【正文】 行的平衡反應(yīng) CH4+2H2O CO2+4H2 CH4+2H2O CO +4H2 流程：天然氣經(jīng)脫硫后，總硫含量小于 ，根據(jù)水碳比配入 工藝蒸汽后進(jìn)入對(duì)流段加熱到 500~520℃，然后送到輻射段頂部，分配進(jìn)入各轉(zhuǎn)化管，氣體自上而下流經(jīng)催化劑。 流程：含 CO 的原料氣經(jīng)廢熱鍋爐降溫，進(jìn)入高變爐，因原料氣中水蒸汽含量較高，一般不需添加蒸汽。 變換氣經(jīng)吸收塔底部 的氣體分布管進(jìn)入吸收塔，在塔內(nèi)分別用 105℃的半貧液和71℃的貧液進(jìn)行洗滌。 甲烷化脫除微量的 CO及 CO2 甲烷化法是在催化劑存在下使 CO 和 CO2加氫生成甲烷的一種方法。 24=（ t/h） 已知新鮮氣量 G=2780 m3/ (1) 天然氣量： Nx=2780247。 以 100kmol 入爐天然氣為基準(zhǔn)計(jì)算： 設(shè) Nco、 Nco NH2分別代表轉(zhuǎn)化爐出口氣中 CO、 CO和 H2 的 kmol 數(shù)， NH2O為反應(yīng)了的蒸汽 kmol 數(shù)， V為干轉(zhuǎn)化氣的 kmol 數(shù)） 碳平衡（以 kmol 計(jì)） 總碳指數(shù)： ∑ C=+（ 2+ 3+ 4） 247。 100 = m3/h （ 4）加入的水蒸汽量： 原料天然氣的總碳： 28 1 +2 +3 +4 （ +） = 蒸汽用量： 18247。 根據(jù)計(jì)算，只需原料氣中含有碳氧化物 ~%，甲烷化反應(yīng)放出的熱量就可足夠?qū)⑦M(jìn)口氣體預(yù)熱到所需要的溫度。在再生塔頂部，溶液閃蒸出部分水蒸汽和 CO2，經(jīng)過三層洗滌板，冷凝液引出塔外，經(jīng)低變出口氣預(yù)熱后，經(jīng)過四個(gè)噴射泵和一臺(tái)四級(jí)閃蒸槽，閃蒸出的氣體又引回再生塔，在塔內(nèi)回收熱量并放出殘余的 CO2。低變氣分為兩路，一路經(jīng)低變出口鍋爐給水預(yù)熱器預(yù)熱鍋爐給水，另一路經(jīng)過串聯(lián)的兩個(gè)換熱器，兩路工藝氣經(jīng)降溫匯合后，進(jìn)入CO2吸收塔。從第二廢鍋出來的氣體送往變換工序。 原料氣的脫硫 22 原料氣中含有硫化物，主要以 H2S、硫醇、硫醚、噻吩形式存在，這些硫化物可用下述方法除去：即在過量 H2存在條件下，催化轉(zhuǎn)化成 H2S，然后，再用熱的 ZnO 催化劑床層吸附以進(jìn)一步脫除干凈。e）公司 與凱洛格相似，托普索的節(jié)能也多半是基于現(xiàn)有的氨生產(chǎn)并逐步進(jìn)行優(yōu)化，而很少引用全新的技術(shù)。這樣設(shè)置有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：一是節(jié)約燃料，可省 1/3。又增設(shè)一低壓冷凝液鍋爐和鍋爐給水換熱器，進(jìn)一步回收低變氣的余熱。 本設(shè)計(jì)取甲烷化入口溫度為 316℃。而在正常生產(chǎn)時(shí)，溶液中的 釩主要用于維持和“修補(bǔ)”已生成的鈍化膜，溶液中總釩含量可保持在 %左右，其中五價(jià)釩的含量為總釩含量的 10%以上即可。但溶液 K2CO3的濃度越高，高溫下對(duì)設(shè)備的腐蝕性也越大，更為主要的是溶液中 K2CO3 的結(jié)晶點(diǎn)隨溶液濃度的增加而提高。 在再生過程中，提高溶液的溫度可以加快 KHCO3 的分解速度，這對(duì)再生是有利的。同時(shí)合理地確定殘余 CO 含量，可以降低變換過程的水蒸汽消耗。轉(zhuǎn)化壓力提高后，可提高轉(zhuǎn)化、變換的反應(yīng)速度，減少催化劑用量。轉(zhuǎn)化壓力從上世紀(jì) 50年代初開始提高，逐漸提高到 35~40atm下操作，其原因是： 可以節(jié)省動(dòng)力消耗。 轉(zhuǎn)化爐出口氣甲烷含量 烴類作為制氨原料，要求盡可能轉(zhuǎn)化完全。 水碳比 所謂水碳比 S/C，是指進(jìn)口氣體中水蒸汽占含烴原料中碳分子數(shù)之比?，F(xiàn)在，此法主要用在焦?fàn)t氣分離以及重油部分氧化、煤富氧氣化的制氨流程中。這個(gè)問題的解決，最初是引用氣體分析中以 銅鹽氨溶液測(cè)定 CO 的方法。而蒸汽轉(zhuǎn)化法流程中余熱較多，需脫除的 CO2量又較少，所以采用熱鉀堿溶液的熱法脫碳是適宜的。其中，環(huán)丁砜對(duì) CO2是一個(gè)良好的物理吸收劑，而烷基醇胺則很容易與 CO2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。吸收 CO2后的溶液再生較為簡(jiǎn)單，一般單靠減壓解析即可。此外，CO2是制造尿素、純堿、碳酸氫銨等產(chǎn)品的原料，而且還可以加工成干冰作于其它用途。天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化法制氨過程中，由于原料 氣中 CO 含量較低，高變催化劑只需布置一段。