【正文】 ............. 1 氨的理化性質(zhì) ......................................................................................................... 1 氨的用途 ................................................................................................................. 1 合成氨技 術(shù)的發(fā)展史 ..................................................................................................... 2 世界合成氨技術(shù)的發(fā)展 ......................................................................................... 2 中國合成氨工業(yè)的發(fā)展概況 ................................................................................. 3 合成氨轉(zhuǎn)變工序的工藝原理 ......................................................................................... 4 合成氨的典型工藝流程介紹 ................................................................................. 4 合成氨轉(zhuǎn)化工序的工藝原理 ................................................................................. 5 合成氨變換工序的工藝原理 ................................................................................. 6 設(shè)計(jì)方案的確定 ............................................................................................................. 6 原料的選擇 ............................................................................................................. 6 工藝流程的選擇 ..................................................................................................... 7 工藝參數(shù)的確定 ..................................................................................................... 7 工廠的選址 ............................................................................................................. 8 2 變換工段物料及熱量衡算 ................................................................................................ 10 中溫變換物料衡算及熱量衡算 ................................................................................... 10 低變爐的物料與熱量計(jì)算 ........................................................................................... 21 廢熱鍋爐的熱量和物料計(jì)算 ....................................................................................... 26 主換熱器的物料與熱量的計(jì)算 ................................................................................... 28 調(diào)溫水加熱器的物料與熱量計(jì)算 ............................................................................. 29 3 設(shè)備的計(jì)算 ........................................................................................................................ 31 低溫變換爐計(jì)算 ........................................................................................................... 31 中變廢熱鍋爐 ............................................................................................................... 32 寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) IV 主要參考文獻(xiàn) .......................................................................................................................... 37 結(jié)束語 ...................................................................................................................................... 38 致 謝 ........................................................................................................................................ 39 附錄 .......................................................................................................................................... 