天然氣合成氨20萬噸合成工段設計說明書畢業設計(留存版)

　　

【正文】 質的臨界溫度和壓力并計算得： 查《小氮肥工藝設計手冊》附表159 由壓力校正法：熱氣體帶入熱量：(4) 冷氣體帶入熱量：查,時各組分比熱容并計算得： ,查《小氮肥工藝設計手冊》附表1519 由壓力校正法：冷氣體帶入熱量：(5) 氨冷凝熱：設熱氣出口溫度為，熱氣體在器內由冷卻到然后進行氨冷凝，查氨冷凝熱 液氨冷凝放出熱量，(6) 液氨帶入熱量：查10℃時液氨比熱容　 液氨帶入熱量　　(7) 熱氣體帶出熱量：查,時的各組分比熱容并計算得： 查《小氮肥工藝設計手冊》附表158 由壓力校正法：熱氣體帶出熱量：(8) 熱氣體中液氨帶出熱量：查時液氨比熱容　 液氨帶入熱量　　 (9) 冷氣體帶入熱量：(10) 冷氣體帶出熱量：∵設,查時的各組分比熱容并計算得： 表421 冷交換器熱量平衡匯總表收 方熱量（KJ）支 方熱量（KJ）管內熱氣體帶入熱量 管內熱氣體帶出熱量管外冷氣體帶入熱量 管內液氨帶出熱量管內液氨冷凝熱 管外液氨帶出熱量管外液氨散熱　管外冷氣帶出熱量小 計小 計(11) 冷交換器熱量負荷計算： 氨冷凝器熱量衡算Q17氨冷凝器Q液氨Q2Q1Q18Q氣氨圖422 氨冷凝器熱量計算示意圖（1）氣體帶入熱量 由冷交換器熱量計算得 （2）氣體中液氨帶入熱量 由冷交換器熱量計算得 （3）氨冷器中氣氨冷凝熱查《小氮肥工藝設計手冊—理化數據》在, 則氣氨冷凝熱：（4）新鮮氣帶入熱量 , 查壓力下各組分氣體比熱容然后用疊加的方法計算得實際氣體混合熱容 所以新鮮氣帶入熱量：氨冷器收入總熱量 （5）氨冷器入口混合物溫度計算由熱平衡 設,查壓力下各組分氣體比熱容，然后用疊加的方法計算得實際氣體混合熱容。新鮮氣和循環氣中油、水及雜質可通過氨冷器低溫液氨洗滌后除去。綜合考慮的結果，一般中小型合成氨廠當操作壓力在30 MPa左右時，%~%之間。惰性氣體不參與反應，也不毒害催化劑，但由于他們的存在會降低氫氮比的分壓。但在一定限度內，其他條件不變，增加空間速度，合成氨產量增加，單位時間所得的總反應熱增多，通過水冷器和氨冷器的氣體流量增大，需要移走的熱量增多，導致冷凝器的冷卻面積要相應增大，否則就不能將高流速氣體中的氨冷凝下來。而催化劑必須在一定的溫度范圍內才具有活性，所以氨合成反應溫度必須維持在催化劑的活性范圍內。 工藝流程的選擇合成氨的生產工藝條件必須滿足產量高，消耗低，工藝流程及設備結構簡單，操作方便及安全可靠等要求。目前氨合成的方法，由于采用的壓力、溫度和催化劑種類的不同，一般可分為低壓法、中壓法和高壓法三種。合成氨工業的發展趨勢: ①原料路線的變化方向。半水煤氣：是混合煤氣中組成符合（H2+CO）/N2=～。氨水中的氨極易揮發。但是，如此豐富的氮，通常狀況下不能為生物直接吸收，只有將空氣中的游離氮轉化為化合物狀態，才能被植物吸收，然后再轉化成人和動物所需的營養物質。氨在其他工業中的應用也非常廣泛。氫氣是從半水煤氣中提取的，以煤為原料，在一定的高溫條件下通入空氣、水蒸氣或富氧空氣水蒸氣混合氣，經過一系列反應生成含有一氧化碳、二氧化碳、氫氣、氮氣、及甲烷等混合氣體的過程。國際上以天然氣為原料的氮肥占85%。 設計任務的項目來源本課題是指導老師提高畢業生設計能力而選定的。合成塔需用高鎳優質合金鋼制造，即使這樣，也會產生破裂。同時，高壓下反應溫度一般較高，催化劑使用壽命也比較短，操作管理比較困難。催化劑使用到末期，活性因衰老而減弱，應再適當提高溫度。液氨在氨分離器中與循環氣體分開，減壓送入貯槽。在生產中，%~%之間，并控制循環氣中惰性氣體的體積分數在10%~15%之間。反應換熱后溫度降為140~160℃，氨含量13%的反應氣體出合成塔進入水冷器，氣體經水冷器冷卻至常溫，其中部分氣氨被冷凝，液氨在氨分離器中分出。