【正文】 5 CO 6 CO2 7 NH3 8 C2H6 9 C3H8 10 nC4H10 S% 60ppm含噻吩 11 O2 12 H2O 總計 1,1,1,1, TRGA yTyRyGyA ??????? ② 2H 平衡： 出入 ）（ ?? ? 22 H)( H 11,3,2,2,10,9,8,3, 24)13107A (4 GTTRAAAA GyTyyTyRyyyy ????????? ③返氫平衡： 2,2, )( DB yBABy ?? 第三章 工藝計算 23 ④工藝空氣用量： ???? CaAG ⑤工藝水蒸氣用量： ???? CaAC ⑥ C平衡： ? ?? 出入 ）（ C)( C 總碳數(shù)： ? ???? 10,9,8,3, 432 AAAA yyyyC ???????? 將相關(guān)數(shù)據(jù)代入上式，整理得： 39。回收的氣氨 (約含 ％的水 )和氨氣流混合后再到氨冷凝器 E50。第一氨分離器出來的循環(huán)氣被用來冷卻合成塔出口氣，然后返回至合成氣壓縮機(jī)循環(huán)段入口。第一合成塔入口氣中大約含有 ％ 的氨。循環(huán)氣在循環(huán)段前與新鮮氣混合進(jìn)入循環(huán)段。 從精餾塔底部出來的液體經(jīng)減壓閥減壓在經(jīng)過精餾塔頂冷凝器殼程。干燥分子篩的大小是以脫除二氧化碳和水份為基準(zhǔn)來設(shè)計的，其干燥周期為 24 小時。 在此期間，用開車加熱器補(bǔ)充熱量，維持甲烷化爐入口溫度在 290℃ 以上，這樣才足以保證甲烷 化反應(yīng)的開始。 再生塔塔頂氣經(jīng)水冷器 El7 冷卻至 40℃ ，在 Vll 中分離出冷凝液后送往尿素裝置，多余的冷凝液送往 TK100，然后再送往 T6 塔回收利用。用來驅(qū)動一臺碳酸鉀溶液循環(huán)泵，此后，溶液在再生塔 T2 頂部閃蒸，并在溶液再生塔填料段用蒸汽汽提再生。第二個換熱器El3 就是再生塔底的脫碳溶液再沸器。在此，一氧化碳與水蒸汽反應(yīng)生成二氧化碳和氫，大約有 66％ 的一氧化碳被轉(zhuǎn)化。 在傳統(tǒng)的二段轉(zhuǎn)化爐內(nèi)，工藝空氣加入量是按 新鮮合成氣中的氫氮比為 3： 1來控制的。原料氣和蒸氣的混合氣先用高溫變換爐出口氣換熱器 E10 預(yù)熱至 415℃ ；再在一段轉(zhuǎn)化爐對流段進(jìn)一步加熱至545℃ （實(shí)際 555℃ 左右），然后混合氣進(jìn)入一段轉(zhuǎn)化爐裝有催化劑的 88 根管道，在鎳催化劑存在的條件下，原料氣和蒸汽反應(yīng)生成氫和碳的氧化物。一部份天然氣以 的壓力從二段出口抽出，用作燃?xì)馔钙降娜剂?。所有壓縮機(jī)均為離心式壓縮機(jī)。通過對能量的利用率和操作的可靠性等因素的綜合考慮，本設(shè)計采用燃?xì)馔钙津?qū)動工藝空氣壓縮機(jī)，含氧約 15%的燃?xì)廨啓C(jī)尾氣供一段轉(zhuǎn)化爐燃用。 ⒊脫碳工段 ⑴吸收前進(jìn)氣溫度：較高溫度下吸收可以提高吸收反應(yīng)速率，而且可以增加溶液中溶質(zhì)溶解度，提高溶液吸收能力。對一定類型的催化劑和一定氣體而言，對應(yīng)的有最佳溫度或最適宜溫度。提高壓力，為達(dá)到預(yù)期得到甲烷殘余量，必須提高轉(zhuǎn)化溫度或水碳比。 銅氨溶液吸收法與甲烷化法都是利用化學(xué)反應(yīng)吧碳的氧化物脫除到 10cm3/m3 第二章 設(shè)計基礎(chǔ) 11 以下，凈化后的氫氮混合氣尚還有 %—1%的甲烷和氬。 因此本設(shè)計采用本菲爾工藝脫除二氧化碳。