40 寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 1 綜述 氨的性質(zhì)和用途 氨的理化性質(zhì) （ 1）物理性質(zhì)： 在常溫常壓下，氨是具有特殊刺激性臭味的無色氣體，能刺激人體器官的粘膜。 若 氨在 下冷卻至 － ℃ ，就凝結(jié)成略帶臭味的無色結(jié)晶。 （ 2） 化學(xué)性質(zhì)： 與酸酐或酸直接作用，生產(chǎn)相應(yīng)的銨鹽；與二氧化碳作用生成氨基甲酸銨，進(jìn)一步脫水生成尿素；在鉑催化劑存在下，可與氧氣作用，生成一氧化 氮和水，繼續(xù)氧化并與水作用生成硝酸；高溫下（ 800℃ 以上）能分解成氫氣和氮?dú)猓慌c一氧化碳或者與甲烷和氧氣作用，生成氫氰酸?；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，在國 民經(jīng)濟(jì)中占有極其重要的地位?？梢?，合成氨工業(yè)是氮肥工業(yè)的基礎(chǔ)，對農(nóng)業(yè)增產(chǎn)起著重要的作用。此外，氨還是常用的冷凍劑 。 合成氨技 術(shù)的發(fā)展史 世界合成氨技術(shù)的發(fā)展 （一）原料構(gòu)成的變化 為了合成氨，首先必須提供氮和氫。傳統(tǒng)方法還是采用高溫下將各種燃料和水蒸氣反 應(yīng)制造氫。由表可 見，雖然各國資源不同，但選用原料的基本方向相同。 （二）生產(chǎn)規(guī)模大型化 20 世紀(jì) 50 年代以前，氨合成塔的最大能力為日產(chǎn) 200t 氨，到 60 年代初期為 400t?，F(xiàn)在世界上規(guī)模最大的合成氨裝置為日產(chǎn) 1800t 氨， 1991 年在比利時的安特衛(wèi)普建成投產(chǎn)。由于氨生產(chǎn)成本中能源費(fèi)用占 70%以上，因此能耗是衡量合成氨技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益的重要標(biāo)志。為了保證長周期的安全生產(chǎn)，對過程控制提出更高 的要求，從而發(fā)展到把全流程的溫度、壓力、流量、物位和成分五大參數(shù)的模擬儀表、報(bào)警、連鎖系統(tǒng)全部集中在中央控制室顯示和監(jiān)視控制。這些都表示氨生產(chǎn)技術(shù)自動化進(jìn)入新的階段，改變了幾十年合成氨生產(chǎn)控制的面貌。經(jīng)過 50 多年的努力，中國已擁有多種原料、不同流程的大、中、小型合成氨廠 1000多個， 1999 年總產(chǎn)量為 氨， 已 躍居世界第 1 位，已掌握 了以焦炭、無煙煤、褐煤、焦?fàn)t氣、天然氣及油田氣和液態(tài)烴等氣固液多種原料生產(chǎn)合成氨的技術(shù)，形成中國大陸特有的煤、石油、天然氣原料并存和大、中、小生產(chǎn)規(guī)模并存的合成氨生產(chǎn)格局。 (2) 凈化 對粗原料氣進(jìn)行凈化處理，除去氫氣和氮?dú)庖酝獾碾s質(zhì)，主要包括變換過程、脫硫脫碳過程以及氣體精制過程。第一步是高溫變換，使大部分 CO 轉(zhuǎn)變?yōu)?CO2和 H2；第二步是低溫變換，將 CO 含量降至 %左右。因此變換氣中 CO2的脫除必須兼顧這兩方面的要求。一類是化學(xué)吸收法 [7]。 目前在工業(yè)生產(chǎn)中，最終凈化方法分為深冷分離法和甲烷化法。 甲烷化反應(yīng)如下： CO+3H2? CH4+H2O ΔH=－ ； CO2+4H2? CH4+2H2O ΔH=－ ； (3)氨合成 將純凈的氫、氮混合氣壓縮到高壓，在催化劑的作用下合成氨。 轉(zhuǎn)換工序是指天燃?xì)庵械臍鈶B(tài)烴類轉(zhuǎn)換成 H CO 和 CO2，并達(dá)到要求，合成氨廠的轉(zhuǎn)化工序分為兩段進(jìn)行。 合成氨變換工序的工藝原理 變換工段是指 CO 與水蒸氣反應(yīng)生成二氧化碳和氫氣的過程。 設(shè)計(jì)方案的確定 原料的選擇 合成氨生產(chǎn)的原料有焦炭、煤、焦?fàn)t氣、天然氣、石腦油、重油等。已探明儲量約 萬億立方米，僅占資源總量的 5%左右，列世界第 16 位，天然氣資源勘探潛力很大。 )銀川距陜甘寧氣田最近，輸氣條件最好。 其次， 天然氣作為一種清潔優(yōu)質(zhì)的能源，在我國 改善能源結(jié)構(gòu)，以及我國在大力推動低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展的過程中，獲得了前所未有 的大發(fā)展。 加大天然氣在能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中的比重，既有利于促進(jìn)節(jié)能減排，又能夠維持經(jīng)濟(jì)與社會可持續(xù)發(fā)展 [9]。天然氣工藝技術(shù)目前最可靠。 工藝參數(shù)的確定 以天然氣為原料合成氨生產(chǎn)裝置轉(zhuǎn)化變換工序設(shè)計(jì)，其主要參數(shù)是一、二段轉(zhuǎn)化工藝和 CO 中 低變串聯(lián)流程的溫度和壓力。從第二換熱器出來的氣體繼續(xù)送往變換工序處理。由于此時氣體溫度還不能進(jìn)行低溫變換，于是將變換氣用來加熱其它工藝氣體，而變換氣被冷卻到 241℃后進(jìn)入低變爐。 (2)交通便利 四通八達(dá)的道路交通是基地的一大突出優(yōu)勢，銀川 青島高速公路及 307 國道橫貫基地；大古鐵路連接包蘭、寶中鐵路與京包、隴海線連通可輻射全國，即將開工建設(shè)的銀川太原鐵路又形成一條橫穿基地的外運(yùn)大通道； 銀川河?xùn)|機(jī)場距基地中心區(qū)僅 30 公里，每日航班達(dá) 50 余次，通往北京、上海、廣州、西安、太原、濟(jì)南、青島、蘭州等重要城市。 寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 2 變換工段物料及熱量衡算 中溫變換物料衡算及熱量衡算 （ 1） 確定轉(zhuǎn)化氣組成 已知條件中變爐進(jìn)口氣體組成 ： 表 中變爐進(jìn)口氣組成 組分 CO2 CO H2 N2 CH4 O2 合計(jì) % 100 計(jì)算基準(zhǔn)： 1 噸氨 工作日： 360 天 計(jì)算生產(chǎn) 1 噸氨需要的變化氣量： （ 1000/17） （ 2） = m3(標(biāo) ) 因?yàn)樵谏a(chǎn)過程中物量可能會有消耗，因此變化氣量取 m3(標(biāo) ) 年產(chǎn) 15 萬噸合成氨生產(chǎn)能力： 日生產(chǎn)量： 150000/360=要求出中變爐的變換氣干組分中 CO％小于 2％ 進(jìn)中變爐的變換氣干組分： 表 中變爐進(jìn)口氣干氣組成 組 分 CO2 CO H2 N2 O2 CH4 合計(jì) 含量 ，％ 100 m3(標(biāo) ) 474 假設(shè)入中變爐氣體溫度為 335℃ ，取出爐與入爐的溫差為 30℃ ，則出爐溫度為 365℃ 。中變的平均溫距為397℃ 365℃ =32℃ ， 中變的平均溫距合理，故取的 H