【正文】 量衡算 ............................ 71 換熱 器 104C 熱量衡算 ............................. 73 低變爐 104DB 熱量衡算 ............................ 74 甲烷化爐 104D 熱量衡算 .......................... 76 第四章 工藝設(shè) 備的計(jì)算 .................................. 80 換熱器 101C 的計(jì)算 .................................. 80 已知條件 ......................................... 80 物性數(shù)據(jù) ......................................... 80 沈陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 目錄 確定結(jié)構(gòu) ......................................... 84 傳熱膜系數(shù)計(jì)算 ................................... 84 第五章 安全生產(chǎn) ......................................... 87 防火防爆 ............................................ 87 防毒防害 ............................................ 88 防噪聲和震動(dòng) ........................................ 89 防機(jī)械和墮落傷害 .................................... 89 第六章 工業(yè)三廢的后處理 ................................. 90 合成氨轉(zhuǎn)化凈化工序三廢的來(lái)源 ........................ 90 廢氣的來(lái)源 ....................................... 90 廢水的來(lái)源 ....................................... 90 廢渣的來(lái)源 ....................................... 90 合成氨轉(zhuǎn)化凈化工段三廢的處理 ........................ 90 廢氣的處理 ....................................... 90 廢水的處理 ....................................... 91 廢渣的處理 ....................................... 91 參考文獻(xiàn) ................................................ 92 致 謝 ................................................... 93 沈陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 前言 前言 氨是最為重要的基礎(chǔ)化工產(chǎn)品之一，其產(chǎn)量居各種化工產(chǎn)品的首位 。氨主要用于農(nóng)業(yè) 、化工行業(yè)。氨還 是重要的無(wú)機(jī)化學(xué)和有機(jī)化學(xué)工業(yè) 的 基礎(chǔ)原料，用于生產(chǎn) 染料、銨、胺、炸藥、 合成纖維、 制藥、合成樹(shù)脂的原料，這部分約占 30 %左右 的比例 ,稱(chēng)之為“工業(yè)氨”。根據(jù)合 成氨技術(shù)發(fā)展的情況 來(lái) 分析 , 未來(lái)合成氨的基本生產(chǎn)原理將不會(huì)出現(xiàn)原則性的改變 , 其技術(shù)發(fā)展將會(huì)繼續(xù)緊密?chē)@“降低生產(chǎn)成本、改善經(jīng)濟(jì)性、 提高運(yùn)行周期”的基本目標(biāo) , 進(jìn)一步集中在“大型化、結(jié)構(gòu)調(diào)整、長(zhǎng)周期運(yùn)行 、低能耗、清潔生產(chǎn) ”等方面進(jìn)行技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)。