【正文】 同時也培養(yǎng)了我靈活運用知識去發(fā)現(xiàn)問題，思考問題和解決問題的能力，在設(shè)計 中也使我認(rèn)識到作為一個化工工作者，必須具有一絲不茍、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)和吃苦耐勞的精神。在此，我向幫助我的老師和同學(xué)們表示衷心的感謝！ 致謝 本設(shè)計結(jié)合實踐生產(chǎn)，完成年產(chǎn) 2萬噸合成氨造氣工段的初步設(shè)計，從小合成氨廠的生產(chǎn)能力和生產(chǎn)成本出發(fā)，采用間歇制氣流程。 在此要感謝我的指導(dǎo) 老師對我悉心的指導(dǎo)，感謝老師給我的幫助。畢業(yè)設(shè)計論文是結(jié)合科研課題，把學(xué)過的專業(yè)知識運用于實際，在理論和實際結(jié)合過程中進(jìn)一步消化、加深和鞏固所學(xué)的專業(yè)知識，并把所學(xué)的專業(yè)知識轉(zhuǎn)化為分析和解決問題的能力。我們當(dāng)代大學(xué)生應(yīng)該具有開拓精神，既有較扎實的基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識，又能發(fā)揮無限的創(chuàng)造力，不斷解決實際工作中出現(xiàn)的新問題 。 我認(rèn)為，畢業(yè)設(shè)計也是對在校大學(xué)生最后一次知識的全面檢驗，是對學(xué)生基本知識、基本理論和基本技能掌握與提高程度的一次總測試。畢業(yè)設(shè)計不僅是對前面所學(xué)知識的一種檢驗，而且也是對自己能力的一種提高。其余低溫余熱做預(yù)熱鍋爐熱水之用等等，這些方法都已為眾多氨廠所使用。 Ⅱ 中小型氨廠中，造氣、變換和合成工段存在一定的余熱，可以加以利用，而造氣變換和銅洗工段又需要供應(yīng)一定的蒸汽。此時，應(yīng)探求合 適的泥煤比和石灰 /煤比，使制出的煤球具有較高的灰熔點，又具有合理的破碎強(qiáng)度（通常以 40～ 60kgf/個為宜），只有這樣，才能獲得高產(chǎn)低耗的氣化效果。實踐已證明，這一措施有利于增大制氣能力并降低消耗。除此之外，為了實現(xiàn)高溫制氣條件，爐 篦 還必須具有強(qiáng)力的碎渣能力。 Ⅰ 造氣的節(jié)能 造氣工段是合成 氨廠料煤消耗所在，又是工藝蒸汽（制氣用）的主要用戶，其能耗約占全廠 60%。一般而言，原料煤和燃燒兩者之和約占能耗的 70%，電耗約占 30%。 第九章 安全技術(shù) 與節(jié)能 Ⅰ 為了保證國家的財產(chǎn)和工作人員的安全，合成氨廠造氣工段使用的安全裝置有： 、吹掃裝置及排放裝置； 、泄露閥（或防爆膜） 、鐘罩閥、止逆閥、安全水封、汽封裝置及水位計算； ； 、行程限位裝置； （ 1）安全救護(hù)用具和測一起以及消防器材； （ 2）儀表指示和訊號控制裝置； （ 3）電器設(shè)備和照明采用防爆型燈； （ 4）通風(fēng)裝置。所有管道沿框架柱子布置，既整齊美觀又不需要單獨數(shù)設(shè)管架，節(jié)約投資費用。因 為生產(chǎn)過程中以煤為原料，生產(chǎn)過程大部分裝置都會放出大量的熱，并且易產(chǎn)生有毒氣體。節(jié)約基建投資。