【文章內容簡介】 object specifications, selection of factory position, selection of plant production line argument。 Technology part introduced emphatically transform process, determine the transformation process calculation part of inlet and outlet temperature system, total steam conversion of CO catalyst and catalyst dosage, resistance, etc. The process of the main introduces factory waste treatment. The low shift process: (1) the advantages of low temperature catalyst starting activity。 (2) transform furnace system at low temperature range operation, reduces the charging and make the ZhengQiLiang variable flow steam consumption reduce low. Key words: Synthetic ammonia, mutation process, the lowtemperature shift process 年產 10萬噸合成氨工程項目變換工序工藝設計（論文） 1 第一章 總論部分 設計對象規(guī)格 年產 10萬噸合成氨工程項目工藝設計（重點工序：變換工序， CO進口含量： %） 產品品種 和產品性質 產品品種 產品為液氨，其中氨含量為 % ，殘留物含量為 %。 產品性質 液氨為無色液體， 25℃時其密度為 ，標準大氣壓下沸點為 ℃， 它是一種有腐蝕性、有毒的物質；極易揮發(fā)成氣氨，具有強烈的刺激性，對人體能引起腐蝕和窒息作用，與空氣混合濃度達到 15%～ 17%范圍時，形成爆炸混合氣體。介于液氨的以上性質，儲存時要用專門的液氨儲罐，用液氨槽車裝運或液氨瓶充裝。 表 指標名稱 一級品 二級品 氨（ NH3）含量 /％ 水份﹑油含量 /％ 原料的來 源和規(guī)格 生產合成氨的主要原料有 天然氣 、 石腦油 、 重質油 和 煤 （或焦炭）等 。 各個合成氨廠原料的選擇受多方面因素制約，尤其是廠區(qū)附近資源分布情況。鑒于我國能源結構、儲量、供應和消耗情況，加之廠所處位置西南地區(qū)煤礦豐富，所以本合成氨廠選用煤為原料，采用貴州六盤水市鐘山區(qū)大灣鎮(zhèn)無煙煤。原料煤的規(guī)格見表 。 表 原料煤的規(guī)格 灰分 /%(平均 ) 揮 發(fā)份 /% 含硫 /% 發(fā)熱量 /J/g 12% % % 34000 合成氨在國民經濟中的地位和用途 氨是一種含氮化合物，氨是化學工業(yè)中產量最大的產品之一，合成氨用氫氣約占 年產 10萬噸合成氨工程項目變換工序工藝設計（論文） 2 氫氣生產總量的 50%。氨的用途很廣，除氨本身可用作化肥外，還可以加工成各種氮 肥和含氮復合肥料，如氨與二氧化碳合成尿素，與多種無機酸反應制得硫酸銨，硝酸 銨，磷酸銨等。氨還可以用來制造硝酸，純堿，氨基塑料，聚西銨纖，丁晴橡膠，黃 銨類藥物及其他含氮的無機和有機化合物。在國防和尖端科學部門用氨來制造硝化 甘油，硝化纖維，三硝基甲苯（ TNT），三硝基苯酚等炸藥，及島彈推進劑和氧化劑 等。氨還是常用的冷凍劑之一。由于氨在工業(yè)的生產中的特殊地位，故在國民經濟中 占有重要的地位。 建廠位置選擇 廠址 : 貴州省六盤水市鐘山區(qū)巖口。 圖 廠址地理區(qū)位圖 年產 10萬噸合成氨工程項目變換工序工藝設計（論文） 3 廠區(qū)及附近地方地理概況： 鐘山區(qū)交通較為發(fā)達，鐵路公路縱橫交錯，創(chuàng)造了 “ 東進西出 ” 、 “ 北上南下 ” 的有利條件。