【正文】 圖11~圖13所示圖11 以固體燃料為原料合成氨的生產(chǎn)示意框圖圖12 以天然氣為原料合成氨的生產(chǎn)示意框圖圖13 以油為原料合成氨的生產(chǎn)示意框圖 合成氨生產(chǎn)工藝的特點 (1)能量消耗高。合產(chǎn)氨工業(yè)具有高度連續(xù)化大生產(chǎn)的特點，它要求原料供應(yīng)充足連續(xù)，有比較高的自動控制水平和科學(xué)管理水平，確保長周期運行，以獲得較高的市場效率和經(jīng)濟效益。 凈化——即對原料氣進(jìn)行凈化處理，脫除氮、氫氣以外的有害雜質(zhì)。表21 工業(yè)煤氣組成煤氣名稱氣體組成，體積%H2COCO2N2CH4。由固體煤組成的燃料層劃分為干燥層、于餾層、氣化層和灰渣層。4．灰渣層 固體殘渣在煤氣發(fā)生爐的底部形成灰渣層，它一方面預(yù)熱和均勻分布?xì)饣瘎硪环矫嫫鸬綄t算的保護(hù)作用，以避免爐算過熱發(fā)生過大的變形。 煤中所含揮發(fā)分的多少與煤的碳化程度有關(guān)。含硫化合物腐蝕金屬，并且導(dǎo)致催化劑中毒。煤氣護(hù)制取半水煤氣的工藝流程如圖2—3所示。 制氣階段給蒸汽加入空氣的目的主要是為了得到氮氣，制取(H2十CO)／N2＝~，因此把由鼓風(fēng)機送來的空氣稱之為加氮空氣。 由于在下吹制氣操作完成后，燃料溫度下降幅度很大，需要進(jìn)行吹風(fēng)操作加以提高爐溫。爐溫高時，有利于生成一氧化碳和氫氣，反應(yīng)速率增快，能生產(chǎn)質(zhì)量高的半水煤氣和具有較高的產(chǎn)氣量。~7t/h。 以煤為原料，間歇法氣化過程生成半水煤氣的組成，按體積百分比計應(yīng)為：％，％，％，％，％，O230％／Nm3 一氧化碳是氨合成的有毒氣體。當(dāng)然隨著溫度升高反應(yīng)速率不斷增加，但當(dāng)速率達(dá)到最大值后就隨溫度的升高而降低。壓力壓力對變換反應(yīng)平衡幾乎沒有影響，但提高壓力將發(fā)生析碳等副反應(yīng)，所以單就變換的反應(yīng)平衡來看加壓沒有好處。不過由于在變換氣中氫氣含量比較大，所以把氫氣提出的方案不經(jīng)濟。 以煤為原料，采用間歇制氣的制氣工藝，所制得的半水煤氣的典型組成如表24所示。吸收了COH2S的甲醇先通過減壓，解吸出部分CO2，再通過減壓、氣提解吸出部分CO2，最后通過加熱使甲醇中H2S和殘余的CO2得以全部析出，甲醇得以再生，二次氣提解吸的CO2純度較低，一般作為尾氣放空，熱再生產(chǎn)生的H2S氣體送出界區(qū)進(jìn)行處理。在正常操作工況下脫硫凈化后的氣體中總硫含量5106,脫碳凈化后的氣體中CO2體積分?jǐn)?shù)僅為0. 05% ~0. 2%,總硫含量可小于0. 1106。②該反應(yīng)是放熱反應(yīng)：在生成氨的同時放出熱量反應(yīng)熱與溫度、壓力有關(guān)。因而鐵系催化劑獲得了廣泛應(yīng)用。催化劑還原反應(yīng)為：FeO?Fe2O3+4H2=3Fe+4H2O ΔH＝(kJ加入Cao的作用：為了降低熔融物的熔點和粘度，并使A12O3易于分散在FeO?Fe2O3中，還可提高催化劑的熱穩(wěn)定性。決定生產(chǎn)條件員主要的因素是操作壓力、溫度、空間速度、氣體組成和催化劑等。