【正文】 設(shè)置氨分離器，把冷凝下來的液氨從氣相中分離出來，經(jīng)減壓后送至液氮貯槽。(3)氨的分離 進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。若采用離心式壓縮機或采用無油潤滑的往復式壓縮機，氣體中不含油水，可以取消濾油設(shè)備，簡化了流程。(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。因此，合成氨生產(chǎn)必須滿足高溫、高壓、高純度要求。合成氨生產(chǎn)的特點，概括起來有如下幾方面[7]：(1)工藝流程長、設(shè)備管道多；(2)生產(chǎn)過程有高度的連續(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、易灼傷的情況下進行的。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)過精制的氫氮混合氣體，在合成塔內(nèi)直接合成為氨。 合成氨廢水合成氨生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水是COD的主要來源。液氨或氨水濺入眼內(nèi)，可造成眼睛嚴重損傷，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。中毒嚴重時，會引起肺部腫脹導致死亡。車間空氣中氨的最高容許濃度為30 毫克／米3。以烴類為原料的蒸汽轉(zhuǎn)化法制取原料氣，鎳催化劑對硫含量限制十分嚴格，(重量)以下。操作壓力300atm時，～％；150atm時，～％。當其它條件一定時，進塔氣體中氨含量越高，氨凈值越小，生產(chǎn)能力越低。但是，維持過低的惰氣含量又需大量排放循環(huán)氣導致原料氣消耗量增加。當氫氫比為3時，對于氨合成反應(yīng)，可得最大平衡氨含量，但從動力學角度分析，最適宜氫氨比隨氨含量的不同而變化。氫氣來源于水或含有烴類的各種燃料，它取決于用什么方法制取。實際工業(yè)生產(chǎn)上此法已不采用了。(3)低壓法操作壓力10MPa左右，溫度400～450℃。從動力消耗看，合成系統(tǒng)的功耗占全廠總功耗的比重最大。又因為是高溫高壓操作，對設(shè)備制造、材質(zhì)要求都較高，投資費用大。(1)高壓法操作壓力70～100MPa，溫度為550～650℃。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)濟發(fā)展,提高農(nóng)民生活水平,縮小城鄉(xiāng)差距起著重要用。我國七十至九十年代先后重復引進30 多套大化肥裝置,耗費巨額資金,在提高了化肥生產(chǎn)技術(shù)水平的同時,也受到國外的制約。農(nóng)業(yè)生產(chǎn),“有收無收在于水,收多收少在于肥”。即今后20 倍。市場需要據(jù)資料統(tǒng)計:1997 。此外，氨還是常用的冷凍劑。可見，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。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)展標志著氮肥工業(yè)的水平?！?8％，～82％。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。氨是一種無色具有強烈刺激性、催淚性和特殊臭氣的無色氣體，比空氣輕，熔點－℃；沸點－℃。 4. 進行車間布置設(shè)計，并繪制設(shè)備平立面布置圖。有利于“提高裝置生產(chǎn)運轉(zhuǎn)率、延長運行周期”的技術(shù),包括工藝優(yōu)化技術(shù)、先進控制技術(shù)等將越來越受到重視。(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)濟性、增強競爭力”的有效途徑。(1) 大型化、集成化、自動化, 形成經(jīng)濟規(guī)模的生產(chǎn)中心、低能耗與環(huán)境更友好將是未來合成氨裝置的主流發(fā)展方向。 同時也是能源消耗的大戶，世界上大約有10 %的能源用于生產(chǎn)合成氨。關(guān)鍵詞：氨合成； 生產(chǎn)工藝； 物料衡算； 能量衡算； 設(shè)備選型 PRODUCES 80,000 TONS OF AMMONIA SYNTHESIS PROCESS DESIGNDirector：XXX Associate Director：XXX（Dept. of Chemistry，HuangShan College, China, 245000）Abstract：Introduction of ammonia synthesis production process, highlighted by this process of material balance calculate, energy calculation confirming the main equipment selection.Key Words：Ammonia synthesis, Production process, Material calculation, Energy calculation, Selection of equipment1 總論氨是最為重要的基礎(chǔ)化工產(chǎn)品之一，其產(chǎn)量居各種化工產(chǎn)品的首位。