畢業(yè)設(shè)計(jì)---年產(chǎn)10萬(wàn)噸合成氨合成工段的設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　題 目: 年產(chǎn)10萬(wàn)噸合成氨合成工段的設(shè)計(jì)</p><p>　　院 系: 化學(xué)生物與材料科學(xué)學(xué)院</p><p>　　專 業(yè): </p><p>　　班 級(jí):

2、 </p><p>　　學(xué)生姓名: </p><p>　　指導(dǎo)教師: xx </p><p><b>　　內(nèi)容摘要</b></p><p>　　氨是重要的基礎(chǔ)化工產(chǎn)品之一，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位。合成氨生產(chǎn)經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，現(xiàn)已發(fā)展成為一種成熟的化工生產(chǎn)工藝。</p>

3、<p>　　本設(shè)計(jì)是以天然氣為原料年產(chǎn)十萬(wàn)噸合成氨合成工序的設(shè)計(jì)。近年來(lái)合成氨工業(yè)發(fā)展很快，大型化、低能耗、清潔生產(chǎn)均是合成氨設(shè)備發(fā)展的主流，技術(shù)改進(jìn)主要方向是開(kāi)發(fā)性能更好的催化劑、降低氨合成壓力、開(kāi)發(fā)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方面上。</p><p>　　關(guān)鍵字：合成氨；天然氣；合成；</p><p><b>　　目錄</b>

4、;</p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　目錄IV</b></p><p>　　1 綜述- 1 -</p><p>　　1.1 氨的性質(zhì)、用途及重要性- 1 -</p><

5、;p>　　1.1.1 氨的性質(zhì)- 1 -</p><p>　　1.1.2 氨的用途及在國(guó)民生產(chǎn)中的作用- 1 -</p><p>　　1.2 合成氨生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展- 2 -</p><p>　　1.2.1世界合成氨技術(shù)的發(fā)展- 2 -</p><p>　　1.2.2中國(guó)合成氨工業(yè)的發(fā)展概況- 4 -</p>&l

6、t;p>　　1.3簡(jiǎn)述產(chǎn)品的幾種生產(chǎn)方法及特點(diǎn)- 1 -</p><p>　　1.3.1主要原料來(lái)源</p><p>　　1.3.2 主要原料規(guī)格</p><p>　　1.4生產(chǎn)中產(chǎn)生有害物質(zhì)和處理措施</p><p>　　1.4.1 氨氣和液氨</p><p>　　1.4.2 合成氨廢水</p>

7、<p>　　1.5合成氨合成工序的工藝原理- 6 -</p><p>　　1.5.1 合成氨的典型工藝流程介紹- 6 -</p><p>　　1.5.2 合成氨合成工序的工藝原理- 8 -</p><p>　　1.5.3合成氨合成工序的工藝原理- 8 -</p><p>　　1.6 設(shè)計(jì)方案的確定- 9 -</p&

8、gt;<p>　　1.6.1 原料的選擇- 9 -</p><p>　　1.6.2 工藝流程的選擇- 9 -</p><p>　　1.6.3 工藝參數(shù)的確定- 10 -</p><p>　　1.5.4 工廠的選址- 11 -</p><p>　　2 設(shè)計(jì)工藝計(jì)算- 13 -</p><p>　　

9、2.1 原始條件- 13 -</p><p>　　2.2 物料衡算- 20 -</p><p>　　2.2.1合成塔物料衡算- 20 -</p><p>　　2.2.2氨分離器氣液平衡計(jì)算</p><p><b>　　- 27 -</b></p><p>　　2.3.1冷交換器氣液平衡計(jì)算&

10、lt;/p><p><b>　　- 30 -</b></p><p>　　2.3.1液氨貯槽物料計(jì)算</p><p><b>　　- 30 -</b></p><p>　　2.3.1合成系統(tǒng)物料計(jì)算- 30 -</p><p>　　2.3.1合成塔物料計(jì)算- 30 -<

11、/p><p>　　2.3.1水冷器物料計(jì)算- 30 -</p><p>　　2.3.1 氨分離器物料計(jì)算- 30 -</p><p>　　2.3.1 冷交換器物料計(jì)算- 30 -</p><p>　　2.3.1 氨冷器物料計(jì)算- 30 -</p><p>　　2.3.1 冷交換器物料計(jì)算- 30 -</p&

12、gt;<p>　　2.3.1液氨貯槽物料計(jì)算</p><p><b>　　- 30 -</b></p><p>　　2.3.1 物料衡算結(jié)果匯總</p><p><b>　　- 30 -</b></p><p>　　2.4. 熱量衡算- 30 -</p><p&g

13、t;　　2.4.1 冷交換器熱量衡算</p><p><b>　　- 30 -</b></p><p>　　2.4.2 氨冷器熱量計(jì)算</p><p><b>　　- 30 -</b></p><p>　　2.4.1 合成塔熱量計(jì)算</p><p><b>　　-

14、30 -</b></p><p>　　2.4.2廢熱鍋爐熱量計(jì)算</p><p><b>　　- 30 -</b></p><p>　　2.4.3 熱交換器熱量計(jì)算- 30 -</p><p>　　2.4.4 水冷器熱量計(jì)算- 30 -</p><p>　　2.4.5 氨分離器熱量

15、核算</p><p><b>　　- 30 -</b></p><p>　　2.5主要設(shè)備選型- 35 -</p><p>　　2.5.1 廢熱鍋爐設(shè)備工藝計(jì)算- 35 -</p><p>　　2.5.2 主要設(shè)備選型匯總表- 35 -</p><p>　　3環(huán)境保護(hù)與安全措施- 36 -

16、</p><p>　　3.1環(huán)境保護(hù)- 2 -</p><p>　　3.1.1化學(xué)沉淀—A/ O 工藝處理合成氨廢水</p><p><b>　　- 2 -</b></p><p>　　3.1.2合成氨尾氣的回收</p><p><b>　　- 2 -</b></p&

17、gt;<p><b>　　3.2安全措施</b></p><p><b>　　- 2 -</b></p><p>　　3.2.1防毒- 2 -</p><p>　　3.2.2防火- 2 -</p><p>　　3.2.3防爆- 2 -</p><p>　　

18、3.2.4防燒傷- 6 -</p><p><b>　　3.2.5 防觸電</b></p><p><b>　　- 6 -</b></p><p>　　3.2.6 防機(jī)械傷害</p><p><b>　　- 6 -</b></p><p>　　參考文獻(xiàn)

19、- 40 -</p><p><b>　　致謝- 41 -</b></p><p><b>　　附錄- 42 -</b></p><p><b>　　1 綜述</b></p><p>　　1.1 氨的性質(zhì)、用途及重要性</p><p>　　1.1.