整個廠區(qū)主導(dǎo)風(fēng)向是西南風(fēng)，生活部門中的辦公室、休息室、廁所及化驗室、儀表控制室也布置在南面以及充分利用太陽能采暖，而泵房、維修房、消防間、電工房、配電房布置在北面。生產(chǎn)流程采用常壓固定床間歇制氣法，主要設(shè)備有煤氣發(fā)生爐、燃燒室、廢熱鍋爐、洗氣箱、煙囪、洗滌塔、水泵、空氣鼓風(fēng)機(jī)?？諝獯祪魰r，氣體經(jīng)燃燒室、廢熱鍋爐、洗氣箱和洗滌塔進(jìn)入氣柜，此時燃燒室不必加入二次空氣，在上、下吹制氣時，如配入加氮空氣，則其送入時間應(yīng)稍遲于水蒸汽的送入，并在蒸汽停送之前切斷，以避免空氣與煤氣相遇而發(fā)生爆炸。蒸汽上吹制氣時，煤氣經(jīng)燃燒室及廢熱鍋爐回收余熱后，再經(jīng)洗氣箱及洗滌塔進(jìn)入氣柜。 以上 5個階段的工作循環(huán)，由液壓或氣壓兩種形式自動機(jī)控制，目前正在發(fā)展成微型程序制代替自動機(jī)控制。進(jìn)入廢熱鍋爐回收氣體中的顯熱后進(jìn)入洗氣箱至洗氣塔洗凈和冷卻至常溫由洗氣塔 上部引出送出氣柜。 、下形煤氣顯熱的流程 該流程與流程（ 3）的差別僅在于下形煤氣的顯熱亦于回收，廢熱的回收利用程度最高，廢熱鍋爐的溫度波動較小，蒸發(fā)量也較穩(wěn)定。一般為小型水煤氣站采 ： 該流程在吹風(fēng)階段，將吹風(fēng)氣通過燃燒室，同時向燃燒室內(nèi)送入二次空氣，合使吹風(fēng)氣中的在燃燒室中燃燒，蓄熱，高溫燃燒后廢熱鍋爐的收熱量后放空。 氣體成分 主要調(diào)節(jié)半水煤氣中（ H2+CO）與 N2比值。但燃料活性較低時，宜采用較小的蒸汽流量和較長的送入時間。但要受到燃料活性、爐溫和熱平衡的限制。以降低吹風(fēng)氣中的一氧化碳含量，減少熱損失。此外，爐溫還受燃料及灰渣熔點的限制，高溫熔融將造成爐內(nèi)結(jié)疤。為了保存以上的要求，氣化過程的工藝條件有： 溫度 反應(yīng)溫度沿著燃料層高度而變化，其中氧化層溫度最高。它是用來表示氣化過程中的熱能利用率。 自動機(jī) 自動機(jī)的作用在于通過自動機(jī)的程序控制，使水煤氣的生產(chǎn)操作基本實現(xiàn)自動化。煤氣由下部入塔，由上部出塔。它是煤氣爐系統(tǒng)確保安全生產(chǎn)不可缺少的設(shè)備。 洗氣箱 洗氣箱的作用是防 止水封以后的煤氣倒回煤氣爐和空氣發(fā)生爆炸，并兼冷卻除塵的作用。分離下來的水及向氣泡補充的新鮮水（軟水）由下循環(huán)流入廢熱鍋爐下部管間。高溫氣從上而下與管間的水進(jìn)行逆Ⅲ 還原區(qū) 二氧化碳還原成一氧化碳或水蒸氣分解為氫，燃料依靠熱的氣體而被預(yù)熱。 氣體從下部入口切線方向進(jìn)室，避免直接沖撞室壁，以減少對耐火磚的磨損，并使氣體在室內(nèi)分布均勻。 最終反應(yīng)： C＋ O2＋ =CO2＋ 2C＋ O2＋ =2CO＋ 燃燒室 燃燒室的上部都呈錐 形 ，中部為柱體，內(nèi)襯有耐火磚及蓄熱用的格子磚。通過減速箱蝸桿、蝸輪來完成的。底盤兩側(cè)有灰斗，底盤上沒有溢流排污管和水封桶，可以排泄冷凝水和油污，并防止氣體外透，起安全作用。 （ 2）夾套鍋爐 夾套鍋爐傳熱面積約為 19m2。 水煤氣發(fā)生爐的結(jié)構(gòu)大致分為五個部分，起各部分的作用分?jǐn)⑷缦拢? 