【正文】 = m3/h (2) 工藝空氣量： A=2780247。 富液由吸收塔底引出。 工藝空氣經(jīng)壓縮機(jī)加壓到 33~35atm，也配入少量蒸汽，然后進(jìn)入對(duì)流段的工藝空氣盤管加熱到 450℃左右，進(jìn)入二段爐頂部與一段轉(zhuǎn)化氣匯合，在二段爐頂部燃燒區(qū)燃燒、放熱，溫度升到 1000℃，再通過催化劑床層繼續(xù)反應(yīng)并吸收熱量。 C. 合成工序采用 ICI 獨(dú)立開發(fā)的低壓（ 60~110bar）、低溫（ 400℃）高活性催化劑。 B. 一段爐增設(shè)蒸汽過熱燒嘴：在對(duì)流段過熱蒸汽盤管高溫段上方，增加 20 個(gè)過熱燒嘴（強(qiáng)制鼓風(fēng)式），使過熱蒸汽溫度，由原 440℃提 至 460℃，使過熱蒸汽作功能力增大。 3) 緩蝕劑含量：以 DEA 為活化劑的熱鉀堿脫碳中，多以 V2O5為緩蝕劑。在兩段吸收、兩段再生流程中，半貧液的溫 度和再生塔中部溫度幾乎相等，取決于再生操作壓力和溶液組成，約為 110~115℃，而貧液的溫度，則根據(jù)吸收壓力和要求的凈化氣濃度來確定，通常為 70~80℃。其中水蒸汽冷凝熱占有相當(dāng)大的比例，這部分熱量與水蒸汽分壓有直接關(guān)系，壓力愈高，水蒸汽分壓愈高，因此其冷凝溫度也愈高，蒸汽冷凝液的利用價(jià)值愈高。所以，在經(jīng)濟(jì)方面考慮，要選擇一個(gè)合適的水碳比，目前一般選擇水碳比 ~4。這是一個(gè)典型的物理過程，可以比銅洗法制得純度更高的氫氮混合氣。 當(dāng)采用以低碳?xì)浔鹊奶烊粴狻⑹X油為原料，蒸汽轉(zhuǎn)化法制取原料氣時(shí)，脫除 CO2及殘余 CO 多選用熱鉀堿 — 甲烷化的所謂“熱法”流程。國內(nèi)采用的 方法有水洗法、低溫甲醇洗法、碳酸丙烯酯法等。 高變低變串聯(lián)流程?？紤]到經(jīng)濟(jì)合理，一般要求轉(zhuǎn)化氣中殘余甲烷＜ %（干基）。分為吹風(fēng)和制氣兩個(gè)階段，先把空氣送入煤氣發(fā)生爐內(nèi)使燃料燃燒，為制氣積蓄熱量?；钚蕴棵摮裏o機(jī)硫，過程比較復(fù)雜，分為脫硫、再生和硫的回收幾個(gè)步驟。不過，大型合成氨裝置對(duì)操作人員的技術(shù)水平、管理水平和責(zé)任心，都提出了更高的要求。 合成氨工業(yè)是能耗大，投資十分客觀的工業(yè)。那時(shí)只有兩個(gè)規(guī)模不大的合成氨工廠，不僅生產(chǎn)能力低而且技術(shù)水平也很落后?？梢?，合成氨工業(yè)是氮肥工業(yè)的基礎(chǔ)，對(duì)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)起著很大的作用。它不象一般的毒氣具有累積的毒害作用，但對(duì)人體組織有很大的灼傷性，正?？諝庵腥艉?5000ppm 的氨含量既能使人在短時(shí)間內(nèi)窒息；只要有2021ppm的氨含量就有可能在幾秒內(nèi)灼燒皮膚，使它起泡，并可能造成嚴(yán)重的肺水腫；濃度超過 700ppm將會(huì)損傷眼睛，如不及時(shí)治療，便會(huì)失去視力。前 言 本設(shè)計(jì)是年產(chǎn) 30 萬噸合成氨轉(zhuǎn)化、凈化工段的設(shè)計(jì)。 氨在空氣中的可燃極限是 16~25%（體積），在 O2中是 15~79%。 另外，氨也是重要的化工原料，廣泛應(yīng)用于制藥、煉油、純堿、合成纖維、合成樹脂、含氮無機(jī)鹽等工業(yè) 部門。