20、1 氨的性質(zhì)</p><p>　　氨分子式為NH3，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下是無(wú)色氣體，比空氣輕，具有特殊的刺激性臭味。人們?cè)诖笥?00cm3/m3氨的環(huán)境中，每天接觸8小時(shí)會(huì)引起慢性中毒。</p><p>　　氨的主要物理性質(zhì)有：極易溶于水，溶解時(shí)放出大量的熱。氨水溶液呈堿性，易揮發(fā)。液氨和干燥的氨氣對(duì)大部分物質(zhì)沒(méi)有腐蝕性，但在有水的條件下，對(duì)銅、銀、鋅等金屬有腐蝕作用。</p>&l

21、t;p>　　氨的化學(xué)性質(zhì)有：在常溫下相當(dāng)穩(wěn)定，在高溫、電火花或紫外光的作用下可分解為氮和氫。具有可燃性，自然點(diǎn)為630℃，一般較難點(diǎn)燃。氨與空氣或氧的混合物在一定范圍內(nèi)能夠發(fā)生爆炸。氨的性質(zhì)比較活潑，能與各種無(wú)機(jī)酸反應(yīng)生成鹽。</p><p>　　1.1.2 氨的用途及在國(guó)民生產(chǎn)中的作用</p><p>　　氨是重要的無(wú)機(jī)化工產(chǎn)品之一，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位。合成氨指由氮和氫在高溫

22、高壓和催化劑存在下直接合成的氨。世界上的氨除少量從焦?fàn)t氣中回收外，絕大部分是合成的氨。氨主要用于農(nóng)業(yè)，合成氨是我化肥工業(yè)的基礎(chǔ)，氨本身是最重要的氮素肥料，其他氮素肥料也大都是先合成氨，再加工成尿素或各種銨鹽肥料，這部分均占70%的比例，稱之為“化肥氨”； 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，用于生產(chǎn)銨、胺、染料、炸藥、合成纖維、合成樹(shù)脂的原料，這部分約占30%的比例，稱之為“工業(yè)氨”。氨作為工業(yè)原料和氨化飼料，用量約占世界產(chǎn)

23、量的12％。硝酸、各種含氮的無(wú)機(jī)鹽及有機(jī)中間體、磺胺藥、聚氨酯、聚酰胺纖維和丁腈橡膠等都需直接以氨為原料生產(chǎn)。液氨常用作制冷劑。</p><p>　　合成氨是大宗化工產(chǎn)品之一，世界每年合成氨產(chǎn)量已達(dá)到1億噸以上，其中約有80%的氨用來(lái)生產(chǎn)化學(xué)肥料，20%作為其它化工產(chǎn)品的原料。氨作為最為重要的基礎(chǔ)化工產(chǎn)品之一，同時(shí)也是能源消耗的大戶，世界上大約有10%的能源用于合成氨。</p><p>　

24、　隨著世界人口的不斷增加，用于制造尿素、硝酸銨、磷酸銨、硫酸銨以及其它化工產(chǎn)品的氨用量也在增長(zhǎng)。據(jù)統(tǒng)計(jì)1994年世界氨產(chǎn)量為113.46Mt，其中中國(guó)、美國(guó)、印度、俄羅斯四個(gè)主要產(chǎn)氨國(guó)占了一半以上。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)[1]。</p><p>　　1.2 合成氨生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展</p><p>　　1.2.1世界合成氨技術(shù)的發(fā)展</p><p>

25、;<b>　　原料構(gòu)成的變化</b></p><p>　　為了合成氨，首先必須提供氮和氫。氮來(lái)自空氣，氫來(lái)自水。氣和水到處都有，而且取之不盡。傳統(tǒng)的制氮方法是在低溫下將空氣液化、分離，以及水電解制氫。由于電解制氫法，電能消耗大，成本高。傳統(tǒng)方法還是采用高溫下將各種燃料和水蒸氣反應(yīng)制造氫。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，60多年來(lái)世界合成氨原料的構(gòu)成變化見(jiàn)下

26、表1-1。</p><p>　　表1.1世界合成氨原料構(gòu)成（%）</p><p>　　由表1-1可知，合成氨的原料構(gòu)成是從以固體燃料為主轉(zhuǎn)移到以氣體燃料和液體原料為主。</p><p>　　自從北美大量開(kāi)發(fā)天然氣資源成功之后，20世紀(jì)50年代開(kāi)始采用天然氣制氨。因?yàn)樘烊粴獗阌诠艿肋\(yùn)輸，用作合成氨的原料具有投資省、能耗低等明顯優(yōu)點(diǎn)。到20世紀(jì)60年代末，國(guó)外主要產(chǎn)氨國(guó)

27、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。一些沒(méi)有天然氣資源的國(guó)家，如日本、英國(guó)在解決了石腦油蒸汽轉(zhuǎn)化過(guò)程的析碳問(wèn)題后，1962年開(kāi)發(fā)成功石腦油為原料生產(chǎn)合成氨的方法。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。但石腦油價(jià)格比天然氣高，而且又是石油化工的重要原料，用于制氨受到一定限制。為了擴(kuò)大原料范圍，又開(kāi)發(fā)了用重油部分氧化法制氫。從此比石腦油價(jià)廉、來(lái)源廣泛的重油和減壓渣油開(kāi)始作為

28、合成氨的另一種原料。</p><p>　　表1-2為各種原料的日產(chǎn)1043.3t合成氨廠，相對(duì)投資和能量消耗比較。由表可見(jiàn)，雖然各國(guó)資源不同，但選用原料的基本方向相同。只要資源條件具備作為合成氨的原料。首先應(yīng)考慮天然氣和油田氣，其次采用石腦油。</p><p>　　表1.2 氨廠采用的各種原料的相對(duì)投資和能量消耗</p><p>　　特別是以天然氣為原料的合成氨工業(yè)

29、占了很大的比重，本設(shè)計(jì)就是以天然氣為原料合成氨，主要是轉(zhuǎn)化工段的設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　生產(chǎn)規(guī)模大型化</b></p><p>　　20世紀(jì)50年代以前，氨合成塔的最大能力為日產(chǎn)200t氨，到60年代初期為400t。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，于196