六十年代以來，由于脫硫技術(shù)的發(fā)展，氣體中總硫含量可降低到1ppm 以下，有可能在更低溫度下使用活性高而抗毒性差的 CuO 催化劑 ，操作溫度200~280℃，殘余 CO 可降至 %左右。對(duì)于吸熱的蒸汽烴類轉(zhuǎn)化反應(yīng)，要在高溫下進(jìn)行，除了采取蓄熱式的間歇催化法以外，大型合成氨廠都采用外熱式的連續(xù)催化轉(zhuǎn)化法。一般包括以下幾個(gè)反應(yīng)： 主反應(yīng)： CH4+2H2O CO2+4H2 (1) CH4+2H2O CO +4H2 (2) CH4+CO2 2CO+2H2 (3) CH4+2CO2 3CO + H2+H2O (4) CH4+3CO2 4CO+2H2O (5) CO+H2O CO2+ H2 (6) 副反應(yīng) ： CH4 C+2H2 (7) 2CO C+CO2 (8) CO+H2 C+H2O (9) 這里共有 CH H2O、 H CO 及 C 六種物質(zhì)由 C、 H、 O 三種元素構(gòu)成 ， 故獨(dú)立反應(yīng)數(shù)為 63=3， 因此用 (1)、 (6)、 (7)三個(gè)方程式就可表示這一系列反應(yīng)。因此，生產(chǎn)煤氣 的操作是間歇的。 造氣 合成氨 所用原料不同，但他們都可以在高溫下與水蒸汽作用生成以 H2 和 CO 為主體的合成氣。因反應(yīng)機(jī)理不同分為吸附法、氧化法、催化法三種。因所處地區(qū)不同，硫化物的含量在原料中所占比例不同。但是，大型氨廠也具有它的弱點(diǎn)：作為一個(gè)單系列裝置而言，只要生產(chǎn)過程中任何一個(gè)環(huán)節(jié)發(fā)生故障，都會(huì)影響整系列裝置，甚至?xí)斐扇盗械耐＼?；由于作為?dòng)力的蒸汽主要依靠回收工藝余熱，如果在裝置低負(fù)荷狀態(tài)下，勢(shì)必導(dǎo)致蒸汽的不平衡而無法生產(chǎn)；由于未能預(yù)見的原因而臨時(shí)停車，對(duì)大型化的合成氨廠造成 的經(jīng)濟(jì)損失也是巨大的。以天然氣為原料的合成氨裝置，每噸氨僅電耗就 需 1000 度，以煤、重油為原料的電耗更大。 目前，我國(guó)化肥行業(yè)繼續(xù)推廣一系列行之有效的節(jié)能方法，大氮肥長(zhǎng)周期穩(wěn)定生產(chǎn)已 在大部分企業(yè)得到全面推廣，使生產(chǎn)合成氨的煤、油、焦、氣和電的消耗降低。這些改進(jìn)使 LCA 工藝可在簡(jiǎn)單和溫和的條件下操作。目前的合成氨技術(shù)與過去相比較，從各種原料生產(chǎn) 8 合成氨的總流程并沒有新的變化。為了能在國(guó)民經(jīng)濟(jì)穩(wěn)步發(fā)展的基礎(chǔ)上逐步改善人民的生活水平，就必須大力發(fā)展合成氨工業(yè)。將氨氧化可以制硝酸，而硝酸又是生產(chǎn)炸藥、燃料等產(chǎn)品的重要原料。 工業(yè)上氨主要是和酸進(jìn)行中和反應(yīng)，生成鹽類。雖然 NH3空氣的 混合氣不易燃燒，但很容易引起爆炸。合成氨是固定氮的主要方法。 設(shè)計(jì)說明書分兩部分。 3 目 錄 第一章 .綜述 .................................................................................................................. 6 氨的性質(zhì)、用途及其在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位 ................................................. 6 合成氨工業(yè)的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì) .................................................................. 7 現(xiàn)代大型氨廠的生產(chǎn)特點(diǎn) .............................................................................. 9 設(shè)計(jì)方案的論證 .............................................................................................. 9 原料的選擇 .......................................................................................... 10 原料的脫硫 .......................................................................................... 