【正文】 V 出 = m３ 。(0i)≈ M180。(0CH4)=100﹪=﹪ 入口液體中氬含量 m180。 ????.%?????G水冷后分離液氨占總量的 ，冷交分離%5439液氨占總量的 。.——精煉氣 .——合成氣；. . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手 13——放空氣 20——弛放氣 ——液氨 圖 計算物料點流程第四章 工藝計算 物料衡算 初始條件（1） 年產(chǎn) 19 萬噸，年產(chǎn)時間扣除檢修時間后按 330 天計算，則產(chǎn)量為 。經(jīng)高變處理后，氣體中 CO 降到 ％左右，溫度為 425～440℃。工藝空氣經(jīng)壓縮機壓到 ～ MPa，也配入少量水蒸氣，然后進(jìn)入對流段的工藝空氣加熱盤預(yù)熱到 480℃左右，進(jìn)入二段爐頂部與一段轉(zhuǎn)化氣匯合，在頂部燃燒區(qū)燃燒、放熱，溫度升到 1200℃左右，在通過催化劑床層時繼續(xù)反應(yīng)并吸收熱量，離開二段轉(zhuǎn)化爐的溫度約為 1000℃左右，壓力為 MPa，所得混合氣殘余甲烷含量約為 ％。在本設(shè)計中，甲烷和其他烴類轉(zhuǎn)化為 CO 和 H2的轉(zhuǎn)化工序采用的是兩段爐催化轉(zhuǎn)化，經(jīng)過二段轉(zhuǎn)化后，甲烷含量約為 %左右。除盡可能提高熱回收率,多產(chǎn)蒸汽外, 應(yīng)考慮提高回收熱的位能, 即提高回收蒸汽的壓力及過熱度。中壓法技術(shù)比較成熟，經(jīng)濟(jì)性比較好，在 15～30Pa 的范圍內(nèi)，功耗的差別是不大的，因此世界上采用此法的很多。用副產(chǎn)蒸汽及預(yù)熱高壓鍋爐給水方式回收反應(yīng)熱時，生產(chǎn)一噸氨一般可回收 ～ 噸蒸. . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手汽。 (3)預(yù)熱反應(yīng)前的氫氮混合氣和預(yù)熱高壓鍋爐給水。(2) 預(yù)熱反應(yīng)前的氫氮混合氣和副產(chǎn)蒸汽。目前回收利用反應(yīng)熱的方法主要有以下幾種：(1) 預(yù)熱反應(yīng)前的氫氮混合氣。也可采用冷凝法將放空氣中的甲烷分離出來，得到氫、氮氣，然后將甲烷轉(zhuǎn)化為氫，回收利用，從而降低原料氣的消耗。(5)惰性氣體的排除氨合成循環(huán)系統(tǒng)的情性氣體通過以下三個途徑帶出：(1)一小部分從系統(tǒng)中漏損；(2)一小部分溶解在液氨中被帶走；(3) 大部分采用放空的辦法，即間斷或連續(xù)地從系統(tǒng)中排放。分離氨后剩余的氫氮氣，除為降低情性氣體含量而少量放空以外，與新鮮原料氣混合后，重新返回合成塔，再進(jìn)行氨的合成，從而構(gòu)成了循環(huán)法生產(chǎn)流程。在水冷器和氨冷器之后設(shè)置氨分離器，把冷凝下來的液氨從氣相中分離出來，經(jīng)減壓后送至液氮貯槽。(3)氨的分離 進(jìn)入氨合成塔催化層的氫氮混合氣，只有少部分起反應(yīng)生成氨，合成塔出口氣體氨含量一般為 10～20％，因此需要將氨分離出來。若采用離心式壓縮機或采用無油潤滑的往復(fù)式壓縮機，氣體中不含油水，可以取消濾油設(shè)備，簡化了流程。(1)氣體的壓縮和除油 為了將新鮮原料氣和循環(huán)氣壓縮到氨合成所要求的操作壓力，就需要在流程中設(shè)置壓縮機。天然氣工藝技術(shù)目前最可靠，天然氣合成氨工藝成熟、生產(chǎn)可靠、連續(xù)。加大天然氣在能源消費結(jié)構(gòu)中的比重，既有利于促進(jìn)節(jié)能減排，又能夠維持經(jīng)濟(jì)與社會可持續(xù)發(fā)展。