解放后，我國合成氨工業(yè)發(fā)展十分迅速，尤其是八十年代后期，通過技術(shù)引進(jìn)與消化吸收，我國合成氨發(fā)展向大工業(yè)化、自動(dòng)化控制方向發(fā)展。隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，世界化肥需求量與日俱增，世界能源日漸減少，這就使不論是在世界范圍內(nèi)還是我國，合成氨工業(yè)的發(fā)展都是增產(chǎn)、節(jié)能、降耗。 綜上所述，在二十世紀(jì)六十年代開始的合成氨廠大型化是其發(fā)展史上的一次飛躍。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。以焦炭或煤為原料的反應(yīng)： C+O2 CO2，接著通入蒸汽進(jìn)行氣化反應(yīng)，隨后進(jìn)入下一循環(huán)的吹風(fēng)、制氣。為了達(dá)到這項(xiàng)目標(biāo)，在加壓操作條件下，相應(yīng)的蒸汽轉(zhuǎn)化溫度需在 1000℃以上。采用此流程時(shí)，一般與甲烷化方法配合。吸收劑的最大吸收能力由在該溶劑中的溶解度來決定。這是因?yàn)闊岱撎夹枰^多的熱量，溶液的吸收能力又不如低溫甲醇洗法等物理吸收法。通常把用液體氮洗滌 CO 的 操作稱為“氮洗”。本設(shè)計(jì)取水碳比 =。 可以減少原 料氣制備系統(tǒng)的設(shè)備投資。 本設(shè)計(jì)采用的是半貧液經(jīng)過四級(jí)閃蒸后進(jìn)入吸收塔的節(jié)能流程，進(jìn)吸收塔的半貧液溫度設(shè)計(jì)為 105℃，貧液 71℃。在系統(tǒng)開車時(shí)，為了在設(shè)備表面生成牢固的鈍化膜，此時(shí)溶液中總釩濃度應(yīng)為 ~% 17 以上（ wt，以 KVO3計(jì)）。 C. 脫除 CO2采用改良本菲爾溶液吸收，再生采用多級(jí)閃蒸，閃蒸出的蒸汽用噴射泵加壓去再生塔，用作再生蒸汽。 托普索（ Hald Tops216。 離開二段爐的轉(zhuǎn)化氣送入兩臺(tái)并聯(lián)的第一廢熱鍋爐，接著又進(jìn)入第二廢熱鍋爐，這三 臺(tái)鍋爐都副產(chǎn)高壓蒸汽。為了回收能量，富液在進(jìn)入再生塔之前先經(jīng)過水力透平減壓膨脹，然后借自身 的殘余壓力自流到再生塔頂部。 100 = m3/h （ 3）返氫量： Nh=2780247。 100 1000247。出塔的凈化氣溫度 71℃， CO2 含量為 %，經(jīng)凈化氣分離器分離掉氣體夾帶的液滴及少量的冷凝水后，進(jìn)入甲烷化系統(tǒng)。在這里進(jìn)行烴類蒸汽轉(zhuǎn)化的吸熱反應(yīng)，離開反應(yīng)管底部的轉(zhuǎn)化氣溫度為800~820℃左右，匯合于集氣管，再沿著集氣管中間的上升管上升，繼續(xù)吸收一些熱量，經(jīng)輸氣總管送往二段爐。 B. 為消除由于過量空氣帶來的過量氮?dú)?，?duì)合成回路馳放氣采用深冷回收氫，這一回收是在與合成回路基本等壓的情況下進(jìn)行，回收的氫氣直接返回循環(huán)機(jī)入口，加壓 19 后繼續(xù)利用。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)省了轉(zhuǎn)化反應(yīng) 變 換 脫 碳 甲 烷化 壓 縮 氨合成 18 大量燃料，爐頂燒嘴由原 200 個(gè)，減為 160 個(gè)。