【正文】 Ar H2 N2 合計 100 冷交換器氣液平衡計算根據(jù)氣液平衡原理 ，由于冷交換器第二次出口氣體含量等于合成塔進口氣體含量，iiyxK?由合成塔入口氣體含量 和操作條件下的分離溫度可查出 ，便可解出 。(0Ar)= /100﹪= ﹪ 入口液體中氫氣含量 m180。 V 入 = m3 合成塔物料計算 入塔物料： V5= m3NH3 V5NH3=﹪= 3. . . .. . 學習好幫手CH4 V5CH4=﹪= 3Ar V5Ar=﹪= 3H2 V5H2=﹪= 3N2 V5N2=﹪= 3 合成塔一出，二進物料，熱交換器，冷氣進出物料等于合成塔入塔物料即　　 V5=V6=V7= m3 出塔物料　　 V8= m3NH3 V8NH3=﹪= m 3CH4 V8CH4=﹪= m 3Ar V8Ar=﹪= m 3H2 V8H2=﹪= m 3N2 V8N2=﹪= m 3 合成塔生成氨含量：Δ VNH3=V8NH3V5NH3 = = 沸熱鍋爐進出口物料，熱交換器進出口物料等于合成塔出塔物料。(0N2)= 100﹪=% 入口液體中組分含量 m180。兩種液體百分比估算值，即水冷后分離液氨占總量的百分數(shù)。含 CO 的原料合成氣經(jīng)換熱器降溫，在壓力 MPa、溫度 371℃下進入高變爐（因原料氣中水蒸氣含量較高，一般不需要加蒸汽） 。本設計主要是轉化和變換工序的工藝設計，所選流程為： 天然氣蒸汽轉化和變換工序是合成氨生產(chǎn)中的第一步，也是較為關鍵的一步，因為能否正常生產(chǎn)出合格的變換氣，是后面的所有工序正常運轉的前提條件。氨合成壓力高對合成反應有利, 但能耗高。目前一般采用外置式，該法熱量回收比較完全，同時得到了副產(chǎn)蒸汽，目前中型氮廠應用較多。(6)反應熱的回收利用氨的合成反應是放熱反應，必須回收利用這部分反應熱。循環(huán)機進出口壓差約為 20～30 大氣壓，它表示了整個合成循環(huán)系統(tǒng)阻力降的大小。以水和氨冷卻氣體的過程是在水冷器和氨冷器中進行的。除油的方法是壓縮機每段出口處設置油分離器，并在氨合成系統(tǒng)設置濾油器?？梢?，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大于天然氣。天然氣作為一種清潔優(yōu)質的能源，在我國改善能源結構，以及我國在大力推動低碳經(jīng)濟發(fā)展的過程中，獲得了前所未有的大發(fā)展。 首 先 ， 我 國 天 然 氣 資 源 比 較 豐 富 ， 新 疆 地 區(qū) 有 得 天 獨 厚 的 區(qū) 位 優(yōu) 勢 。CH4+H2O→ CO+3H2CH4+2H2O→ CO+4H2二段轉化爐出口氣體溫度約 950～1000 ℃，殘余甲烷含量和（H 2+CO）/N 2比均可達到指標。 甲 烷 化 法 可 以 將 氣 體 中 碳 的 氧 化 物 (CO+CO2)含 量 脫 除 到 10cm3/m3 以下 ， 但 是 需 要 消 耗 有 效 成 分 H2， 并 且 增 加 了 惰 性 氣 體 CH4的 含 量 。 CO2既 是 氨 合 成 催 化 劑 的 毒 物 ， 又 是 制 造 尿 素 、碳 酸 氫 銨 等 氮 肥 的 重 要 原 料 ?！?　 ① 一 氧 化 碳 變 換 過 程　 　 在 合 成 氨 生 產(chǎn) 中 ， 各 種 方 法 制 取 的 原 料 氣 都 含 有 CO， 其 體 積 分 數(shù) 一 般為 12%～ 40%。特別是于 90 年代初在川化建成投產(chǎn)的年產(chǎn) 20 萬噸合成氨裝置達到了當時的國際先進水平。第 一 、 恢 復 老 廠 和 新 建 中 型 氨 廠20 世 紀 50 年 代 初 ， 在 恢 復 和 擴 建 老 廠 的 同 時 ， 從 原 蘇 聯(lián) 引 進 以 煤 為 原料 、 年 產(chǎn) 50kt 的 三 套 合 成 氨 裝 置 ， 并 創(chuàng) 建 了 吉 化 、 蘭 州 、 太 原 三 大 化 工 基地 ， 后 又 自 行 設 計 、 制 造 了 萬 噸 合 成 氨 系 統(tǒng) ， 以 川 化 的 創(chuàng) 建 為 標 志 。 20 世 紀 60 年 代 以 前 的 過 程控 制 多 采 取 分 散 方 式 ， 在 獨 立 的 幾 個 車 間 控 制 室 中 進 行 。 