根據(jù)合成氨技術(shù)發(fā)展的情況分析, 未來合成氨的基本生產(chǎn)原理將不會出現(xiàn)原則性的改變, 其技術(shù)發(fā)展將會繼續(xù)緊密圍繞“降低生產(chǎn)成本、提高運行周期, 改善經(jīng)濟性”的基本目標, 進一步集中在“大型化、低能耗、結(jié)構(gòu)調(diào)整、清潔生產(chǎn)、長周期運行”等方面進行技術(shù)的研究開發(fā)[1]。 開發(fā)低壓、高活性合成催化劑, 實現(xiàn)“等壓合成”。提高生產(chǎn)運轉(zhuǎn)的可靠性,延長運行周期是未來合成氨裝置“改善經(jīng)濟性、增強競爭力”的必要保證。 3. 繪制帶控制點的工藝流程圖（PID）。、用途及市場需要 (1) 氨的物化性能合成氨的化學名稱為氨，%。因此，用水噴淋處理跑氨事故，能收到較好的效果[2]。氨與空氣或氧按一定比例混合后，遇明火能引起爆炸?；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肥料，其生產(chǎn)規(guī)模、技術(shù)裝備水平、產(chǎn)品數(shù)量，都居于化肥工業(yè)之首，在國民經(jīng)濟中占有極其重要的地位。此外，液氨本身就是一種高效氮素肥料，可以直接施用，一些國家已大量使用液氨?，F(xiàn)代國防工業(yè)和尖端技術(shù)也都與氨合成工業(yè)有密切關(guān)系，如生產(chǎn)火箭的推進劑和氧化劑，同樣也離不開氨。所以合成氨工業(yè)在國民經(jīng)濟中占有十分重要的地位，氨及氨加工工業(yè)已成為現(xiàn)代化學工業(yè)的一個重要部門[4]。我國1996 ,2000 年將達36Mt,2020 年將增加至45Mt。合成氨工業(yè)在國民經(jīng)濟中舉足輕重。因此,我國現(xiàn)有眾多的化肥生產(chǎn)裝置應(yīng)成為改造擴建增產(chǎn)的基礎(chǔ)。當今走老廠改造擴建的道路,可使投資節(jié)省1/2—2/3。工業(yè)上合成氨的各種工藝流程一般以壓力的高低來分類[3]。但因為合成效率高，放出的熱量多，催化劑溫度高，易過熱而失去活性，所以催化劑的使用壽命較短。因為合成壓力的確定，不外乎從設(shè)備投資和壓縮功耗這兩方面來考慮。因此，本次設(shè)計選用32MPa壓力的合成氨流程。又因操作壓力低，氨的合成效率低，分離較困難，流程復雜。氮氣來源于空氣，可以在低溫下將空氣液化、分離而得，或者在制氫過程中直接加入空氣來解決。 主要原料規(guī)格 (1) 合成塔進口氣體組成合成塔進口氣體組成包括氫氮比、惰性氣體含量與初始氨含量。惰性氣體的存在，無論從化學平衡還是動力學上考慮均屬有弊。由于原料氣制備與凈化方法不同，新鮮氣中惰性氣體含量也各個相同，循環(huán)氣中所控制的惰性氣體含量也有差異。為過分降低冷凝溫度而過多地增加氨冷負荷在經(jīng)濟上也并不可取。硫化物是各種催化劑的毒物，硫化氫能腐蝕設(shè)備管道。 氨氣和液氨氨氣是一種具有強烈刺激臭味的無色氣體, 易被液化成藍色液體。如在氨氣濃度不大的環(huán)境中，停留時間不長，而且能及時離開環(huán)境，到空氣新鮮的地方去，上述的癥狀可漸漸消失。合成氨生產(chǎn)中合成工段經(jīng)常接觸的液體毒物有液氨、氨水等。對于成品氨罐放空的氣態(tài)NH3可引入冰機中進行加壓冷凝，不僅回收了NH3，同時也不會造成環(huán)境的污染[3]。要減少廢水和工藝冷凝液中的COD的排放，可改進生產(chǎn)工藝，使廢水排放減少，建設(shè)特生化處理裝置，進行廢水處理，使廢水中的COD含量達到國家控制標準[6]。未合成為氨的氫氮混合氣體繼續(xù)在合成系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)使用。但是，只要我們能充分認識這一客觀規(guī)律并掌握這一客觀規(guī)律就能做到安全生產(chǎn)，實現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)。由于采用壓縮機的型式、氨分冷凝級數(shù)、熱能回收形式以及各部分相對位置的差異，而形成不同的工業(yè)生產(chǎn)流程，但實現(xiàn)氨合成過程的基本工藝步驟是相同的。除油的方法是壓縮機每段出口處設(shè)置油分離器，并在氨合成系統(tǒng)設(shè)置濾油器。