無論是在傳統(tǒng)的天然氣產(chǎn)區(qū)，還是在新的天然氣勘探開發(fā)區(qū)，近幾年，我國天然氣工業(yè)的發(fā)展都呈現(xiàn)出前所未有的良好態(tài)勢。其次，我國天然氣工業(yè)高速發(fā)展方興未艾。 地質(zhì) 資 源 總 量 約 38～ 39 萬 億 立 方 米 ， 列 世 界 第 十 位 ， 其 中 陸 上 30 萬 億 立 方米 ， 海 上 9 萬 億 立 方 米 。因此，CO 變換既是原料氣制造的繼續(xù)，又是凈化的過程。 合成氨變換工序的工藝原理變換工序是指 CO 與水蒸氣反應(yīng)生成二氧化碳和氫氣的過程。轉(zhuǎn)換工序是指天燃?xì)庵械臍鈶B(tài)烴類轉(zhuǎn)換成 HCO 和 CO2，并達(dá)到要求，合成氨廠的轉(zhuǎn)化工序分為兩段進(jìn)行。 甲 烷 化反 應(yīng) 如 下 ：CO+3H2 CH4+H2O Δ H=； ACO2+4H2 CH4+2H2O Δ H=； (3)氨 合 成 將 純 凈 的 氫 、 氮 混 合 氣 壓 縮 到 高 壓 ， 在 催 化 劑 的 作 用 下 合 成氨 ?！?　 目 前 在 工 業(yè) 生 產(chǎn) 中 ， 最 終 凈 化 方 法 分 為 深 冷 分 離 法 和 甲 烷 化 法 。 因 此 變 換 氣 中 CO2的 脫 除 必 須 兼 顧 這 兩 方 面 的要 求 ?！?　 ② 脫 硫 脫 碳 過 程　 　 各 種 原 料 制 取 的 粗 原 料 氣 ， 都 含 有 一 些 硫 和 碳 的 氧 化 物 ， 為 了 防 止 合 成氨 生 產(chǎn) 過 程 催 化 劑 的 中 毒 ， 必 須 在 氨 合 成 工 序 前 加 以 脫 除 ， 以 天 然 氣 為 原 料的 蒸 汽 轉(zhuǎn) 化 法 ， 第 一 道 工 序 是 脫 硫 ， 用 以 保 護(hù) 轉(zhuǎn) 化 催 化 劑 ， 以 重 油 和 煤 為 原料 的 部 分 氧 化 法 ， 根 據(jù) 一 氧 化 碳 變 換 是 否 采 用 耐 硫 的 催 化 劑 而 確 定 脫 硫 的 位置 。 合 成 氨 需 要 的 兩 種 組 分 是 H2和 N2， 因 此 需 要 除 去 合 成 氣 中 的CO。(1)原 料 氣 制 備 將 煤 和 天 然 氣 等 原 料 制 成 含 氫 和 氮 的 粗 原 料 氣 。從 而 掌 握 了 世 界 上 幾 乎 所 有 先 進(jìn) 的 工 藝 和先 進(jìn) 技 術(shù) 如 低 能 耗 的 凱 洛 格 工 藝 、 布 朗 工 藝 等 ， 通 過 對 引 進(jìn) 技 術(shù) 的 消 化 吸 收和 改 造 創(chuàng) 新 ， 不 但 使 合 成 氨 的 技 術(shù) 水 平 跟 上 了 世 界 前 進(jìn) 的 步 伐 ， 而 且 促 進(jìn) 了國 內(nèi) 中 小 型 氨 廠 的 技 術(shù) 發(fā) 展 。 由 于 大 型 合 成 氨 裝 置 的優(yōu) 越 性 ， 1972 年 2 月 中 國 作 出 了 成 套 引 進(jìn) 化 學(xué) 肥 料 技 術(shù) 和 設(shè) 備 的 決 定 。 到60 年 代 中 期 中 氮 已 投 產(chǎn) 了 15 家 。中 華 人 民 共 和 國 成 立 以 來 ， 化 工 部 門 貫 徹 為 農(nóng) 業(yè) 服 務(wù) 的 方 針 ， 把 發(fā) 展 化肥 生 產(chǎn) 放 在 首 位 。 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 器 都 是 一 臺 。 由 于 噸 氨生 產(chǎn) 成 本 中 能 源 費 用 占 70%以 上 ， 因 此 能 耗 是 衡 量 合 成 氨 技 術(shù) 和 經(jīng) 濟(jì) 效 益 的重 要 標(biāo) 志 。 