在煤氣發(fā)生爐中固體燃料氣化過程，燃料與氣化呈相反方向和順時針方向運動，當(dāng)氣化劑經(jīng)過燃料層時，進(jìn)行燃料的氣化反應(yīng)，同時伴隨物理變化，燃料層大致可分為如圖所示的 5個區(qū)層 （ 1） 干燥層 新加入的燃料由于下層高溫燃料和爐壁的輻射熱以及下面的高溫氣流的導(dǎo)熱，使燃料中的水分蒸發(fā)，形成干燥層，干燥層的厚度與加入燃料的量有關(guān)。 （ 5）灰渣層 氧化層下面就是灰渣層，沒有化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，起作用是能分布熱空氣和保護(hù)爐。由于半水煤氣是生產(chǎn)合成 灰渣層 氧化層 干餾層 干燥層 還原層 氨的原料氣，因此，要求入爐蒸汽與空氣（習(xí)慣上稱為氮空氣）比例恰當(dāng)以滿足半水煤氣中（ CO＋ H2）： N2=3 要求，但是在實際生產(chǎn)中要求半水煤氣（ CO＋ H2）：N2≧ 。 （ 9）對燃料粒度的要求 合成氨原料煤首先對煤種要求是無煙煤，其次對粒度則要求采用塊煤和粉煤的成型，特別以 23~50mm 的粒度最好。 （ 7）對熱穩(wěn)定性要求 熱穩(wěn)定性是指燃料在受高溫后粉碎的程度。在合成氨生產(chǎn)系統(tǒng)中，根據(jù)流程特點，對含硫量有一定的要求 。 （ 3）對灰分的要求 煤中含灰分其主要成分為二氧化硅、氧化鐵、氧化鋁、氧化鈣和氧化鎂等無機(jī)物質(zhì)。 生產(chǎn)半水煤氣對原料的選擇 間歇法生產(chǎn)半水煤氣對原料的要求： （ 1）對水分的要求 一般焦炭和無煙煤正常水分含量均在臨界水分以下，如果 燃料中水分含量過高，會 影響煤氣發(fā)生爐的氣化效率，在氣化過程中因水分蒸發(fā)吸熱造成爐溫下降使燃料消耗增加，爐子操作條件惡化，影響水煤氣產(chǎn)量和質(zhì)量。根據(jù)我國基本 國情 及當(dāng)?shù)厍闆r本設(shè)計采用常壓固定床間歇氣化法。但是如果采用這些方法不但其主體設(shè)備及相關(guān)必要設(shè)備的投資就將大大增加而且能耗也將大大增大。 術(shù) 移動床氣化法分為壓和常壓兩種，該技術(shù)對煤的類型有一定要求，要用塊煤，底灰熔點的煤難以使用。它是 1948年德國海因里希 柯柏斯和托切克博士提出的一種氣流床氣化粉煤的方法。粗煤氣再進(jìn)入第二旋風(fēng)分 離器，在此分離出的細(xì)顆粒通過密閉的灰鎖系統(tǒng)將灰渣排出，除去煤塵。 （ 2）高溫溫克勒法 將含水分 85~12%的褐煤輸入到充壓至 的密閉料鎖系統(tǒng)后，經(jīng)給煤機(jī)加入氣化爐內(nèi)。 流化 床氣化 流化床氣化又稱沸騰床氣化，它是以小顆粒煤為原料，將氣化劑（蒸汽和富氧或氧氣）送入爐內(nèi)，是煤顆粒的爐內(nèi)呈沸騰狀態(tài)進(jìn)行氣化反應(yīng)。 （ 1）固定床常壓氣化 此方法比較簡單，但對煤的類型有一定要求，即要求用塊煤，低灰熔點 的煤難以使用常壓方法用空氣或空氣 水蒸汽作為氣化劑，制得低熱值煤氣。 ，氣化方法有（ 1）移動床（固定床）；（ 2）流化床；（ 3）氣流床。最簡便的方法是將水電解，但此法由于電能消耗大、 成本高而受到限制。 為防止 CO和 CO2對催化劑的毒害，規(guī)定 CO和 CO2總含量不得多余 20ppm[5]。 (2) 硫化物和碳氧化物含量 無論那一種原料所得原料氣，都含有一定數(shù)量的硫化物。