【正文】 毒物很敏感，易中毒，使用壽命短，因此對(duì)原料氣的精制純度要求嚴(yán)格。 4 (2)中壓法 操作壓力為 20～ 60MPa，溫度 450～ 550℃ ，其優(yōu)缺點(diǎn)介于高壓法與低壓法之間，目前此法技術(shù)比較成熟，經(jīng)濟(jì)性比較好。對(duì)于合成系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，液體氨即是它的產(chǎn)品。它的發(fā)展將對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展產(chǎn)生重大影響。其化肥用氨分別占氨產(chǎn)量 的 %和 %。將氨氧化可以制成硝酸，而硝酸又是生產(chǎn)炸藥、染料等產(chǎn)品的重要原料。 氨的用途 氨是基本化工產(chǎn)品之一，用途很廣。 (1) 大型化、集成化、自動(dòng)化 , 形成經(jīng)濟(jì)規(guī)模的生產(chǎn)中心、低能耗與環(huán)境更友好將 是未來(lái)合成氨裝置的主流發(fā)展方向。常溫常壓下， 氨在空氣 中的爆炸極限為 %到 28%，在氧氣中為 %到 82%。氨極溶于水，可制成含氨在 15%至 30%(質(zhì)量分?jǐn)?shù) )的商品氨水。energy balance accounting 1 引 言 合成氨的化學(xué)名稱(chēng)為氨，常溫常壓下，氨是一種具有特殊刺激性氣味的無(wú)色氣體，有強(qiáng)烈的毒性。 I 年產(chǎn) 20 萬(wàn)噸合成氨合成工段工藝設(shè)計(jì) 摘要： 合成氨是化學(xué)工業(yè)的基礎(chǔ)，也是我國(guó)化學(xué)工業(yè)發(fā)展的重要先驅(qū)，其中氨合成工段是合成氨工藝的中心環(huán)節(jié)。 附錄 B：設(shè)備圖 ..................................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。material balance accounting。液氨容易氣化，降低壓力可急劇蒸發(fā)，并吸收大量的熱。氨與空氣或氧按一定比例混 合后，遇火能爆炸。根據(jù)合成氨技術(shù)發(fā)展的情 況分析 , 未來(lái)合成氨的基本生產(chǎn)原理將不會(huì)出現(xiàn)原則性的改變 , 其技術(shù)發(fā)展將會(huì)繼續(xù)緊密?chē)@“降低生產(chǎn)成本、提高運(yùn)行周期 , 改善經(jīng)濟(jì)性”的基本目標(biāo) , 進(jìn)一步集中在“大型化、低能耗、結(jié)構(gòu)調(diào)整、清潔生產(chǎn)、長(zhǎng)周期運(yùn)行”等方面進(jìn)行技術(shù)的研究開(kāi)發(fā) [2,3,4]。有利于“提高裝置生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)率、延長(zhǎng)運(yùn)行周期”的技術(shù) ,包括工藝優(yōu)化技術(shù)、先進(jìn)控制技術(shù)等將越來(lái)越受到重視。 氨也是重要的工業(yè)原料，廣泛用于制藥、煉油、純堿、合成纖維、合成樹(shù)脂、含氮無(wú) 3 機(jī)鹽等工業(yè)部門(mén)。 20xx 年產(chǎn)量 已 達(dá) 。所以 ,合成氨工業(yè)是農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)。 