30、3年和1966年相繼建成日產(chǎn)544.31t和907.19t的氨廠，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)展史上第一次突破。大型化的優(yōu)點(diǎn)是投資費(fèi)用低，能量利用率高，占地少，勞動(dòng)生產(chǎn)率高。從20世紀(jì)60年代中期開(kāi)始，新建氨廠大都采用單系列的大型裝置。但是，大型的單系列合成氨裝置要求能夠長(zhǎng)周期運(yùn)行，對(duì)機(jī)器和設(shè)備質(zhì)量要求很高，而且在超過(guò)一定規(guī)模以后，優(yōu)越性并不十分明顯了。因此大型氨廠通常是指日產(chǎn)600t級(jí)，日產(chǎn)1000t級(jí)和日產(chǎn)150

31、0t級(jí)的三種。現(xiàn)在世界上規(guī)模最大的合成氨裝置為日產(chǎn)1800t氨，1991年在比利時(shí)的安特衛(wèi)普建成投產(chǎn)。</p><p><b>　　低能耗新工藝</b></p><p>　　合成氨，除原料為天然氣、石油、煤炭等一次能源外。整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程還需消耗較多的電力、蒸汽等二次能源，而用量又很大?，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%。由于噸氨

32、生產(chǎn)成本中能源費(fèi)用占70%以上，因此能耗是衡量合成氨技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益的重要標(biāo)志。</p><p>　　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(jì)70年代的40.19GJ下降到39.31GJ左右，而且以天然氣為原料的大型氨廠的所需動(dòng)力約有85%可由余熱供給[3]。</p><p><b>　　生產(chǎn)自動(dòng)化</b></p><p>

33、;　　合成氨生產(chǎn)特點(diǎn)之一是工序多、連續(xù)性強(qiáng)。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)車間控制室中進(jìn)行。自從出現(xiàn)單系列裝置的大型氨廠，除泵類有備用外，其它設(shè)備和機(jī)器都是一臺(tái)。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、壓力、流量、物位和成分五大參數(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。</p><p>　　

34、自從20世紀(jì)70年代計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到合成氨生產(chǎn)以后，操作控制上產(chǎn)生了飛躍。1975年美國(guó)霍尼威爾公司開(kāi)發(fā)成功TCP-2000總體分散控制系統(tǒng)（Totol Distributed Control System），簡(jiǎn)稱集散控制系統(tǒng)（DCS）。</p><p>　　DCS是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、數(shù)據(jù)通訊技術(shù)和熒光顯示技術(shù)（CRT）相結(jié)合的產(chǎn)物。在CRT操作平臺(tái)上可以存取、顯示多種數(shù)據(jù)和畫面，包括帶控制點(diǎn)的流程，全部

35、過(guò)程變量、控制過(guò)程變量，以及其參數(shù)的動(dòng)態(tài)數(shù)值和趨勢(shì)圖，從而實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)視和集中操作。操作人員對(duì)于人一控制點(diǎn)、控制單元、生產(chǎn)設(shè)備、車間以及全廠的運(yùn)作情況進(jìn)行隨機(jī)或定勢(shì)的觀察，只要通過(guò)鍵操作調(diào)出相應(yīng)的畫面，即可把所需內(nèi)容顯示在CRT上，以便監(jiān)視、控制和修改某些參數(shù)。需要的數(shù)據(jù)、流程都可隨機(jī)或定時(shí)在打印機(jī)上打印和彩色硬拷貝機(jī)上拷貝。與此同時(shí)，報(bào)警、連鎖系統(tǒng)，程序控制系統(tǒng)，采用了微機(jī)技術(shù)的可編程序邏輯控制器（PLC）代替過(guò)去的繼電器，采用由用戶編

36、寫的程序，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)或手動(dòng)的“開(kāi)”或“停”和復(fù)雜程序不同的各種邏輯控制，計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、模擬控制等。近年由于機(jī)電一體化需要邏輯控制和模擬控制計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、運(yùn)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。因此，用“可編程序控制器”（PC）這一名稱較為確切。</p><p>　　此外，若配置有高一級(jí)管理、控制功能的上位機(jī)系統(tǒng)，還能進(jìn)行全廠綜合優(yōu)化控制和管理，這種新穎的過(guò)程控制系統(tǒng)不僅可以取代

37、常規(guī)模擬儀表，而且還可以完成局部?jī)?yōu)化控制以及模擬儀表難以實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜自控系統(tǒng)。若能用仿真技術(shù)進(jìn)行操作人員的模擬培訓(xùn)只需在一臺(tái)高性能的計(jì)算機(jī)上配合相應(yīng)的軟件以代替實(shí)際生產(chǎn)裝置的控制、運(yùn)作設(shè)備，這樣就可以在較短的時(shí)間內(nèi)學(xué)習(xí)開(kāi)停車、正常操作和事故狀態(tài)操作。這些都表示氨生產(chǎn)技術(shù)自動(dòng)化進(jìn)入新的階段，改變了幾十年合成氨生產(chǎn)控制的面貌。</p><p>　　1.2.2中國(guó)合成氨工業(yè)的發(fā)展概況</p><p&g

38、t;　　中國(guó)合成氨生產(chǎn)是從20世紀(jì)30年代開(kāi)始的，但當(dāng)時(shí)僅在南京、大連兩地建有氨廠，一個(gè)是由著名愛(ài)國(guó)實(shí)業(yè)家范旭東先生創(chuàng)辦的南京永利化學(xué)工業(yè)公司铔廠—— 永利寧廠，現(xiàn)南京化學(xué)工業(yè)公司的前身；另一個(gè)是日本占領(lǐng)東北后在大連開(kāi)辦的滿洲化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社，最高年產(chǎn)量不超過(guò)50Kt（1941年）。此外在上海還有一個(gè)電解水制氫生產(chǎn)合成氨、硝酸的小型車間。</p><p>　　中華人民共和國(guó)成立以來(lái)，化工部門貫徹為農(nóng)業(yè)服務(wù)的方針，

39、把發(fā)展化肥生產(chǎn)放在首位。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、中、小型合成氨廠1000多個(gè)，1999年總產(chǎn)量為34.52Mt氨，已躍居世界第1位，已掌握了以焦炭、無(wú)煙煤、褐煤、焦?fàn)t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(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。</p><p>　　中國(guó)合成氨工業(yè)的發(fā)展經(jīng)歷了以下幾個(gè)階段。</p&

40、gt;<p>　　第一、恢復(fù)老廠和新建中型氨廠</p><p>　　20世紀(jì)50年代初，在恢復(fù)和擴(kuò)建老廠的同時(shí)，從原蘇聯(lián)引進(jìn)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(jì)、制造了7.5萬(wàn)噸合成氨系統(tǒng)，以川化的創(chuàng)建為標(biāo)志。到60年代中期中氮已投產(chǎn)了15家。20世紀(jì)60年代隨著石油、天然氣資源的開(kāi)采，又從英國(guó)引進(jìn)一套以天然氣為原料的加壓蒸汽轉(zhuǎn)化法年產(chǎn)100k