利用一氧化碳在不同溫度下分兩步進(jìn)行，第一步是高溫變換，高變催化劑的主要活性組分是鐵的氧化物；第二步是低溫變換，低變催化劑是銅鋅催化劑。㈡氧化鋅法 脫硫精度高，硫容量大，使用性能穩(wěn)定可靠，可脫除天然氣、石油餾分、油田氣、以及原料氣中的硫化氫和多種有機(jī)硫，有機(jī)硫一般在 350—450℃ 范圍類被脫除，但在此溫度下噻吩不易分解，所以，氧化鋅基本上不能用來脫除噻吩。 因此本設(shè)計采用甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化法。 ① 甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化法 反應(yīng)原理： CH4 + H2O → CO + 3H 2 CH4 + 2H2O → CO 2 + 4H2 CH4 + CO2 → 2CO + 2H 2 CH4 + 2CO2 → 3CO + H 2 + H2O CH4 + 3CO2 → 4CO + 2H 2O CO + H2O → CO 2 + H2 副反應(yīng)： 沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 8 CH4 → C ＋ 2H２ 2CO →C ＋ CO２ CO＋ H２ →C ＋ H２ O 主反應(yīng)是我們所希望的，而副反應(yīng)既消耗原料，析出的炭黑又沉積在催化劑表面，使催化劑失活。按照供熱方式的不同，制取粗原料氣有以下三種方法： ⑴外部供熱的蒸汽轉(zhuǎn)化法 此法廣泛用于天然氣、石腦油等輕質(zhì)烴類為原料的合成氨廠。 ⒊ 生產(chǎn)規(guī)模大型化：以前我國建設(shè)了一 批中型氮肥企業(yè)，合成氨單系列裝置生產(chǎn)能力達(dá)到 6—12 萬 t/a，隨著我國化學(xué)工業(yè)的迅速發(fā)展，合成氨產(chǎn)量增長較快，我國大型氨廠約有 30 家左右，且年產(chǎn) 30 萬噸。這些大型合成氨引進(jìn)裝置的建成投產(chǎn)，不僅較快地增加合成氨產(chǎn)量和提高生產(chǎn)技術(shù)水平，而且也縮小了與世界先進(jìn)水平的差距。于是設(shè)計與自制設(shè)備，陸續(xù)建成一批年產(chǎn) 50kt 的中型氨廠。當(dāng)時采用焦炭為原料， 1t 氨需要消耗能量 88GJ，與氰化法相比，已減少很多。 1911 年在化學(xué)家米塔希 （ A一次世界大戰(zhàn)期間，德國、美國炸藥工業(yè)需要的氨主要采用氰化法獲得。Berthollet)確定氨由氮和氫組成。 除液氨可以直接作為肥料外，農(nóng)業(yè)上使用的氮肥，例如尿素、硝酸銨、磷酸銨、硫酸銨、氯化銨、氨水以及各種含氮混肥和復(fù)肥，都是以氨為原料的。 4NH3 + 5O2 → 4NO + 6N 2O 2NH3 + CO2→ NH 4COONH2 NH4COONH2 → CO （ NH2） 2 + H2O 氨與無機(jī)酸反應(yīng) ： NH3 + HCl → NH 4Cl NH3 + HNO3 → NH 4NO3 2NH3 + H2SO4 → (NH 4)2SO4 NH3 + H3PO4 → (NH 4)H2PO4 2NH3 + H3PO4 → (NH 4)2HPO4 工業(yè)上利用這些反應(yīng)制取尿素、硝酸銨和磷酸銨的主要品種的氮肥。K 20℃下將氨氣加壓到 時 ，液化為無色的液體。第三部分：工藝計算。 