即 進器物料：水冷器進氣物料等于熱交換器出口物料，即 出器物料：在水冷器中部分氣氨被冷凝；由氨分離器氣液平衡計算得氣液比 ，,有如下方程: 將 代入 得: 出口氣體組分由得:其中， NH3 CH4 Ar H2 N2 出口液體各組分由 得其中 NH3 CH4 Ar H2 N2 進器物料：氨分離器進器總物料等于水冷器出口氣液混合物總物料即　出器物料：氣液混合物在器內進行分離，分別得到氣體和液體出器氣體，出器液體氨分離器出口氣體放空 其中， NH3 CH4 Ar H2 N2 進器物料：進器物料等于氨分離器出口氣體物料減去放空氣量其中， NH3 CH4 Ar H2 N2 出器物料（熱氣）：設熱氣出口溫度17℃（由熱量計算核定）查 ,氣相中平衡氨含量，計算熱氣出口冷凝液氨時，忽略溶解在液氨中的氣體。三段絕熱冷激—間接換熱式內件流程如圖51所示。但是，工業污染的治理遠遠落后于工業生產的發展，到目前為止，工業污染的治理率還很低，工業廢水治理率僅20％，工業廢氣治理率為56％，工業廢渣治理率為50％。大氣污染造成農業減產、林木衰敗。(3)對大氣的污染 工業廢渣在堆放過程中，在溫度、水分的作用下，某些有機物質發生分解，產生有害的氣體，造成對大氣的污染。團隊的配合也尤為重要，每個人都要認真做好分配的任務并為團隊成員提供最優的答案，為整個團隊順利完成工作提供保障。學習是一個需要長期堅持的過程，只有堅持不懈地積極學習和吸收新的知識，與時俱進，不斷充實自己，才能成長為一名合格進而優秀的化工設計者。 “三廢”治理原則(1)廢氣。(5)全球環境影響 工業廢氣中的污染物不僅能污染低層大氣，對人體健康、農業、森林和物質材料造成危害，而且能對上層大氣產生影響，形成酸雨，破壞臭氧層、升高氣溫等區域性，全球性重大環境問題，可能給人類帶來更嚴重的危害和災難。化學工業排放的廢氣，其中含有的主要污染物包括二氧化硫、氮氧化物、氟化氫、氯氣、氯化氫、碳氫化合物、各種有機物和浮游粒子等。本設計根據經驗對催化劑床層進行近似設計。 設熱氣出口氨體積為 ，則： 冷交換器熱氣出口氣量及組分：其中 NH3 CH4 Ar H2 N2 出口總氣量 出口氣體各組分：NH3 CH4 Ar H2 N2 進器物料：氨冷器進器物料等于冷交換器出器物料加上補充新鮮氣物料其中 CH4 Ar H2 N2 進器氣體物料 進器氣體組分含量　　其中 NH3 CH4 Ar H2 N2 各組分百分含量　　NH3 CH4 Ar H2 N2 進器液體等于冷交換器冷凝液氨量　進器總物料出器物料：已知出器氣體中氨含量為 ，設出器氣體中氨含量為。 冷交換器和氨分離器內的液氨，經液位調節系統減壓后送往液氨貯槽。冷凝溫度越低，分離效果越好，則進塔氣體中氨含量也就越低。 合成塔進口氣的組成合成塔進口氣體組成包括氫氮比、惰性氣體含量和塔進口氨含量。空間速度增加，氣體與催化劑接觸時間減少，反應物來不及反應就離開了反應區域，因此將是合成塔出口氣體中氨含量降低，即氨凈值降低。目前我國中小型合成氨廠合成操作壓力大多采用20~32 MPa。(3) 中壓法 操作壓力為20～35 MPa的稱為中壓法，操作溫度為450～550 ℃。 第二章 流程方案的確定 生產原理氨是由氣態氮和氫在適宜溫度壓力,并有觸媒的作用下發生反應的,其反應式為： 此式為一不可逆，放熱，體積縮小的反應，其反應過程為： 氨合成的反應特點：⑴ 反應過程要在高壓下進行，壓力越高，越有利于氨的合成。建議針對不同企業采用不同的技術路線。這種生成的混合氣稱為煤氣。例如制冷、空調、食品冷藏系統大多數都是用氨作為制冷劑。氮是蛋白質質中不可缺少的部分，是人類和一切生物所必須的養料；可以說沒有氮，就沒有蛋白質，沒有蛋白質，就沒有生命。氨在水中的溶解度隨壓力增大而降低。水煤氣：以水蒸氣（或水蒸氣與氧的混合氣）為汽化劑制取的煤氣。二是企業結構不合理，產業集中度低，技術水平不高。⑷ 混合氣中氫、氮含量越高越有利于反應，因此，氣體中惰性氣體含量越少越好。世界上合成氨總的發展趨勢多采用中壓法，其壓力范圍多數為30～35 MPa。實際生產中還要考慮反應速率的要求。但空間速度增大，將使系統阻力增加，壓縮循環氣功耗增加，分離氨所需的冷凍量也增大，因此冷凍功耗增加。