在開工或反應(yīng)不能自熱時，可利用塔內(nèi)電加熱爐或塔外加熱爐供給熱量。以水和氨冷卻氣體的過程是在水冷器和氨冷器中進行的。(4)氣體的循環(huán)氫氮混合氣經(jīng)過氨合成塔以后，只有一小部分合成為氨。循環(huán)機進出口壓差約為20～30大氣壓，它表示了整個合成循環(huán)系統(tǒng)阻力降的大小。放空氣中的氨可用水吸收法或冷凝法加以回收，其余的氣體一股可用作燃料。(6)反應(yīng)熱的回收利用氨的合成反應(yīng)是放熱反應(yīng)，必須回收利用這部分反應(yīng)熱。目前小型氨廠及部分中型氨廠采用此法回收利用反應(yīng)熱。目前一般采用外置式，該法熱量回收比較完全，同時得到了副產(chǎn)蒸汽，目前中型氮廠應(yīng)用較多。目前大型合成氨廠一般采用這種方法回收熱量。氨合成壓力高對合成反應(yīng)有利, 但能耗高。合成反應(yīng)熱回收是必需的, 是節(jié)能的主要方式之一。3 生產(chǎn)流程簡述氣體從冷交換器出口分二路、一路作為近路、一路進入合成塔一次入口，氣體沿內(nèi)件與外筒環(huán)隙向下冷卻塔壁后從一次出口出塔，出塔后與合成塔近路的冷氣體混合，進入氣氣換熱器冷氣入口，通過管間并與殼內(nèi)熱氣體換熱。在冷交換器管內(nèi)被管間的冷氣體換熱，冷卻后出冷交換器與壓縮送來經(jīng)過新鮮氣濾油器的新鮮氣氫氣、氮氣會合進入氨冷器，被液氨蒸發(fā)冷凝到5～10℃，被冷凝的氣體再次進入冷交，在冷交下部氣液分離，液氨送往氨庫氣體與熱氣體換熱后再次出塔，進入合成塔再次循環(huán)。兩種液體百分比估算值，即水冷后分離液氨占總量的白分數(shù)。(0i)=L(21i)/L(21): 入口液體中氨含量 m180。(0H2)= 100﹪=% 入口液體中氮氣含量 m180。 圖42 系統(tǒng)示意圖 由前計算數(shù)據(jù)如下表：表415 各組分的含量名稱NH3CH4ArH2N2氣量補充氣V補放空氣V放弛放氣液氨入塔氣V入出塔氣 V出 根據(jù)物料平衡和元素組分平衡求V補,V放,V入,V出： 循環(huán)回路中氫平衡： V補yH2補=V放yH2放＋V弛yH2弛+3/2V放yNH3放+3/2V弛yNH3弛+3/2LNH3 ┉┉┉┉┉┉① 循環(huán)回路中氮平衡: V補yN2補=V放yN2放＋V弛yN2弛+1/2V放yNH3放+1/2V弛yNH3弛+1/2LNH3 ┉┉┉┉┉┉② 循環(huán)回路中惰性氣體平衡: V補(yCH4放+yAr放)=V弛(yCH4放+yAr放)+V弛(yCH4弛+yAr弛) V補(+)=V放(+)+(+) V補=+ ┉┉┉┉┉┉③ 循環(huán)回路中惰性氣體平衡:V出yNH3V入yNH3入=V放y放+V弛y NH3弛+LNH3 = + ┉┉┉┉┉┉④ 循環(huán)回路中總物料體平衡: V入=V出 + V補 V放 V弛 LNH3= V出 + V補－= V出 + V補－V放 ┉┉┉┉┉┉⑤ 聯(lián)立①②③④⑤各式解得：V放= m３。 即V8=V9=V10= m3 進器物料：水冷器進氣物料等于熱交換器出口物料，即 V10入= m3 出器物料：在水冷器中部分氣氨被冷凝；由氨分離器氣液平衡計算得氣液比(V/L)=,有如下方程:V11出/L11出=(V/L)= ┉┉┉┉┉┉①V11出+L11出=L10入= ┉┉┉┉┉┉② 將 V11出=②得: L11出= m3 V11出= m3 出口氣體組分由V11i=V11出y11i得: 其中， NH3 V11NH3=%=CH4 V11CH4=% =Ar V11Ar= % =H2 V11H2=% =N2 V11N2=% = 出口液體各組分由L11i=V8iV11i 其中， NH3 L11NH3= =CH4 L11CH4= =Ar L11Ar= =H2 L11H2= =N2 L11N2= = 進器物料：氨分離器進器總物料等于水冷器出口氣液混合物總物料 即　V11=V11出+L11出= + = m3 出器物料：氣液混合物在器內(nèi)進行分離，分別得到氣體和液體出器氣體V12＝V11出＝ m3，出器液體L15＝L11出＝ m3 氨分離器出口氣體放空V13= m3 其中， NH3 V13NH3=% =CH4 V13CH4=% =Ar V13Ar= % =H2 V13H2=% =N2 V13N2=% = 進器物料：進器物料等于氨分離器出口氣體物料減去放空氣量V14=V12V13= = m3 其中， NH3 V14NH3= % = m3CH4 V14CH4= % = m3Ar V14Ar= %= m3H2 V14H2= % = m3N2 V14N2= % = m3 出器物料（熱氣）：設(shè)熱氣出口溫度17℃ 查 t=17℃,P= NH3=﹪，計算熱氣出口冷凝液氨時，忽略溶解在液氨中的氣體。所以Q1=Q4=（4） 氣體反應(yīng)熱QR設(shè)合成塔二出溫度370℃，假定氣體在塔內(nèi)先溫升到出口溫度后再進行氨合成反