41、t合成氨裝置(即瀘天化)；從意大利引進(jìn)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。</p><p>　　第二、小型氨廠的發(fā)展</p><p>　　從20世紀(jì)60年代開(kāi)始在全國(guó)各地建設(shè)了一大批小型氨廠，1979年最多時(shí)曾發(fā)展到1539座氨廠。</p><p>　　第三、大型氨廠的崛起

42、</p><p>　　20世紀(jì)70年代是世界合成氨工業(yè)大發(fā)展時(shí)期。由于大型合成氨裝置的優(yōu)越性，1972年2月中國(guó)作出了成套引進(jìn)化學(xué)肥料技術(shù)和設(shè)備的決定。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，建在川化、瀘天化、云南、貴州等地)，為了擴(kuò)大原料范圍，1978年又開(kāi)始第二批引進(jìn)4套年產(chǎn)300kt合成氨裝置。</p><p>　　中國(guó)是世界上人口最多

43、的農(nóng)業(yè)大國(guó)，為了在2000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，第一套年產(chǎn)30萬(wàn)噸的合成氨裝置于80年在上海建成投產(chǎn)。特別是于90年代初在川化建成投產(chǎn)的年產(chǎn)20萬(wàn)噸合成氨裝置達(dá)到了當(dāng)時(shí)的國(guó)際先進(jìn)水平。從而掌握了世界上幾乎所有先進(jìn)的工藝和先進(jìn)技術(shù)如低能耗的凱洛格工藝、布朗工藝等，通過(guò)對(duì)

44、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)中小型氨廠的技術(shù)發(fā)展。</p><p>　　至今，在32套引進(jìn)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(guó)產(chǎn)化裝置，合成氨總能力為10.22Mt。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)距離的管線東輸外，對(duì)海南鶯歌海域蘊(yùn)藏的

45、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，這將是中國(guó)規(guī)模最大的一套合成氨裝置[1]。</p><p>　　1．3設(shè)計(jì)產(chǎn)品所需的主要原料規(guī)格、來(lái)源</p><p>　　1.3.1主要原料來(lái)源</p><p>　　生產(chǎn)合成氨，首先必須制備氫、氮原料氣。</p><p>　　氮?dú)鈦?lái)源于空氣，可以在低溫下將空氣液化、分離而得，或者

46、在制氫過(guò)程中直接加入空氣來(lái)解決。</p><p>　　氫氣來(lái)源于水或含有烴類的各種燃料，它取決于用什么方法制取。最簡(jiǎn)便的方法是將水電解，但此法由于電能消耗大、成本高而受到限制?，F(xiàn)在工業(yè)上普遍采用以焦炭、煤、天然氣、重油等原料與水蒸汽作用的氣化方法。</p><p>　　1.3.2 主要原料規(guī)格</p><p>　　(1) 合成塔進(jìn)口氣體組成</p>&

47、lt;p>　　合成塔進(jìn)口氣體組成包括氫氮比、惰性氣體含量與初始氨含量。當(dāng)氫氫比為3時(shí)，對(duì)于氨合成反應(yīng)，可得最大平衡氨含量，但從動(dòng)力學(xué)角度分析，最適宜氫氨比隨氨含量的不同而變化。如果略去氫及氨在液氨中溶解損失的少量差異，氨合成反應(yīng)氫與氮總是按3：1消耗，新鮮氣氫氮比應(yīng)控制為3，否則循環(huán)系統(tǒng)中多余的氫或氮就會(huì)積累起來(lái)，造成循環(huán)氣中氫氮比的失調(diào)。</p><p>　　惰性氣體(CH4、Ar)來(lái)源于新鮮原料氣，它們

48、不參與反應(yīng)因而在系統(tǒng)中積累。惰性氣體的存在，無(wú)論從化學(xué)平衡還是動(dòng)力學(xué)上考慮均屬有弊。但是，維持過(guò)低的惰氣含量又需大量排放循環(huán)氣導(dǎo)致原料氣消耗量增加。如果循環(huán)氣中惰性氣體含量一定，新鮮氣中惰性氣體含量增加，根據(jù)物料平衡關(guān)系，新鮮氣消耗隨之增大。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。由于原料氣制備與凈化方法不同，新鮮氣中惰性氣體含量也各個(gè)相同，循環(huán)氣中所控制的惰性氣體含量也有差異。</p&

49、gt;<p>　　當(dāng)其它條件一定時(shí)，進(jìn)塔氣體中氨含量越高，氨凈值越小，生產(chǎn)能力越低。初始氨含量的高低取決于氨分離的方法。對(duì)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)。為過(guò)分降低冷凝溫度而過(guò)多地增加氨冷負(fù)荷在經(jīng)濟(jì)上也并不可取。操作壓力300atm時(shí)，一般進(jìn)塔氨含量控制在3.2～3.8％；150atm時(shí)，為2.0～3.2％。</p><p>　　(2) 硫化物和碳氧化物含量</p>

50、<p>　　無(wú)論那一種原料所得原料氣，都含有一定數(shù)量的硫化物。雖然原料氣中硫化物含量不高，但對(duì)合成氨生產(chǎn)危害卻很大。硫化物是各種催化劑的毒物，硫化氫能腐蝕設(shè)備管道。以烴類為原料的蒸汽轉(zhuǎn)化法制取原料氣，鎳催化劑對(duì)硫含量限制十分嚴(yán)格，要求烴原料中總硫含量為0.5PPm(重量)以下。</p><p>　　為防止CO和CO2對(duì)催化劑的毒害，規(guī)定CO和CO2總含量不得多余20ppm[5]。</p>

51、<p>　　1.4生產(chǎn)中產(chǎn)生有害物質(zhì)和處理措施</p><p>　　中小型合成氨廠在生產(chǎn)過(guò)程中，常見(jiàn)的有毒有害物質(zhì)種類很多，多以氣體、蒸氣、霧、粉塵等狀態(tài)存在，其中有毒有害氣體是合成氨生產(chǎn)中最常見(jiàn)的。</p><p>　　1.4.1 氨氣和液氨</p><p>　　氨氣是一種具有強(qiáng)烈刺激臭味的無(wú)色氣體, 易被液化成藍(lán)色液體。車間空氣中氨的最高容許濃度為3

