【正文】 ........................... 27 入塔氣體組成 .................................. 28 催化劑的粒徑 .................................. 29 第三章 工藝計(jì)算 ..................................... 30 物料衡算 ......................................... 30 工藝流程圖 .................................... 30 氣體流量與組成 ................................ 30 消耗定額的計(jì)算 ................................ 31 脫硫槽 108D 物料衡算 ........................... 35 一段爐 101B 物料衡算 ........................... 36 沈陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 目錄 二段爐 103D 的物料衡算 ........................ 40 高變爐 104DA 的物料衡算 ....................... 44 低變 爐 104DB 的物料衡算 ....................... 46 102F 排水量的計(jì)算 ............................. 47 101E 脫碳量計(jì)算 .............................. 49 甲烷化爐 101D 的物料衡算 ...................... 52 整個(gè)低壓系統(tǒng)進(jìn)出口物料校核 .................... 54 熱量衡算 ........................................ 55 計(jì)算原理及方法 ................................ 55 一段爐 101B 輻射段熱量衡算 ..................... 56 二段爐 103D 熱量衡算 ........................... 63 換熱器 101C 的熱量衡算 ........................ 66 換熱器 102C 的熱量衡算 ........................ 68 高變爐 104DA 熱量衡算 ......................... 69 換熱器 103C 熱量衡算 ......................... 71 換熱器 104C 熱量衡算 .......................... 73 低變爐 104DB 熱量衡算 ......................... 74 甲烷化爐 104D 熱量衡算 ....................... 76 第四章 工藝設(shè)備的計(jì)算 ................................ 79 換熱器 101C 的計(jì)算 ................................ 79 已知條件 ..................................... 79 物性數(shù)據(jù) ..................................... 79 沈陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 目錄 確定結(jié)構(gòu) ..................................... 83 傳熱膜系數(shù)計(jì)算 ................................ 83 第五章 安全生產(chǎn) ...................................... 86 防火防爆 ......................................... 86 防毒防害 ......................................... 87 防噪聲和震動(dòng) ..................................... 88 防機(jī)械和墮落傷害 ................................. 88 第六章 工業(yè)三廢的后處理 ............................... 89 合成氨轉(zhuǎn)化凈化工序三廢的來源 ...................... 89 廢氣的來源 .................................... 89 廢水的來源 .................................... 89 廢渣的來源 .................................... 89 合成氨轉(zhuǎn)化凈化工段三廢的處理 ...................... 89 廢氣的處理 .................................... 89 廢水的處理 .................................... 90 廢渣的處理 .................................... 90 參考文獻(xiàn) ............................................. 91 致 謝 ............................................... 92 沈陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 前言 前言 氨是最為重要的基礎(chǔ)化工產(chǎn)品之一，其產(chǎn)量居各種化工產(chǎn)品的首位 。此工藝是以天然氣作為原料來進(jìn)行合成氨。合成氨生產(chǎn)已經(jīng)多年的發(fā)展，現(xiàn)在發(fā)展成為一種成熟的化工生產(chǎn)工藝。 天然氣是以甲烷為主要組成氣體，是當(dāng)今世界上公認(rèn)的清潔能源，燃燒后產(chǎn)生的二氧化碳和氮氧化合物僅為煤燃燒時(shí)的 50％和 20％污染。 近年來合成氨工沈陽(yáng)化工大學(xué) 科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 摘要 業(yè)發(fā)展很快，低能耗、大型化、清潔生 產(chǎn)均是合成氨設(shè)備發(fā)展的主流，技術(shù)改進(jìn)主要方向是開發(fā)性能更好的催化劑、回收和合理利用低位熱能開發(fā)新的原料氣凈化方法、降低氨合成壓力、降低燃料消耗、等方面上。合成氨也是氮肥工業(yè)的基礎(chǔ)，氨本身就是重要的氮素肥料，其他氮素肥料大多是先合成氨，再加工成尿素或各種銨鹽肥料，這部分約占 70 %左右的比例，稱之為“化肥氨”。煤造氣的方法：采用水煤漿或先進(jìn)粉煤氣化技術(shù)替代傳統(tǒng)的固定床造氣技術(shù)。合成氨是固定氮的主要方法。氨的自燃點(diǎn)是 630℃，燃燒時(shí)生成藍(lán)色火焰。 氨是重要的無機(jī)化工產(chǎn)品之一，在 國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位。 