年产30万吨合成氨工程设计毕业论文(编辑修改稿)

年产30万吨合成氨工程设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

与重油气化总体流程有相 似之处 [7]。 该流程特点是以煤 ( 主要用烟煤 ) 为原料 ， 制成水煤浆 ， 配置大型空分装置 ，其氧气供气化 ， 氮气在氮洗配入合成气之中 ， 气化后饱含水的合成气先进入变换( 耐硫催化剂 )， 使 CO 与 H2O 反应为 H2 和 CO2, 经甲醇洗 ( Rectisol) 脱除 CO2 和 H2S， 再经液氮洗脱除微量 CO、 CO2 及其它杂质 ， 配以 N2 制成纯净的净化合成气去氨合成工序。 我国山东鲁南化肥厂建成中型水煤浆气化合成氨装置 ， 其规模为 80kt/ a。 鲁南化肥厂的这套水煤浆气化压力较低 ( )， 配套 NHD 脱硫、脱 CO2 技术 ， 投资省 ,但能耗较高。 （ 2） 常压气化路线 常压气化一般以无烟块煤或焦炭为原料 ， 用空气或富氧空气气化 ， 经常压脱硫、低压段压缩、变换、脱 CO净化、高压段压缩去氨合成。 流程较长 ， 但投资省 ， 技术风险小 ， 便于操作、管理 ， 灵活性大 ， 适合国内中、小型氨厂。 类别 天然气 石脑油 渣油 煤 焦炭 合成氨能力， Kta1 占总能力， % 吨氨耗能 单价 ， 元 原料成本，元 5150 980m3 784 1770 1600 1360 2130 950 17160 60 350 490 2190 350 490 内蒙古化工职业学院毕业论文用纸 6 常压气化主要工艺选择 造气 以无烟块煤或焦炭为原料的常压造气技术 ， 目前有空气间歇气化及富氧连续气化二种。 空气间歇造气有多年使用经验 ， 中、小氮肥厂普遍采用 ， 投资少 ，不用氧气 ， 但能耗高 ， 吹风气排放时 对环境有污染。 富氧气化效率高 ， 节省用煤 ，单炉生产能力及蒸汽分解率高 ， 流程简单 ， 无吹风气 ， 不影响环境。 但要加氧气或富氧空气 ， 制备氧气及富氧空气的装置造价昂贵 ， 耗电量大。 两种气化方法气体成份及吨氨煤耗见表 12[8]。 表 12 两种气化方法气体成份及吨氨耗煤量 两种气化方法投资及成本比较见表 13(以年产合成氨 6kt 为例 ) 表 13 两种气化方法投资及成本比较 项目 间歇气化 富氧气化 煤气炉台数 (Ф3000mm)，台（套） 空分装置 (制氧 3500m3/h)，套 空分装置投资，万元 造 气装置投资，万元 合计投资，万元 合计气化投资，元 t 1 5 4005=2020 2020 402 3 1 4003=1200 3000 4200 470 比较可知 ， 如有廉价氧气提供 ， 可考虑富氧造气 ； 一般情况 ， 仍采用常压空气间歇造气。 变换 目前 ， CO 变换工艺有全中温变换、中温串低温变换及全低温变 3 种。 中温变换 (温度 400～ 500 ℃ ) 使用铁催化剂 ， 变换率较低 ， 蒸汽消耗较高；中温串低温变换流程较复杂 ， 全低温变换 (温度 250～ 350 ℃ ) 采用耐硫低温钴钼催化剂 ， 蒸 汽消耗量少 ， 有条件应尽可能采用 ， 以节省能耗 [9]。 气体组成， % 气化方法 CO+ 耗氧量 耗 量 CO2 O2 CO H2 CH4 N2 H2/N2 ， m3 ， t 富氧气化 450 间歇气化 内蒙古化工职业学院毕业论文用纸 7 脱 CO2 脱 CO2 方法有 ： (1) 化学脱碳 ， 如无毒 G/ V、苯菲尔、空间位阻胺等 ， 其吸收效率高 ， 操作可靠 ， 但再生蒸汽消耗量大 ； (2) 物理吸收法 ， 有低温甲醇洗 (Rectisol) 、碳酸丙烯酯 (PC) 、聚乙二醇二甲醚 (Selexol 或 NHD) ， 基本上不耗蒸汽 ； (3) 物理化学吸收法 ， 有 N 甲基二乙醇胺 (MDEA )， 既有化学吸收 ，又有物理吸收作用 ， 蒸汽耗量少 ， 脱 CO2 同时脱硫 ； (4) 变压吸附法 ， 利用加压下通过吸附剂吸收 CO2， 卸压后解析 ， 间歇反复作用。 