52、0 毫克／米3。它對(duì)人的眼睛和呼吸器官有較大的傷害作用。氨中毒的癥狀首先是服粘膜和呼吸道粘膜受到刺激、胸感抑郁、胃痛、打噴嚏、流口水、周身有不舒服感。如在氨氣濃度不大的環(huán)境中，停留時(shí)間不長(zhǎng)，而且能及時(shí)離開(kāi)環(huán)境，到空氣新鮮的地方去，上述的癥狀可漸漸消失。中毒嚴(yán)重時(shí)，會(huì)引起肺部腫脹導(dǎo)致死亡。氨氣刺激眼睛能引起角膜炎。因氨有氣味，故較好預(yù)防。</p><p>　　合成氨生產(chǎn)中合成工段經(jīng)常接觸的液體毒物有液氨、氨水等。液

53、氨或氨水濺入眼內(nèi)，可造成眼睛嚴(yán)重?fù)p傷，出現(xiàn)眼瞼水腫，眼結(jié)膜迅速充血水腫，眼劇痛，角膜混濁，甚至因角膜潰瘍、穿孔而失明。接觸液氨和高濃度氣氨，可使皮膚引起類似強(qiáng)堿的嚴(yán)重灼傷，出現(xiàn)紅斑、水泡，甚至因吸收水分，使皮膚脂肪皂化而壞死。</p><p>　　在正常生產(chǎn)過(guò)程中，有很少一部份氣態(tài)NH3無(wú)法回收，通過(guò)放空火炬燃燒掉就不會(huì)對(duì)環(huán)境造成影響。對(duì)于成品氨罐放空的氣態(tài)NH3可引入冰機(jī)中進(jìn)行加壓冷凝，不僅回收了NH3，同時(shí)也

54、不會(huì)造成環(huán)境的污染[3]。</p><p>　　1.4.2 合成氨廢水</p><p>　　合成氨生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢水是COD的主要來(lái)源。比如，隔油池中廢水就含有COD。如果含有COD的廢水排放出去就會(huì)繁衍菌類、藻類，污染水源和土壤，更嚴(yán)重的是會(huì)造成污染滋生源，對(duì)環(huán)境造成更大的破壞。</p><p>　　要減少?gòu)U水和工藝?yán)淠褐械腃OD的排放，可改進(jìn)生產(chǎn)工藝，使廢水

55、排放減少，建設(shè)特生化處理裝置，進(jìn)行廢水處理，使廢水中的COD含量達(dá)到國(guó)家控制標(biāo)準(zhǔn)[6]。</p><p>　　1.5 生產(chǎn)流程及生產(chǎn)方法的確定</p><p>　　1.5.1合成氨生產(chǎn)的特點(diǎn)</p><p>　　氨的合成工段，其主要任務(wù)是在適宜的溫度、壓力和有觸媒催化的條件下，將經(jīng)過(guò)精制的氫氮混合氣體，在合成塔內(nèi)直接合成為氨。然后將所得的氣氨，從氫氮混合氣中經(jīng)冷卻冷

56、凝成為液態(tài)氨分離出來(lái)。液氨由氨罐進(jìn)入氨冷器蒸發(fā)為氣氨，送碳化崗位制取碳酸氫銨；或送硝酸車間制取硝酸和硝銨；或送硫銨車間制取硫酸銨；或?qū)⒁喊彼湍蛩剀囬g制取尿素等。未合成為氨的氫氮混合氣體繼續(xù)在合成系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)使用。</p><p>　　合成氨生產(chǎn)的特點(diǎn)，概括起來(lái)有如下幾方面[7]：</p><p>　　(1)工藝流程長(zhǎng)、設(shè)備管道多；(2)生產(chǎn)過(guò)程有高度的連續(xù)性；(3)各工序生產(chǎn)操作相互影響；(

57、4)生產(chǎn)是在高溫、高壓、易燃、易爆、易中毒、易灼傷的情況下進(jìn)行的。</p><p>　　在整個(gè)合成氨生產(chǎn)過(guò)程中，合成氨生產(chǎn)比較復(fù)雜，始終存在著高溫、高壓、易燃、易爆、易中毒等危險(xiǎn)因素，各種控制條件比較嚴(yán)格，稍有疏忽就可能發(fā)生事故。同時(shí)，因生產(chǎn)工藝流程長(zhǎng)、連續(xù)性強(qiáng)，設(shè)備長(zhǎng)期承受高溫和高壓，還有內(nèi)部介質(zhì)的沖刷、滲透和外部環(huán)境的腐蝕等，各類事故發(fā)生率比較高，尤其是火災(zāi)、爆炸和重大設(shè)備事故經(jīng)常發(fā)生。但是，只要我們能充分認(rèn)

58、識(shí)這一客觀規(guī)律并掌握這一客觀規(guī)律就能做到安全生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)。</p><p>　　因此，合成氨生產(chǎn)必須滿足高溫、高壓、高純度要求。在生產(chǎn)過(guò)程中有一系列化學(xué)反應(yīng)、傳熱、燃燒、分離等過(guò)程,溫度、壓力、濃度等因素都影響反應(yīng)的進(jìn)行,這些因素又受到設(shè)備質(zhì)量、水質(zhì)、煤質(zhì)、季節(jié)、氣候、操作水平、調(diào)度與管理的影響,這樣就形成了合成氨生產(chǎn)工藝過(guò)程、設(shè)備結(jié)構(gòu)、操作管理與生產(chǎn)技術(shù)的復(fù)雜性。</p><p>

59、;　　1.5.2 氨合成過(guò)程的基本工藝步驟 </p><p>　　實(shí)現(xiàn)氨合成的循環(huán)，必須包括如下幾個(gè)步驟[4]：氮?dú)湓蠚獾膲嚎s并補(bǔ)入循環(huán)系統(tǒng)；循環(huán)氣的預(yù)熱與氨的合成；氨的分離；熱能的回收利用；對(duì)未反應(yīng)氣體補(bǔ)充壓力并循環(huán)使用，排放部分循環(huán)氣以維持循環(huán)氣中惰性氣體的平衡等。</p><p>　　由于采用壓縮機(jī)的型式、氨分冷凝級(jí)數(shù)、熱能回收形式以及各部分相對(duì)位置的差異，而形成不同的工業(yè)生產(chǎn)流程

60、，但實(shí)現(xiàn)氨合成過(guò)程的基本工藝步驟是相同的。</p><p>　　(1)氣體的壓縮和除油</p><p>　　為了將新鮮原料氣和循環(huán)氣壓縮到氨合成所要求的操作壓力，就需要在流程中設(shè)置壓縮機(jī)。當(dāng)使用往復(fù)式壓縮機(jī)時(shí)，在壓縮過(guò)程中氣體夾帶的潤(rùn)滑油和水蒸汽混合在一起，呈細(xì)霧狀懸浮在氣流中。氣體中所含的油不僅會(huì)使氨合成催化劑中毒、而且附著在熱交換器壁上，降低傳熱效率，因此必須清除干凈。除油的方法是壓縮