氨的生產(chǎn)方法的選擇 氨的合成是合成氨生產(chǎn)的最后一道工序，其任務(wù)是將經(jīng)過(guò)精制的氫氮混合氣在催化 劑的作用下多快好省地合成為氨。目前工業(yè)上很少采用此法生產(chǎn)。由于操作壓力和溫度都比較低，故對(duì)設(shè)備要求低，容易管理，且催化劑的活性 較高，這是此法的優(yōu)點(diǎn)。 一般中小氮肥廠多為 32MPa , 大型廠壓力較低 ,為 10～ 20MPa。 (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(jī)。 (3)氨的分離 進(jìn)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(lái)。分離氨后剩余的氫氮?dú)?，除為降低情性氣體含量而少量放空以外，與新鮮原料氣混合后，重新返回合成塔，再進(jìn)行氨的合成，從而構(gòu)成了循環(huán)法生產(chǎn)流程。也可采用冷凝法將放空氣中的甲烷分離出來(lái)，得到氫、氮?dú)猓缓髮⒓淄檗D(zhuǎn)化為氫，回收利用，從而降低原料氣的消耗。按副產(chǎn)蒸汽鍋爐安裝位置的不同，可分為塔內(nèi)副產(chǎn)蒸汽合成塔 (內(nèi)置式 )和塔外副產(chǎn)蒸汽合成塔 (外置式 )兩類(lèi)。從一次出口出塔的氣體分為三部分：一部分經(jīng) V5 作為 1 冷激氣 ，另一部分（ 1/6）經(jīng) V4（ V4閥，防止塔內(nèi)件單向受壓） 與主線匯合進(jìn)入塔二次入口，其余可以經(jīng) V2 閥（ V5 和 V2至少有一個(gè)打開(kāi)）同經(jīng)過(guò) V1 的氣體在塔外換熱器前匯合，進(jìn)入塔外換熱器冷氣入口。 8 圖 氨合成工段工藝流程圖 9 第 三 章 工藝計(jì)算 根據(jù)前面的工藝流程進(jìn)行物料衡算和熱量衡算 原始條件 (1)年產(chǎn)量 200kt，年生產(chǎn)時(shí)間扣除檢修時(shí)間后按 300 天計(jì)，則產(chǎn)量為： (2)新鮮補(bǔ)充氣組成 表 新鮮補(bǔ)充氣組成 (摩爾分?jǐn)?shù) %) 組分 H2 N2 CH4 Ar 總計(jì) 含量 100 (3)合成塔入口中氨含量： NH3 入 =% (4)合成塔出口中氨含量： NH3 出 =% (5)合成塔入口惰性氣體含量： CH4 +Ar=15% (6)合成塔操作壓力： 32Mpa (7)精練氣溫度： 35℃ (8)水冷器出口氣體溫 度 35℃ (9)循環(huán)機(jī)進(jìn)出口壓差 (10)年工作日 300 d 計(jì)算基準(zhǔn) 生產(chǎn) 1t 氨 物料衡算 合成塔物料衡算 (1)合成塔入口氣組分： 入塔氨含量 :y6NH3=%。 出口液體組分含量： 出口液體氨含量： xNH3=LNH3/L=100%=% 出口液體甲烷含量： xCH4=LCH4/L=100%=% 出口液體氬含量： xAr=LAr/L=100%=% 出口液體氫氣含量： xH2=LH2/L=100%=% 出口液體氮?dú)夂浚? xN2=LN2/L=100%=% 表 液氨貯槽出口液氨組分 (摩爾分?jǐn)?shù) %) NH3 CH4 Ar H2 N2 總 計(jì) 100 出口弛放氣組分含量： 弛放氣氨含量： yNH3=(m0NH3LNH3)/V=()/100%=% 弛放氣甲烷含量： yCH4=(m0CH4LCH4)/V=()/100%=% 弛放氣氬含量： yAr=(m0 ArLAr)/V=()/100%=% 14 弛放氣氫氣含量： yH2=(m0H2LH2)/V=()/100%=% 