鐵路運輸：貴 (陽 )昆 (明 )鐵路橫穿東西，株 (州 )六 (盤水 )在區(qū)內接軌，內 (江 )昆 (明 )鐵路縱貫北南，二級三級編組站在區(qū)內建成，鐘山區(qū) 地處鐵路運輸的 “ 大十字 ” 交匯處，特別是內 (江 )昆 (明 )與南 (寧 )昆 (明 )鐵路相接，構成了西北各省、區(qū)通達出?？谥輳?； 公路運輸：貴 (陽 )煙 (堆山 )、水 (城 )盤 (縣 )、水 (城 )畢 (節(jié) )、水 (城 )煤 (炭包 )、水 (城 )南 (開 )等公路由區(qū)內通往四面八方。 便利的交通使得原料和產品的快捷運輸成為可能。以窖上水庫為水源，為生產提供充足水源。 廠區(qū)及其附近氣候概況：該地區(qū) 屬北亞熱帶季風溫暖濕潤氣候區(qū)，冬無嚴寒，夏無酷暑，雨量充沛，氣候宜人。年平均溫度 ℃ ，年均降水量 ， 年日照時數在 1253～ 1556 小時 之間 ， 無霜期在 230～ 298 天之間 ， 年 平 均相對濕度 8l％。 全廠生產路線的選擇論證 煤氣化及造氣爐選擇 煤氣化是一個熱化學過程。以煤或煤焦為原料，以氧氣（空氣、富氧或純氧）、水蒸氣或氫氣等作氣化劑，在高溫條件下通過化學反應將煤或煤焦中的可燃部分轉化為氣體燃料的過程。煤的氣化類型可歸納為五種基本類型：自熱式的水蒸氣氣化、外熱式水蒸氣氣化、煤的加氫氣化、煤的水蒸氣氣化和加氫氣化結合制造代用天然氣、煤的水蒸氣氣化和甲烷化相結合制造代用天然氣。 本設計以無煙煤為原料制取合成氨原料氣。半水煤氣的制取方 法：分別以空氣和水蒸氣做氣化劑然后將分別制得的空氣煤氣和水煤氣兩者按混合后氣體中（ H2+CO） 與 N2 摩爾比為 ～ 的比例進行配比所得煤氣即為半水煤氣 。煤在氣化爐中進行的氣化過程：干燥，熱解以及氣化生成碳與氣化劑反應三個階段。煤的主要反應式：煤→ C+CH4 +CO+CO2+H2+H2O+焦炭。幾乎所有制取工藝都需要在較高的溫度下供給熱量進行，供熱的方式主要有①儲能法：此法是將空氣和水蒸氣分別送入炭層，先送入空氣入爐燃燒煤提高溫度，換言之是將氣化產生的熱量儲存在煤層里，生成的吹風氣經熱量回收后大 部分放空而后通入蒸汽進行煤氣化反應，所得的水煤氣配入部分吹風氣即為半水煤氣，由于水蒸氣氣化煤層是吸熱反應因而煤層溫度下降故需要重新通入空氣以提高爐溫在通入水蒸氣進行氣化反應，使整個制氣過程反復進行（間歇制氣法）② 富氧制氣法：用富氧空氣或純氧代替空氣進行煤氣化，此氣化法的最大優(yōu)點就是在同爐溫的狀況下可以實 年產 10萬噸合成氨工程項目變換工序工藝設計（論文） 4 現連續(xù)制氣，若用純氧制合成氨原料氣時在后繼工段中需要補充氮氣，使氫氮比滿足工藝要求③由外界供熱。 工業(yè)中由于氣化劑和氣化爐的不同，對煤的要求也不同，以下是幾種常見固定床氣化爐的介紹： 固定床氣化 又稱為 移動床氣化，屬于逆流操作。分為常壓與加壓兩種。常壓法比較簡單，但要求用塊煤，低灰熔點的煤難以使用。加壓法是常壓法的改進和提高，常用O2與水蒸氣為氣化劑，對煤種適應性大大提高。屬于這類爐型的氣化爐有 UGI 爐、魯奇 (Lurgi)爐和液態(tài)排渣魯奇 (BGL)爐等。 (1)UGI 爐 UGI 煤氣化爐以美國聯合氣體改進公司命名的煤氣化爐，是一種常壓固定床煤氣化設備。原料通常采用無煙煤或焦炭，其特點是可以采用不同的操作方式（連續(xù)或間歇）和氣化劑，制取空氣煤氣、半水煤氣或水煤氣。 UGI 氣化爐 爐子為直立圓筒形結構。爐體用鋼 板制成，下部設有水夾套以回收熱量、副產蒸汽，上部內襯耐火材料，爐底設轉動爐篦排灰。氣化劑可以從底部或頂部進入爐內，生成氣相應地從頂部或底部引出。因采用固定床反應 ,要求氣化原料具有一定塊度 ,以免堵塞煤層或氣流分布不勻而影響操作 。 UGI 爐用空氣生產空氣煤氣或以富氧空氣生產半水煤氣時 ,可采用連續(xù)式操作方法 ,即氣化劑從底部連續(xù)進入氣化爐，生成氣從頂部引出。以空氣、蒸汽為氣化劑制取半水煤氣或水煤氣時，都采用間歇式操作方法。在中國，除少數用連續(xù)式操作生產發(fā)生爐煤氣（即空氣煤氣）外，絕大部分用間歇式操作生產半水煤氣或 水煤氣。 UGI 爐的優(yōu)點是設備結構簡單，易于操作 ,一般不需用氧氣作氣化劑，熱效率較高 ；缺點是生產強度低，每平方米爐膛面積的半水煤氣發(fā)生量約 1000m3／ h,對煤種要求比較嚴格，采用間歇操 作 時工藝管道比較復雜 。 