【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 rities such as carbon dioxide ， carbon monoxide and arnino acid and so on， beneficial to 由 e protection of catalysts， and prevent piping and equipment 39。he setting of vent point located between the cold exchanger and ammonia separator. After 由 e concentration of the gas e旺 ective ammonia points lower， inert gas content is higher， which helps reduce fresh gas consumptlon. (6) The use of cold heat exchanger equipment Separator for extroversion swirl plate， heat exchanger tube heat exchanger for upper and lower ammonia separator， hot gas into ammonia cooler for cold air cooling and heat exchange， to recover 出 e freezing ∞ ld gas refrigeration， make the hot gas 由 at into the V 以天然氣為原料 的 年 產(chǎn) 10 萬(wàn) 噸 合 成 氨 合 成 工 段設(shè)計(jì) ammonia cooler cooling， which can save frozen volume， meanwhile sep缸 ated the liquid ammonia after ammonia cooling ammonia containing gas rnixture. Anhui chemical industry pany in Huainan and Small Nitrogenous Fertilizer published on the magazine of relevant data show that 由 e equipment is saving energy and reducing consumption is significant. (7)W:部位 management and environmental protection ① Empty gas and purge gas 白 1m feeding hydrogen extraction recovery system， using ammonia washing tower recovery a1most all ammonia， make concentrated ammonia， and recycling most ammonia then into high pressure machine pressed ammonia can avoid the ammonia gas into the atmosphere， and the discharge gas as fuel and more reasonable than ecoffiIlllc. ② The 0由 er wastewater reatment to focus on waste residue after national emission standard ernissions. (8) Te production system Annual operating on the 300 days and three consecutive operations. (9) Conclusion τ39。his design is mainly to 由 e synthetic ammonia processing flow design。 it includes syn由 etic ammonia process flow design， the material balance and heat calculation of synthesis tower， ammonia cooler calculation and cold exchanger， the process calculation and equipment selection of the m句 or eq山 pments of ammonia synthesis， and ammonia synthesis plant safety factors and preventive me出 ure. According to the results， five CAD drawings on process， workshop equipment layout and ammonia syn由 esis tower， waste heat boiler， water cooler are attached in the article. Key words: Ammonia synthesis。 