在實際生產中，~。進口氨含量還與合成操作壓力和冷凝溫度有關。放空氣位置設在惰性氣體含量最高，氨含量較低處以減少氨和原料氣損失。由 可求出冷交換器冷凝液體量 冷凝液體量 出器物料：冷交換器（冷氣）出口氣體物料等于進口總物料減去冷凝液體量。車間布置直接影響到項目建設的投資，建設后的生產運轉正常，設備維修和安全，以及各項經濟指標的完成。這種危害和損失的程度決定于大氣污染的性質、濃度和滯留時間。(1)對人體健康的危害 廢水污染對人體健康的危害，一般可分為兩大類。(2)廢渣。通過課程設計，我分析問題解決問題以及工程設計能力都得到了鍛煉。各種工具書是設計工作者的得力助手，在這次設計中，我學會了熟練查找手冊、文獻資料，同時對資料數據篩選和處理的能力也有了很大的提升。工業廢渣對環境的污染，主要表現在以下三大方面；(1)對土壤的污染 由于工業廢渣是在生產過程中產生的，它們的存在不僅占用了大量的良田沃土，大量的有素廢渣，在自然界的風化作用下，到處流失，對土壤造成很大的污染。(2)居民生活費用增加 大氣污染造成的居民生活費用增加，包括家庭清掃、洗滌和生活物質損壞三方面，據1985年估算，每年全國損失達16億元。第七章“三廢”治理及綜合利用 “三廢”的產生及污染中國的工業污染在環境污染中占70％。查 軟水焓 蒸汽焓 由熱平衡得：∴ 廢熱鍋爐軟水帶入熱量：蒸汽帶出熱量 表426 廢熱鍋爐熱量平衡匯總表收 方熱量（KJ）支 方熱量（KJ）管內熱氣帶入熱量 Q8管內熱氣帶出熱量 Q9軟水帶入熱量 Q軟蒸汽帶出熱量 Q蒸小 計小 計熱交換器Q7Q6Q10Q9圖424 熱交換器熱量計算示意圖（1）冷氣帶入熱量 Q6由合成塔熱平衡計算得：（2）熱氣體帶入熱量 Q9由廢熱鍋爐熱平衡計算得：（3）冷氣帶出熱量 Q7由合成塔熱平衡計算得：（4）熱氣出口溫度計算由熱平衡得：∴ 設 查《小氮肥工藝設計手冊—理化數據》混合氣體熱容按疊加法計算得： 查《小氮肥工藝設計手冊—理化數據》附圖1519比熱容壓力校正圖誤差假設值與實際值基本相符，計算有效。 。分氨后的循環氣上升至上部換熱器殼程被熱氣體加熱至25℃后出冷交換器。操作壓力比較高，及催化劑活性比較好時，惰性氣體的含量可以高一些。 從氫氮混合氣體中分離氨的方法大致有兩種：水吸收法、冷凝法。反應溫度的控制還與催化劑的使用時間有關。主要能量消耗包括原料氣壓縮功、循環氣壓縮功和氨分離的冷凍功。高壓法的優點是，氨合成的效率高，合成氨出口氣體中含氨達25％～30％，催化劑的生產能力較大。到2010年，力爭組建50家大型企業集團，大型氮肥廠合成氨平均規模達40萬噸/年以上，中型氮肥廠平均規模達20萬噸/年以上。隨著科學技術的發展，對氨的需要量日益增長，近30年來合成氨工業發展很快。100℃， MPa下，%～%(NH3)。氨也是非常重要的工業原料，在化學纖維、塑料工業中，則以氨、硝酸和尿素作為氮元素的來源生產己內酰胺、尼龍丙烯腈等單體和尿醛樹脂等產品。在國民經濟中，氨占有重要地位，特別是對農業生產有著重大意義。⑴ 氨與氧在催化劑作用下生成氮的氧化物,并能進一步與水作用,制得硝酸：⑵ 氨與酸或酐反應生成鹽類,是制造氮肥的基本反應：⑶ 氨與二氧化碳作用生成氨基甲酸銨,進一步脫水成為尿素：⑷ 氨與二氧化碳和水作用,生成碳酸氫銨： (5) 氨可與鹽生成各種絡合物，如CuCl2?6NHCuSO4?4NH3。 文獻綜述合成氨工業是氮肥工業的基礎，也是一些工業部門的重要原料，它的迅速發展促進了一系列科學技術和化學合成工業的發展，隨著科學技術的發展，合成氨工業在國民經濟中的作用必將日益顯著。合成氨成本中能源費用占較大比重，合成氨生產的技術改進重點放在采用低能耗工藝、充分回收及合理利用能量上，主要方向是研制性能更好的催化劑、開發新的原料氣凈化方法、降低燃料消耗、回收和合理利用低位熱能等。也可用磁鐵礦作催化劑，操作溫度450～550 ℃。壓力增加平衡常數增大，因而平衡氨含量也增大。在合成氨