【正文】 =％ 出塔氬含量： y8Ar=(M5/M8)y5Ar=1000/％=％ 出塔氫含量： y8H2=3/4(1y8NH3y8CH4y8Ar)100％=3/4()100％=％ 出塔氮含量： y8N2=1/4()100％=％表43 出塔氣體組分含量（％）NH3CH4ArH2N2小計(jì)100 （3）合成率： 合成率=2MNH3/［M5(1y5NH3y5CH4y5Ar)］100％ =2［1000()］100％=％表45 已知氨分離器入口混合物組分m(i)NH3CH4ArH2N2小計(jì) 查t=35℃，P=：表46 各組分平衡常數(shù)KNH3KCH4KArKH2KN2 設(shè)（V/L）=，帶入L(i)=m(i)/［1+(V/L)K(i)］=L(i): LNH3=mNH3/［1+(V/L)KNH3］= LCH4= mCH4/［1+(V/L)KCH4］= Kmol LAr=mAr/［1+(V/L)KAr］= Kmol LH2=mH2/［1+(V/L)KH2］= LH2=mN2)/［1+(V/L)KN2］= Kmol L總= L(NH3)+ L(CH4)+ L(Ar)+ L(Ar)+ L(H2)+ L(N2)= Kmol 分離氣體量：V=1L== Kmol 計(jì)算氣液比：（V/L）＇= 誤差［（V/L）（V/L）＇］/（V/L）=（）/100％=％，結(jié)果合理。二、三、四層(觸媒)溫度，一路作為塔底副線調(diào)節(jié)一層溫度，另一路為二入主線氣體，通過(guò)下部換熱器管間與反應(yīng)后的熱氣體換熱、預(yù)熱后沿中心管進(jìn)入觸媒層頂端，經(jīng)過(guò)四層觸媒的反應(yīng)后進(jìn)入下部換熱器管內(nèi)，從二次出口出塔、出塔后進(jìn)入廢熱鍋爐進(jìn)口，在廢熱鍋爐中副產(chǎn)25MPa 蒸氣送去管網(wǎng)，從廢熱鍋爐出來(lái)后分成二股，一股進(jìn)入氣氣換熱器管內(nèi)與管間的冷氣體換熱，另一股氣體進(jìn)入鍋爐給水預(yù)熱器在管內(nèi)與管間的脫鹽，脫氧水換熱，換熱后與氣氣換熱器出口氣體會(huì)合，一起進(jìn)入水冷器。高壓過(guò)熱蒸汽的價(jià)值較高, 當(dāng)然投資要多, 根據(jù)整體流程統(tǒng)一考慮。 一般中小氮肥廠多為32MPa , 大型廠壓力較低,為10～20MPa?？紤]氨合成工段的工藝和設(shè)備問(wèn)題時(shí)，必須遵循三個(gè)原則：一是有利于氨的合成和分離；二是有利于保護(hù)催化劑，盡量延長(zhǎng)使用壽命；三是有利于余熱回收降低能耗。反應(yīng)后的高溫氣體首先通過(guò)塔內(nèi)側(cè)換熱器預(yù)熱反應(yīng)前的氫氮混合氣，然后再通過(guò)塔外的換熱器預(yù)熱高壓鍋爐給水。既在塔內(nèi)設(shè)置換熱器預(yù)熱反應(yīng)前的氫氮混合氣，又利用余熱副產(chǎn)蒸汽。在塔內(nèi)設(shè)置換熱器，用反應(yīng)后的高溫氣體預(yù)熱反應(yīng)前的氫氮混合氣，使其達(dá)到催化劑的活性溫度。有些工廠設(shè)置二循環(huán)合成系統(tǒng)，合成系統(tǒng)放空氣進(jìn)入二循環(huán)系統(tǒng)的合成塔，繼續(xù)進(jìn)行合成反應(yīng)，分離氨后部分情性氣體放空，其余部分在二循環(huán)系統(tǒng)繼續(xù)循環(huán)。在氨合成循環(huán)系統(tǒng)中，流程中各部位的惰性氣體含量是不同的，放空位置應(yīng)該選擇在惰性氣體含量最大而氨含量最小的地方，這樣放空的損失最小。由于氣體在設(shè)備、管道中流動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生了壓力損失。