年產 10萬噸合成氨工程項目變換工序工藝設計（論文） 5 圖 UGI造氣爐 年產 10萬噸合成氨工程項目變換工序工藝設計（論文） 6 (2) Lurgi(魯奇 )加壓氣化爐 魯奇碎煤加壓氣化技術是 20 世紀 30年代由聯邦德國 魯奇公司開發(fā)的，是目前世界上建廠數量最多的煤氣化技術。 Lurgi 加壓氣化爐壓力 ～ ，氣化反應溫度800～ 900℃ ，固態(tài)排渣，以小塊煤 (對入爐煤粒度要求是 6mm 以上，其中 13mm 以上占87%， 6～ 13mm 占 13%)為原料、蒸汽 氧氣連續(xù)送風制取中熱值煤氣。 以下是魯奇爐的一些特點： ① 魯奇碎煤氣化技術對煤種和煤質的要求較高，只能使用弱黏結煙煤和褐煤，灰熔點 (氧化氣氛 )大于 1500℃ 。對強黏結性、熱穩(wěn)定性差、灰熔點低以及粉狀煤則難以使用 ； ② 生產能力大，自工業(yè)化以來，單爐生產能力持續(xù)增長 ； ③ 氣化爐結構 復雜，爐內設有破黏和煤分布器、爐箅等轉動設備，制造和維修費用的 ； ④ 進料用灰鎖上、下閥的使用壽命最長僅為 5～ 6 個月，而且長期依賴進口 ； ⑤ 出爐煤氣中含有焦油、酚等，煤氣凈化和污水處理工藝復雜、流程長、設備多，爐渣含碳 5%左右。 (3) 液態(tài)排渣魯奇 (BGL)爐 1984 年魯奇公司和英國煤氣公司聯合開發(fā)了 BGL 液態(tài)排渣魯奇爐，該爐操作壓力～ ，氣化反應溫度 1400～ 1600℃ 。爐結構比傳統 的 Lurgi 爐簡單，取消了轉動爐箅。 與固態(tài)排渣法相比較，液態(tài)排渣加壓氣化法的主要特點是： ① 氣化強度高， 生 產能力大； ② 水蒸氣耗量低，水蒸氣分解率高； ③ 煤氣中可燃組分增加，熱值提高； ④ 煤種適應性增強； ⑤ 碳轉化率、氣化效率和熱效率均有提高； ⑥ 對環(huán)境污染減少。 液態(tài)排渣法固定床加壓氣化具有一系列優(yōu)點，因而受到廣泛重視。但是由于高溫、高壓的操作條件，對于爐襯材料、熔渣池的結構和材質以及熔渣排出的有效控制都有待于不斷改進。 綜合考慮后本設計選擇 UGI氣化爐造氣。選擇理由： UGI 爐的設備結構簡單，易于操作 ，操作費用低， 一般不需用氧氣作氣化劑， 加之 固定床間歇式氣化工藝的優(yōu)點是氣化劑由下而上與原料煤逆流接觸，有利于換熱， 熱效率較 高 。 采用間歇式操作方法 。 年產 10萬噸合成氨工程項目變換工序工藝設計（論文） 7 本設計造氣基本原理 熱法制半水煤氣分兩個階段。即：空氣吹風階段與制氣階段，這兩個階的反應如下： 吹風階段 (即空氣送風階段 )： 2C+O2＝ 2CO+ 2CO+O2＝ 2CO2+ 2CO2+C＝ 實際上前兩式可合并成 C+O2＝ CO+熱量 制氣階段 (即吹蒸汽制水煤氣或吹蒸汽 — 空氣混合物制半水煤氣 )： C+2H2O＝ CO+ C+H2O＝ CO+ CO+H2O=CO2+H2+ 本設計造氣工藝流程 制半水煤氣的工藝流程如圖 。由煤焦運輸部分運來的焦炭，送至煤氣發(fā)生爐 1 頂上的焦炭貯倉中。貯倉的容量，能保證煤氣發(fā)生爐連續(xù)制氣 16 小時。這樣，在計劃檢修皮帶運輸機時，不致影響燃料的供應。 貯倉中的炭，定期 (由煤氣發(fā)生爐自動控制器控制 )加至自動加焦機的焦槽中，再定期 (每循環(huán)一次 )加入爐中 (也由煤氣發(fā)生爐自動控制器 控制 )。煤氣制造各階段的流程如下： 1）吹風 自空氣鼓風機送來的空氣 (壓力 ～ 米水柱 )，經過安全閥、吹風閥自爐底送入，由爐頂出來后，經除塵器 2入燃燒室 3 底部，并在燃燒室內和自二次空氣閥送來的二次空氣燃燒，使燃燒室溫度升高。氣體出燃燒室頂后，入廢熱鍋爐 5 的火管中，將顯熱傳給管壁，使管間的水蒸發(fā)，產生壓力為 12 氣壓的水蒸氣，然后在 220℃左右離開廢熱鍋爐，自煙囪放入大氣中。在燃燒室內燃燒用的二次空氣，是由空氣鼓風機出口管上的支管送來的。 2）上吹制氣 蒸汽經過蒸汽總閥、上吹蒸汽閥自爐底進入。水煤氣 自上部爐口出來，經過燃燒室、廢熱鍋爐、克力斯三通閥（圖中未畫出）入水封槽 4，然后去總管。與其它爐出來之煤氣匯合后進