溫度 氨合成反應(yīng)必須在催化劑的存在下才能進(jìn)行，而催化劑必須在一定的溫度范圍內(nèi)才具有催化活性，所以氨合成反應(yīng)溫度必須維持在催化劑的活性溫度范圍內(nèi)。從反應(yīng)平衡的角度來看，當(dāng)氫氮比接近3時，可獲得最大的平衡氨濃度。氣體中余下的氨在冷卻、冷凝、并在第二氨分離器中分出。目前，在硝酸、硫酸、合成氨及石油煉制工業(yè)等許多生產(chǎn)過程中都普遍使用廢熱鍋爐，使生產(chǎn)過程所需的動力和熱能得以全部或部分自給。水管廢熱鍋爐是沸水流過管內(nèi)，高溫氣體流經(jīng)管外。本設(shè)計選用U型換熱器 熱交換器換熱器是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備，又稱熱交換器。 氨合成塔常用的反應(yīng)設(shè)備有攪拌反應(yīng)器、固定床反應(yīng)器和流化床反應(yīng)器。固定床反應(yīng)器的優(yōu)點是反應(yīng)速度快，產(chǎn)量高；床中的催化劑不易磨損，可長期使用（除非失活）；特別適用于大規(guī)模生產(chǎn)。水冷卻式冷凝器按其不同的結(jié)構(gòu)型式又可分為立式殼管式、臥式殼管式和套管式等多種。如復(fù)疊式制冷機中的蒸發(fā)—冷凝器即是。因此，對氣體質(zhì)量要求高的場合，如儀表用氣體、食品罐裝用氣體、混入氧氣等雜質(zhì)有爆炸危險的場合，要采用無油潤滑結(jié)構(gòu)。一旦接近最小流量機器就會自動報警，提醒有關(guān)人員及時采取安全措施。離心式壓縮機氣量調(diào)節(jié)范圍不能太大，如排氣量減小太多，會引起機組踹振。但潤滑油耗損增加了月薪成本。 ⑶水—空氣冷卻式：在這類冷凝器中，制冷劑同時受到水和空氣的冷卻，但主要是依靠冷卻水在傳熱管表面上的蒸發(fā)，從制冷劑一側(cè)吸取大量的熱量作為水的汽化潛熱，空氣的作用主要是為加快水的蒸發(fā)而帶走水蒸氣。缺點是固體顆粒的磨損造成的催化劑損失，以及排出氣流中的粉塵問題。夾套是反應(yīng)器的外部傳熱構(gòu)件。它可以用石墨、陶瓷、玻璃等非金屬材料以及不銹鋼、鈦、鉭、鋯等金屬材料制成。②強制循環(huán)式，在下降管路中安裝循環(huán)泵，借以提高管內(nèi)沸水流速，防止氣泡停滯惡化傳熱。 根據(jù)高溫氣體通過管內(nèi)還是管外，廢熱鍋爐分為火管廢熱鍋爐和水管廢熱鍋爐。最后，把所制得的合成氨儲存到罐里或通往其他地方繼續(xù)加工生產(chǎn)。 (1)兩次分離液氨產(chǎn)品的典型流程液氨產(chǎn)品兩次分離的流程，即液氨在兩個部位——水冷器及氨冷器中冷凝分離。一般操作壓力在30MPa的中壓法合成氨，空間速度選擇在20000~30000m3/h之間。同時壓力高也有利于氨的分離，在較高溫度下氣氨即可冷凝為液氨，冷凍功減少。一氧化碳、二氧化碳、水蒸氣、油類、硫化物等均會使鐵催化劑暫時或永久中毒。αFe的品粒間就出現(xiàn)了空隙，形成縱橫交錯的微型孔道結(jié)構(gòu)，大大地增加了催化劑的表面積，提高了活性。接著是化學(xué)吸附的氫原子不斷地跟表面上的氮分子作用，在催化劑表面上逐步生成—NH、—NH2和NH3，最后氨分子在表面上脫吸而生成氣態(tài)的氨。