【正文】 化控制以及模擬儀表難以實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜自控系統(tǒng)。需要的數(shù)據(jù)、流程都可隨機(jī)或定時(shí)在打印機(jī)上打印和彩色硬拷貝機(jī)上拷貝。1975年美國(guó)霍尼威爾公司開(kāi)發(fā)成功TCP2000總體分散控制系統(tǒng)（Totol Distributed Control System），簡(jiǎn)稱(chēng)集散控制系統(tǒng)（DCS）。20世紀(jì)60年代以前的過(guò)程控制多采取分散方式，在獨(dú)立的幾個(gè)車(chē)間控制室中進(jìn)行?，F(xiàn)在合成氨能耗占世界能源消費(fèi)總量的3%，中國(guó)合成氨生產(chǎn)能耗約占全國(guó)能耗的4%。因此大型氨廠通常是指日產(chǎn)600t級(jí)，日產(chǎn)1000t級(jí)和日產(chǎn)1500t級(jí)的三種。隨著蒸汽透平驅(qū)動(dòng)的高壓離心式壓縮機(jī)研制成功，美國(guó)凱洛格公司運(yùn)用建設(shè)單系列大型煉油廠的經(jīng)驗(yàn)，首先運(yùn)用工藝過(guò)程的余熱副產(chǎn)高壓蒸汽作為動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)了單系列合成氨裝置的大型化，這是合成氨工業(yè)發(fā)展史上第一次突破。只要資源條件具備作為合成氨的原料。為了擴(kuò)大原料范圍，又開(kāi)發(fā)了用重油部分氧化法制氫。到20世紀(jì)60年代末，國(guó)外主要產(chǎn)氨國(guó)都已先后停止用焦炭、煤為原料，而以天然氣、重油等為原料，天然氣所占比重不斷上升。因此合成氨生產(chǎn)的初始原料是焦炭、煤、焦?fàn)t氣、天然氣、石腦油、重油等，60多年來(lái)世界合成氨原料的構(gòu)成變化見(jiàn)下表11。氣和水到處都有，而且取之不盡。其中中國(guó)、美國(guó)、印度、俄羅斯四個(gè)主要產(chǎn)氨國(guó)占了一半以上。液氨常用作制冷劑。世界上的氨除少量從焦?fàn)t氣中回收外，絕大部分是合成的氨。氨與空氣或氧的混合物在一定范圍內(nèi)能夠發(fā)生爆炸。氨水溶液呈堿性，易揮發(fā)。 transformation。關(guān)鍵字：合成氨；天然氣；轉(zhuǎn)化；變換；AbstractAmmonia is the most important one of basic chemical products, plays an important role in the national economy. Ammonia production after years of development, now has developed into a mature chemical production processes. The design is based on annual output of 300,000 tons of natural gas as raw material, the design of synthetic ammonia transformation process. In recent years, the largescale industrial development soon ammonia, low energy consumption, the clean production of synthetic ammonia equipment development are the main direction of technical improvement, is to develop better performance of catalyst, reducing ammonia synthesis pressure, the development of new materials gas purification methods, reduce fuel consumption, low heat recovery and reasonable utilization, etc. The design process used in brief are: pressed natural gas after desulfurization and conversion into a furnace, the methane and hydrocarbons into hydrogen, through the Secondary reformer further transformed into the highly variable furnace heat exchanger, the great catalyst part of the reaction of carbon monoxide and hydrogen and carbon dioxide vapor, then through the lowtemperature shift to reduce to an acceptable level of carbon monoxide to methanation process. The design review described some of the major domestic and international situation and the development of synthetic ammonia industry trends and technological process, parameter identification and selection, discusses the plant39。