在本菲爾熱鉀堿脫碳中，活化劑 DEA 含量約為 ~5%，溶液中含有更多的活化劑，其活化作用的增加并不明顯，故本設(shè)計(jì)加入 3%的活化劑 DEA。通常應(yīng)在保持有足夠的推動(dòng)力的前提下，盡量將吸收溫度提高到和再生溫度相同或接近的程度，以節(jié)省再 16 生的耗熱量。由于轉(zhuǎn)化是在過量的水蒸汽條件下進(jìn)行，經(jīng)CO 變換冷卻后，可以回收原料氣大量余熱。但是，烴類蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，如果提高水碳比，將降低一段爐出口溫度，一段爐出口殘余甲烷含量會(huì)上升，為了保證一段爐出口殘余甲烷不變，勢必要通過加大燃?xì)饬縼硌a(bǔ)充缺少的熱量，又增加了燃?xì)獾南?。于是在空氣液化分離技術(shù)的基礎(chǔ)上，在低溫下逐級(jí)冷凝焦?fàn)t氣中各個(gè)高沸點(diǎn)組分，最后用液體氮把少量CO 及殘余的 CH4脫除。這是因?yàn)楦咛細(xì)浔鹊脑?，需脫除?CO2量較多，而低溫甲醇洗法在低溫加壓的條件下可以達(dá)到比其它任何熱法都大的吸收能力， 且系統(tǒng)能量利用比較經(jīng)濟(jì)。 物理吸收法是利用 CO2能溶解于水或有機(jī)溶劑這一性質(zhì)來完成的。下面簡述兩種變換流程以作出分析。因此，首先要求轉(zhuǎn)化氣中殘余甲烷含量要低。 內(nèi)部蓄熱的間歇轉(zhuǎn)化。按脫硫劑的物理形態(tài)分為干法和濕法，而干法和濕法又分很多種： 表 22 脫硫方法分類 硫化物種類 無機(jī)硫 有機(jī)硫 干法 吸附法 活性炭、分子篩 吸附法 活性炭、分子篩 接觸反應(yīng)法 氧化鐵、氧化鋅、氧化錳 接觸反應(yīng)法 氧化鋅 轉(zhuǎn)化法 鈷鉬加氫 濕法 化學(xué)吸附法 氨水催化、 ADA、乙醇胺 冷 NaOH吸收法 物理吸收法 低溫甲醇洗 氧化鈉吸收法 物理化學(xué)綜合吸收法 環(huán)丁砜 下面簡要介紹幾 種主要的脫硫方法 干法脫硫活性碳法可用于脫除無機(jī)硫和有機(jī)硫。另一方面，為了經(jīng)濟(jì)起見，不再像過去那樣分成幾個(gè)獨(dú)立的車間，而是把工廠設(shè)計(jì)為露天操作，將全流程控制點(diǎn)的二次儀表集中到中控室，整個(gè)過程采用自動(dòng)化控制，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度 ，減少了人員。 一段爐的改造體現(xiàn)在轉(zhuǎn)化管的使用上，原有的 HK40 厚壁管改用高強(qiáng)度的 HNb 薄壁管，這使轉(zhuǎn)化管在相同外徑時(shí)，催化劑容積增加，在 100~110%負(fù)荷下，轉(zhuǎn)化管壁溫下降 45~50℃，轉(zhuǎn)化管的阻力降降低。 解放前，全國合成氨工業(yè)與其它工業(yè)一樣，是十分落后的。此外，液氨本身就是一種高效氮素肥料，可以直接施用。 氨有毒而且易爆。 設(shè)計(jì)說明書分兩部分。雖然 NH3空氣的混合氣不易燃燒，但很容易引起爆炸。將氨氧化可以制硝酸，而硝酸又是生產(chǎn)炸藥、燃料等產(chǎn)品的重要原料。目前的合成氨技術(shù)與過去相比較，從各種原料生產(chǎn)合成氨的總流程并沒有新的變化。 