【正文】 工藝空氣經(jīng)壓縮機(jī)壓到 ～ MPa，也配入少量水蒸氣，然后進(jìn)入對(duì)流段的工藝空氣加熱盤(pán)預(yù)熱到 480℃ 左右，進(jìn)入二段爐頂部與一段轉(zhuǎn)化氣匯合，在頂部燃燒區(qū)燃燒、放熱，溫度升到 1200℃ 左右，在通過(guò)催化劑床層時(shí)繼續(xù)反應(yīng)并吸收熱量，離開(kāi)二段轉(zhuǎn)化爐的溫度約為 1000℃ 左右，壓力為 MPa，所得混合氣殘余甲烷含量約為 ％。可見(jiàn)，在這 4 種原料中，以煤為原料制氨成本最低 ,然而，以 煤為原料合成氨能耗遠(yuǎn)大于天然氣（見(jiàn)表 11）。天然氣作為一種清潔優(yōu)質(zhì)的能源，在我國(guó)改善能源結(jié)構(gòu)，以及我國(guó)在大力推動(dòng)低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展的過(guò)程中，獲得了前所未有的大發(fā)展。本設(shè) 計(jì)選擇天然氣作為原料，主要考慮到我國(guó)天然氣資源豐富及清潔節(jié)能等原因，詳如下述。 烷烴： CnH2n+n+nH2O→nCO+(2n+1)H2 或 C0nH2n+n+2nH2O→nCO2+(3n+1)H2 烯烴： CnH2n+nH2O→nCO+2nH2 CnH2n+2nH2O→nCO2+3nH2 接著一段轉(zhuǎn)化氣進(jìn)入二段轉(zhuǎn)化爐， 在此加入空氣，由一部分 H2 燃燒放出熱量，催化劑床層溫度上升到 1200～ 1250 ℃ ，并繼續(xù)進(jìn)行甲烷的轉(zhuǎn)化反應(yīng)。甲烷化法是在催化劑存在下使少量 CO、 CO2與 H2 反應(yīng)生成 CH4和 H2O 的一種凈化工藝，要求入口原料氣中碳的氧化物含量 (體積分?jǐn)?shù) )一般應(yīng)小于 %。根據(jù)吸收劑性能的不同，可分為兩大類。第一步是高溫變換，使大部分 CO轉(zhuǎn)變?yōu)?CO2和 H2；第二步是低溫變換，將 CO含量降至 %左右。 20 世紀(jì) 60 年代隨著石油、天然氣資源的開(kāi)采，又從英國(guó)引進(jìn)一套以天然氣為原料的加壓蒸汽轉(zhuǎn)化法年產(chǎn) 100kt 合成氨裝置 (即瀘天化 )；從意大利引進(jìn)一套以重油為原料的部分氧化法年產(chǎn) 50kt 合成氨裝置，從而形成了煤油氣原料并舉的中型氨廠生產(chǎn)系統(tǒng)，迄今為止，已建成 50多座中型氨廠。這些都表示氨生產(chǎn)技術(shù)自動(dòng)化進(jìn)入新的階段，改變了幾十年合成氨生產(chǎn)控制的面貌。在 CRT 操作平臺(tái)上可以存取、顯示多種數(shù)據(jù)和畫(huà)面，包括帶控制點(diǎn)的流程，全部過(guò)程變量、控制過(guò)程變量，以及其參數(shù)的動(dòng)態(tài)數(shù)值和趨勢(shì)圖，從而實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)視和集中操作。 以天然氣為原料的日產(chǎn) 1000t合成氨裝置噸氨能耗目前已從 20世 紀(jì) 70年代的 下降到 左右，而且以天然氣為原料的大型氨廠的所需動(dòng)力約有85%可由余熱供給。從 20世紀(jì) 60年代中期開(kāi)始，新建氨廠大都采用單系列的大型裝置。 表 12 為各種原料的日產(chǎn) 合成氨廠，相對(duì)投資和能量消耗比較。 自從北美大量開(kāi)發(fā)天然氣資源成功之后， 20世紀(jì) 50年代開(kāi)始采用天然氣制氨。 3 吉林化工學(xué)院化工綜合設(shè)計(jì) 合成氨生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展 (一 ) 原料構(gòu)成 的變化 為了合成氨，首先必須提供氮和氫。氨作為工業(yè)原料和氨化飼料，用量約占世界產(chǎn)量的 12％。 氨的化學(xué)性質(zhì)有：在常溫下相當(dāng)穩(wěn)定，在高溫、電火花或紫外光的作用下可分解為氮和氫。 