工藝計(jì)算部分主要包括轉(zhuǎn)化段和變換段的物料衡算、熱量衡算、平衡溫距及空速計(jì)算。本設(shè)計(jì)是以天然氣為原料年產(chǎn)三十萬(wàn)噸合成氨轉(zhuǎn)變工序的設(shè)計(jì)。合成氨生產(chǎn)經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，現(xiàn)已發(fā)展成為一種成熟的化工生產(chǎn)工藝。本設(shè)計(jì)綜述部分主要闡述了國(guó)內(nèi)外合成氨工業(yè)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)以及工藝流程、參數(shù)的確定和選擇，論述了建廠的選址；介紹了氨變換工序的各種流程并確定本設(shè)計(jì)高低變串聯(lián)的流程。另外，就是盡量減少設(shè)備投資費(fèi)用。 natural gas。氨的主要物理性質(zhì)有：極易溶于水，溶解時(shí)放出大量的熱。具有可燃性，自然點(diǎn)為630℃，一般較難點(diǎn)燃。合成氨指由氮和氫在高溫高壓和催化劑存在下直接合成的氨。硝酸、各種含氮的無(wú)機(jī)鹽及有機(jī)中間體、磺胺藥、聚氨酯、聚酰胺纖維和丁腈橡膠等都需直接以氨為原料生產(chǎn)。隨著世界人口的不斷增加，用于制造尿素、硝酸銨、磷酸銨、硫酸銨以及其它化工產(chǎn)品的氨用量也在增長(zhǎng)。氮來(lái)自空氣，氫來(lái)自水。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。因?yàn)樘烊粴獗阌诠艿肋\(yùn)輸，用作合成氨的原料具有投資省、能耗低等明顯優(yōu)點(diǎn)。但石腦油價(jià)格比天然氣高，而且又是石油化工的重要原料，用于制氨受到一定限制。由表可見(jiàn)，雖然各國(guó)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。但是，大型的單系列合成氨裝置要求能夠長(zhǎng)周期運(yùn)行，對(duì)機(jī)器和設(shè)備質(zhì)量要求很高，而且在超過(guò)一定規(guī)模以后，優(yōu)越性并不十分明顯了。整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程還需消耗較多的電力、蒸汽等二次能源，而用量又很大。(四) 生產(chǎn)自動(dòng)化合成氨生產(chǎn)特點(diǎn)之一是工序多、連續(xù)性強(qiáng)。自從20世紀(jì)70年代計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到合成氨生產(chǎn)以后，操作控制上產(chǎn)生了飛躍。操作人員對(duì)于人一控制點(diǎn)、控制單元、生產(chǎn)設(shè)備、車(chē)間以及全廠的運(yùn)作情況進(jìn)行隨機(jī)或定勢(shì)的觀察，只要通過(guò)鍵操作調(diào)出相應(yīng)的畫(huà)面，即可把所需內(nèi)容顯示在CRT上，以便監(jiān)視、控制和修改某些參數(shù)。因此，用“可編程序控制器”（PC）這一名稱(chēng)較為確切。中國(guó)合成氨生產(chǎn)是從20世紀(jì)30年代開(kāi)始的，但當(dāng)時(shí)僅在南京、大連兩地建有氨廠，一個(gè)是由著名愛(ài)國(guó)實(shí)業(yè)家范旭東先生創(chuàng)辦的南京永利化學(xué)工業(yè)公司铔廠—— 永利寧廠，現(xiàn)南京化學(xué)工業(yè)公司的前身；另一個(gè)是日本占領(lǐng)東北后在大連開(kāi)辦的滿洲化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社，最高年產(chǎn)量不超過(guò)50Kt（1941年）。中國(guó)合成氨工業(yè)的發(fā)展經(jīng)歷了以下幾個(gè)階段。第二、小型氨廠的發(fā)展從20世紀(jì)60年代開(kāi)始在全國(guó)各地建設(shè)了一大批小型氨廠，1979年最多時(shí)曾發(fā)展到1539座氨廠。中國(guó)是世界上人口最多的農(nóng)業(yè)大國(guó)，為了在2000年氮肥產(chǎn)量達(dá)到基本自給自足，最近十年先后陸續(xù)引進(jìn)14套具有20世紀(jì)90年代先進(jìn)水平的年產(chǎn)300kt合成氨成套設(shè)備，同時(shí)從20世紀(jì)70年代起，我國(guó)開(kāi)始了大型合成氨成套裝置的自行設(shè)計(jì)、自行制造工作，第一套年產(chǎn)30萬(wàn)噸的合成氨裝置于80年在上海建成投產(chǎn)。中國(guó)潛在的天然氣資源十分豐富，除新勘探的新疆塔里木盆地有大量的天然氣可以通過(guò)長(zhǎng)距離的管線東輸外，對(duì)海南鶯歌海域蘊(yùn)藏的天然氣已決定在新世紀(jì)初新建一套引進(jìn)的年產(chǎn)450kt合成氨裝置，這將是中國(guó)規(guī)模最大的一套合成氨裝置[1]。