沈陽化工大學(xué) 本科畢業(yè)論文 題 目： 年產(chǎn) 30 萬噸合成氨裝置布朗流程低壓部分工藝設(shè)計 院 系： 化學(xué)工程學(xué)院 專 業(yè)： 化學(xué)工程與工藝 論文提交日期： 2020 年 6 月 21 日 論文答辯日期： 2020 年 6 月 30 日 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 化學(xué)工程學(xué)院 化學(xué)工程與工藝 專業(yè) 畢業(yè)設(shè)計（論文）題目： 年產(chǎn) 30 萬噸合成氨裝置布朗流程低壓部分工藝設(shè)計 畢業(yè)設(shè)計（論文）內(nèi)容： 畢業(yè)設(shè)計（論文）專題部分： 低壓部分 指導(dǎo)教師 ： 簽 字 2020 年 3 月 5 日 教研室主任： 簽 字 2020 年 3 月 5 日 院 長： 簽 字 2020 年 3 月 8 日 畢業(yè)設(shè)計條件表 學(xué)生姓名： 設(shè)計題目：年產(chǎn) 30萬噸合成氨裝置布朗流程低壓部分工藝設(shè)計 專題部分：低壓部分 新鮮氣量： 33 /2820 tNHNm 有關(guān)氣體組成（ mol/mol） 組分 原料氣 mol% 新鮮氣 mol% 返氫氣 mol% 空氣 mol% 廢氣 mol% 2N 0． 80 2H 4CH Ar CO 2CO 3NH 62HC 83HC 104HCn? %S 60ppm 含噻吩 2O 總計 100 100 100 100 100 操作日： 300天 /年 大氣壓： 740mmHg 平均溫度： 25℃ 中文摘要 I 中文摘要 合成氨是重要的化工產(chǎn)品，被廣泛的應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、工業(yè)、國防、醫(yī)藥、冶金等方面，在國民經(jīng)濟(jì)中具有十分重要的意義。包括生產(chǎn)方案的確定、生產(chǎn)流程的確定、生產(chǎn)方法的確定、工藝參數(shù)的確定、能量回收及利用方案的確定。 ㈠ 物理性質(zhì) 表 111 氨的主要物理性質(zhì) 物理性質(zhì) 數(shù)值 物理性質(zhì) 數(shù)值 分子量 沸點(diǎn)（ ） ,℃ 含氮量， % 冰點(diǎn)， ℃ 摩爾體積（ 0℃ ，） ,L/mol 蒸發(fā)熱（ ℃ ），kJ/kg 氣體密度（ 0℃ ，） ,g/L 熔化熱（ ℃ ），kJ/kg 臨界壓縮系數(shù) 氣體高熱值， MJ/m3 臨界溫度， ℃ 液體高熱值， MJ/kg 臨界壓力， MPa 液體低熱值， MJ/kg 臨界比容， L/kg 標(biāo)準(zhǔn)焓 ⊿ H0， kJ/mol 臨界密度， g/cm3 自由能 ⊿ F0(氣體，25℃ ) 液體密度（ ℃ ，） ,g/cm3 標(biāo)準(zhǔn)熵 S0（氣體， 25℃ ，） ,J/mol ㈡ 化學(xué)性質(zhì) 氨在常溫時相當(dāng)穩(wěn)定，在高溫、電火花或紫外光的作用下可分解為氫氣和氮?dú)猓? 2NH3 → N 2 + 3H2 氨易與許多物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，例如：在催化劑作用 下能與氧反應(yīng)生成 NO，與 CO2 反應(yīng)生成氨基甲酸銨，然后脫水成尿素。 ㈢ 氨的用途 氨在國民經(jīng)濟(jì)中有著重要的意義，現(xiàn)在約有 85%的氨用來制造化學(xué)肥料，其余作為生產(chǎn)其他化工產(chǎn)品的原料。L從 制取碳化鈣開始到生成氨的系列反應(yīng)為： CaO + 3C → CaC 2 + CO CaC2 + N2 → CaCN 2 + C CaC2 + 3H2O → CaCO 3 + 2NH3 1905 年在德國建成世界第一座氰氨化鈣的工業(yè)裝置。