【正文】 ...................................................... 41 下?lián)Q熱器 ..................................................................................................................... 48 層間換熱器 ................................................................................................................. 48 輔助設(shè)備選型 ................................................................................................................ 49 廢熱鍋爐 ..................................................................................................................... 49 熱交換器 ..................................................................................................................... 49 水冷器 ......................................................................................................................... 50 冷交換器 ..................................................................................................................... 50 氨冷器 I....................................................................................................................... 50 氨冷器 II ..................................................................................................................... 50 結(jié) 論 ......................................................................................................................................... 52 致 謝 ......................................................................................................................................... 52 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................................... 53 附 錄 ......................................................................................................................................... 54 I 年產(chǎn) 30萬噸合成氨合成工段工藝設(shè)計 摘要 ：氨是一種重要的化工產(chǎn)品，在國民經(jīng)濟(jì)中有重要的作用。對合成氨工藝進(jìn)行設(shè)計研究，并對其過程進(jìn)行設(shè)計優(yōu)化。本設(shè)計主要 目的是對合成氨的合成工段進(jìn)行設(shè)計，根據(jù)已給組成的原料氣的組成，進(jìn)行工藝系統(tǒng)計算，包括物料衡算、熱量衡算、設(shè)備的數(shù)據(jù)計算及選型等。根據(jù)物料及熱量衡算的數(shù)據(jù) ,計算出內(nèi)件中絕熱床層及換熱器的有關(guān)尺寸數(shù)據(jù)，并對一些輔助設(shè)備進(jìn)行設(shè)計選型。 關(guān)鍵詞 ： 合成氨 物料衡算 熱量衡算 合成塔 II Process Design of the Section Which Synthetizes Liquid Ammonia of 300000t/a Abstract: Ammonia is an important chemical product,plays an important role in the national is very necessary to explore and design the process of synthetic ammonia,then to optimize the process and the synthesis process includes the separation of ammonia,the gas recirculation, the ammonia synthesis,the emission of inert gas and so on,and during the process,the ammonia synthesis is the most important main purpose of this design is to devise the synthesis process of ammonia to the position of raw gas that has known,we carry on the calculation of the craft system,including material balance,heat balance,the calculation and selection of the ammonia synthesis tower is the crucial equipment of the process,bining with the design data and technical status,this design chooses three adiabatic cold shock internal cooling type internal parts,the inner parts have the advantages of reasonable structure,high ammonia value ,largetonnage yield to the material and heat balance data, we can calculate the relevant size date of the adiabatic bed and heat exchanger during the internal parts,and design and select so me auxiliary equipment. Key Words: Synthetic ammonia。 