但 是 合成氨一直是化工產(chǎn)業(yè)的耗能大戶(hù)。 會(huì)議 根據(jù)“十一五”期間《合成氨能量?jī)?yōu)化節(jié)能工程實(shí)施方案》規(guī)劃，確定了 這一重點(diǎn)節(jié)能工程的目標(biāo)是：大型合成氨裝置采用 新型催化劑、先進(jìn)節(jié)能工藝 和高效節(jié)能設(shè)備， 加強(qiáng)余熱回收利用，提高轉(zhuǎn)化效率 ； 以石油為原料的合成氨加快以潔凈煤或天然氣替代原料油改造； 以天然氣為原料的合成氨推廣一段爐煙氣余熱回收技術(shù)，并改造蒸汽系統(tǒng)；中小型合成氨采用節(jié)能設(shè)備和變壓吸附回收技術(shù)，降低能源消耗。到 2022年，合成氨 的 行業(yè)節(jié)能目標(biāo)是：?jiǎn)挝荒芎?量 由目前的 千克標(biāo)煤／噸 減少 到／噸；能源利用 的效率由目前 ％提高到 ％；實(shí)現(xiàn)節(jié)能 萬(wàn)～ ，減少排放二氧化碳 ～ 。其中造氣爐、 脫硫系統(tǒng)、爐況監(jiān)測(cè)與系統(tǒng)優(yōu)化 等技改始終是重點(diǎn) 。 考慮到生產(chǎn)成本 的能量消耗以及環(huán)境保護(hù) 方面 等， 目前合成氨的技術(shù)還要不斷地完善和改進(jìn)，進(jìn)一步集中在“大型化， 規(guī)整化 ， 低能耗， 清潔生產(chǎn)長(zhǎng)周期運(yùn)行”等方面進(jìn)行技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)。但是大多數(shù)植物不能直接吸收這種游離態(tài)的氮，只有當(dāng)?shù)c其他元素化合以后，才能為植物所利用，這種使空氣中游離態(tài)氮轉(zhuǎn)變成化合態(tài)氮的過(guò)程，稱(chēng)為“氮的固定”。 化肥是農(nóng)作物增產(chǎn)的重要手段，對(duì)發(fā)展中國(guó)家尤其如此。 合成氨的性質(zhì)、用途及其重要性 氨的性質(zhì) 氨為無(wú)色、有強(qiáng)烈刺激性氣味的氣體，密度為 ，比重為 ，沸點(diǎn) 為 ℃，固體氨溶點(diǎn)為 ℃，臨界溫度為 ℃，臨界壓力為 ，液氨比重是 （ 20℃），液氨揮發(fā)性很強(qiáng)，汽化潛熱較大。它不像一般的毒氣具有累積的毒害作用，但 是 對(duì)人體 的 組織 具有很大的灼傷性，正?？諝庵腥艉?5000ppm 的氨含量 就能使人在短時(shí)間內(nèi)窒息；若有 2022ppm的氨含量就有可能在幾秒內(nèi)灼傷 皮膚，使它起泡，并可能造成嚴(yán)重的肺水腫； 若 濃度超過(guò) 700ppm 將會(huì)損傷眼睛，如 果 不及時(shí)治療， 就 會(huì)失去視力。雖然 氨與 空氣的混合氣不易燃燒，但很容易引起爆炸。 氣相或液相的純氨對(duì)大部分物質(zhì)沒(méi)有腐蝕性，但如摻入水分后便對(duì) Ag、 Cu、 Zn等金屬有腐蝕作用，氨和水銀可構(gòu)成爆炸混合物。氨在高溫下燃燒生成一氧化氮和水，一氧化氮再氧化并溶解于水 便可 制成硝酸。 沈陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第一章 文獻(xiàn)綜述 2 氨的用途及其在國(guó)民生產(chǎn)中的作用 合成氨是大宗化工產(chǎn)品之一，世界 上 每年合成氨產(chǎn)量已達(dá)到 1 億噸以上，其 中 有80%左右 的氨用來(lái)生產(chǎn)化學(xué)肥料， 20%左右的氨 作為其它化工產(chǎn)品的原料。 合成氨工藝的改進(jìn)將對(duì)礦物燃料的消費(fèi)量產(chǎn)生重大影響。 除 了 液氨可 以 直接作為肥料外，農(nóng)業(yè)上使用的氮肥，例如 磷酸銨、氯化銨 尿素、硝酸銨以及各種含氮復(fù)合肥，都是以氨為原料的。世界上的氨 少量從焦?fàn)t氣中回收外，絕大部分是合成的氨。 同時(shí)氨也是重要的無(wú)機(jī)化學(xué)和有機(jī)化學(xué)工業(yè)基礎(chǔ)原料 ，廣泛用于 合成纖維、合成樹(shù)脂、 制藥、煉油、純 堿、含氮無(wú)機(jī)鹽等工業(yè)部門(mén) ，這部分約占 30%的比例，稱(chēng)之為“ 工業(yè)氨 ” 。