Bosch） 協(xié)助下建成每小時 80g 合成氨實(shí)驗(yàn)室裝置。由于哈伯貢獻(xiàn)突出而獲 1918 年諾貝爾化學(xué)獎金，人們也稱這種直接合成氨的方法為哈伯 博施法。試制成功高壓往復(fù)式壓縮機(jī)、氨合成塔后，它標(biāo)志我國具有自力更生發(fā)展合成氨工業(yè)的條件。為了擴(kuò)大原料范圍， 1978 年又開始第二批引進(jìn) 4 套年產(chǎn) 300kt 合成氨裝置，其中以渣油為原料的 3套，以煤為原料的 1套。 ⒉ 低能耗生產(chǎn)工藝：采用低水碳比操作，從而有效的減少一段爐的傳熱負(fù)荷和爐管的壓降以節(jié)省燃料氣的消耗。 第二章 設(shè)計基礎(chǔ) 7 第二章 設(shè)計基礎(chǔ) 設(shè)計方案的確定 生產(chǎn)方案的確定 ⒈制取原料氣的方法 天然氣、油田氣、煉廠氣、焦?fàn)t氣、石腦油、重油、焦炭和煤，都是生產(chǎn)合成氨的原料。此法比較簡單，不需外部供熱，但需要提供氧氣或富氧空氣，重油和煤的連續(xù)氣化一般用此法。其他反應(yīng)： CH4 + H2O → CO + 3H 2 – KJ CO + H2O → CO 2 + H2 + KJ CH4 + CO2 → 2CO + 2H 2 – KJ 轉(zhuǎn)化溫度在 800—950℃ ，空速 300—350h1 （以甲烷計），從綜合能耗和物料消耗等經(jīng)濟(jì)角度考慮，天然氣轉(zhuǎn)化法優(yōu)于部分氧化法。㈠常溫氧化鋅脫硫法 在適當(dāng)條件下可將硫化氫脫至 1—2mg/m3 ，脫硫的最適宜溫度為30℃左右，但在高溫下采用氧化鐵脫有機(jī)硫，其脫硫的極限值最終受 Fe2O HH2S 三者化學(xué)平衡限制，并且溫度越高，凈化度越低。合成氨中的一氧化碳一般分兩次除去，大部分先通過一氧化碳變換反應(yīng) ： CO + H2O → CO 2 + H2 這樣既能把一氧化碳變?yōu)橐子诿摮亩趸?，同時也可制得與轉(zhuǎn)化了的一氧化碳相等摩爾量的氫氣，而所消耗的只是廉價的水蒸氣，因此一氧化碳變換即是原料氣的凈化過程，又是原料氣制造的繼續(xù)。另一類是化學(xué)吸收法，化學(xué)吸收 比較適用于脫除氣體中少量的酸性氣組分，最突出的方法是地?zé)峄虻湍芎牡谋痉茽柟に?，其特點(diǎn)在于再生過程中使溶液在較低的壓力下進(jìn)行閃蒸，而將閃蒸出來的蒸汽用蒸汽噴射泵或壓縮機(jī)壓縮，再送回再生塔作為再生熱源的一部分，這就節(jié)省了外供蒸汽，減少了再沸器的傳熱面積，總體上取得了顯著的節(jié)能效果。 所以本設(shè)計采用甲烷化法除去少量的一氧化碳和二氧化碳。 ⑵壓力：從烴類蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)的化學(xué)平衡考慮，宜在低壓下進(jìn)行。由于一氧化碳變換反應(yīng)為放熱反應(yīng)，隨著一氧化碳變換反應(yīng)的進(jìn)行，溫度不斷升高。 本設(shè)計高溫變換爐出口 一氧化碳含量為 %，低溫變換爐出口一氧化碳含量為%。 能量的回收利用 ，主要是原料天然氣和燃料天然氣兩個方面。 所有工藝設(shè)備均為單系列。原料氣經(jīng)三段壓縮，最終出口壓力 設(shè) 計 為 。原料氣流量通過水碳比來控制，其目的在于萬一蒸汽中斷時可保護(hù)轉(zhuǎn)化催化劑。二段轉(zhuǎn)化爐出口甲烷含量設(shè)計為 ％ (摩爾，干基 )，出口工藝氣的溫度設(shè)計為 870℃ 。 ⑷ 變換 冷