(2)凈化對(duì)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(guò)程、脫硫脫碳過(guò)程以及氣體精制過(guò)程。第一步是高溫變換，使大部分CO轉(zhuǎn)變?yōu)镃O2和H2；第二步是低溫變換，%左右?！　〈衷蠚饨?jīng)CO變換以后，變換氣中除H2外，還有COCO和CH4等組分，其中以CO2含量最多。根據(jù)吸收劑性能的不同，可分為兩大類(lèi)。為了防止對(duì)氨合成催化劑的毒害，規(guī)定CO和CO2總含量不得大于10cm3/m3(體積分?jǐn)?shù))。甲烷化法是在催化劑存在下使少量CO、CO2與H2反應(yīng)生成CH4和H2O的一種凈化工藝，要求入口原料氣中碳的氧化物含量(體積分?jǐn)?shù))%。氨合成反應(yīng)在較高壓力和催化劑存在的條件下進(jìn)行，由于反應(yīng)后氣體中氨含量不高，一般只有10%～20%，故采用未反應(yīng)氫氮?dú)庋h(huán)的流程。烷烴：CnH2n+n+nH2O→nCO+(2n+1)H2或 C0nH2n+n+2nH2O→nCO2+(3n+1)H2烯烴：CnH2n+nH2O→nCO+2nH2CnH2n+2nH2O→nCO2+3nH2接著一段轉(zhuǎn)化氣進(jìn)入二段轉(zhuǎn)化爐，在此加入空氣，由一部分H2燃燒放出熱量，催化劑床層溫度上升到1200～1250 ℃，并繼續(xù)進(jìn)行甲烷的轉(zhuǎn)化反應(yīng)。目前，各種方法制取的原料氣都含有CO，其體積分?jǐn)?shù)一般為12%～40%，合成氨需要的兩種組分是H2和N2，因此需要除去合成氣中的CO。本設(shè)計(jì)選擇天然氣作為原料，主要考慮到我國(guó)天然氣資源豐富及清潔節(jié)能等原因，詳如下述。近年來(lái)我國(guó)天然氣勘探取得了重大突破，陸上已在川渝、陜甘寧、新疆和青海形成四大氣區(qū)；海上氣田以渤海、南海西部地區(qū)和東海西湖凹陷作為重點(diǎn)勘探和增加產(chǎn)量的地區(qū)。近年來(lái)，國(guó)家對(duì)環(huán)境問(wèn)題越來(lái)越重視。天然氣作為化石能源中污染最少的能源，熱值相應(yīng)高于煤炭與石油。根據(jù)計(jì)算，若大型氨廠分別用石腦油、渣油、天然氣和煤為原料制氨，其價(jià)格分別按1800元/t、1400元/t、中壓蒸汽價(jià)格按78元/t計(jì)，對(duì)應(yīng)的合成氨成本分別為1721元/t、1557元/t、1493元/t和1021元／t。 工藝流程的選擇本設(shè)計(jì)主要是轉(zhuǎn)化和變換工序的工藝設(shè)計(jì)，所選流程為：脫 硫壓 縮壓 縮一段轉(zhuǎn)化二段轉(zhuǎn)化高溫變換低溫變換天然氣空氣水蒸氣變換氣去甲烷化天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化和變換工序是合成氨生產(chǎn)中的第一步，也是較為關(guān)鍵的一步，因?yàn)槟芊裾Ｉa(chǎn)出合格的變換氣，是后面的所有工序正常運(yùn)轉(zhuǎn)的前提條件。天然氣經(jīng)加氫脫硫，、溫度380℃（R=），進(jìn)入一段轉(zhuǎn)化爐的對(duì)流段加熱，氣體一邊加熱一邊反應(yīng)，出反應(yīng)管的溫度在822℃左右，最后沿集氣管中間的上升管上升，繼續(xù)吸收一些熱量，使溫度升到850℃左右，經(jīng)輸氣總管送往二段轉(zhuǎn)化爐。含CO的原料合成氣經(jīng)換熱器降溫， MPa、溫度371℃下進(jìn)入高變爐（因原料氣中水蒸氣含量較高，一般不需要加蒸汽）。經(jīng)低變處理后，％～％之間，再送入后續(xù)工段繼續(xù)凈化。（3）交通優(yōu)勢(shì) 四通八達(dá)的道路交通是基地的一大突出優(yōu)勢(shì)，銀川青島高速公路及307國(guó)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(guó)，即將開(kāi)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(chǎng)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。（7）政策優(yōu)勢(shì) 隨著西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略的深入推進(jìn)，國(guó)家實(shí)施重點(diǎn)支持西部大開(kāi)發(fā)的政策措施，以及自治區(qū)、銀川市全面改善投資環(huán)境的重大舉措，為基地建設(shè)提供了強(qiáng)有力的政策支持。A. 列元素平衡關(guān)系式（各未知數(shù)表示與一段轉(zhuǎn)化爐相同）得：C平衡 ++=nCO+nCO2 +化簡(jiǎn)為 =nCO+nCO2 + （1）H2平衡+2+（+）=nH2+2+（+′H2O）化簡(jiǎn)為 =nH2+ n′H2O （2）O2平衡++（+）+=nCO2+nCO+(+′H2O)化簡(jiǎn)為 =nCO+′H2O （3）進(jìn)出二段爐總物料守衡 V=nCO+nCO2+nH2+nN2+nAr+nCH4代值化簡(jiǎn)為