【正文】 小氮肥廠工藝設(shè)計手冊 187。 武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 29 第三章 熱量衡算 冷交換器熱量衡算 (1) 進(jìn)口熱氣溫度 冷交換器進(jìn)口熱氣溫度等于水冷器出口溫度，由前知 14 308TK? (2) 進(jìn)口冷氣溫度 為了保證合成塔入口氨含量在 3%，出氨冷器氣體的氨含量 ? 3%，設(shè)過飽和度為 10%，則在該冷凝溫度下的平衡氨含量為 3NHy= () 100%? =% 查 171。 武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 19 合成系統(tǒng)物料計算 將整個合成看作一個系統(tǒng)，進(jìn)入該系統(tǒng)的物料由新鮮補(bǔ)充氣 V補(bǔ) .離 開該系統(tǒng)的物料有放空氣 V放 ，液氨貯槽弛放氣 V弛 ，產(chǎn)品液氨3NHL由前計算數(shù)據(jù)列入下表。 表 各組分的平衡常數(shù) KNH3 KCH4 KAr KH2 KN2 由物料衡算 ( ) ( ) ( ) ( )m i i i iF Vy Lx m? ? ? (21) 又氣液平衡 ( ) ( ) ( )/i i iK y x? (22) 武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 13 ( ) ( ) ( )/ [1 ( / ) ]i i i iL x m V L K L? ? ?， ( ) ( ) ( )/[ ] ( / ) 1i i im Lx V L K?? (23) 設(shè) V/L=12，帶入式 23 中計算有 )10 9 1 7 ( ????NHL )( ????HL 42 106 2 )16 8 (1 7 2 ??????NL 44 )( ??????CHL 4107 0 )(0 6 3 ??????ArL kmol0 7 0 0 0 1 8 8 0 0 7 7 4 0 0 3 6 2 0 1 1 7 5 )(? ??????? iLL 分離氣體量 V=1L== kmol 計算液氣比 V/L= 誤差 =[()/12]=% 假設(shè)正確 。 表 入塔氣組分含量 (%) 表 入塔氣組分含量（％） NH3 CH4 Ar H2 N2 小計 3 100 合成塔出口氣體組成 以 1000kmol 入塔氣 2,5N 作為計算基準(zhǔn)求出塔氣組分 已知 氨凈值 %。 新鮮氣氨冷器液氨液位控制 在新鮮氣氨冷器液位調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，水位測量值與給定常數(shù)進(jìn)行 PID 運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果調(diào)節(jié)氨冷液位調(diào)節(jié)閥開度，從而維持氨冷液位恒定。 催化劑為α Fe，催化劑的永久性毒物 硫、磷、砷、氯的化合物 。 將壓縮送來的合格精練氣在適當(dāng)?shù)臏囟龋瑝毫陀|媒存在的條件下合成為氨，所得氣氨經(jīng)過冷卻水和液氨冷卻，冷凝為液氨 .并將液氨從氫氮氣中分離出來 .未合成的氫氮氣補(bǔ)充部分合格的新鮮氣體繼續(xù)在合成系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)合成。 工業(yè)生產(chǎn)合成氨方法 反應(yīng)方程式 2 2 313N + H N H22 ?????? N2來源于空氣（空氣分離、空氣將氧氣耗掉所剩 N2） H2由煤、渣油、輕油、天然氣與蒸汽反應(yīng)制得 造氣 造氣一般是以煤為原料，采用間歇式固定層常壓氣化法，在高溫和程控機(jī)油傳動控制下，交替與空氣和過熱蒸汽反應(yīng)，反應(yīng)方程式如下 吹風(fēng) C + 2O ? 2CO +Q 2CO +C? 2COQ 上，下吹 C+ 2HO(g) ? CO+ 2H Q A 吹風(fēng)階段 空氣→鼓風(fēng)機(jī)→造氣爐→旋風(fēng)除塵器→吹風(fēng)氣崗位 ↓ 過熱器→廢鍋→煙囪→放空 吹風(fēng)階段的主要作用是產(chǎn) 生熱量，提高燃料溫度 B，上吹 (加氮 )階段 過熱蒸汽 ? 造氣 ? 旋風(fēng)除塵器 ? 過熱器 ? 廢鍋 ? 洗氣塔 ? 氣柜空氣 ?武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 5 鼓風(fēng)機(jī) ? 造氣爐 上吹階段主要作用是置換爐底空氣，吸收熱量，制造半水煤氣，同時加入部分氮氣 . C，下吹階段 過熱蒸汽 ? 造氣爐 ? 廢鍋 ? 洗氣塔 ? 氣柜 下吹階段主要作用是制取半水煤氣，吸收熱量，使上吹后上移的氣化層下移 . D，二上吹階段 過熱蒸汽 ? 造氣 爐 ? 旋風(fēng)除塵器 ? 