器之后，合成塔之前，故需要用離心式循環(huán)機(jī)，——320型立式離心式循環(huán)機(jī)。鑒于兩種氨分離器的型式的優(yōu)點(diǎn)，本設(shè)計(jì)選擇多層套管式。廢熱鍋爐：分為三種，前置式、中置式和后置式，鑒于三種三種廢熱鍋爐型式的優(yōu)點(diǎn)，本設(shè)計(jì)采用中置式。表2 溫度 Kp102464 472 480 488 504 512 520 而A203催化劑的使用溫度是300—540OC，最適溫度500OC。氨合成反應(yīng)方程式為：N2+3H2=2NH3. 進(jìn)塔氨含量和氨分離溫度進(jìn)塔氨含量：當(dāng)其他條件不變時(shí)，進(jìn)塔氨含量越高，則氨凈值越小，由于提高氨濃度，相應(yīng)使推動(dòng)力減小，降低了生產(chǎn)能力。氨分離器溫度：本設(shè)計(jì)采用一級(jí)氨冷，溫度范圍在0OC — 5OC。當(dāng)操作壓力較低和催化劑活性較好時(shí)，循環(huán)氣中惰性氣體含量宜保持16%—20%，這樣可以節(jié)省原料氣消耗。第三章 合成氨工序物料衡算 氨合成方塊工藝流程圖 120液氨7856放空43新鮮氣油分離器氨冷器塔外換熱器氨分離器水冷器水加熱器中置鍋爐合成塔循環(huán)機(jī)冷凝塔9圖7各組分編號(hào)見表3表3 組分 NH3 H2 N2 CH4 Ar 編號(hào) 0 1 2 3 4注：Ｉ=3+4 計(jì)算基準(zhǔn)100Kmol進(jìn)塔氣V2 已知條件進(jìn)塔氣 =放空氣 15%=%= 合成回路壓力分布（1） 循環(huán)機(jī) Mpa Mpa （2） 油分離器 Mpa Mpa（3） 冷凝塔 一次 Mpa Mpa 二次 Mpa Mpa（4）氨冷器 Mpa （5）氨合成塔 一次 Mpa 二次 Mpa Mpa（6）熱交換器 一次 Mpa Mpa 二次 Mpa Mpa（7）廢熱鍋爐 Mpa Mpa（8）水冷器 Mpa Mpa（9）氨分離器 Mpa 30 .30Mpa（10） 新鮮氣壓力 Mpa（11） 分氨壓力 氨分離器分氨 30 .30Mpa 冷凝塔分氨 Mpa 氨合成塔出口氨含量估計(jì)氨合成壓力 Mpa氨合成溫度 500oC計(jì)算得：Kp=102取=%,=3%，則 = ==考慮到反應(yīng)未達(dá)到平衡，取平衡達(dá)到程度為75%。表5 氨合成塔出塔氣組成 組分 NH3 H2 N2 I 合計(jì) 含量/﹪ 水冷器水冷器采用循環(huán)水冷卻。m3考慮氣體溶解后，對(duì)水冷器和氨分離器的物料平衡為：=+ =+(1+A)=+聯(lián)立上述二式，得到：=[1(1+A)]/[1(1+)] =[1(1+)][1(1+)]==()/（1+A） =()/(1+)=對(duì)氫平衡，得到：=+=()/ =()/=同理，對(duì)氮平衡得到：=()/ =()/=于是有：=1 ==以上述氣體組成重復(fù)計(jì)算一次，得=，=，=﹪，=﹪，= ﹪，最終確定溶解氣量==。m3=17=17=17=17根據(jù)，重新調(diào)整分配y21，重新計(jì)算B和Bi。+=合成塔進(jìn)氣量：=合成塔出氣量：=氨分離器出口氣量：=放空氣量：=新鮮補(bǔ)充氣量：=冷凝塔進(jìn)口氣量：=氨分離器出口液氨量：（+）=其組成為：==（+）=所以：同理：冷凝塔出口液氨：=（+）=其組成為：==（+）7=氨合成塔進(jìn)塔氣體組成組分 摩爾分?jǐn)?shù)/% Kmol/hNH3 3 H2 N2 I 15 100 氨合成塔出塔氣體組成組分 摩爾分?jǐn)?shù)/% Kmol/hNH3 15 H2 N2 I 100 氨分離器出口氣體組成組分 摩爾分?jǐn)?shù)/% Kmol/hNH3