因 此 大 型 氨 廠 通常 是 指 日 產(chǎn) 600t 級 ， 日 產(chǎn) 1000t 級 和 日 產(chǎn) 1500t 級 的 三 種 。 為 了 擴 大 原料 范 圍 ， 又 開 發(fā) 了 用 重 油 部 分 氧 化 法 制 氫 。 傳 統(tǒng) 方 法 還 是 采 用高 溫 下 將 各 種 燃 料 和 水 蒸 氣 反 應 制 造 氫 。隨 著 世 界 人 口 的 不 斷 增 加 ， 用 于 制 造 尿 素 、 硝 酸 銨 、 磷 酸 銨 、 硫 酸 銨 以及 其 它 化 工 產(chǎn) 品 的 氨 用 量 也 在 增 長 。 合 成 氨 指由 氮 和 氫 在 高 溫 高 壓 和 催 化 劑 存 在 下 直 接 合 成 的 氨 。氨 的 主 要 物 理 性 質 有 ： 極 易 溶 于 水 ， 溶 解 時 放 出 大 量 的 熱 。我國合成氨工業(yè)原料路線是煤汽油并舉，以煤為主。合成氨工業(yè)是氮肥工業(yè)的基礎。設計采用的工藝流程簡介：天然氣經(jīng)過脫硫壓縮進入一段轉化爐，把 CH4和烴類轉化成 H2，再經(jīng)過二段爐進一步轉化后換熱進入高變爐，在催化劑作用下大部分 CO 和水蒸氣反應獲 H2 和 CO2，再經(jīng)過低變爐使 CO 降到合格水平，去甲烷化工序。近年來合成氨工業(yè)發(fā)展很快，大型化、低能耗、清潔生產(chǎn)均是合成氨設備發(fā)展的主流，技術改進主要方向是開發(fā)性能更好的催化劑、降低氨合成壓力、開發(fā)新的原料氣凈化方法、降低燃料消耗、回收和合理利用低位熱能等方面上。氨是一種重要的化工原料，特別是生產(chǎn)化肥的原料，它是由氫和氮合成。煤氣化在各方面的應用都依賴于煤氣化技術的發(fā)展，這主要因為煤氣化環(huán)節(jié)往往在總投資及生產(chǎn)成本中占相當大的比重。 人 們 在 大 于 100cm3/m3氨 的 環(huán) 境 中 ， 每 天 接 觸 8 小 時 會 引 起 慢 性中 毒 。 氨的用途及在國民生產(chǎn)中的作用氨 是 重 要 的 無 機 化 工 產(chǎn) 品 之 一 ， 在 國 民 經(jīng) 濟 中 占 有 重 要 地 位 。 氨 作為 最 為 重 要 的 基 礎 化 工 產(chǎn) 品 之 一 ， 同 時 也 是 能 源 消 耗 的 大 戶 ， 世 界 上 大 約有 10%的 能 源 用 于 合 成 氨 。 由 于 電 解 制 氫 法 ， 電 能 消 耗 大 ， 成 本 高 。 但 石 腦 油 價 格 比 天 然 氣高 ， 而 且 又 是 石 油 化 工 的 重 要 原 料 ， 用 于 制 氨 受 到 一 定 限 制 。 但是 ， 大 型 的 單 系 列 合 成 氨 裝 置 要 求 能 夠 長 周 期 運 行 ， 對 機 器 和 設 備 質 量 要 求很 高 ， 而 且 在 超 過 一 定 規(guī) 模 以 后 ， 優(yōu) 越 性 并 不 十 分 明 顯 了 。(四) 生產(chǎn)自動化合 成 氨 生 產(chǎn) 特 點 之 一 是 工 序 多 、 連 續(xù) 性 強 。中 國 合 成 氨 工 業(yè) 的 發(fā) 展 經(jīng) 歷 了 以 下 幾 個 階 段 。中 國 是 世 界 上 人 口 最 多 的 農 業(yè) 大 國 ， 為 了 在 2022 年 氮 肥 產(chǎn) 量 達 到 基 本自 給 自 足 ， 最 近 十 年 先 后 陸 續(xù) 引 進 14 套 具 有 20 世 紀 90 年 代 先 進 水 平 的 年產(chǎn) 300kt 合 成 氨 成 套 設 備 ， 同時從 20 世紀 70 年代起，我國開始了大型合成氨成套裝置的自行設計、自行制造工作，第一套年產(chǎn) 30 萬噸的合成氨裝置于80 年在上海建成投產(chǎn)。(2)凈 化對 粗 原 料 氣 進 行 凈 化 處 理 ， 除 去 氫 氣 和 氮 氣 以 外 的 雜 質 ， 主 要 包 括 變換 過 程 、 脫 硫 脫 碳 過 程 以 及 氣 體 精 制 過 程 ?！?　 粗 原 料 氣 經(jīng) CO 變 換 以 后 ， 變 換 氣 中 除 H2外 ， 還 有 CO CO 和 CH4等 組分 ， 其 中 以 CO2 含 量 最 多 。