過熱器 ? 廢鍋 ? 洗氣塔 ? 氣柜 二上吹的主要作用是將爐底及進(jìn)風(fēng)管道中煤氣吹凈并回收，確保生產(chǎn)安全 . E，吹凈階段 空氣 ? 鼓風(fēng)機(jī) ? 造氣爐 ? 旋風(fēng)除塵器 ? 過熱器 ? 廢鍋 ? 洗氣塔 ? 氣柜 吹凈的主要作用是回收造氣爐上層空間的煤氣及補(bǔ)充適量的氮氣，以滿足合成氨生產(chǎn)對氮氫比的要求 . 變換 經(jīng)過壓縮有一定壓力的半水煤氣先經(jīng)過油水分離器，除去煤氣中的油物 .然后進(jìn)入飽和塔的下部與熱水進(jìn)行交換后升 至一定溫度，經(jīng)過汽水分離器分離煤氣中的水分 .去除水分的煤氣進(jìn)入預(yù)熱交換器，與中變爐出口的高溫煤氣進(jìn)行兩次熱交換，進(jìn)入中變爐，在觸媒的催化作用下，煤氣中的一氧化碳發(fā)生反應(yīng)，生成二氧化碳，中變爐的爐體內(nèi)有三層反應(yīng)區(qū)，在正常的工藝狀況下，第一層的反映溫度控制在 450℃左右，第二層反應(yīng)溫度控制在 400℃左右，第三層的反應(yīng)溫度控制在 380℃左右 .反應(yīng)后，出中變爐的變換氣進(jìn)入與入口水煤氣進(jìn)行熱交換的兩級熱交換器后，再進(jìn)入低變爐使變換氣中的一氧化碳進(jìn)一步變換，經(jīng)過兩次變換的水煤氣成為合格的變換氣之后，經(jīng)熱水塔冷卻塔之后送 入下一工段進(jìn)行后續(xù)處理。 天然氣制氨。 氨的用途及貯運(yùn) 氨主要用于制造氮肥和復(fù)合肥料，氨作為工業(yè)原料和氨化飼料，用量約占世界產(chǎn)量的 12％。到 20xx 年，合成氨行業(yè)節(jié)能目標(biāo)是：單位能耗由目前的 1 700kg 標(biāo)煤／ t 下降到 1 570kg 標(biāo)煤／ t；能源利用效率由目前的 42． 0％提高到 45． 5％；實現(xiàn)節(jié)能 (570585)武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 3 104t 標(biāo)煤，減少排放二氧化碳 (13771413) 104t。目前 ，全國有合成氨生產(chǎn)企業(yè) 570 多家，其中 20xx 年產(chǎn)量達(dá) 30 104t 以上的有30 家，超過 50 104 t 的已有 4 家。 開發(fā)低壓、高活性合成催化劑 , 實現(xiàn)“等壓合成”。 合成氨簡介 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 。 作者簽名： 指導(dǎo)教師簽名： 日期： 日期： 武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 IV 注 意 事 項 （論文）的內(nèi)容包括： 1）封面（按教務(wù)處制定的標(biāo)準(zhǔn)封面格式制作） 2）原創(chuàng)性聲明 3）中文 摘要（ 300 字左右）、關(guān)鍵詞 4）外文摘要、關(guān)鍵詞 5）目次頁（附件不統(tǒng)一編入） 6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結(jié)論 7）參考文獻(xiàn) 8）致謝 9）附錄（對論文支持必要時） ：理工類設(shè)計（論文）正文字?jǐn)?shù)不少于 1 萬字（不包括圖紙、程序清單等），文科類論文正文字?jǐn)?shù)不少于 萬字。水冷器、冷交換器、氨冷器的換熱面積分別為 200m 、 ，工藝流程合理，所選設(shè)備可行，設(shè)計能夠滿足要求。 關(guān)鍵詞 氨，合成，觸媒 武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 II Abstract This design was on the basis on 60kt/a NH3. Through the mass balance and energy Balance for ammonia synthesis Converter, ammonia separator , liquid ammonia tank and cool exchanger, the size and type of the equipments were determined in this design. The results showed that, the equipment of the 60kt/a NH3， for the process of synthetic ammonia with recovery heat boiler was put in between two heat exchangers in the botton of the synthetic ammonia