【正文】 重油 2 16 5 合計(jì) 100 100 100 100 100 0 100 5 100 0 100 5 100 6. 其它 19 18 15 60 5. 0. 1. 3 22 65 39 53 37 8 20 53 65 5. 71 75 80 85 90 191919191919191919 石腦油 20 6 由表 11可知，合成氨的原料構(gòu)成是從以固體燃料為主轉(zhuǎn)移到以氣體燃料和液體原料為主。一些沒有天然氣資源的國(guó)家，如日本、英國(guó)在解決了石腦油蒸汽轉(zhuǎn)化過程的析碳問題后， 1962 年開發(fā)成功石腦油為原料生產(chǎn)合成氨的方法。從此比石腦油價(jià)廉、來源廣泛的重油和減壓渣油開始作為合成氨的另一種原料。首先應(yīng)考慮天然氣和油田氣，其次采用石腦油。大型化的優(yōu)點(diǎn)是投資費(fèi)用低，能量利用率高，占地少，勞動(dòng)生產(chǎn)率高?，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(shí)的安特衛(wèi)普建成投產(chǎn)。由于噸氨生產(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。自從出現(xiàn)單系列裝置的大型氨廠，除泵類有備用外，其它設(shè)備和機(jī)器都是一臺(tái)。 DCS是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、數(shù)據(jù)通訊技術(shù)和熒光顯示技術(shù)（ CRT）相結(jié)合的產(chǎn)物。與此同時(shí)，報(bào)警、連鎖系統(tǒng)，程序控制系統(tǒng)，采用了微機(jī)技術(shù)的可編程序邏輯控制器（ PLC）代替過去的繼電器，采用由用戶編寫的程序，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)或手動(dòng)的 “開 ”或 “停 ”和復(fù)雜程序不同的各種邏輯控制，計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、模擬控制等。若能用仿真技術(shù)進(jìn)行操作人員的 6 吉林化工學(xué)院化工綜合設(shè)計(jì) 模擬培訓(xùn)只需在一臺(tái)高性能的計(jì)算機(jī)上配合相應(yīng)的軟件以代替實(shí)際生產(chǎn)裝置的控制、運(yùn)作設(shè)備，這樣就可以在較短的時(shí)間內(nèi)學(xué)習(xí)開 停車、正常操作和事故狀態(tài)操作。 中華人民共和國(guó)成立以來，化工部 門貫徹為農(nóng)業(yè)服務(wù)的方針，把發(fā)展化肥生產(chǎn)放在首位。到 60 年代中期中氮已投產(chǎn)了 15 家。由于大型合成氨裝置的優(yōu)越性，1972年 2月中國(guó)作出了成套引進(jìn)化學(xué)肥料技術(shù)和設(shè)備的決定。從而掌握了世界上幾乎所有先進(jìn)的工藝和先進(jìn)技術(shù)如低能耗的凱洛格工藝、布朗工藝等，通過對(duì)引進(jìn)技術(shù)的消化吸收和改造創(chuàng)新，不但使合成氨的技術(shù)水平跟上了世界前進(jìn)的步伐，而且促進(jìn)了國(guó) ΔH=； 8 吉林化工學(xué)院化工綜合設(shè)計(jì) 由于 CO變換過程是強(qiáng)放熱過程，必須分段進(jìn)行以利于回收反應(yīng)熱，并控制變換段出口殘余 CO含量。工業(yè)脫硫方法種類很多，通常是采用物理或化學(xué)吸收的方法，常用的有低溫甲醇洗法 (Rectisol)、聚乙二醇二甲醚法 (Selexol)等。 一般采用溶液吸收法脫除 CO2。 ③ 氣體精制過程 經(jīng) CO變換和 CO2脫除后的原料氣中尚含有少量殘余的 CO 和 CO2。深冷分離法主要是液氮洗法，是在深度冷凍 (100℃ )條件下用液氮吸收分離少量 CO，而且也能脫除甲烷和大部分氬，這樣可以獲得只含有惰性氣體 100cm/ m以下的氫氮混合氣，深冷凈化法通常與空分以及低溫甲醇洗結(jié)合。氨的合成是提供液氨產(chǎn)品的工序，是整個(gè)合成氨生產(chǎn)過程的核心部分。在一段轉(zhuǎn)化爐里，大部分烴類與蒸汽于催化劑作用下轉(zhuǎn)化成 H CO和 CO2。在合成氨工藝流程中起著非常重要的作用。 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(chǔ)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。