material balance。 thermal calculation。 process design VI 畢 業(yè)設(shè)計(jì) 第 1 頁(yè)共 63 頁(yè) 1 引言 氮是植物營(yíng)養(yǎng)的重要成分之一，大多數(shù)的植物不 能直接吸收存 在 于 空 氣中的游離 氮 ， 只 有當(dāng)?shù)c其他元素化合以 后 ， 才能被植物吸收利用 。 將 空氣中的 游 離 氮轉(zhuǎn)變 為 化 合態(tài)氮的過(guò)程稱為 固定氮 。 20世紀(jì) 初 ， 經(jīng)過(guò)人們的不懈探 索 ， 終 于 成功的開(kāi)發(fā)了三種固定氮的方 法 : 電弧法、 氨氨 法 、 和 合成氨法。其中合成氨法的能耗最低 。 1913 年 工 業(yè)上實(shí)現(xiàn)了氨合成以 后 ， 合 成氨法發(fā)展迅速 ， 30 年代以后 ， 合成氨法己成 為 人 工固 氮 的 主 要方法。 氨的性質(zhì) 氨 化 學(xué)式為 NH3 常 溫 下 為無(wú)色有刺激性辛辣昧的惡臭氣體，會(huì)灼傷皮膚、眼 睛 ， 剌 激呼吸道器官粘膜，空氣中氨的質(zhì)量分?jǐn)?shù)占 % %就會(huì) 使 人在幾分鐘 內(nèi) 窒 息。氨 的主要物理性質(zhì)見(jiàn)表 01。氨在常溫加壓易液化，稱為液氮。氨易 溶 于 水，與水反應(yīng)形 成水合氮 ( NH3+ H20=) 簡(jiǎn)稱氮 水 ， 呈弱堿 性 ， 氨 水極 不 穩(wěn) 定 ， 受熱分解為氨 氣和水，氨含量為 1%的水溶液 PH 為 11工濃氨水氨含量為 28% 29%。 氨的化學(xué)性質(zhì) 比較活 潑 ， 能與酸反應(yīng)生成鹽，如與鹽酸反應(yīng)生成氯化餃 :與磷酸反應(yīng)生成磷酸鍛 。與 硝酸反應(yīng)生成硝酸餃 :與二氧化碳反應(yīng)生成甲基甲酸餒，脫水后生成尿 素 等等。 表 11 氨的主要物理性 質(zhì) [1] 項(xiàng) 目 數(shù)據(jù) 項(xiàng)目 數(shù)據(jù) 相對(duì)分子 質(zhì) 量 臨界密 度 1(g/cm3) 氮含量 臨 界 壓 縮 系數(shù) PV=ZRT 摩爾體 積 ( ， )/(υmol) i陸界熱導(dǎo)率 [)] 氣體密 度 ( ， )/(gIL) 沸 點(diǎn) (\在 Pa)rc 39。 液體密度 (， )/(g/cm3) 蒸發(fā)熱 ()/(kJ/kg) 臨界溫 度 rc 冰 點(diǎn) rc 臨 界 壓 力a 瓜。 熔化 熱 (77 .)1位 J/kg) 臨界比體 積 l(Ukg) 以天然氣為原料的年產(chǎn) 10 萬(wàn)噸合成氨合 成 工 段設(shè)計(jì) 第 2 頁(yè)共 63 頁(yè) 氫的用途 氮主要 用 于 制造 化 學(xué)肥 料 ， 如農(nóng)業(yè)上使用的所有氮肥、含氮混合肥和復(fù)合肥 等 : 也 作為生產(chǎn)其他 化 工 產(chǎn)品的原 料 ， 如基本化 學(xué) 工 業(yè) 中的硝酸、純堿、含氮無(wú)機(jī) 鹽 ， 有機(jī)化 學(xué) 工 業(yè)的含氮中間 體 ， 制 藥 工 業(yè)中磺膠類藥物、維生 素 ， 化纖和塑 料 工 業(yè)中的己酌 膠 、 己二 膠 、 甲 苯 二 異 霞酸 醋 、人 造 絲、丙烯 臘 、盼醒樹(shù) 脂 等都需要直接或間接 地 以氨 為 原 料。另外在國(guó) 防 工 業(yè)尖端技術(shù) 中 ， 作為制造三硝基甲苯、三硝基苯盼、硝化甘油、硝化 纖維等多種炸藥的原料。氨還可以做冷 凍 ， 冷藏 系統(tǒng)的制冷劑。 合成氨的發(fā)展歷史 氨氣的發(fā)現(xiàn) 十七世紀(jì) 30 年代末英國(guó)的牧 師 、 化 學(xué)家 ( HaL邸 ， 167739。1761) ， 用 氯 化餃與石灰的 混 合 物在以水封閉的 曲 頸瓶中加 熱 ，只見(jiàn)水被吸入瓶中而不見(jiàn)氣體放 出 ， 1774 年 化 學(xué)家普利斯德里重做該實(shí) 驗(yàn) ， 用京代替水來(lái)密 封 ， 制得了堿空氣(氨 )， 并 且他還 研 究發(fā)現(xiàn)了氨的性 質(zhì) ， 發(fā)現(xiàn)氨極易 浴 于 水、可以燃 燒 ， 還發(fā)現(xiàn)該氣體通以 電火花時(shí)其容積增加，而且分解為兩種氣體 : H2 和 N239。 