關(guān)鍵字：合成氨；天然氣；轉(zhuǎn)化；變換； 1 吉林化工學(xué)院化工綜合設(shè)計(jì) Abstract Ammonia is the most important one of basic chemical products, plays an important role in the national economy. Ammonia production after years of development, now has developed into a mature chemical production processes. In recent years, the largescale industrial development soon ammonia, low energy consumption, the clean production of synthetic ammonia equipment development are the main direction of technical improvement, is to develop better performance of catalyst, reducing ammonia synthesis pressure, the development of new materials gas purification methods, reduce fuel consumption, low heat recovery and reasonable utilization, etc. The design process used in brief are: pressed natural gas after desulfurization and conversion into a furnace, the methane and hydrocarbons into hydrogen, through the Secondary reformer further transformed into the highly variable furnace heat exchanger, the great catalyst part of the reaction of carbon monoxide and hydrogen and carbon dioxide vapor, then through the lowtemperature shift to reduce to an acceptable level of carbon monoxide to methanation process. Keywords: ammonia。 設(shè)計(jì)采用的工藝流程簡(jiǎn)介：天然氣經(jīng)過(guò)脫硫壓縮進(jìn)入一段轉(zhuǎn)化爐，把 CH4 和烴類轉(zhuǎn)化成 H2，再經(jīng)過(guò)二段爐進(jìn)一步轉(zhuǎn)化后換熱進(jìn)入高變爐，在催化劑作用下大部分 CO和水蒸氣反應(yīng)獲 H2 和 CO2，再經(jīng)過(guò)低變爐使 CO 降到合格水平，去甲烷化工序。液氨和干燥的氨氣對(duì)大部分物質(zhì)沒(méi)有腐蝕性，但在有水的條件下，對(duì)銅、銀、鋅等金屬 有腐蝕作用。氨主要用于農(nóng)業(yè)，合成氨是我化肥工業(yè)的基礎(chǔ)，氨本身是最重要的氮素肥料，其他 氮素肥料也大都是先合成氨，再加工成尿素或各種銨鹽肥料，這部分均占 70%的比例，稱之為 “化肥氨 ”； 同時(shí)氨也是重要的無(wú)機(jī)化學(xué)和有機(jī)化學(xué)工業(yè)基礎(chǔ)原料，用于生產(chǎn)銨、胺、染料、炸藥、合成纖維、合成樹(shù)脂的原料，這部分約占 30%的比例，稱之為 “工業(yè)氨 ”。在化學(xué)工業(yè)中合成氨工業(yè)已經(jīng)成為重要的支柱產(chǎn)業(yè) [1]。 表 （ %） 原料 29 焦炭、煤 .2 焦?fàn)t氣 天然氣 .6 26 9. 重油 2 16 5 合計(jì) 100 100 100 100 100 0 100 5 100 0 100 5 100 6. 其它 19 18 15 60 5. 0. 1. 