61、機(jī)每段出口處設(shè)置油分離器，并在氨合成系統(tǒng)設(shè)置濾油器。若采用離心式壓縮機(jī)或采用無(wú)油潤(rùn)滑的往復(fù)式壓縮機(jī)，氣體中不含油水，可以取消濾油設(shè)備，簡(jiǎn)化了流程。</p><p>　　(2)氣體的預(yù)熱和合成</p><p>　　壓縮后的氫氮混合氣需加熱到催化劑的起始活性溫度，才能送入催化劑層進(jìn)行氨合成反應(yīng)。在正常操作的情況下，加熱氣體的熱源主要是利用氨合成時(shí)放出的反應(yīng)熱，即在換熱器中反應(yīng)前的氫氮混合氣被反

62、應(yīng)后的高溫氣體預(yù)熱到反應(yīng)溫度。在開(kāi)工或反應(yīng)不能自熱時(shí)，可利用塔內(nèi)電加熱爐或塔外加熱爐供給熱量。</p><p><b>　　(3)氨的分離</b></p><p>　　進(jìn)入氨合成塔催化層的氫氮混合氣，只有少部分起反應(yīng)生成氨，合成塔出口氣體氨含量一般為10～20％，因此需要將氨分離出來(lái)。氨分離的方法有兩種，一是水吸收法；二是冷凝法，將合成后氣體降溫，使其中的氣氮冷凝成液

63、氨，然后在氨分離器中，從不凝氣體中分離出來(lái)。</p><p>　　目前工業(yè)上主要采用冷凝法分離循環(huán)氣中的氨。以水和氨冷卻氣體的過(guò)程是在水冷器和氨冷器中進(jìn)行的。在水冷器和氨冷器之后設(shè)置氨分離器，把冷凝下來(lái)的液氨從氣相中分離出來(lái)，經(jīng)減壓后送至液氮貯槽。在氨冷凝過(guò)程，部分氫氮?dú)饧岸栊詺怏w溶解在液氨中。當(dāng)液氨在貯槽內(nèi)減壓后，溶解的氣體大部分釋放出來(lái)，通常稱為“貯罐氣”。</p><p><b

64、>　　(4)氣體的循環(huán)</b></p><p>　　氫氮混合氣經(jīng)過(guò)氨合成塔以后，只有一小部分合成為氨。分離氨后剩余的氫氮?dú)?，除為降低情性氣體含量而少量放空以外，與新鮮原料氣混合后，重新返回合成塔，再進(jìn)行氨的合成，從而構(gòu)成了循環(huán)法生產(chǎn)流程。由于氣體在設(shè)備、管道中流動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生了壓力損失。為補(bǔ)償這一損失，流程中必須設(shè)置循環(huán)壓縮機(jī)。循環(huán)機(jī)進(jìn)出口壓差約為20～30大氣壓，它表示了整個(gè)合成循環(huán)系統(tǒng)阻力降的大

65、小。</p><p>　　(5)惰性氣體的排除</p><p>　　氨合成循環(huán)系統(tǒng)的情性氣體通過(guò)以下三個(gè)途徑帶出：(1)一小部分從系統(tǒng)中漏損；(2)一小部分溶解在液氨中被帶走；(3)大部分采用放空的辦法，即間斷或連續(xù)地從系統(tǒng)中排放。</p><p>　　在氨合成循環(huán)系統(tǒng)中，流程中各部位的惰性氣體含量是不同的，放空位置應(yīng)該選擇在惰性氣體含量最大而氨含量最小的地方，這樣

66、放空的損失最小。由此可見(jiàn)，放空的位置應(yīng)該在氨已大部分分離之后，而又在新鮮氣加入之前。放空氣中的氨可用水吸收法或冷凝法加以回收，其余的氣體一股可用作燃料。也可采用冷凝法將放空氣中的甲烷分離出來(lái)，得到氫、氮?dú)?，然后將甲烷轉(zhuǎn)化為氫，回收利用，從而降低原料氣的消耗。</p><p>　　有些工廠設(shè)置二循環(huán)合成系統(tǒng)，合成系統(tǒng)放空氣進(jìn)入二循環(huán)系統(tǒng)的合成塔，繼續(xù)進(jìn)行合成反應(yīng)，分離氨后部分情性氣體放空，其余部分在二循環(huán)系統(tǒng)繼續(xù)循

67、環(huán)。這樣，提高了放空氣中惰性氣體含量，從而減少了氫氮?dú)鈸p失。</p><p>　　(6)反應(yīng)熱的回收利用</p><p>　　氨的合成反應(yīng)是放熱反應(yīng)，必須回收利用這部分反應(yīng)熱。目前回收利用反應(yīng)熱的方法主要有以下幾種：</p><p>　　(1) 預(yù)熱反應(yīng)前的氫氮混合氣。在塔內(nèi)設(shè)置換熱器，用反應(yīng)后的高溫氣體預(yù)熱反應(yīng)前的氫氮混合氣，使其達(dá)到催化劑的活性溫度。這種方法簡(jiǎn)單

68、，但熱量回收不完全。目前小型氨廠及部分中型氨廠采用此法回收利用反應(yīng)熱。</p><p>　　(2) 預(yù)熱反應(yīng)前的氫氮混合氣和副產(chǎn)蒸汽。既在塔內(nèi)設(shè)置換熱器預(yù)熱反應(yīng)前的氫氮混合氣，又利用余熱副產(chǎn)蒸汽。按副產(chǎn)蒸汽鍋爐安裝位置的不同，可分為塔內(nèi)副產(chǎn)蒸汽合成塔(內(nèi)置式)和塔外副產(chǎn)蒸汽合成塔(外置式)兩類。目前一般采用外置式，該法熱量回收比較完全，同時(shí)得到了副產(chǎn)蒸汽，目前中型氮廠應(yīng)用較多。 </p><p

69、>　　(3)預(yù)熱反應(yīng)前的氫氮混合氣和預(yù)熱高壓鍋爐給水。反應(yīng)后的高溫氣體首先通過(guò)塔內(nèi)則換熱器預(yù)熱反應(yīng)前的氫氮混合氣，然后再通過(guò)塔外的換熱器預(yù)熱高壓鍋爐給水。此法的優(yōu)點(diǎn)是減少了塔內(nèi)換器的面積，從而減小了塔的體積，同時(shí)熱能回收完全。目前大型合成氨廠一般采用這種方法回收熱量。用副產(chǎn)蒸汽及預(yù)熱高壓鍋爐給水方式回收反應(yīng)熱時(shí)，生產(chǎn)一噸氨一般可回收0.5～0.9噸蒸汽。</p><p>　　1.5.3氨合產(chǎn)工藝的選擇<