在氨冷凝過(guò)程，部分氫氮?dú)饧岸栊詺怏w溶解在液氨中。氨分離的方法有兩種，一是水吸收法；二是冷凝法，將合成后氣體降溫，使其中的氣氮冷凝成液氨，然后在氨分離器中，從不凝氣體中分離出來(lái)。(2)氣體的預(yù)熱和合成 壓縮后的氫氮混合氣需加熱到催化劑的起始活性溫度，才能送入催化劑層進(jìn)行氨合成反應(yīng)。當(dāng)使用往復(fù)式壓縮機(jī)時(shí)，在壓縮過(guò)程中氣體夾帶的潤(rùn)滑油和水蒸汽混合在一起，呈細(xì)霧狀懸浮在氣流中。在生產(chǎn)過(guò)程中有一系列化學(xué)反應(yīng)、傳熱、燃燒、分離等過(guò)程,溫度、壓力、濃度等因素都影響反應(yīng)的進(jìn)行,這些因素又受到設(shè)備質(zhì)量、水質(zhì)、煤質(zhì)、季節(jié)、氣候、操作水平、調(diào)度與管理的影響,這樣就形成了合成氨生產(chǎn)工藝過(guò)程、設(shè)備結(jié)構(gòu)、操作管理與生產(chǎn)技術(shù)的復(fù)雜性。在整個(gè)合成氨生產(chǎn)過(guò)程中，合成氨生產(chǎn)比較復(fù)雜，始終存在著高溫、高壓、易燃、易爆、易中毒等危險(xiǎn)因素，各種控制條件比較嚴(yán)格，稍有疏忽就可能發(fā)生事故。然后將所得的氣氨，從氫氮混合氣中經(jīng)冷卻冷凝成為液態(tài)氨分離出來(lái)。比如，隔油池中廢水就含有COD。接觸液氨和高濃度氣氨，可使皮膚引起類(lèi)似強(qiáng)堿的嚴(yán)重灼傷，出現(xiàn)紅斑、水泡，甚至因吸收水分，使皮膚脂肪皂化而壞死。氨氣刺激眼睛能引起角膜炎。它對(duì)人的眼睛和呼吸器官有較大的傷害作用。為防止CO和CO2對(duì)催化劑的毒害，規(guī)定CO和CO2總含量不得多余20ppm[5]。(2) 硫化物和碳氧化物含量無(wú)論那一種原料所得原料氣，都含有一定數(shù)量的硫化物。初始氨含量的高低取決于氨分離的方法。如果循環(huán)氣中惰性氣體含量一定，新鮮氣中惰性氣體含量增加，根據(jù)物料平衡關(guān)系，新鮮氣消耗隨之增大。如果略去氫及氨在液氨中溶解損失的少量差異，氨合成反應(yīng)氫與氮總是按3：1消耗，新鮮氣氫氮比應(yīng)控制為3，否則循環(huán)系統(tǒng)中多余的氫或氮就會(huì)積累起來(lái)，造成循環(huán)氣中氫氮比的失調(diào)。最簡(jiǎn)便的方法是將水電解，但此法由于電能消耗大、成本高而受到限制。 產(chǎn)品方案產(chǎn)品的名稱(chēng)：氨(NH3)；產(chǎn)品的質(zhì)量規(guī)格：液體純氨；產(chǎn)品的包裝方式：氨為高壓低溫液體，合成后直接送到下一工段作為原料繼續(xù)生產(chǎn)，多余部分設(shè)立氨儲(chǔ)槽儲(chǔ)存起來(lái)。由于操作壓力和溫度都比較低，故對(duì)設(shè)備要求低，容易管理，且催化劑的活性較高，這是此法的優(yōu)點(diǎn)。但功耗決不但取決于壓力一項(xiàng)，還要看其它工藝指標(biāo)和流程的布置情況。目前工業(yè)上很少采用此法生產(chǎn)。這種方法的主要優(yōu)點(diǎn)是氨合成效率高，混合氣中的氨易被分離。 氨的合成是合成氨生產(chǎn)的最后一道工序，其任務(wù)是將經(jīng)過(guò)精制的氫氮混合氣在催化劑的作用下多快好省地合成為氨。今后應(yīng)利用國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)和消化吸收引進(jìn)的工藝技術(shù),自力更生,立足國(guó)內(nèi),走出一條具有中國(guó)特色的社會(huì)主義民族工業(yè)的發(fā)展道路。