达到脱除 CO2 及其它杂质的目的 [10]。 化学吸收法在有廉价蒸汽来源的厂利用时较为有利 ， 物理吸收法则宜在蒸汽价高的地方应用 ， 变压吸附因气体损失大 ， 投资也较大 ， 慎用。 净化 原料气净化指在脱 CO2 后脱除微量 CO、 CO2及硫化物。 目前可供选择的工艺有铜洗、甲烷化、液氮洗等。 有低温冷源的可选择液氮洗 ， 其净化度最高。 铜洗能耗高 ， 流程复杂 ， 虽有不少中小氮肥厂在用 ， 一般新建厂不宜采用。 甲烷化流程简单 ， 投资省 ， 选用较多 ， 但需使脱碳气中 CO、 CO2 及硫化物尽可能低 ， 并要配以氧化锌或其它干法精脱硫。 合成氨 氨合成工艺选择主要考虑合成压力、合成塔结构型式及热回收方法。 氨合成压力高对合成反应有利 , 但能耗高 , 一般中小氮肥厂多 32MPa, 大型厂压力较低 ， 为 10～ 20MPa。 由于近来低温氨催化剂的出现 ， 可使合成压力降低。 合成塔结构较先 进的有托普索 200 径向中间换热式、卡萨里三层中间换热式等。 国内中、小型合成塔有轴径向、双绝热层、冷激式、双层并流型等。 主要根据生产规模、管理水平来确定 ， 以结构简单、节能高效为佳。 合成反应热回收是必需的 ， 是节能的主 要方式之一。 除尽可能提高热回收率 ，多产蒸汽外 ， 应考虑提高回收热的位能 ， 即提高回收蒸汽的压力及过热度。 高压过热蒸汽的价值较高 ， 当然投资要多 ， 根据整体流程统一考虑。 结论 在我国已建成的合成氨厂中 ， 大多以煤为原料 ,且各地根据需求还可能新建一批以煤为原料的装置 ， 如云浮、大黄磷等磷铵装置需配套氨厂。 无论是新建氨厂还是老厂改造都有工艺选择的问题。 我国近年来合成氨技术发展很快 ， 可供选择的技术很多。 应实事求是地根据装置所在地的特点综合考虑 ， 主要应考虑节能降耗、工艺流程 ， 做到配套合理、投资省、操作稳定可靠。 内蒙古化工职业学院毕业论文用纸 8 项目意义 本项目采用煤间接气化产生的半水煤气，通过全中温变换反应（煤气冷激及蒸汽换热方式），物理吸附法脱出 CO2，铜洗净化半水煤气，冷激式合成氨，生产年产 30 万吨合成氨。 并且对本项目中的 CO 变换工段进行物料、热量、设备的初步计算，达到初步设计要求。 该项目的建设能有效推动地方经济发展，创造更多就业机会，达到经济效益，社会效益和环境效益相统一。 第 2 章 一氧化碳变换系统计算 主要参数 参考操作指标 （ 1）半水煤气温度： 半水煤气 饱和塔进口 饱和塔出口 中变炉进口 温度 90℃左右 120℃左右 340 左右 （ 2）变换气温度： 变换气温度 中变炉三段出口 低变炉进口 低变炉出口 397℃左右 180℃ — 210℃ 210℃ ~240℃左右 变换气温度 第一水加热器出口 第二水加热器出口 第一热水塔出口 136℃ 80℃ ~110℃ 变换气温度 第二热水塔出口 冷却冷凝器出口 ~95℃ 40℃ （ 3）热水温度 热水 饱和塔进口 第二热水塔进口 第二热水塔出口 一水加热器出口 温度℃ 124~125 85（从精炼来） 103（去精炼） 124~125 热水 一水加热器进口 二水加热器出口 热水塔补水 冷却冷凝器进口 温度℃ 32 76 114 ~25（循环水） （ 4）压力 压力 半水煤气进段压力 蒸汽压力 绝压 kg/cm3 （ 5）组成 干基 中变炉三段出口 低变炉出口 % ~5 ~ （ 6）流量 内蒙古化工职业学院毕业论文用纸 9 流量 蒸汽添加量 饱和塔循环量 精炼水循量 二水循环水 18~22（一般 200吨） 内蒙古化工职业学院毕业论文用纸 10 设计参数的规定 （ 1）设备热损失估计： （ a）中变炉：一段△ t1=3℃、二三段、△ t2=2℃、冷激段△ t 冷 =3℃ （ b）低变炉：△ t=3℃ （ c）主热变换器 Q换 =Q 人 %；其它设备 Q换 = Q 人 % （ 2）管道温度损失及压力 （ 3）触媒型号：中变： B120 型 （ 4）转化率 X= %1 0 0)1 0 0( 1 0 0)(   V cooVc oVcV co （ 5）计算基准 变换炉工艺条件计算以 1Kmol 湿半水煤气为准，所有热衡算以 1kmol 干半水煤气准。 （ 6）入炉汽气比 即水蒸汽 /干气量 =（汽气比） 中变炉工艺条件计算 中变炉一段出口温度 t1的确定 （ 1）一段进口温度 t1=340℃ （ 2）入炉 汽气比为 （ 3）湿半水煤气组成 湿基 %=入炉汽气比 干基1 % co%（湿） = %8 1 2 %1 0 3 0 1  则湿半水煤气组成如下表： 成份 CO CO2 H2 N2 O2 CH4+Ar H2O H2S 干基 % 3684 ≤ 湿基 % 5 5 5 5 37.5 内蒙古化工职业学院毕业论文用纸 11 （ 4）一段出口 温度 t1＇的计算 t1＇ = t1△ + t1 Cp oHryo 22 )( )()( 01 xxCp coHryc o  ① 式中△ t1一盘温度损失△ t1=3℃ х 1= х 1= х 0=0 Cp一定压力，在 221 tt 下的混合气体真分子热容 Cp= kmolkcalyicpi /( ℃ ) 假设 t1 =463℃ 其中 t1 =340℃ P=在 t=211 tt =℃ P=  vcpvy = 由①式计算得 t1 =℃ 相对误差为 %1 2 %1 0 04 6 3 4 6 35 6 9 6 3  ＜ ∴假设 t1 =463℃符合要求 （ 5）一段生口湿基 量及组成 以 1kmol 湿基为设计算基准 C0+H2 O CO2 +H2 O2 +2H2  2H2 O 近似以为 O2出口含量为 1 =； H2 为 1+ 1= 同理可得各组分的一段出口湿基量列表如下： 成份 CO CO2 H2 N2 O2 CH4+Ar H2O 总计 一段入口湿基含量 出口湿基量 2 5 0 4 5 7 一段出口湿基百分含量（ %） 0 内蒙古化工职业学院毕业论文用纸 12 中变炉生口温度 2t 的确定 （ 1）喷水量的计算 ①喷淋水与一般气换热前后的焓量 iHzo 及 i汽 (a)i H2O 喷水温度 t=114℃查 [800]Pih2O=(b)i 汽 假高二段入口温度 t2=390℃ PH2O=P 2/6 2 5 6 6 8 cmkg 由 PH2O 查得 i汽 =② cp 的计算 定性温度 t= 3904632 21  tt ℃ p=7kg/cm2 成份 CO CO2 H2 N2 O2 CH4+Ar H2O Cp yi(%) 0 Cpi ③喷淋水量的计算 OHOHT iMWtcpN 22121  )( 2212 2 ttNpCiMW TOH  汽 其中 TN 为湿基量总和 代入数据 得 463 7 718W1 1 4 .2 318 1212 W + (390+3) 得 12W = 湿半水煤气k m o lOk m o lH /2内蒙古化工职业学院毕业论文用纸 12    半水煤气消耗喷淋水量 WWT NH 182 2 43 4 0 4   kg/TNH3 （ 2） 二段入湿半水煤气组成 ①一、二段间冷激后气体的原始组成 计算示例 : %%1 0 00 4 1 8 8 1 2 %1 0 01 )( 12  Wy co 一段入口湿基 同理可得下表 39： 成份 CO CO2 H2 N2 O2 CH4+Ar H2O 湿基（ %） ② 入二段气体组成 222 HcoOHco  ； OHHO 222 2 9 6 )()1(: 1  XoycCO : 22  coco yyCO。