heat balance。合成氨工業(yè)是重要的化工生產(chǎn)部門，迄今已有 80 多年的歷史，它是一個耗能大戶，世界上大約有 10%的能源用于氨的合成，其生產(chǎn)的氨是重要的化工原料，廣泛用于制取尿素、樹脂、橡膠、炸藥、橡膠等。由于中國煤炭資源豐富、石油和天然氣稀缺，合成氨生產(chǎn)主要以煤為主要原料。本設(shè)計就根據(jù)已給組成的精制氣，設(shè)計合適的流程來合成氨，并對主要設(shè)備氨合成塔進(jìn)行選型設(shè)計。目前，大多合成氨裝置都選擇中、低壓合成工藝。這幾種氨合成工藝流程類似，都是為了提高氨凈值。隨著科技的發(fā)展，人們研究出了各種類 型的內(nèi)件。軸向流塔操作穩(wěn)定，催化劑裝量多；徑向流塔效率高，壓力降小，操作敏感性強(qiáng)，要求高效催化劑。本設(shè)計則采用多段絕熱冷激式內(nèi)件。其中催化劑在合成氨反應(yīng)中有重要的作用。本設(shè)計則根據(jù)已有的技術(shù)，選用已經(jīng)在合成氨工業(yè)中使用較長時間的 A106型催化劑。在我們生活的大氣環(huán)境中 存在有大量的氮， 其主要以氮?dú)獾男问酱嬖谟诳諝庵?，其體積 占 78%(體積分?jǐn)?shù) )以上。 在實(shí)際生產(chǎn)中，固定氮的方法有電弧法、 氰氨法 及合成氨法。 氨是最重要的基礎(chǔ)化工產(chǎn)品之一，其產(chǎn)量居各種化工產(chǎn)品的首位。合成氨是氮肥工業(yè)的基礎(chǔ)，氨氣本身是重要的氮 素肥料，與此同時，氨也可以用于生產(chǎn)其他氮肥，如硝酸銨、復(fù)合肥等，這部分約占 70%的比例，稱之為 “化肥氨 ”。氨氣可作為生產(chǎn)銨、胺、染料、炸藥、制藥、合成纖維、合成樹脂的原料 [6]。 氨的性質(zhì) 氨的物理性質(zhì) 氨氣在常溫下是無色有刺激性氣味的氣體， 對人體的眼、鼻、喉等有刺激作用，接觸時應(yīng)小心。氨極易溶于水，在常溫、常壓下， 1 體積水能溶解約 700 體積的氨 。 氨氣在水中的溶解度隨著壓力增大而降低，氨水在溶解時放出大量熱，氨水中的氨極易揮發(fā)。液氨為 無色液體，氣化時吸收大量的熱，因此可以作為制冷劑。其他的性質(zhì)如下： (1) 氨與氧在催化劑作用下生成氮的氧化物 ,并能進(jìn)一步與水作用 ,制得硝酸： 3 3 2 24 5 4 6N H O N O H O? ? ? (2) 氨與酸或酐反應(yīng)生成鹽類 ,是制造氮肥的基本反應(yīng)： 3 3 4 3 N H H N O N H N O?? (3) 氨與二氧化碳作用生成氨基甲酸銨 ,進(jìn)一步脫水成為尿素： 3 2 4 22N H C O N H C O O N H?? (4) 氨與二氧化碳和水作用 ,生成碳酸氫銨： 3 2 2 4 3N H C O H O N H H C O? ? ? (5) 氨可與鹽生成各種絡(luò)合 物 ， 如 CuCl2? 6NH CuSO4? 4NH3。 第二步是原料氣的凈化，具體流程有脫硫、轉(zhuǎn)化、變換、脫碳、甲烷化 [7]等。合成的氨需要進(jìn)行冷卻分離，才能得到產(chǎn)品，分離后的氣體要繼續(xù)回到合成系統(tǒng)中，補(bǔ)充原料氣后繼續(xù)參與反應(yīng)。 (1) 低壓法 操作壓力低于 20MPa 的稱低壓。也可用磁鐵礦作催化劑，操作溫 度450550℃ 。但低壓法合成率不高，合成塔出口氣體中含氮約 8%10%，催化劑的生產(chǎn)能力比較低，合成流程復(fù)雜，生產(chǎn)成本較高，在實(shí)際生產(chǎn)中并不適用。中壓法的優(yōu)缺點(diǎn)介于高壓法與低壓法中間，但從經(jīng)濟(jì)效果來看，設(shè)備投資費(fèi)用和生產(chǎn)費(fèi)用都比較低。高壓法的優(yōu)點(diǎn)是，催化 劑的生產(chǎn)能力較大，氨合成的效率高，合成氨出口氣體中含氨達(dá) 25%30%。高壓法合成率高，但催化劑層內(nèi)的反應(yīng)熱不易排除而使催化劑長期處于高溫下操作，容易失去活性。但是對設(shè)備的材質(zhì)和加工提出了更高的要求，操 作中催化劑易碎，這會增加反應(yīng)氣體的流動阻力和影響催化劑的使用壽命，操作安全性較差。為保證具有較高的平衡氨濃度，在降低壓力的同時，要求催化劑在比較低的反應(yīng)溫度下即有較高的反應(yīng)活性。 反應(yīng)溫度 合成氨反應(yīng)是一個可逆放熱反應(yīng)，當(dāng)溫度升高時，平衡常數(shù)下降，平衡時氨含量必定減少，因此必須及時的將反應(yīng)熱移除，以降低合成塔的溫度。在合成氨反應(yīng)中使用催化劑是較好的選 擇，而催化劑必須在一定的溫度范圍內(nèi)才具有活性，所以氨合成反應(yīng)溫度必須維持在催化劑的活性范圍內(nèi)。在合成氨生產(chǎn)過程中，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，轉(zhuǎn)化率不斷增加，最佳溫度隨轉(zhuǎn)化率增加而降低。 空速 空速是反應(yīng)氣在催化劑床層的停留時間的倒數(shù)。但是空速過大，催化劑與反應(yīng)氣體的接觸時間太短，部分反應(yīng)物未參與反應(yīng)就離開了催化劑表面，進(jìn)入氣流，導(dǎo)致反應(yīng) 速率下降。因此，空速要保持在一定的范圍。但從動力學(xué)角度分析，最適宜氫氮比隨著氨含量的變化而變化。在實(shí)際生產(chǎn)中，進(jìn)塔氣體的氫氮比控制在 ~ 比較適宜。惰性氣體的存在，無論從化學(xué)平衡還是動力學(xué)上考慮均屬不利。因此，循環(huán)氣中惰性氣體含量應(yīng)根據(jù)新鮮氣惰性氣體含量、操作壓力、催化劑活性等條件而定。 (3) 初始氨含量 當(dāng)其他條件一定時，進(jìn)塔氣體中氨含量越高，氨凈值越小，生產(chǎn)能力越低。對于冷凍法分離氨，初始氨含量與 冷凝溫度和系統(tǒng)壓力有關(guān)。操作壓力為 30MPa左右時，一般進(jìn)塔氨含量控制在 %~%。 合成氨工業(yè)的發(fā)展 合成氨是化學(xué)工業(yè)中產(chǎn)量很大的化工產(chǎn)品。合成氨主要原料有天然氣、石腦油、重質(zhì)油和煤等。生產(chǎn)合成氨的方法主要區(qū)別在原料氣的制造，其中最廣泛采用的是蒸汽轉(zhuǎn)化法和部分氧化法 [10]。中華人民共和國成立以來，化工部貫徹為農(nóng)業(yè)服務(wù)的方針，把發(fā)展化肥生產(chǎn)放在首位。在技術(shù)力量方面，我國已擁有一支能從事合成氨生產(chǎn)的科研、設(shè)計、制造和施工的高素質(zhì)技術(shù)隊伍。目前，全球合成氨的生產(chǎn)能力已經(jīng)超過 160Mt/a，中國的生產(chǎn)能力達(dá)到 45Mt/a，居全球第一位 [11]。 2020年，國內(nèi)合成氨生產(chǎn)原料中，煤炭約占 %，天然氣約占 %，油約占 %，焦?fàn)t氣約占 %[12]。 6 第二章 合成工段工藝簡介 合成工段工藝流程簡述 由氮?dú)錃鈮嚎s機(jī)送來溫度 35℃ ～ 45℃ 的新鮮氣，與放空后經(jīng)冷交換器來的循環(huán)氣體混合，而后溫度被降至 17℃ ，進(jìn)入氨冷器 Ⅰ 。換