所以,合成氨工業(yè)是農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)。因而合成氨的持續(xù)健康發(fā)展還有相當(dāng)長(zhǎng)的路要走。2000 。合成氨工業(yè)的迅速發(fā)展，也促進(jìn)和帶動(dòng)了許多科學(xué)技術(shù)部門(mén)的發(fā)展，如高壓技術(shù)、低溫技術(shù)、催化技術(shù)、特殊金屬材料、固體燃料氣化、烴類(lèi)燃料的合理利用等。氨也是重要的工業(yè)原料，廣泛用于制藥、煉油、純堿、合成纖維、合成樹(shù)脂、含氮無(wú)機(jī)鹽等工業(yè)部門(mén)。以氨為主要原料可以制造尿素、硝酸銨、碳酸氫銨、硫酸銨、氯化銨等氮素肥料。液氨或干燥的氣氨，對(duì)大部分物質(zhì)沒(méi)有腐蝕性，但在有水的條件下，對(duì)銅、銀、鋅等有腐蝕作用[3]。氨在高溫下(800℃以上)分解成氮和氫；氨具有易燃易爆和有毒的性質(zhì)。標(biāo)準(zhǔn)狀況下，；。 5. 進(jìn)行管路配置設(shè)計(jì)，并繪制管路布置圖。設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)是項(xiàng)目設(shè)計(jì)的目的和依據(jù)：放空氣（惰性氣Ar +CH4 ）：17% 原料：新鮮補(bǔ)充氣N2 24%，H2 %，Ar %，CH4 % 合成塔進(jìn)出口氨濃度：%，% 放空氣:（惰性氣Ar +CH4 ）～17% 合成塔操作壓力 32 MPa （絕壓） 精練氣溫度 40℃ 水冷器出口氣體溫度 35 ℃ 循環(huán)機(jī)進(jìn)出口壓差 年工作日 310 d計(jì)算基準(zhǔn) 生產(chǎn)1t氨：年產(chǎn)10萬(wàn)噸合成氨合成工段設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)具體內(nèi)容范圍及設(shè)計(jì)階段本次設(shè)計(jì)的內(nèi)容為合成氨合成工段的設(shè)計(jì)，具體包括以下幾個(gè)設(shè)計(jì)階段： 1. 進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，確定生產(chǎn)方法和生產(chǎn)工藝流程。實(shí)施與環(huán)境友好的清潔生產(chǎn)是未來(lái)合成氨裝置的必然和惟一的選擇。以Uhde公司的“雙壓法氨合成工藝”和Kellogg 公司的“基于釕基催化劑KAAP 工藝”,將會(huì)在氨合成工藝的大型化方面發(fā)揮重要的作用。氨主要用于農(nóng)業(yè),合成氨是氮肥工業(yè)的基礎(chǔ)，氨本身是重要的氮素肥料，其他氮素肥料也大多是先合成氨、再加工成尿素或各種銨鹽肥料，這部分約占70 %的比例，稱(chēng)之為“化肥氨”；同時(shí)氨也是重要的無(wú)機(jī)化學(xué)和有機(jī)化學(xué)工業(yè)基礎(chǔ)原料，用于生產(chǎn)銨、胺、染料、炸藥、制藥、合成纖維、合成樹(shù)脂的原料，這部分約占30 %的比例,稱(chēng)之為“工業(yè)氨”。 同時(shí)也是能源消耗的大戶(hù)，世界上大約有10 %的能源用于生產(chǎn)合成氨。(1) 大型化、集成化、自動(dòng)化, 形成經(jīng)濟(jì)規(guī)模的生產(chǎn)中心、低能耗與環(huán)境更友好將是未來(lái)合成氨裝置的主流發(fā)展方向。(2) 以“油改氣”和“油改煤”為核心的原料結(jié)構(gòu)調(diào)整和以“多聯(lián)產(chǎn)和再加工”為核心的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整,是合成氨裝置“改善經(jīng)濟(jì)性、增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力”的有效途徑。