硝酸、 磺胺藥、聚氨酯、 各種含氮的無(wú)機(jī)鹽及有機(jī)中間體、聚酰胺纖維和丁腈橡膠等都需直接以氨為原料生產(chǎn)。此外，氨還是常用的冷凍劑。同時(shí)，石油加氫、高壓聚合、尿素和甲醇的合成 等工業(yè)，也是在合成氨工業(yè)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。 隨著世界人口的不斷增加，用于制 硝酸銨、磷酸銨、 造尿素、硫酸銨以及其它化工產(chǎn)品的氨用量也在增長(zhǎng)。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)。第一次世界大戰(zhàn)后，德國(guó)因戰(zhàn)敗而被迫把合成氨技術(shù)公開(kāi)。 ⑴ 原料構(gòu)成的變化 氨的合成，首先必須提供氮和氫。氣和水到處都有，而且取之不盡。由于電解制氫法，電能消耗大，成本高 ，技術(shù)不成熟 。因此合成氨生產(chǎn)的初始原料是焦炭、煤、焦?fàn)t氣、天然氣、石腦油、重油等 。隨著蒸汽透平驅(qū)動(dòng)的高壓離心式壓縮機(jī)研制成功，美國(guó)凱洛格公司運(yùn)用建設(shè)單系列大型煉油廠(chǎng)的經(jīng)驗(yàn)，首先運(yùn)用工藝過(guò)程的余熱副產(chǎn)高壓蒸汽作為動(dòng)力， 并在1963年和 1966年相繼建成日產(chǎn) 合成 氨廠(chǎng)，實(shí)現(xiàn)了單系列合成氨裝置的大型化，這是合成氨工業(yè)發(fā)展史上 的 第一次突破。從 20世紀(jì) 60年代中期開(kāi)始，新建氨廠(chǎng)大都采用單系列的大型 化 裝置。因此大型氨廠(chǎng)通常是指日產(chǎn) 600t級(jí)，日產(chǎn) 1000t 級(jí)和日產(chǎn) 1500t級(jí)的三種。 ⑶ 低能耗新工藝 沈陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第一章 文獻(xiàn)綜述 4 合成氨，除原料為天然氣、石油、煤炭等一次能源外?，F(xiàn)在合成氨能耗占世界能源消費(fèi)總量的3%，中國(guó)合成氨生產(chǎn)能耗約占全國(guó)能耗的 4%。 目前以天然氣為原料的日產(chǎn) 1000t 合成氨裝置噸氨能耗已從 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(chǎng)的所需動(dòng)力約有 85%可由余 熱 供給 [3]。 20世紀(jì) 60年代以前的過(guò)程控制多采取分散方式，在獨(dú)立的幾個(gè)車(chē)間控制室中進(jìn)行。因此，某一環(huán)節(jié)的失調(diào)就會(huì)影響生產(chǎn)，為了保證長(zhǎng)周期 的安全生產(chǎn)，對(duì)過(guò)程控制提出更高的要求，從而發(fā)展到把全流程的溫度、流量、料位、 壓力和成分五大參數(shù)的模擬儀表、報(bào)警、連鎖系統(tǒng)全部集中在中央控制室顯示和監(jiān)視控制。1975年美國(guó)霍 尼威爾公司開(kāi)發(fā)成功 TCP2022 總體分散控制系統(tǒng)（ TotolDistributed Control System），簡(jiǎn)稱(chēng) 為 集散控制系統(tǒng)（ DCS）。 凱洛格公司 ： 20 世紀(jì) 70 年代以后，凱洛格公司開(kāi)始研究并推出了凱洛格節(jié)能流程。這樣，排煙溫度由原 260℃降至 130℃，提高了轉(zhuǎn)化爐的熱效率。 一段爐增設(shè)蒸汽過(guò)熱燒嘴：在對(duì)流段過(guò)熱蒸汽盤(pán)管高溫段上方，增加 20個(gè)過(guò)熱沈陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第一章 文獻(xiàn)綜述 5 燒嘴（強(qiáng)制鼓風(fēng)式），使過(guò)熱蒸汽溫度，由原 440℃提至 460℃，使過(guò)熱蒸汽作功能力增大。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。 合成氣壓縮機(jī)入口增設(shè)氨 冷器 ，同時(shí)又增設(shè)一臺(tái)低壓鍋爐給水預(yù)熱器。 