【正文】 世紀 60年代末，國外主要產(chǎn)氨國都已先后停止用焦炭、煤為原料，而以天然氣、重油等為原料，天然氣所占比重不斷上升。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。為了擴大原料范圍，又開發(fā)了用重油部分氧化法制氫。 表 12 為各種原料的日產(chǎn) 合成氨廠，相對投資和能量消耗比較。只要資源條件具備作為合成氨的原料。 表 氨廠采用的各種原料的相對投資和能量消耗 原料 天然氣 重油 煤 畢業(yè)設(shè)計 畢業(yè)設(shè)計 畢業(yè)設(shè)計 5 相對投資費用 能量消耗 /(GJ/t) 28 38 48 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。隨著蒸汽透平驅(qū)動的高壓離心式壓縮機研制成功，美國凱洛格公司運用建設(shè)單系列大型煉油廠的經(jīng)驗，首先運用工藝過程的余熱副產(chǎn)高壓蒸汽作為動力，于 1963年和 1966 年相繼建成日產(chǎn) 和 的氨廠，實現(xiàn)了單系列合成氨裝置的大型化，這是合成氨工業(yè)發(fā)展史上第一次突破。從 20世紀 60年代中期開始，新建氨廠大都采用單系列的大型裝置。因此大型氨廠通常是指日產(chǎn) 600t 級，日產(chǎn) 1000t 級和日產(chǎn) 1500t 級的三種。 (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?，F(xiàn)在合成氨 能耗占世界能源消費總量的3%，中國合成氨生產(chǎn)能耗約占全國能耗的 4%。 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 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]。 20世紀 60年代以前的過程控制多采取分散方式，在獨立的幾個車間控制室中進行。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)展到把全流程的溫度、壓力、流量、物位和成分五大參數(shù)的模擬儀表、報警、連鎖系統(tǒng)全部集中在中央控制室顯示和監(jiān)視控制。1975 年美國霍尼威爾公司開發(fā)成功 TCP2020 總體分散控制系統(tǒng)（ Totol Distributed Control System），簡稱集散控制系統(tǒng)（ DCS）。在 CRT操作平臺上可以存取、顯示多種數(shù)據(jù)和畫面，包括帶控制點的流程，全部過程變量、控制過程變量，以及其參數(shù)的動態(tài)數(shù)值和趨勢圖，從而實現(xiàn)集中監(jiān)視和集中操作。需要的數(shù)據(jù)、流程都可隨機或定時在打印機上打印和彩色硬拷貝機上拷貝。近年由于機電一體化需要邏輯控制和模擬控制計時、計數(shù)、運算等功能相結(jié)合，各儀表廠家的產(chǎn)品已從單一的邏輯控制，趨向多種控制功能結(jié)合為一體。 此外，若配置有高一級管理、控制功能的上位機系統(tǒng)，還能進行全廠綜合優(yōu)化控制和管理，這種新穎的過程控制系統(tǒng)不僅可以取代常規(guī)模擬儀表，而且還可以完成局部優(yōu)化控制以及模擬儀表難以實現(xiàn)的復雜自控系統(tǒng) 。這些都表示氨生產(chǎn)技術(shù)自動化進入新的階段，改變了幾十年合成氨生產(chǎn)控制的面貌。此外在上海還有一個電解水制氫生產(chǎn)合成氨、硝酸的小型車間。經(jīng)過 50 多年的努力，中國已擁有多種原料、不同流程的大、中、小型合成氨廠 1000 多個， 1999 年總產(chǎn)量為 氨， 已 躍居世界第 1 位，已掌握 了以焦炭、無煙煤、褐煤、焦爐氣、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。 