3 22 65 39 53 37 8 20 53 65 5. 71 75 80 85 90 191919191919191919 石腦油 20 6 由表 11可知，合成氨的原料構(gòu)成是從以固體燃料為主轉(zhuǎn)移到以氣體燃料和液體原料為主。從此比石腦油價(jià)廉、來(lái)源廣泛的重油和減壓渣油開(kāi)始作為合成氨的另一種原料。大型化的優(yōu)點(diǎn)是投資費(fèi)用低，能量利用率高，占地少，勞動(dòng)生產(chǎn)率高。由于噸氨生產(chǎn)成本中能源費(fèi)用占 70%以上，因此能耗是衡量合成氨技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益的重要標(biāo)志。 DCS是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、數(shù)據(jù)通訊技術(shù)和熒光顯示技術(shù)（ CRT）相結(jié)合的產(chǎn)物。若能用仿真技術(shù)進(jìn)行操作人員的 6 吉林化工學(xué)院化工綜合設(shè)計(jì) 模擬培訓(xùn)只需在一臺(tái)高性能的計(jì)算機(jī)上配合相應(yīng)的軟件以代替實(shí)際生產(chǎn)裝置的控制、運(yùn)作設(shè)備，這樣就可以在較短的時(shí)間內(nèi)學(xué)習(xí)開(kāi) 停車、正常操作和事故狀態(tài)操作。到 60 年代中期中氮已投產(chǎn)了 15 家。從而掌握了世界上幾乎所有先進(jìn)的工藝和先進(jìn)技術(shù)如低能耗的凱洛格工藝、布朗工藝等，通過(guò)對(duì)引進(jìn)技術(shù)的消化吸收和改造創(chuàng)新，不但使合成氨的技術(shù)水平跟上了世界前進(jìn)的步伐，而且促進(jìn)了國(guó) ΔH=； 8 吉林化工學(xué)院化工綜合設(shè)計(jì) 由于 CO變換過(guò)程是強(qiáng)放熱過(guò)程，必須分段進(jìn)行以利于回收反應(yīng)熱，并控制變換段出口殘余 CO含量。 一般采用溶液吸收法脫除 CO2。深冷分離法主要是液氮洗法，是在深度冷凍 (100℃ )條件下用液氮吸收分離少量 CO，而且也能脫除甲烷和大部分氬，這樣可以獲得只含有惰性氣體 100cm/ m以下的氫氮混合氣，深冷凈化法通常與空分以及低溫甲醇洗結(jié)合。在一段轉(zhuǎn)化爐里，大部分烴類與蒸汽于催化劑作用下轉(zhuǎn)化成 H CO和 CO2。 設(shè)計(jì)方案的確定 原料的選擇 合成氨生產(chǎn)的原料有焦炭、煤、焦?fàn)t氣、天然氣、石腦油、重油等。近年來(lái)，國(guó)家對(duì)環(huán)境問(wèn)題越來(lái)越重視。根據(jù)計(jì)算，若大型氨廠分別用石腦油、渣油、天然氣和煤為原料制氨，其價(jià)格分別按 1800元 /t、 1400元 /t、 /m3和 260元 /t計(jì)，中壓蒸汽價(jià)格按 78元/t計(jì)，對(duì)應(yīng)的合成氨成本分別為 1721元 /t、 1557元 /t、 1493元 /t和 1021元／ t。天然氣經(jīng)加氫脫硫，出口總硫量小于 后，在壓力 、溫度 380℃ 左右 的條件下配入中壓蒸汽達(dá)到水碳比為 （ R=），進(jìn)入一段轉(zhuǎn)化爐的對(duì)流段加熱，氣體一邊加熱一邊反應(yīng)，出反應(yīng)管的溫度在 822℃ 左右，最后沿集氣管中間的上升管上升，繼續(xù)吸收一些熱量，使溫度升到 850℃ 左右，經(jīng)輸氣總管送往二段轉(zhuǎn)化爐。經(jīng)低變處理后，氣體殘余 CO降到 ％～ ％之間，再送入后續(xù)工段繼續(xù)凈化。 故 n實(shí) = = kmol／ kmol混合燃料 干空氣中各組分的量為 nO2== kmol／ kmol混合燃料 nN2== kmol／ kmol混合燃料 nAr== kmol／ kmol混合燃料 查 [3] 設(shè)計(jì)空氣入口溫度為 30℃ ，相對(duì)濕度為 70%?！? YiCPi kcal／ ℃ 吉林化工學(xué)院化工綜合設(shè)計(jì) N2 O2 Ar CO2 合計(jì) 設(shè)