初始氨含量的高低取決于氨分離的方法。如果循環(huán)氣中惰性氣體含量一定，新鮮氣中惰性氣體含量增加，根據(jù)物料平衡關(guān)系，新鮮氣消耗隨之增大。如果略去氫及氨在液氨中溶解損失的少 量差異，氨合成反應(yīng)氫與氮總是按 3： 1 消耗，新鮮氣氫氮比應(yīng)控制為 3，否則循環(huán)系統(tǒng)中多余的氫或氮就會積累起來，造成循環(huán)氣中氫氮比的失調(diào)。煤炭的氣化過程是一個熱化學(xué)過程，影響其化學(xué)過程的因素 有很多，除了氣化介質(zhì)、燃料接觸方式影響外，其工業(yè)條件的影響也必須考慮。 mol1 總反應(yīng)： 3H2(g) + 3CO(g) CH3OCH3(g) + CO2(g)的Δ H ＝ kJ 煤炭氣化 時，必須具備三個條件，即 氣化爐 、氣化劑、供給熱量，三者缺一不可。 據(jù)統(tǒng)計，我國排放的二氧化硫的 90％、氮氧化物的 70％來自燃煤，這其中 50％左右來自火電廠，電廠每發(fā) 1000 瓦時火電向大氣中排放 公斤二氧化硫。 據(jù)悉，美國的煤炭氣化技術(shù)現(xiàn)擁有移動床氣化裝置、流體床氣化裝置、夾帶氣化裝置三大類。 對地下氣化的研究，一般需要建立煤炭氣化試驗研究基地。專家分析指出：產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程停滯，技術(shù)難題尚未破，政策措施不到位，這三大問題是導(dǎo)致上述結(jié)果的直接原因。前者以煤炭作為原料，以氧或氫作氣化介質(zhì)，控制氧化程度，使煤炭轉(zhuǎn)化成為一氧化碳、氫和甲烷等可燃性氣體。當(dāng)時，在徐州、唐山、山東等 10 余個礦區(qū)先后進(jìn)行試驗。至于可再生資源發(fā)電，其所占的比重微乎其微。節(jié)省的巨額資金 ,用作農(nóng)田水利建設(shè)和農(nóng)產(chǎn)品深加工 ,將在加速農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展 ,提高農(nóng)民生活水平 ,縮小城鄉(xiāng)差距起著重要用。我國七十至九十年代先后重復(fù)引進(jìn) 30 多套大化肥裝置 ,耗費巨額資金 ,在提高了化肥生產(chǎn)技術(shù)水平的同時 ,也受到國外的制約。農(nóng)業(yè)生產(chǎn) ,“有收無收在于水 ,收多收少在于肥”。即今后 20 年間將增加到現(xiàn)在的 倍。 （ 3） 市場需要 據(jù)資料統(tǒng)計 :1997 年世界合成氨年產(chǎn)量達(dá) 。此外，氨還是常用的冷凍劑。可見，合成氨工業(yè)是氮肥工業(yè)的基礎(chǔ)，對農(nóng)業(yè)增產(chǎn)起著重要的作用。各種氮肥生產(chǎn)是以合成氨為主要原料的，因此，合成氨工業(yè)的發(fā)展標(biāo)志著氮肥工業(yè)的水平。常溫下氨在空氣中的爆炸范圍為 ～ 28％，在氧氣中為 ～ 82％。 氨與酸或酸酐可以直接作用，生成各種銨鹽；氨與二氧化碳作用可生成氨基甲銨，脫水成尿素；在鉑催化劑存在的條件下，氨 與氧作用生成一氧化氮，一氧化氮繼續(xù)氧化并與水作用，便能得到硝酸。氨是一種無色具有強(qiáng)烈刺激性、催淚性和特殊臭氣的無色氣體，比空氣輕，相對密度 ，熔點－ ℃；沸點－ ℃。