近年來，國(guó)家對(duì)環(huán)境問題越來越重視。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、 /m3和 260元 /t計(jì)，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。 11 吉林化工學(xué)院化工綜合設(shè)計(jì) 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： 天然氣 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，出口總硫量小于 后，在壓力 、溫度 380℃ 左右 的條件下配入中壓蒸汽達(dá)到水碳比為 （ 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，在壓力 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，氣體殘余 CO降到 ％～ ％之間，再送入后續(xù)工段繼續(xù)凈化。 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 1 21 ++nCO+1 212（ +） +=nCO2+(+′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 =nCO+nCO2+nH2++ （ 4） 設(shè)出口條件下 CO變換反應(yīng)達(dá)到平衡則在 1003℃ 下 （ 5） 設(shè)出口 （摩爾比）為 18 吉林化工學(xué)院化工綜合設(shè)計(jì) 即 nN2（ 6） （ 1 ） （ 4 ）得 V=++nH2 （ 7） 由（ 7 ）式得 nco+nH2= 則 nco =（ +） nH2 化簡(jiǎn)得 nco=+ nH2 （ 8） 將（ 7）（ 8）代入（ 1）式得 =+ nH2+ nCO2+（ ++ nH2） 化簡(jiǎn)得 nCO2=+ 將（ 7）代入（ 2）得 n′H2O= nH2+ 將（ 8）（ 9）（ 10）代入（ 3）得 y= nH2 將上式分別 代入（ 8）（ 9）（ 10）得 nco=+（ nH2） nH2 化簡(jiǎn)得 nco= nH2 nCO2= n′H2O= nH2+（ nH2） 化簡(jiǎn)得 n′H2O= nH2O=+ n′H2O =+（ nH2） nH2+ 化簡(jiǎn)得 nH2O= nH2 將（ 12）（ 13）（ 14）（ 15）代入（ 5）式得 化簡(jiǎn)得 H2+=0 解之得 nH2= kmol／ h nco= kmol／ h nCO2= kmol／ h nH2O= kmol／ h 19 （ 9） （ 10） （ 11） （ 12）（ 13） （ 14）（ 15） 吉林化工學(xué)院化工綜合設(shè)計(jì) y= 故二段爐入口空氣組成 如下表： 組 分 N2 O2 Ar 合計(jì) mol（干）％ 78 21 1 100 kmol/h kg/h 補(bǔ)加的水蒸氣量為 Q== kmol/h 二段爐出口總干氣為 V=++nH2= kmol/h 殘余甲烷含量為 nCH4=％ = kmol/h 轉(zhuǎn)化掉的水量 nH2O== kmol/h 二段轉(zhuǎn)化爐出口氣組成如下表： 組 分 CO CO2 H2 CH4 N2 Ar 干氣 H2O 合計(jì) B. 二段轉(zhuǎn)化爐平衡溫距的計(jì)算 20 mol（干）％ kmol/h 31． 2439 kg/h 499． 9 吉林化工學(xué)院化工綜合設(shè)計(jì) 二段爐出口處絕對(duì)壓強(qiáng) P=+= Mpa 則 kpCH4 = = = 查 [2]，對(duì)應(yīng)溫度 t=℃ 則平衡溫距 △t==℃ C. 二段轉(zhuǎn)化爐理論氫空速的計(jì)算 以 1atm、 60℉ （ ℃ ）為計(jì)算基準(zhǔn) 設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化爐內(nèi)觸媒裝填量 V′為 SVH2= 代值得 = h1 該流程設(shè)計(jì)參考值為 3500 h1 。 故 n實(shí) = = kmol／ kmol混合燃料 干空氣中各組分的量為 nO2== kmol／ kmol混合燃料 nN2== kmol／ kmol混合燃料 nAr== kmol／ kmol混合燃料 查 [3] 設(shè)計(jì)空氣入口溫度為 30℃ ，相對(duì)濕度為 70%。℃ = kJ／ kmol℃ YiCPi kcal／ ℃ 吉林化工學(xué)院化工綜合設(shè)計(jì) N2 O2 Ar CO2 合計(jì) 設(shè)