氨合成塔內(nèi)件改造：僅改變催化劑筐結(jié)構(gòu)，使氣流由原軸向流改為軸徑向流。 英國(guó) ICI 公司 ： LCA 合成氨工藝于 1988 年在英國(guó)建成兩套日產(chǎn) 450 噸的合成氨裝置，經(jīng)一年試運(yùn)轉(zhuǎn)，證明是成功的。它利用二段轉(zhuǎn)化后的反應(yīng)熱作為一段爐的熱源，轉(zhuǎn)化管僅受很小的壓力差，省去龐大和昂貴的一段轉(zhuǎn)化爐，節(jié)省燃料天然氣，采用新型的轉(zhuǎn)化和變換催化劑，降低原料氣中的水碳比，進(jìn)而節(jié)省了工藝蒸汽；采用變壓吸附凈化工藝，省去復(fù)雜的溶劑脫 CO2裝置；采用壓力為 ，節(jié)省壓縮機(jī)功耗，減少壓縮機(jī)段數(shù)，使離心壓縮機(jī)可在中型氨廠(chǎng)采用。這些改進(jìn)使LCA工藝可在簡(jiǎn)單和溫和的條件下操作。 瑞士卡薩利公司 ： 對(duì)氨合成塔進(jìn)行改造，其特點(diǎn)是合成塔內(nèi)件中采用軸徑向結(jié)合的氣體流向和專(zhuān)門(mén)的氣體分布器。 以天然氣為原料合成氨廠(chǎng)的凈化工序大多采用 Benfiled 熱鉀堿脫碳，采用蒸汽噴射器 可以 節(jié)省部分能量。此外在上海還有一個(gè)電解水制氫生產(chǎn) 硝酸、合成氨 的小型車(chē)間。經(jīng)過(guò) 50 多年的努力，中國(guó)已擁有多種原料、不同流程的大、 分布廣， 中、小型合成氨廠(chǎng) 1000 多個(gè)， 1999 年總產(chǎn)量為 氨， 已 躍居世界第 1 位，已掌握了以 褐煤、焦?fàn)t氣、 焦炭、無(wú)煙煤、天然氣及油田氣和液態(tài)烴等氣固液多種原料生產(chǎn)合成氨的技術(shù)，形成中國(guó)大陸特有的煤、石油、天然氣原料并存和大、中、小生產(chǎn)規(guī)模并存的合成氨生產(chǎn)格局。到 60年 代中期 中氮 已 投產(chǎn)了 15家。 迄今為止， 國(guó)內(nèi) 已建成 50多座中型氨廠(chǎng)。 ③ 大型氨廠(chǎng)的崛起 20 世紀(jì) 70 年代是世界合成氨工業(yè)大發(fā)展時(shí)期。 1973 年開(kāi)始，首批引進(jìn) 13套年產(chǎn) 300kt 合成氨的成套裝置 (其中 10套為天然氣為原料，建在 云南、貴州 、川化等地 )。 中國(guó)是世界上人口最多的農(nóng)業(yè)大國(guó)，為了在 2022年氮肥產(chǎn)量達(dá)到基本自給自足，最近十年先后陸續(xù)引進(jìn) 14 套具有 20 世紀(jì) 90年代先進(jìn)水平的年產(chǎn) 300kt 合成氨成套設(shè)備， 同時(shí)從 20世紀(jì) 70年代起，我國(guó)開(kāi)始了大型合成氨成套裝置的自行設(shè)計(jì)、自行制造工作 。特別是 90 年代初在川化建成投產(chǎn)的年產(chǎn) 20 萬(wàn)噸合成氨 生產(chǎn) 裝置達(dá)到了當(dāng)時(shí)的國(guó)際先進(jìn)水平。 通過(guò)對(duì)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(guó)內(nèi)中小型氨廠(chǎng)的技術(shù)發(fā)展。中國(guó)潛在的天然氣資源十分豐富，除新勘探的新疆塔里木盆地有大量的天然氣可以通過(guò)長(zhǎng)距離的管線(xiàn)東輸外，對(duì)海南鶯歌海域蘊(yùn)藏的天然氣已決定在新世紀(jì)初新建一套引進(jìn) 的年產(chǎn) 450kt合成氨裝置，這 也 將是中國(guó)規(guī)模最大的一套合成氨裝置。 、集成化、自動(dòng)化 , 形成經(jīng)濟(jì)規(guī)模的生產(chǎn)中心、低能耗與環(huán)境更友好將是未來(lái)合成氨裝置的主流發(fā)展方向。以天然氣為原料制氨噸氨能耗已 經(jīng)接近了理論 水平 , 今后難以有較大幅度的降低 , 但以油、煤為原料制氨 , 降低能耗還可以有所作為。在低能耗合成氨裝置的技術(shù)開(kāi)發(fā)過(guò)程中 , 其主要工藝技術(shù)將會(huì)進(jìn)一步發(fā)展。全球原油供應(yīng)處于遞減模式 ,正處于總遞減曲線(xiàn)的中 點(diǎn)