有利于“提高裝置生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)率、延長(zhǎng)運(yùn)行周期”的技術(shù),包括工藝優(yōu)化技術(shù)、先進(jìn)控制技術(shù)等將越來(lái)越受到重視。 4. 進(jìn)行車(chē)間布置設(shè)計(jì)，并繪制設(shè)備平立面布置圖。氨是一種無(wú)色具有強(qiáng)烈刺激性、催淚性和特殊臭氣的無(wú)色氣體，比空氣輕，熔點(diǎn)－℃；沸點(diǎn)－℃。氨與酸或酸酐可以直接作用，生成各種銨鹽；氨與二氧化碳作用可生成氨基甲銨，脫水成尿素；在鉑催化劑存在的條件下，氨與氧作用生成一氧化氮，一氧化氮繼續(xù)氧化并與水作用，便能得到硝酸。～28％，～82％。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?jiàn)，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。此外，氨還是常用的冷凍劑。市場(chǎng)需要據(jù)資料統(tǒng)計(jì):1997 。即今后20 倍。農(nóng)業(yè)生產(chǎn),“有收無(wú)收在于水,收多收少在于肥”。我國(guó)七十至九十年代先后重復(fù)引進(jìn)30 多套大化肥裝置,耗費(fèi)巨額資金,在提高了化肥生產(chǎn)技術(shù)水平的同時(shí),也受到國(guó)外的制約。節(jié)省的巨額資金,用作農(nóng)田水利建設(shè)和農(nóng)產(chǎn)品深加工,將在加速農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展,提高農(nóng)民生活水平,縮小城鄉(xiāng)差距起著重要用。(1)高壓法操作壓力70～100MPa，溫度為550～650℃。又因?yàn)槭歉邷馗邏翰僮鳎瑢?duì)設(shè)備制造、材質(zhì)要求都較高，投資費(fèi)用大。從動(dòng)力消耗看，合成系統(tǒng)的功耗占全廠總功耗的比重最大。(3)低壓法操作壓力10MPa左右，溫度400～450℃。實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)上此法已不采用了。氫氣來(lái)源于水或含有烴類(lèi)的各種燃料，它取決于用什么方法制取。當(dāng)氫氫比為3時(shí)，對(duì)于氨合成反應(yīng)，可得最大平衡氨含量，但從動(dòng)力學(xué)角度分析，最適宜氫氨比隨氨含量的不同而變化。但是，維持過(guò)低的惰氣含量又需大量排放循環(huán)氣導(dǎo)致原料氣消耗量增加。當(dāng)其它條件一定時(shí)，進(jìn)塔氣體中氨含量越高，氨凈值越小，生產(chǎn)能力越低。操作壓力300atm時(shí)，～％；150atm時(shí)，～％。以烴類(lèi)為原料的蒸汽轉(zhuǎn)化法制取原料氣，鎳催化劑對(duì)硫含量限制十分嚴(yán)格，(重量)以下。車(chē)間空氣中氨的最高容許濃度為30 毫克／米3。中毒嚴(yán)重時(shí)，會(huì)引起肺部腫脹導(dǎo)致死亡。液氨或氨水濺入眼內(nèi)，可造成眼睛嚴(yán)重?fù)p傷，出現(xiàn)眼瞼水腫，眼結(jié)膜迅速充血水腫，眼劇痛，角膜混濁，甚至因角膜潰瘍、穿孔而失明。 合成氨廢水合成氨生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢水是COD的主要來(lái)源。