現(xiàn) 在 世 界 上 規(guī)模 最 大 的 合 成 氨 裝 置 為 日 產(chǎn) 1800t 氨 ， 1991 年 在 比 利 時 的 安 特 衛(wèi) 普 建 成 投產(chǎn) 。 大 型 化 的 優(yōu) 點 是 投 資 費 用 低 ， 能 量 利 用 率 高 ， 占 地 少 ， 勞 動 生 產(chǎn) 率高 。 從 此 比 石 腦 油 價 廉 、 來 源 廣 泛 的重 油 和 減 壓 渣 油 開 始 作 為 合 成 氨 的 另 一 種 原 料 。 一 些 沒有 天 然 氣 資 源 的 國 家 ， 如 日 本 、 英 國 在 解 決 了 石 腦 油 蒸 汽 轉(zhuǎn) 化 過 程 的 析 碳 問題 后 ， 1962 年 開 發(fā) 成 功 石 腦 油 為 原 料 生 產(chǎn) 合 成 氨 的 方 法 。 因 此 合 成 氨 生 產(chǎn) 的 初 始 原 料 是 焦 炭 、. . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手煤 、 焦 爐 氣 、 天 然 氣 、 石 腦 油 、 重 油 等 ， 世 界 合 成 氨 經(jīng) 過 60 多 年 的 發(fā) 展 ，合 成 氨 的 原 料 構(gòu) 成 已 從 固 體 燃 料 為 主 轉(zhuǎn) 移 到 以 氣 體 燃 料 和 液 體 原 料 為 主 。 氣 和 水 到處 都 有 ， 而 且 取 之 不 盡 。 據(jù) 統(tǒng) 計 1994 年 世 界 氨 產(chǎn) 量 為， 其 中 中 國 、 美 國 、 印 度 、 俄 羅 斯 四 個 主 要 產(chǎn) 氨 國 占 了 一 半 以 上 。 液 氨 常 用 作 制 冷 劑 。 世 界 上 的 氨 除 少 量 從 焦?fàn)t 氣 中 回 收 外 ， 絕 大 部 分 是 合 成 的 氨 。 氨 與空 氣 或 氧 的 混 合 物 在 一 定 范 圍 內(nèi) 能 夠 發(fā) 生 爆 炸 。 氨 水 溶 液 呈堿 性 ， 易 揮 發(fā) 。此外，隨書附有造氣工段帶控制點工藝流程圖。合成產(chǎn)量 60%以上是以煤為原料，全國現(xiàn)有 1000 多家大中小型以煤為原料的合成氨廠。煤氣化提供潔凈的可以管道輸送的氣體燃料。為了生產(chǎn)氨，一般均以各種燃料為原料。另外，就是盡量減少設(shè)備投資費用。本設(shè)計綜述部分主要闡述了國內(nèi)外合成氨工業(yè)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢以及工藝流程、參數(shù)的確定和選擇，論述了建廠的選址；介紹了氨變換工序的各種流程并確定本設(shè)計高 低變串聯(lián)的流程。 合成氨生產(chǎn)經(jīng)過多年的發(fā)展，現(xiàn)已發(fā)展成為一種成熟的化工生產(chǎn)工藝。本設(shè)計是以天然氣為原料年產(chǎn)十九萬噸合成氨轉(zhuǎn)變工序的設(shè)計。工藝計算部分主要包括轉(zhuǎn)化段和變換段的物料衡算、熱量衡算、平衡溫距及空速計算。關(guān)鍵字：合成氨；天然氣；轉(zhuǎn)化；變換；. . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手第 1 章 前 言本設(shè)計說明書是年產(chǎn) 19 萬噸合成氨廠造氣工段的初步設(shè)計。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1：3 的氮氫混合氣，最后，氮氫混合氣經(jīng)過壓縮至 15Mpa 以上，借助催化劑合成氨。目前還在建設(shè)采用各種煤氣化技術(shù)的工業(yè)化裝置。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。. . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手第二章 天然氣合成氨簡介 氨的性質(zhì)、用途及重要性 氨的性質(zhì)氨 分 子 式 為 NH3， 在 標(biāo) 準(zhǔn) 狀 態(tài) 下 是 無 色 氣 體 ， 比 空 氣 輕 ， 具 有 特 殊 的 刺激 性 臭 味 。 液 氨 和 干 燥 的 氨 氣 對 大 部 分 物 質(zhì) 沒 有 腐 蝕 性 ， 但 在 有 水 的 條件 下 ， 對 銅 、 銀 、 鋅 等 金 屬 有 腐 蝕 作 用 。 氨 的 性 質(zhì) 比 較 活 潑 ， 能 與 各種 無 機 酸 反 應(yīng) 生 成 鹽 。 氨 主 要 用 于 農(nóng) 業(yè) ， 合 成 氨 是 我 化 肥 工業(yè) 的 基 礎(chǔ) ， 氨 本 身 是 最 重 要 的 氮 素 肥 料 ， 其 他 氮 素 肥 料 也 大 都 是 先 合 成 氨 ，再 加 工 成 尿 素 或 各 種 銨 鹽 肥 料 ， 這 部 分 均 占 70%的 比 例 ， 稱 之 為 “化 肥 氨 ”； 同 時 氨 也 是 重 要 的 無 機 化 學(xué) 和 有 機 化 學(xué) 工 業(yè) 基 礎(chǔ) 原 料 ， 用 于 生 產(chǎn) 銨 、 胺 、染 料 、 炸 藥 、 合 成 纖 維 、 合 成 樹 脂 的 原 料 ， 這 部 分 約 占 30%的 比 例 ， 稱 之為 “工 業(yè) 氨 ”。合 成 氨 是 大 宗 化 工 產(chǎn) 品 之 一 ， 世 界 每 年 合 成 氨 產(chǎn) 量 已 達(dá) 到 1 億 噸 以 上 ，其 中 約 有 80%的 氨 用 來 生 產(chǎn) 化 學(xué) 肥 料 ， 20%作 為 其 它 化 工 產(chǎn) 品 的 原 料 。在 化 學(xué) 工 業(yè) 中 合 成 氨 工 業(yè) 已 經(jīng) 成 為 重 要 的 支 柱 產(chǎn) 業(yè) [1]。 傳 統(tǒng) 的 制 氮 方 法 是 在 低 溫 下 將 空 氣 液 化 、 分 離 ， 以及 水 電 解 制 氫 。自 從 北 美 大 量 開 發(fā) 天 然 氣 資 源 成 功 之 后 ， 20 世 紀(jì) 50 年 代 開 始 采 用 天 然氣 制 氨 。 石 腦 油 經(jīng) 脫 碳 、 氣化 后 ， 可 采 用 和 天 然 氣 為 原 料 的 相 同 生 產(chǎn) 裝 置 制 氨 。此 后 合 成 氨 工 業(yè) 又 經(jīng) 過 多 年 的 發(fā) 展 ， 特 別 是 以 天 然 氣 為 原 料 的 合 成 氨工 業(yè) 占 了 很 大 的 比 重 ， 本 設(shè) 計 就 是 以 天 然 氣 為 原 料 合 成 氨 ， 主 要 是 轉(zhuǎn) 化 工 段的 設(shè) 計 。 從 20 世 紀(jì) 60 年 代 中 期 開 始 ， 新 建 氨 廠 大 都 采 用 單 系 列 的 大 型 裝 置 。(三) 低能耗新工藝合 成 氨 ， 除 原 料 為 天 然 氣 、 石 油 、 煤 炭 等 一 次 能 源 外 。以 天 然 氣 為 原 料 的 日 產(chǎn) 1000t 合 成 氨 裝 置 噸 氨 能 耗 目 前 已 從 20 世 紀(jì)70 年 代 的 下 降 到 左 右 ， 而 且 以 天 然 氣 為 原 料 的 大 型 氨 廠的 所 需 動 力 約 有 85%可 由 余 熱 供 給 [3]。 因 此 ， 某 一 環(huán)節(jié) 的 失 調(diào) 就 會 影 響 生 產(chǎn) ， 為 了 保 證 長 周 期 的 安 全 生 產(chǎn) ， 對 過 程 控 制 提 出 更 高的 要 求 ， 從 而 發(fā) 展 到 把