但是，由于裝置原料路線、資源供應(yīng)、運輸、資金與技術(shù)成熟度等諸多方面原因，合成氨節(jié)能技術(shù)改造的效果始終未能達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。煤造氣采用水煤漿或先進(jìn)粉煤氣化技術(shù)替代傳統(tǒng)的固定床造氣技術(shù)。 目 前，中國是世界上最大的化肥生產(chǎn)和消費大國，合成氨年生產(chǎn)能力已達(dá)4222萬噸。與此同時開發(fā)了合成氨與碳酸氫銨聯(lián)合生產(chǎn)新工藝，興建大批年產(chǎn) 5～ 20kt氨的小型氨廠，其中相當(dāng)一部分是以無煙煤代替焦炭進(jìn)行生產(chǎn)的。中華人民共和國成立以后，合成氨的產(chǎn)量增長很快。這就是第一次世界大戰(zhàn)德國為什么能夠堅持這么久的不解之謎謎底。當(dāng)哈伯的工藝流程展示之后，立即引起了早有用戰(zhàn)爭吞并歐洲稱霸世界野心的德國軍政要員的高度重視，為了利用哈伯，德國皇帝也屈尊下駕請哈伯出任德國威廉研究所所長之職。 稍后，德國化學(xué)家能斯特通過理論計算，認(rèn)為合成氨是不能進(jìn)行的。后來人們把合成氨稱為化學(xué)發(fā)展史上的 “ 水門事件 ” 。通過資源的充分利用及污染的集中治理，達(dá)到減少污染物排放，實現(xiàn)環(huán)境友好。新型煤化工強(qiáng)化對副產(chǎn)煤氣、合成尾氣、煤氣化及燃燒灰渣等廢物和余能的利用。 在建設(shè)大型企業(yè)的基礎(chǔ)上，形成新型煤化工產(chǎn)業(yè)基地及基地群，制砂設(shè)備。新型煤化工根據(jù)煤種、煤質(zhì)特點及目標(biāo)產(chǎn)品不同，采用不同煤轉(zhuǎn)化高新技術(shù)，并在能源梯級利用、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)方面對不同工藝優(yōu)化集成，提高整體經(jīng)濟(jì)效益，如煤焦化一煤直接液化聯(lián)產(chǎn)、煤焦 化一化工合成聯(lián)產(chǎn)、煤氣化合成一電力聯(lián)產(chǎn)、煤層氣開發(fā)與化工利用、煤化工與礦物加工聯(lián)產(chǎn)等。新型煤化工以生產(chǎn)潔凈能源和可替代石油化工產(chǎn)品 為主，如柴油、汽油、航空煤油、液化石油氣、乙烯原料、聚丙烯原料、替代燃料（甲醇、二甲隧〉、電力、熱力等，以及煤化工獨具優(yōu)勢的特有化工產(chǎn)品，如芳香短類產(chǎn)品。 新型煤化工與傳統(tǒng)煤化工的區(qū)別：新型煤化工通常指煤制油、煤制甲醇、煤制二甲醚、煤制烯烴、煤制乙二醇等等。世界探明可采儲量為 。一種固體可燃有機(jī)巖，主要由植物遺體經(jīng)生物化學(xué)作用，埋藏后再經(jīng)地質(zhì)作用轉(zhuǎn)變而成。隨著油價的不斷上漲，今后將停止以油為原料的 新設(shè)備建設(shè)，并要求進(jìn)行以煤代油的技術(shù)改造。目前還在建設(shè)采用各種煤氣化技術(shù)的工業(yè)化裝置。首先，制成含 H2和 CO等組分的煤氣，然后，采用各種凈化方法，除去氣體中的灰塵、 H2S、有機(jī)硫化物、 CO、 CO2等有害雜質(zhì)，以獲得符合氨合成要求的潔凈的