70、;/p><p>　　考慮氨合成工段的工藝和設(shè)備問(wèn)題時(shí)，必須遵循三個(gè)原則：一是有利于氨的合成和分離；二是有利于保護(hù)催化劑，盡量延長(zhǎng)使用壽命；三是有利于余熱回收降低能耗。</p><p>　　氨合成工藝選擇主要考慮合成壓力、合成塔結(jié)構(gòu)型式及熱回收方法。氨合成壓力高對(duì)合成反應(yīng)有利, 但能耗高。中壓法技術(shù)比較成熟，經(jīng)濟(jì)性比較好，在15～30Pa的范圍內(nèi)，功耗的差別是不大的，因此世界上采用此法的很多。

71、一般中小氮肥廠多為32MPa , 大型廠壓力較低,為10～20MPa。由于近來(lái)低溫氨催化劑的出現(xiàn), 可使合成壓力降低。</p><p>　　合成反應(yīng)熱回收是必需的, 是節(jié)能的主要方式之一。除盡可能提高熱回收率,多產(chǎn)蒸汽外, 應(yīng)考慮提高回收熱的位能, 即提高回收蒸汽的壓力及過(guò)熱度。高壓過(guò)熱蒸汽的價(jià)值較高, 當(dāng)然投資要多, 根據(jù)整體流程統(tǒng)一考慮。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)選用中壓法（壓力為

72、32MPa）合成氨流程，采用預(yù)熱反應(yīng)前的氫氮混合氣和副產(chǎn)蒸汽的方法回收反應(yīng)熱，塔型選擇見(jiàn)設(shè)備選型部分。</p><p>　　1.6 生產(chǎn)流程簡(jiǎn)述</p><p>　　氣體從冷交換器出口分二路、一路作為近路、一路進(jìn)入合成塔一次入口，氣體沿內(nèi)件與外筒環(huán)隙向下冷卻塔壁后從一次出口出塔，出塔后與合成塔近路的冷氣體混合，進(jìn)入氣氣換熱器冷氣入口，通過(guò)管間并與殼內(nèi)熱氣體換熱。升溫后從冷氣出口出來(lái)分五路進(jìn)

73、入合成塔、其中三路作為冷激線分別調(diào)節(jié)合成塔。二、三、四層(觸媒)溫度，一路作為塔底副線調(diào)節(jié)一層溫度，另一路為二入主線氣體，通過(guò)下部換熱器管間與反應(yīng)后的熱氣體換熱、預(yù)熱后沿中心管進(jìn)入觸媒層頂端，經(jīng)過(guò)四層觸媒的反應(yīng)后進(jìn)入下部換熱器管內(nèi)，從二次出口出塔、出塔后進(jìn)入廢熱鍋爐進(jìn)口，在廢熱鍋爐中副產(chǎn)25MPa 蒸氣送去管網(wǎng)，從廢熱鍋爐出來(lái)后分成二股，一股進(jìn)入氣氣換熱器管內(nèi)與管間的冷氣體換熱，另一股氣體進(jìn)入鍋爐給水預(yù)熱器在管內(nèi)與管間的脫鹽，脫氧水換熱

74、，換熱后與氣氣換熱器出口氣體會(huì)合，一起進(jìn)入水冷器。在水冷器內(nèi)管被管外的循環(huán)水冷卻后出水冷器，進(jìn)入氨分離器，部分液氨被分離出來(lái)，氣體出氨分離器，進(jìn)入透平循環(huán)機(jī)入口，經(jīng)加壓后進(jìn)入循環(huán)氣濾油器出來(lái)后進(jìn)入冷交換器熱氣進(jìn)口。在冷交換器管內(nèi)被管間的冷氣體換熱，冷卻后出冷交換器與壓縮送來(lái)經(jīng)過(guò)新鮮氣濾油器的新鮮氣氫氣、氮?dú)鈺?huì)合進(jìn)入氨冷器，被液氨蒸發(fā)</p><p>　　圖1-6 工藝流程圖</p><p&

75、gt;<b>　　2 工藝計(jì)算</b></p><p><b>　　2.1 原始條件</b></p><p>　?。?）年產(chǎn)量100kt，年生產(chǎn)時(shí)間扣除檢修時(shí)間后按310天計(jì)，則產(chǎn)量為：13.4409t/h </p><p>　?。?）新鮮補(bǔ)充氣組成</p><p>　　表4-1 新鮮補(bǔ)充氣組成&l

76、t;/p><p>　?。?）合成塔入口中氨含量：NH3入=2.5%</p><p>　　（4）合成塔出口中氨含量：NH3出=13.6%</p><p>　?。?）合成塔入口惰性氣體含量：CH4 +Ar=16%</p><p>　?。?）合成塔操作壓力：32Mpa</p><p>　　（7）精練氣溫度：36℃</p&g

77、t;<p>　　1.2.3.4.5.——精煉氣 6.7.8.9.10.11.12.14.17.18.——合成氣；</p><p>　　13——放空氣 20——弛放氣 15.16.19.21——液氨 </p><p>　　圖2-1 計(jì)算物料點(diǎn)流程、</p><p><b>　　2.2 物料衡算</b>

78、</p><p>　　2.2.1 合成塔物料衡算</p><p>　?。?）合成塔入口氣組分：</p><p>　　入塔氨含量: y5NH3=2.5％;</p><p>　　入塔甲烷含量：y5CH4=16.00％×1.6/（1.6+0.4）×100％=12.8％，；</p><p>　　入塔氫含量：

79、y5H2=［100-（2.5+16）］×3/4×100％=61.125％；</p><p>　　入塔氬含量：y5Ar=16％-12.8％=3.2％；</p><p>　　入塔氮含量：y5N2=［100-（2.5+16）］×1/4×100％=20.375％</p><p>　　表4-2 入塔氣組分含量（％）</p>

80、<p>　?。?）合成塔出口氣組分：</p><p>　　以1000kmol入塔氣作為基準(zhǔn)求出塔氣組分，</p><p>　　由下式計(jì)算塔內(nèi)生成氨含量：MNH3=M5(y8NH3-y5NH3)/(1+y8NH3)=1000(0.136- 0.025)/(1+0.136)=97.711kmol</p><p>　　出塔氣量: M8=入塔氣量—生成

81、氨含量=1000-97.711=902.289kmol</p><p>　　出塔氨含量： y8NH3=13.6％</p><p>　　出塔甲烷含量：y8CH4=(M5/M8)×y5CH4=(1000/902.289)×12.8％=14.186％</p><p>　　出塔氨含量： y8Ar=(M5/M8)×y5Ar=1000/902.