現(xiàn)代國(guó)防工業(yè)和尖端技術(shù)也都與氨合成工業(yè)有密切關(guān)系，如生產(chǎn)火箭的推進(jìn)劑和氧化劑，同樣也離不開氨。 沈陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第一章 文獻(xiàn)綜述 3 合成氨的發(fā)展技術(shù) 世界合成氨技術(shù)的發(fā)展 自從 1754 年普里斯特利在（ priestly）加熱氯化銨和石灰時(shí)發(fā)現(xiàn)氨以后，直到20 世紀(jì)初才由哈伯（ haber）等人研究成功了合成氨法，在 1913 年德國(guó)的奧堡建成了世界上第一個(gè) 合成氨工廠。傳統(tǒng)方法還是采用高溫下將各種燃料和水蒸氣反應(yīng)制造氫氣。 1991 年世界上規(guī)模最大的合成氨裝置在比利時(shí)的安特衛(wèi)普建成投產(chǎn)，日產(chǎn) 1800t 氨。自從出現(xiàn)單系列裝置的大型氨廠，除泵類有備用外，其它設(shè)備和機(jī)器都是一臺(tái)。與之配套進(jìn)行的是：爐頂燒嘴及輔鍋燒嘴由原自吸式改成強(qiáng)制鼓風(fēng)式，節(jié)省了大量燃料，爐頂燒嘴由原 200 個(gè)，減少至為 160 個(gè)。 由于凱洛格流程具有低能耗、流程簡(jiǎn)單的特點(diǎn)而被廣泛利用。這樣既降低合成塔的阻力降，又能防止氣體短路或分布不均，可在塔內(nèi)采用 ~ 的顆粒催化劑，可提高氨凈值增加生產(chǎn)能力。 20 世紀(jì) 60 年代隨著天然氣、石油資源的開采，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)。第一套年產(chǎn) 30 萬(wàn)噸的合成氨裝置于 80 年在上海建成投產(chǎn)。單系列合成氨裝置生產(chǎn)能力 20xxt/d提高至 4000到 5000t/d。 ，延長(zhǎng)運(yùn)行周期是未來裝置“改善經(jīng)濟(jì)性、增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)”的必要保證。變換反應(yīng)如下： 2 2 2CO H O H CO? ? ? ； 4 1 .2H KJ mol? ? ? ； 由于 CO 變換過程是強(qiáng)放熱過程，必須分段進(jìn)行以利于反應(yīng)熱的回收，并控制變換段出口殘余 CO含量。因此變換氣中 CO2的脫除必須兼顧這兩方面的要求。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的一種凈化工序工藝，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 %。 烷烴： 沈陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第一章 文獻(xiàn)綜述 11 ? ?2 2 221n n nC H n H O n C O n H? ? ? ? ? 或 ? ?2 2 22 3 1n n nC O H n H O n C O n H? ? ? ? ? 烯烴： 2 2 22nnC H nH O nC O nH? ? ? 2 2 2 223nnC H nH O nCO nH? ? ? 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)。當(dāng)采用鐵催化劑時(shí)，由于改變了反應(yīng)歷程，降低了反應(yīng)的活化能，使反應(yīng)以顯著的速率進(jìn)行。該催化劑具有價(jià)格低廉、穩(wěn)定性 好 、活性強(qiáng) 等特點(diǎn) ,一 般采用熔融法制備 ,以磁鐵礦和鐵 為主要原料 ,添加各類助劑化合物 ,經(jīng)電阻爐熔煉后 ,再冷卻、破碎篩分成不同顆粒的鐵催化劑。 ⑴ 傳統(tǒng)熔鐵型催化劑 主要由磁鐵礦組成 ,加入 不同的助 劑 (如 K2O、 CaO、 MgO、 A12O BaO 等 )構(gòu)成了一系列不同型號(hào)的催化劑。 磁鐵礦中所添加的促進(jìn)劑的量雖然不多，但是對(duì)于提高催化劑的活性具有重要意義。王文 祥等人 以 Fe3(Co)12為母體 ,以活性氧化鋁或活性炭為載體制備了負(fù)載型氨合成催化劑。但含多種助劑的 Fe1XO 基催化劑在動(dòng)力學(xué)上是穩(wěn)定的 ,母體中只 有一種晶 體結(jié)構(gòu) (Wustite)和一種鐵氧化物 (Fe1XO),只有維氏體單獨(dú)存在于催化劑中時(shí)才具有高活性。研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng) 600℃空氣中焙燒 4h 氧化處理后， Fe2Ce催化劑在 450℃以上仍然具有很好的合成氨活性。 由于羰基官能團(tuán)的存在，以及不含陰離子配體的原因， Ru3（ CO12） 優(yōu)點(diǎn)明顯，被認(rèn)為是制備釕系合成氨催化劑理想的活性母體。 沈陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第二章 工藝流程 17 第二章 工藝流程 工藝介紹 原料的選擇 表 21 原料列表 原料 造氣方法 能耗 106kJ 相對(duì)投資 天然氣 加壓蒸汽轉(zhuǎn)化 1． 01 石腦油 加壓蒸汽轉(zhuǎn)化 重油 加壓蒸汽轉(zhuǎn)化 煤 加壓連續(xù)氣化 ~21 煤 常壓連續(xù)氣化 ~ 水 電解 由上表所知，水電解法最不經(jīng)濟(jì)，與其它方法不具有競(jìng)爭(zhēng)力。 沈陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第二章 工藝流程 18 以烴類為原料的蒸汽轉(zhuǎn)化法制取原料氣，鎳催化劑對(duì)硫含量限制十分嚴(yán)格，要求烴類原料氣中總硫＜ 。而脫除有機(jī)硫則主要用于脫除了大量的H2S 之后，除去硫醇等有機(jī)硫化物及少量的 H2S。分解產(chǎn)物一般為硫化氫和烯烴而后被吸收，但也可能是生成另一類硫化物，這決定于有機(jī)硫的類型和氣體在預(yù)熱段的停留時(shí)間。該反應(yīng)可在較低的溫度 750℃～ 800℃進(jìn)行，可達(dá)到 90％以上的轉(zhuǎn)化率： 4 2 21 22C H O C O H Q? ? ? ? 沈陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第二章 工藝流程 20 采用 Ni擔(dān)載在耐火材料上的催化劑，反應(yīng)器主要為固定反應(yīng)床、蜂窩狀反應(yīng)器和硫化床反應(yīng)器等。 在催化劑層中，甲烷與水蒸汽反應(yīng)生成 CO和 H2。對(duì)合成氨而言，大都采用二段轉(zhuǎn)化流程。 在含有催化劑的作用下的內(nèi)襯耐火襯里的固定床中，加入空氣與一段爐出口氣中的 H2 發(fā)生爆炸反應(yīng)生成水，再進(jìn)一步進(jìn)行蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)，使二段爐出口氣中甲烷徹底反應(yīng)