弛放氣氮?dú)夂浚? yN2=(m0N2LN2)/V=()/100%=% 表 出口弛放氣組分含量 (摩爾分?jǐn)?shù) %) NH3 CH4 Ar H2 N2 總 計(jì) 100 液氨貯槽物料計(jì)算 以液氨貯槽出口一噸純液氨為基準(zhǔn)折標(biāo)立方米計(jì)算液氨貯槽出口液體量 L(19)=1000(17)= 其中 NH3 L(19NH3)=L(19)X(19NH3)=﹪ = m３ CH4 L(19CH4)=L(19)X(19CH4)=﹪ = m３ Ar L(19Ar)=L(19)X(19Ar)=﹪ = m３ H2 L(19H2)=L(19)X(19H2)=﹪ = m３ N2 L(19N2)=L(19)X(19N2)=﹪ = m３ 液氨貯槽出口弛放氣 (V/L)= V(20)=L(19)== m３ 其中 NH3 V(20NH3)=V(20)y(20NH3)=﹪ = m３ CH4 V(20CH4)=V(20)y(20CH4)=14,46﹪ = Ar V(20Ar)=V(20)y(20Ar)=﹪ = m３ H2 V(20H2)=V(20)y(20H2)=﹪ = N2 V(20N2)=V(20)y(20N2)=﹪ = m３ 液氨貯槽出口總物料 =L(19)+ V(20)=+= m３ 液氨貯槽進(jìn)口液體： 由物料平衡，入槽總物料 =出槽總物料， L(18)=L(19)+V(20)= m３ 入口液體各組分含量計(jì)算 :L(18i)= L(19i) + V(20i) 其中 NH3 L(18NH3)=+= CH4 L(18CH4)=+= Ar L(18Ar)=+ = m３ H2 L(18H2)= += m３ N2 L(18N2)=+ = 入口液體中組分含量核算 ,由 m180。(0i) 合成系統(tǒng)物料計(jì)算 將整個(gè)合成看著一個(gè)系統(tǒng)，進(jìn)入該系統(tǒng) 的物料有新鮮補(bǔ)充氣補(bǔ) V 補(bǔ) ， 離開(kāi)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 L 氨 。= 設(shè)合成塔二出溫度 310℃ ，假定氣體在塔內(nèi)先溫升到出口溫度后再進(jìn)行氨合 成反應(yīng)。 V 入 = 表 新鮮補(bǔ)充氣 各組分的含量 組分 N2 H2 CH4 Ar NH3 總計(jì) 摩爾分?jǐn)?shù) % 0 m3/T(NH3) 0 m3/h 0 kmol/h 2710 0 合成塔物料計(jì)算 入塔物料： V6= m3 NH3 V6NH3=﹪ = CH4 V6CH4=﹪ = Ar V6Ar=﹪ = H2 V6H2=﹪ = N2 V6N2=﹪ = 合成塔一出，二進(jìn)物 料，熱交換器，冷氣進(jìn)出物料等于合成塔入塔物料 即 V6=V7=V8= 出塔物料 V9= NH3 V9NH3=﹪ = m3 CH4 V9CH4=﹪ = m3 Ar V9Ar=﹪ = m3 H2 V9H2=﹪ = N2 V9N2=﹪ = 合成塔生成氨含量： ΔVNH3=V9NH3V6NH3= == 沸熱鍋爐進(jìn)出口物料，熱交換器進(jìn)出口物料等于合成塔出塔物料。(18Ar)= 100﹪ =﹪ 入口液體中氫氣含量 m180。 