equipment, the diameter of synthesis converter was 1200 mm , the areas of the heat exchanger for water coolers, cold exchanger , ammonia separator were 200 m2, , , respectively. The concentration of ammonia was % form the outlet of the tower. The process is feasible and the selected equipments is reasonable. The results meet the requirements of the design task well. Keywords Ammonia, Synthesis, Catalyst 武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 III 畢業(yè)論文（設(shè)計）原創(chuàng)性聲明 本人所呈交的畢業(yè)論文（設(shè)計） 是我在導(dǎo)師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。 ：任務(wù)書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）。 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。 (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)競爭力”的有效途徑。大型合成氨設(shè)備有 30 套，設(shè)計能力為 9． 28 10。 十多年來，合成氨裝置先后經(jīng)過油改煤、煤改油、油改氣和無煙煤改粉煤等多次反復(fù)的原料路線改造和節(jié)能改造。硝酸、各種含氮的無機(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。天然氣先經(jīng)脫硫，然后通過二次轉(zhuǎn)化，再分別經(jīng)過一氧化碳變換、二氧化碳脫除等工序，得到的氮氫混合氣，其中尚含有一氧化碳和二氧化碳約 ％～ ％（體積），經(jīng)甲烷化作用除去后，制得氫氮摩爾比為 3 的純凈氣，經(jīng)壓縮機(jī)壓縮而進(jìn)入氨合成回路，制得產(chǎn)品氨。 脫碳 含有一定濃度的變換氣進(jìn)入吸收塔內(nèi)。 合成氨反應(yīng)為可逆放熱反應(yīng)。催化劑武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 7 活性下降的主要原因 （ 1）長期處于高溫下使α Fe 微晶體再結(jié)晶長大合并，活性表面積減小，活性降低； （ 2）催化劑中毒。 流程簡述 來自冷凝塔的氣體在 305 MPa（絕壓）， 30℃下進(jìn)入合成塔上部，經(jīng)塔內(nèi)外筒外隙進(jìn)入下部熱交換器管外與反應(yīng)后出觸媒筐溫度為 475℃的管熱氣體換熱武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 8 后，經(jīng)集氣管進(jìn)入冷管的內(nèi)、外管間環(huán)隙進(jìn)入集氣盒，沿中心管上升，在 420℃下進(jìn)入觸媒筐。 合成塔出口氨含量 3,NH出 =3%+%=% 由下式計算合成塔內(nèi)生成的 3NH 3NH = 5N ( 38,NHy 35,NHy )/(1+ 38,NHy )=1000? ()/(1+) = kmol 出塔氣量 2,8N =入塔氣量 生成氣量 == kmol 出塔氨含量 38,NHy=% 武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 12 出塔甲烷含量 48,CHy=( 5N / 8N )?45,CHy=(1000/) ? %=% 出塔氬氣含量 8,Ary =( 5N / 8N )? 5,Ary =(1000/) ? %=% 出塔氫含量 28,Hy=(138,NHy48,CHy 8,Ary )? 100%=% 出口氮含量 28,Ny=1/4(138,NHy48,CHy 8,Ary )? 100%=% 結(jié)果匯總見表 。 分離液體組成 ( ) ( )( / ) 100%iix L L?? %%1 0 0)0 7 (3 ???NHx %%1 0 0)0 7 (2 ???Hx %%100)(2 ???Nx %%1 0 0)0 7 (4 ???CHx %%100)( ???Arx 結(jié)果匯總見表 。 表 各組分氣體含量 表 415 各組分的含量 名稱 NH3 CH4 Ar H2 N2 氣量 補(bǔ)充氣 V 補(bǔ) 放空氣 V 放 弛放氣 液氨 入塔氣