目前，我國化肥行業(yè)繼續(xù)推廣一系列行之有效的節(jié)能方法，大氮肥長周期穩(wěn)定生產(chǎn)已在大部分企業(yè)得到全面推廣，使生產(chǎn)合成氨的煤、油、焦、氣和電的消 耗降低。但是，大型氨廠也具有它的弱點(diǎn)：作為一個(gè)單系列裝置而言，只要生產(chǎn)過程中任何一個(gè)環(huán)節(jié)發(fā)生故障，都會(huì)影響整系列裝置，甚至?xí)斐扇盗械耐＼?；由于作為?dòng)力的蒸汽主要依靠回收工藝余熱，如果在裝置低負(fù)荷狀態(tài)下，勢必導(dǎo)致蒸汽的不平衡而無法生產(chǎn)；由于未能預(yù)見的原因而臨時(shí)停車，對(duì)大型化的合成氨廠造成的經(jīng)濟(jì)損失也是巨大的。因反應(yīng)機(jī)理不同分為吸附法、氧化法、催化法三種。因此，生產(chǎn)煤氣的操作是間歇的。對(duì)于吸熱的蒸汽烴類轉(zhuǎn)化反應(yīng)，要在高溫下進(jìn)行，除了采取蓄熱式的間歇催化法以外，大型合成氨廠都采用外熱式的連續(xù)催化轉(zhuǎn)化法。天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化法制 12 氨過程中，由于原料氣中 CO 含量較低，高變催化劑只需布置一段。吸收 CO2后的溶液再生較為簡單，一般單靠減壓解析即可。而蒸汽轉(zhuǎn)化法流程中余熱較多，需脫除的 CO2量又較少，所以采用熱鉀堿溶液的熱法脫碳是適宜的?，F(xiàn)在，此法主要用在焦?fàn)t氣分離以及重油部分氧化、煤富氧氣化的制氨流程中。 轉(zhuǎn)化爐出口氣甲烷含量 烴類作為制氨原料，要求盡可能轉(zhuǎn)化完全。轉(zhuǎn)化壓力提高后，可提高轉(zhuǎn)化、變換的反應(yīng)速度，減少催化劑用量。 在再生過程中，提高溶液的溫度可以加快 KHCO3的分解速度，這對(duì)再生是有利的。而在正常生產(chǎn)時(shí)，溶液中的釩主要用于維持和“修補(bǔ)”已生成的鈍化膜，溶液中總釩含量可保持在 %左右，其中五價(jià)釩的含量為總釩含量的 10%以上即可。又增設(shè)一低壓冷凝液鍋爐和鍋爐給水換熱器，進(jìn)一步回收低變氣的余熱。e）公司 與凱洛格相似，托普索的節(jié)能也多半是基于現(xiàn)有的氨生產(chǎn)并逐步進(jìn)行優(yōu)化，而很少引用全新的技術(shù)。從第二廢鍋出來的氣體送往變換工序。在再生塔頂部，溶液閃蒸出部分水蒸汽和 CO2，經(jīng)過三層洗滌板，冷凝液引出塔外，經(jīng)低變出口氣預(yù)熱后，經(jīng)過四個(gè)噴射泵和一臺(tái)四級(jí)閃蒸槽，閃蒸出的氣體又引回再生塔，在塔內(nèi)回收熱量并放出殘余的 CO2。 100 = m3/h （ 4）加入的水蒸汽量： 原料天然氣的總碳： 1 +2 +3 +4 （ +） = 蒸汽用量： 18247。 24=（ t/h） 已知新鮮氣量 G=2780 m3/ 鈷鉬加氫 25 (1) 天然氣量： Nx=2780247。 變換氣經(jīng)吸收塔底部 的氣體分布管進(jìn)入吸收塔，在塔內(nèi)分別用 105℃的半貧液和71℃的貧液進(jìn)行洗滌。反應(yīng)：在一段爐和二段爐中，催化劑加速兩個(gè)同時(shí)進(jìn)行的平衡反應(yīng) CH4+2H2O CO2+4H2 CH4+2H2O CO +4H2 流程：天然氣經(jīng)脫硫后，總硫含量小于 ，根據(jù)水碳比配入工藝蒸汽后進(jìn)入對(duì)流段加熱到 500~520℃，然后送到輻射段頂部 ，分配進(jìn)入各轉(zhuǎn)化管，氣體自上而下流經(jīng)催化劑。 