10 造氣 .......................................................................................................11 一氧化碳變換 ...................................................................................... 13 CO2的脫除 .......................................................................................... 14 微量 CO、 CO2的脫除 ........................................................................ 15 本設(shè)計(jì)主要工藝參數(shù)的確定與論證 ............................................................ 16 水碳比 .................................................................................................. 16 轉(zhuǎn)化爐出口氣甲烷含量 ...................................................................... 16 轉(zhuǎn) 化壓力 .............................................................................................. 17 高低變換出口氣中的 CO 含量 .......................................................... 17 脫碳后 CO2 殘余含量 ........................................................................ 17 吸收、再生的溫度、再生塔的水汽比 及溶液組成 .......................... 18 甲烷化爐入口溫度 .............................................................................. 19 生產(chǎn)工藝流程的評(píng)述與選擇 ........................................................................ 19 凱洛格公司 ............................................................................ 20 布朗公司 .............................................................................................. 20 帝國(guó)化學(xué)公司（ ICI） ......................................................................... 21 托普索（ Hald Tops216。 氨有毒而且易爆。氨在高溫下燃燒生成一氧化氮和水，一氧化氮再氧化并溶解于水制成硝酸。此外，液氨本身就是一種高效氮素肥料，可以直接施用。氨和氨加工工業(yè)已成為現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的一個(gè)重要的組成部分。 解放前，全國(guó)合成氨工業(yè)與其它工業(yè)一樣，是十分落后的。 LCA 工藝的主要特點(diǎn)是簡(jiǎn)化了工藝流程 ，改進(jìn)了催化劑的化學(xué)反應(yīng)工程。 一段爐的改造體現(xiàn)在轉(zhuǎn)化管的使用上，原有的 HK40 厚壁管改用高強(qiáng)度的 HNb薄壁管，這使轉(zhuǎn)化管在相同外徑時(shí)，催化劑容積增加，在 100~110%負(fù)荷下，轉(zhuǎn)化管壁溫下降 45~50℃，轉(zhuǎn)化管的阻力降降低。一般以日產(chǎn) 1000~1500 噸氨為主。另一方面，為了經(jīng)濟(jì)起見，不再像過去那樣分成幾個(gè)獨(dú)立的車間，而是把工廠設(shè)計(jì)為露天操作，將全流程控制點(diǎn) 的二次儀表集中到中控室，整個(gè)過程采用自動(dòng)化控制，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了人員。 本設(shè)計(jì)選用天然氣為原料。按脫硫劑的物理形態(tài)分為干法和濕法，而干法和濕法又分很多種：