第一、 恢復老廠和新建中型氨廠 20世紀 50年代初，在恢復和擴建老廠的同時，從原蘇聯(lián)引進以煤為原料、年產(chǎn)50kt 的三套合成氨裝置，并創(chuàng)建了吉化、蘭州、太原三大化工基地，后又自行設(shè)計、制造了 萬噸合成氨系統(tǒng)，以川化的創(chuàng)建為標志。 20世紀 60年代隨著石油、天然氣資源的開采，又從英國引進一套以天然氣為原料的加壓蒸汽轉(zhuǎn)化法年產(chǎn) 100kt 合成氨裝置 (即瀘天化 )；從意大利引進一套以重油為原料的部分氧化法年產(chǎn) 50kt 合成氨裝置，從而形成了煤油氣原料 并舉的中型氨廠生產(chǎn)系統(tǒng)，迄今為止，已建成 50 多座中型氨廠。 第三、 大型氨廠的崛起 20世紀 70年代是世界合成氨工業(yè)大發(fā)展時期。 1973 年開始，首批引進 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，建在川化、瀘天化、云南、貴州等地 )，為了擴大原料范圍， 1978 年又開始第二批引進 4 套年產(chǎn) 300kt 合成氨裝置。特別是于 90 年代初在川化建成投產(chǎn)的年產(chǎn) 20 萬噸合成氨裝置達到了當時的國際先進水平。 至今 ， 在 32 套引進裝置中，原料為天然氣、油田氣的 17套，渣油 7套，石腦油5 套，煤 2 套和尤里卡瀝青 1套，加上上海吳涇，成都的兩套國產(chǎn)化裝置，合成氨總能力為 。 合成氨轉(zhuǎn)變工序 的 工藝原理 合成氨的典型 工藝流程 介紹 合成氨的生產(chǎn)過程包括三個主要步驟：原料氣的制備、凈化和壓縮和合成。對于固體原料煤和焦炭，通常采用氣化的方法制取合成氣；渣油可采用非催化部分氧化的方法獲得合成氣；對氣態(tài)烴類和石腦油，工業(yè)中利用二段蒸汽轉(zhuǎn)化法制取合成氣。 ① 一氧化碳變換過程 在合成氨生產(chǎn)中，各種方法制取的原料氣都含有 CO，其體積分數(shù)一般為 12%～40%。變換反應(yīng)如下： CO+H2O→ H2+CO2 Δ H=； 由于 CO變換過程是強放熱過程，必須分段進行以利于回收反應(yīng)熱，并控制變換段出口殘余 CO含量。因此， CO變換反應(yīng)既是原料氣制造的繼續(xù)，又是凈化的過程，為后續(xù)脫碳過程創(chuàng)造條件。工業(yè)脫硫方法種類很多，通常是畢業(yè)設(shè)計 畢業(yè)設(shè)計 畢業(yè)設(shè)計 9 采用物理或化學吸收的方法，常用的有低溫甲醇洗法 (Rectisol)、聚乙二醇二甲醚法(Selexol)等。 CO2既是氨合成催化劑的毒物，又是制造尿素、碳酸氫銨等氮肥的重要原料。 一般采用溶液吸收法脫除 CO2。一類是物理吸收法，如低溫甲醇洗法 (Rectisol)，聚乙二醇二甲醚法 (Selexol)，碳酸丙烯酯法。 ③ 氣體精制過程 經(jīng) CO 變換和 CO2脫除后的原料氣中尚含有少量殘余的 CO 和 CO2。因此，原料氣在進入合成工序前，必須進行原料氣的最終凈化，即精制過程。深冷分離法主要是液氮洗法，是在深度冷凍 (100℃ )條件下用液氮吸收分離少量 CO，而且也能脫除甲烷和大部分氬，這樣可以獲得只含有惰性氣體 100cm3/ m3 以下的氫氮混合氣，深冷凈化法通常與空分以及低溫甲醇洗結(jié)合。甲烷化法可以將氣體中碳的氧化物 (CO+CO2)含量脫除到10cm3/m3 以下，但是需要消耗有效成分 H2，并且增加了惰性氣體 CH4的含量。氨的合成是提供液氨產(chǎn)品的工序，是整個合成氨生產(chǎn)過程的核心部分。氨合成反應(yīng)式如下： N2+3H2 2NH3(g) Δ H=； 畢業(yè)設(shè)計 畢業(yè)設(shè)計 畢業(yè)設(shè)計 10 合成氨 轉(zhuǎn) 化 工序 的工藝原理 本設(shè)計中