從而可計(jì)算出液體中各組分含量： 液體中氨含量： xNH3=LNH3/L=100=%% 液體中氬含量： xAr=LAr/L=I00%=% 液體中甲烷含量： xCH4=LCH4/L=100%=% 液體中氫含量 : xH2=LH2/L=100%=% 液體中氮含量： xN2=LH2/L=100%=% 表 氨分離器出口液體含量 (摩爾分?jǐn)?shù) %) NH3 CH4 Ar H2 N2 總 計(jì) 100 分離氣體組分含量： 氣體氨含量： yNH3=［ mNH3LNH3］ /V=()/=% 氣體甲烷含量： yCH4=［ mCH4LCH4］ /V=()/=% 氣體氬含量： yAr=［ mArLAr］ /V=()/=% 氣體氫含量： yH2=［ mH2LH2］ /V=()/=% 氣體氮含量： yN2=［ mN2LN2］ /V=()/=% 表 氨分離器出口氣體含量 (摩爾分?jǐn)?shù) %) NH3 CH4 Ar H2 N2 總 計(jì) 100 冷凝塔氣液平衡計(jì)算 查 t=10℃ ,p= 的平衡常數(shù)： 12 表 各組分的平衡常數(shù) KNH3 KCH4 KAr KH2 KN2 27 51 75 80 冷交換器出口液體組分含量： 出口液體氨含量： xNH3=yNH3/ KNH3= 出口液體甲烷含量： xCH4=yCH4/ KCH4= 出口液體氬含量 : xAr=yAr/ KAr= 出口液體氫含量 : xH2=yH2/ KH2= 出口液體氮含量 : xN2=yN2/ KN2=表 冷交換器出口液體組分含量 (摩爾分?jǐn)?shù) %) NH3 CH4 Ar H2 N2 總 計(jì) 100 液氨貯槽氣液平衡計(jì)算 由于氨分離器液體和冷交換器出口分離液體匯合后進(jìn)入液氨貯槽經(jīng)減壓后溶解在液氨中的氣體會(huì)解吸，即弛放氣 。 塔二出氣體從下側(cè)進(jìn)入中置鍋爐的 U 型管內(nèi)加熱鍋爐脫氧軟水，從塔外換熱器底部熱氣入口（ 210℃ ）進(jìn)入 熱交換器 內(nèi)被管間冷氣冷卻，從頂部熱氣出口（ 110℃ ）出來(lái)進(jìn)入高壓水冷 器 進(jìn)一步冷卻 至 常溫 ， 其中部分氣氨被冷凝，液氨在氨分離器中分出。此法的優(yōu)點(diǎn)是減少了塔內(nèi)換器的面積，從而減小了塔的體積，同時(shí)熱能回收完全。這種方法簡(jiǎn)單，但熱量回收不完全。 (5)惰性氣體的排除 氨合成循環(huán)系統(tǒng)的情性氣體通過(guò)以下三個(gè)途徑帶出： ?一小部分從系統(tǒng)中漏損； ?一小部分溶解在液氨中被帶走； ?大部分采用放空的辦法，即間斷或連續(xù)地從系統(tǒng)中排放。在水冷器和氨冷器之后設(shè)置氨分離器，把冷凝下來(lái)的液氨從氣相中分離出來(lái)，經(jīng)減壓后送至液氮貯槽。若采用離心式壓縮機(jī)或采用無(wú)油潤(rùn)滑的往復(fù)式壓縮機(jī)，氣體中不含油水，可以取消濾油設(shè)備，簡(jiǎn)化了流程。高壓過(guò)熱蒸汽的價(jià)值較高 , 當(dāng)然投資要多 , 根據(jù)整體流程統(tǒng)一考慮。 考慮氨合成工段的工藝和設(shè)備問(wèn)題時(shí)，必須遵循三個(gè)原則：一是有利于氨的合成和分離；二是有利于保護(hù)催化劑，盡量延長(zhǎng)使用壽命；三是有利于余熱回收降低能耗。但功耗決不但取決于壓力一項(xiàng)，還要看其它工藝指標(biāo)和流程的布置情況。這種方法的主要優(yōu)點(diǎn)是氨合成效率高，混合氣中的氨易被分離。今后應(yīng)利用國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)和消化吸收引進(jìn)的工藝技術(shù) ,自力更生 ,立足國(guó)內(nèi) ,走出一條具有中國(guó)特色的社會(huì)主義民族工業(yè)的發(fā)展道路。因而合成氨的持續(xù)健康發(fā)展還有相當(dāng)長(zhǎng)的路要走。 合成