2 生產(chǎn)流程及生產(chǎn)方法的確定氨的合成工段，其主要任務(wù)是在適宜的溫度、壓力和有觸媒催化的條件下，將經(jīng)過(guò)精制的氫氮混合氣體，在合成塔內(nèi)直接合成為氨。合成氨生產(chǎn)的特點(diǎn)，概括起來(lái)有如下幾方面[7]：(1)工藝流程長(zhǎng)、設(shè)備管道多；(2)生產(chǎn)過(guò)程有高度的連續(xù)性；(3)各工序生產(chǎn)操作相互影響；(4)生產(chǎn)是在高溫、高壓、易燃、易爆、易中毒、易灼傷的情況下進(jìn)行的。因此，合成氨生產(chǎn)必須滿(mǎn)足高溫、高壓、高純度要求。(1)氣體的壓縮和除油 為了將新鮮原料氣和循環(huán)氣壓縮到氨合成所要求的操作壓力，就需要在流程中設(shè)置壓縮機(jī)。若采用離心式壓縮機(jī)或采用無(wú)油潤(rùn)滑的往復(fù)式壓縮機(jī)，氣體中不含油水，可以取消濾油設(shè)備，簡(jiǎn)化了流程。(3)氨的分離 進(jìn)入氨合成塔催化層的氫氮混合氣，只有少部分起反應(yīng)生成氨，合成塔出口氣體氨含量一般為10～20％，因此需要將氨分離出來(lái)。在水冷器和氨冷器之后設(shè)置氨分離器，把冷凝下來(lái)的液氨從氣相中分離出來(lái)，經(jīng)減壓后送至液氮貯槽。分離氨后剩余的氫氮?dú)猓秊榻档颓樾詺怏w含量而少量放空以外，與新鮮原料氣混合后，重新返回合成塔，再進(jìn)行氨的合成，從而構(gòu)成了循環(huán)法生產(chǎn)流程。(5)惰性氣體的排除氨合成循環(huán)系統(tǒng)的情性氣體通過(guò)以下三個(gè)途徑帶出：(1)一小部分從系統(tǒng)中漏損；(2)一小部分溶解在液氨中被帶走；(3)大部分采用放空的辦法，即間斷或連續(xù)地從系統(tǒng)中排放。也可采用冷凝法將放空氣中的甲烷分離出來(lái)，得到氫、氮?dú)猓缓髮⒓淄檗D(zhuǎn)化為氫，回收利用，從而降低原料氣的消耗。目前回收利用反應(yīng)熱的方法主要有以下幾種：(1) 預(yù)熱反應(yīng)前的氫氮混合氣。(2) 預(yù)熱反應(yīng)前的氫氮混合氣和副產(chǎn)蒸汽。 (3)預(yù)熱反應(yīng)前的氫氮混合氣和預(yù)熱高壓鍋爐給水。用副產(chǎn)蒸汽及預(yù)熱高壓鍋爐給水方式回收反應(yīng)熱時(shí)，～。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。除盡可能提高熱回收率,多產(chǎn)蒸汽外, 應(yīng)考慮提高回收熱的位能, 即提高回收蒸汽的壓力及過(guò)熱度。升溫后從冷氣出口出來(lái)分五路進(jìn)入合成塔、其中三路作為冷激線分別調(diào)節(jié)合成塔。水冷器熱交換器合成塔廢熱鍋爐放空換熱器循環(huán)機(jī)冷交換器氨分離器新鮮氣弛放液氨儲(chǔ)槽氨冷器 圖31 工藝流程圖4 工藝計(jì)算 原始條件（1）年產(chǎn)量80kt，年生產(chǎn)時(shí)間扣除檢修時(shí)間后按310天計(jì)，則產(chǎn)量為：（2）新鮮補(bǔ)充氣組成表41 新鮮補(bǔ)充氣組成組分H2N2CH4Ar 總計(jì)含量（%） 24100（3）合成塔入口中氨含量：NH3入=%（4）合成塔出口中氨含量：NH3出=%（5）合成塔入口惰性氣體含量：CH4 +Ar=17%（6）合成塔操作壓力：32Mpa（7）精練氣溫度：35℃ 物料衡算 合成塔物料衡算 （1）合成塔入口氣組分： 入塔氨含量: y5NH3=％。 G％=（1+y5NH3）(y8NH3yNH3)/(( y8NH3 y5NH3)(1 yNH3)) =[(1+）（）]/ [（）（）] =％ ％冷交，％。(0NH3)=100﹪=﹪