氨合成鐵系催化劑在工業(yè)催化過程中，氨的合成是研究得最多，最深入的典型過程之一。因低溫吸收可使溶液循環(huán)量減少，設(shè)計中采用多臺水力透平回收能量，裝置設(shè)備運行周期長，故總能耗較低。此甲醇洗工藝因脫硫、脫碳分兩步完成，因此稱二步法。低溫甲醇洗是用低溫的甲醇洗滌變換后工藝氣，達(dá)到脫除工藝氣中COH2S等組分的目的。大部分一氧化碳通過變換反應(yīng)，將不可利用、較難脫除的一氧化碳變換為較易脫除的二氧化碳可以利用，同時得到與一氧化碳等量的氫氣?！ⅰ?、。無論是中溫變換或低溫變換，一氧化碳平衡變換率都是隨H2O/CO提高而增加。mol1溫度變換反應(yīng)系可逆放熱反應(yīng)，溫度降低，平衡向正方向移動，平衡常數(shù)Kp 值增大。不同燃料循環(huán)時間分配百分比例表22所示。但吹風(fēng)速度過大，會把小塊燃料吹出爐外，燃料損失加大甚至吹成風(fēng)洞使氣化條件惡化。在爐內(nèi)通入空氣吹凈是為了回收產(chǎn)品和防止爆炸。下吹制氣操作是將混合的蒸汽與加氮空氣送入燃?xì)馐覂?nèi)進(jìn)行預(yù)熱后，從煤氣發(fā)生爐頂部送入燃料層至氣化層。吹入氣中學(xué)一氧化碳與二次空氣在燃燒室內(nèi)燃燒釋放出的熱量由燃燒室蓄熱磚吸收，吹風(fēng)氣中的部分細(xì)塵同時在燃燒室錐底沉降。從上吹開始送入空氣至下一次再送入空氣時止包括五個階段，即：(1)吹風(fēng)階段，(2)上吹制氣階段，(3)下吹制氣階段，(4)二次上吹制氣階段，(5)空氣吹凈階段，稱為一個工作循環(huán)。這些物質(zhì)的含量對灰熔點起到?jīng)Q定性影響。若W氣／W燃＝1時，煤中所含水分為臨界水分。1．干燥層 新補充的燃料煤與熱煤氣接觸將夾帶的水分蒸發(fā)。合成氨工業(yè)制取半水煤氣方法主要有固定層間歇氣化法、固定層連續(xù)氣化法、沸騰氣化法及氣流層氣化法。隨著氣化劑的不同則工業(yè)煤氣又有如下幾種?？刹捎每諝夥蛛x法制得氮氣；電解水獲得氫，但這種方法不經(jīng)濟。氨合成的反應(yīng)式很簡單，但實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)過程卻非常復(fù)雜。⑦氨合成工序 在高溫、高壓和有催化劑的條件下，將氫氮氣合成為氨。但是，無論哪種類型的合成氨廠，生產(chǎn)過程均包括幾個主要生產(chǎn)工序：①原料氣制備工序 其任務(wù)是制備生成合成氨所需的氫、氮原料氣。焦?fàn)t氣含氫約50％，其他組分可經(jīng)深冷使之冷凝、分離得以除去，最終獲得氣態(tài)氫。(2)從含氫化合物、含氫工業(yè)氣體中制氫的方法有：①固體燃料氣化。 氮主要來源于空氣。由此可見氮素對生命的重要性。氨肥能為植物生長提供所必需的氮元素。圖紙要求：工藝流程圖1張（圖幅2號）；設(shè)備平面或立面布置圖1張（圖幅3號））。合成氨；半水煤氣；固定床；工藝流程；設(shè)計目 錄 摘要 ………………………………………………………………………………1第1章 緒論 ……………………………………………………………………3 合成氨概述 …………………………………………………………………