帝國化學(xué)公司（ ICI） 英國 ICI 公司 AMV 工藝的基本設(shè)計(jì)理念與布朗公司有很多相似之處，其主要特點(diǎn)為： A. 采用 20%的過量空氣供給二段轉(zhuǎn)化，從而使一段轉(zhuǎn)化操作溫和，水碳比由傳統(tǒng)的 降至 ~，使噸氨耗汽由 噸下降到 噸，雖然由此增加了輸送空氣的動(dòng)力，仍是經(jīng)濟(jì)的因一段爐操作改善，轉(zhuǎn)化溫度下 降，操作壓力提高。這樣，排煙溫度由原 260℃降至 130℃，提高了轉(zhuǎn)化爐的熱效率。 2) 活化劑的含量：溶液中除含有 K2CO3，還含有一定量的活化劑、緩蝕劑和消泡劑。 吸收、再生的溫度、再生塔的水汽比及溶液組成 1. 吸收溫度 提高吸收溫度可以使吸收系數(shù)加大，但卻使吸收的推動(dòng)力降低。 可以提高過量蒸汽余熱的利用價(jià)值。另一方面，提高水碳比，對(duì)析碳反應(yīng)有抑制作用。 液氮洗滌法：二十世紀(jì)二十年代以后，制氨原料擴(kuò)大到焦?fàn)t氣。在這種條件下考慮脫碳方法，就可以選用低溫甲醇洗等物理吸收法較為合適。根據(jù)所用吸收劑的性質(zhì)不同，可分為物理吸收法、化學(xué)吸收法及物理化學(xué)吸收法三種。根據(jù)變換出口氣的 CO 需求量來確定變換的具體形式。同時(shí)，甲烷在氨合成過程為一惰性氣體，它會(huì)在合成回路中逐漸積累，有害無利。其出口氣在二段爐內(nèi)加入空氣繼續(xù)反應(yīng)。 脫硫方法很多。因?yàn)榇笮秃铣砂毖b置中每種機(jī)器和設(shè)備基本上都是單臺(tái)，造成設(shè)備尺寸的大型化。 以天然氣為原料合成氨廠的凈化工序大多采用 Benfiled 熱鉀堿脫碳，采用蒸汽噴射器節(jié)省部分能量。 目前合成氨生產(chǎn)技術(shù)已發(fā)展到相當(dāng)高的水平，生產(chǎn)操作高度自動(dòng)化，生產(chǎn)工藝日趨成熟，裝置的不斷 大型化，能源利用越加合理。以氨為原料可制造各種氮素肥料。 氨的密度 ，比重 ，沸點(diǎn) ℃，固體氨溶點(diǎn) ℃，臨界溫度℃，臨界壓力 ，液氨比重 （ 20℃），液氨揮發(fā)性很強(qiáng)，汽化熱較大。 第一部分是綜述，分九章討論了氨的性質(zhì)、用途及其在國民經(jīng)濟(jì)中的地位，合成氨工業(yè)的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢，現(xiàn)代大型氨長的生產(chǎn)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)方案的論證，生產(chǎn)方法的綜述與選擇，本設(shè)計(jì)主要工藝參數(shù)的論證與確定，生產(chǎn)工藝流程的評(píng)述與選擇，合成氨生產(chǎn)原理與本設(shè)計(jì)生產(chǎn)流程的敘述及本設(shè)計(jì)主要設(shè)備一覽表。氨的自燃點(diǎn)是 630℃，燃燒時(shí) 生成藍(lán)色火焰。生產(chǎn)火箭的推進(jìn)劑和氧化劑，同樣也離不開氨。歸納一下，流程分為三類：一是烴類蒸汽轉(zhuǎn)化制氣，低變串甲烷化凈化流程；一是重油部分氧化，富氧氣化制氣，冷法凈化流程；一是煤氣化，耐硫變換與