其后 ( Davy，1778 _...._ ， 1829) 等化學(xué)家繼續(xù)研 究 ， 進(jìn)一步證明了 2 體積的氮通過(guò)電火花放電 后 ， 分解為 1 體積的氮?dú)夂? 3 體積的氫氣陽(yáng)。 合成氨的發(fā)現(xiàn)及其發(fā)展 19 世紀(jì)以前農(nóng)業(yè)上所需的氮肥來(lái)源主要來(lái) 自 于 有機(jī)物的副產(chǎn)物和動(dòng)植物的廢 物 ，如 糞便、腐爛動(dòng)植物等等，隨著農(nóng)業(yè)和 軍 工 生產(chǎn)的發(fā)展的需 要 ， 迫切的需要建立規(guī)模巨大 的探索性的研究，化學(xué)家們?cè)O(shè) 想 ， 能不能把空氣中大量的氮?dú)夤潭ㄏ聛?lái)，從而開(kāi)始設(shè)計(jì) 以氮 和 氫為原料的合成氨流程 。 19 世 紀(jì) ， 大量的化學(xué)家開(kāi)始試圖合成氮 ， 他們?cè)噲D利用 高 溫 、 高 壓 、電弧、催化 劑 等手段試驗(yàn)直接合成 氨 ， 均未成功 。 19 世紀(jì) 末 ， 隨著化學(xué)熱 力學(xué)、動(dòng)力學(xué)和催化劑等領(lǐng)域取得一定進(jìn)展 后 ， 對(duì)合成氨反應(yīng)的研究有了新的進(jìn)展 。 1901 年法國(guó)物理化學(xué)家 呂 查得利開(kāi)創(chuàng)性地提出氮合 成 的條件 是 高 溫 、 高 壓 ， 催化劑存在 。 1912 年在德國(guó)建立了世界上第一個(gè)日產(chǎn) 30 噸的合成氨廠向。合成氨也隨 之 工 業(yè) 化 ， 在以后的 生產(chǎn)過(guò)程 中 ， 人 們對(duì)合成氨的生 產(chǎn) 工 藝進(jìn)行了不斷改進(jìn)和完 善 ， 如變 換 工 藝的改進(jìn)。原 畢 業(yè)設(shè)計(jì) 第 3 頁(yè)共 63 頁(yè) 料氣凈化方法的革新及合成塔的改 造 等 ， 但 工 藝 路線沒(méi)有大的變化。 國(guó)外合成氨工業(yè)發(fā)展 到 20 世紀(jì) 50 年代， 由 于 北美成功開(kāi)發(fā)了天然氣資源，從此天然氣作為制氨的原料 開(kāi)始盛行。 到 了 20 世紀(jì) 60 年代 末 ， 國(guó)外主要產(chǎn)氨國(guó)都己先后停止用焦炭、煤為原 料 ， 取而代之的是以天然氣、重 油 等 為原 料 ， 天然氣所占的比重不斷上 升 。 1982 年 ， 世界合 成氮的生產(chǎn)能力為 125Mt 氨但因原料供應(yīng)、市場(chǎng)需求的變 化 ， 合成氨的產(chǎn)量遠(yuǎn)比生產(chǎn) 能力要低。近年，合成氨產(chǎn)量以蘇聯(lián)、中國(guó)、美國(guó)、印 度 等 十 國(guó) 最 高 ， 占世界總產(chǎn)量的 一半以上。合成氨主要消費(fèi)部門為化 肥 工 業(yè)， 用 于 其他領(lǐng)域的 (主要 是 高 分子 化 工 、火 炸 藥 工 業(yè) 等 ) 非 化肥用氨，統(tǒng)稱 為 工 業(yè)用氮。目前，合成氨年總消費(fèi)量 (以 N 計(jì) )約為 ， 其 中 工 業(yè)用氨量約為 10Mt，約占總氨消費(fèi)量的 12%。 合成氮主要原料有天然 氣 、 石腦油、重質(zhì)油和 煤 等 。 1981 年 ， 世界以天然氣制氨的比例約占 719忘 ， 蘇聯(lián)為 %、 美國(guó)為 96%、 荷蘭為 100% 。 中國(guó)仍以煤、焦炭為主要原料制氨，天然氣制氨僅占 20%。 70 年代原油漲價(jià) 后 ， 一 些采用石腦油為原料的合成氨老廠改用天然 氣 ， 新建廠絕大部分 采用天 然氣作原料。生產(chǎn)合成氨的方法主要區(qū)別在原料氣的制 造 ， 其中最廣泛采用的為 蒸汽轉(zhuǎn)化法和部分氧化 法 [3] 。 從世界燃料儲(chǔ)量來(lái)看，煤的儲(chǔ)量約為石油、天然氣總和的 10 倍 ， 自 從 70 年代中東 石油漲價(jià) 后 ， 從 煤制氨路線重新受到重視，但因以天然氣為原料的合成氨裝置投資低、能 耗低、成本低的緣 故 ， 預(yù)計(jì)到 20 世紀(jì) 末 ， 世界大多數(shù)合成氮廠仍將以氣體燃料為主要 原料。合成氨成本中能源費(fèi)用占較大比重，合成氨生產(chǎn)的技術(shù)改進(jìn)重點(diǎn)放在采用低能耗 工 藝 、 充分回收及合理利用能量 上 ， 主 要方向是研制性能更好的催化 劑 、 降低氨合成壓 力 、開(kāi)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 ?，F(xiàn)在己提 出以天然氣為原料的節(jié)能型合成氨新流程多 種 ， 每噸液氮的設(shè)計(jì)能耗可降低到約 。合成氨生產(chǎn)中副產(chǎn)大量的二氧化碳，不僅可 用 于 冷凍、飲料、滅 火 ， 也是生產(chǎn) 尿素、純堿、碳酸氫餒的原料。如果在合成