甲 烷 化 法 是 在 催 化 劑 存 在 下 使 少 量 CO、 CO2與 H2反 應 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 數(shù) )一 般 應 小 于%。烷烴：CnH2n+n+nH2O→ nCO+(2n+1)H2或 C0nH2n+n+2nH2O→ nCO2+(3n+1)H2烯烴：CnH2n+nH2O→ nCO+2nH2CnH2n+2nH2O→ nCO2+3nH2接著一段轉化氣進入二段轉化爐，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)進行甲烷的轉化反應。 本設 計 選 擇 天 然 氣 作 為 原 料 ， 主 要 考 慮 到 我 國 天 然 氣 資 源 豐 富 及清潔節(jié)能等原因，詳如下述。近年來，國家對環(huán)境問題越來越重視。根據(jù)計算，若大型氨廠分別用石腦油、渣油、天然氣和煤為原料制氨，其價格分別按 1800 元/t、1400 元/t、 元/m 3和 260 元/t 計，中壓蒸汽價格按 78 元/t 計，對應的合成氨成本分別為 1721 元/t、1557 元/t、1493 元/t和 1021 元／t。氣體中所含的油不僅會使氨合成催化劑中毒、而且附著在熱交換器壁上，降低傳熱效率，因此必須清除干凈。目前工業(yè)上主要采用冷凝法分離循環(huán)氣中的氨。為補償這一損失，流程中必須設置循環(huán)壓縮機。這樣，提高了放空氣中惰性氣體含量，從而減少了氫氮氣損失。按副產(chǎn)蒸汽鍋爐安裝位置的不同，可分為塔內副產(chǎn)蒸汽合成塔(內置式)和塔外副產(chǎn)蒸汽合成塔(外置式)兩類。氨合成工藝選擇主要考慮合成壓力、合成塔結構型式及熱回收方法。本次設計選用中壓法（壓力為 32MPa）合成氨流程，采用預熱反應前的氫氮混合氣和副產(chǎn)蒸汽的方法回收反應熱，塔型選擇見設備選型部分。從第二換熱器出來的氣體繼續(xù)送往變換工序處理。i iKix查 , 的平衡常數(shù)：10T??℃ 平衡常數(shù)表. . . .. . 學習好幫手3NHK4CHArK2H2NK 27 51 75 80冷交換器出口液體組分含量：出口液體甲烷含量 ： ??CHKyx出口液體氬含量： .出口液體氫含量： ??HKyx出口液體氮含量： 出口液體氨含量： ?冷交換器出口液體組分含量（%）NH3 CH4 Ar H2 N2 合計 100 液氨貯槽氣液平衡計算 圖 液氨貯槽氣液平衡圖由于氨分離器液體和冷交換器出口分離液體匯合后進入液氨貯槽經(jīng)減壓后溶解在液氨中的氣體會解吸，即弛放氣。(0H2)= 100﹪=% 入口液體中氮氣含量 m180。 即 V8=V9=V10= m3 水冷器物料計算 進器物料：水冷器進氣物料等于熱交換器出口物料，即 V10 入 = m3 出器物料：在水冷器中部分氣氨被冷凝；由氨分離器氣液平衡計算得氣液比(V/L)=,有如下方程:V11 出 /L11 出 =(V/L)= ┉┉┉┉┉┉①V11 出 +L11 出 =L10 入 = ┉┉┉┉┉┉② 將 V11 出 = 出 帶入②得: L11 出 = m3 V11 出 = m3 出口氣體組分由 V11i=V11 出 y11i得: 其中， NH 3 V11NH3=%=CH4 V11CH4=% =Ar V11Ar= % =H2 V11H2=% =N2 V11N2=% = 出口液體各組分由 L11i=V8iV11i 其中， NH 3 L11NH3= =CH4 L11CH4= =Ar L11Ar= =H2 L11H2= =N2 L11N2==. . . .. . 學習好幫手 氨分離器物料計算 進器物料：氨分離器進器總物料等于水冷器出口氣液混合物總物料 即　 V11=V11 出 +L11 出 = += m3 出器物料：氣液混合物在器內進行分離，分別得到氣體和液體 出器氣體 V12＝ V11 出 ＝ m 3，出器液體 L15＝ L11 出 m3 氨分離器出口氣體放空 V13= m3 其中， NH 3 V13NH3=% =CH4 V13CH4=% =Ar V13Ar= % =H2 V13H2=% =N2 V13N2=% = 冷交換器物料計算 進器物料：進器物料等于氨分離器出口氣體物料減去放空氣量V14=V12V13= = m3 其中， NH 3 V14NH3= % = m3CH4 V14CH4= % = m3