82、289×3.2％=3.5465％</p><p>　　出塔氫含量： y8H2=3/4(1-y8NH3-y8CH4-y8Ar)×100％</p><p>　　=3/4(1-0.136-0.14186-0.035465)×100％=51.500625％</p><p>　　出塔氮含量： y8N2=1/4(1-0.136-0.14186-

83、0.035465)×100％=17.166875％</p><p>　　表4-3 出塔氣體組分含量（％）</p><p><b>　?。?）合成率：</b></p><p>　　合成率=2MNH3/［M5(1-y5NH3-y5CH4-y5Ar)］×100％</p><p>　　=2×97.

84、711/［1000×(1-0.025-0.16)］×100％=23.978％</p><p>　　2.2.2氨分離器氣液平衡計(jì)算</p><p>　　表2-2-2-1 已知氨分離器入口混合物組分m(i)</p><p>　　查t=35℃，P=29.1MPa時(shí)各組分平衡常數(shù)：</p><p>　　表2-2-2-2 各組分

85、平衡常數(shù)</p><p>　　設(shè)（V/L）=11.1時(shí)，帶入L×(i)=m(i)/［1+(V/L)×K(i)］=L(i):</p><p>　　LNH3=mNH3/［1+(V/L)×KNH3］=0.06514Kmol</p><p>　　LCH4= mCH4/［1+(V/L)×KCH4］=0.01542 Kmol</p&

86、gt;<p>　　LAr=mAr/［1+(V/L)×KAr］=0.000113 Kmol</p><p>　　LH2=mH2/［1+(V/L)×KH2］=0.00168Kmol</p><p>　　LH2=mN2/［1+(V/L)×KN2］=0.000447 Kmol</p><p>　　L總= L(NH3)+ L(CH4

87、)+ L(Ar)+ L(Ar)+ L(H2)+ L(N2)=0.0828 Kmol</p><p>　　分離氣體量：V=1-L=1-0.0828=0.9172 Kmol</p><p>　　計(jì)算氣液比：（V/L）＇=0.9172/0.0828=11.077</p><p>　　誤差［（V/L）-（V/L）＇］/（V/L）=（11.10-11.077）/11.10&#

88、215;100％=0.00207％，結(jié)果合理。</p><p>　　從而可計(jì)算出液體中各組分含量：</p><p>　　液體中氨含量： xNH3=LNH3/L=0.07899/0.0828×100％=78.671％</p><p>　　液體中氬含量： xAr=LAr/L=0.000113/0.0828×IOO％=0.136％</p>

89、;<p>　　液體中甲烷含量：xCH4=LCH4/L=0.01542/0.0828×100％=18.623％</p><p>　　液體中氫含量: xH2=LH2/L=0.00168/0.0828×100％=2.029％</p><p>　　液體中氮含量： xN2=LH2/L=0.000447/0.0828×100％=0.540％</p

90、><p>　　表2-2-2-3 氨分離器出口液體含量</p><p><b>　　分離氣體組分含量：</b></p><p>　　氣體氨含量： yNH3=［mNH3-LNH3］/V=[0.136-0.06514]/ 0.9172=7.73％</p><p>　　氣體甲烷含量： yCH4=［mCH4-LCH4］/V=[

91、0.14186-0.01542]/0.9172=13.79％</p><p>　　氣體氬含量： yAr=［mAr-LAr］/V=[0.035465-0.000113]/0.9172=3.85％</p><p>　　氣體氫含量： yH2=［mH2-LH2］/V=[0.51500625-0.00168]/0.9172=55.97％</p><p>　　氣體氮

92、含量： yN2=［mN2-LN2］/V=[0.17166875-0.000447]/0.9172=18.67％</p><p>　　表2-2-2-4 氨分離器出口氣體含量（％）</p><p>　　2.2.3冷交換器氣液平衡計(jì)算</p><p>　　查t=-10℃,p=28.3MPa的平衡常數(shù)：</p><p>　　表2-2-3-1

93、 各組分的平衡常數(shù)</p><p>　　冷交換器出口液體組分含量：</p><p>　　出口液體甲烷含量： xCH4=yCH4/ KCH4=0.425％</p><p>　　出口液體氨含量： xNH3=yNH3/ KNH3=98.424％</p><p>　　出口液體氬含量: xAr=yAr/ KAr=0.067％</

94、p><p>　　出口液體氫含量: xH2=yH2/ KH2=0.823％</p><p>　　出口液體氮含量: xN2=yN2/ KN2=0.261％</p><p>　　表2-2-3-2 冷交換器出口液體組分含量（％）</p><p>　　4.2.4液氨貯槽氣液平衡計(jì)算</p><p>　　由于氨分離器

95、液體和冷交換器出口分離液體匯合后進(jìn)入液氨貯槽經(jīng)減壓后溶解在液氨中的氣體會(huì)解吸，即弛放氣;兩種液體百分比估算值，即水冷后分離液氨占總量的白分?jǐn)?shù)。</p><p>　　G％=（1+y5NH3）×(y8NH3-yNH3)/(( y8NH3- y5NH3)×(1- yNH3))</p><p>　　=[(1+0.025）×（0.136-0.0773）]/ [（0.13

96、2-0.025）×（1-0.0773）]</p><p><b>　　=58.746％</b></p><p>　　水冷后分離液氨占總量的58.746％冷交，氨冷后分離液氨占總量的41.254％。</p><p>　　液氨貯槽入口1Kmol液體計(jì)算為準(zhǔn)，即L0=1Kmol，入口液體混合后組分含量：</p><p&g

97、t;　　m(0i)=L(15)X15i+L16X16i</p><p>　　= G％L0X15i+(1- G％)X16i</p><p>　　=0.58746X15i+0.41254X16i</p><p>　　混合后入口氨含量： m0NH3=0.58746×0.78671+0.41254×0.98424=0.8682</p>&l

98、t;p>　　混合后入口甲烷含量: m0CH40.58746×0.18623+0.41254×0.00425=0.1112</p><p>　　混合后入口氬含量: m0Ar=0.58746×0.00136+0.41254×0.00067=0.00108</p><p>　　混合后入口氫含量： m0H2=0.58746×0.0209+0

99、.41254×0.00823=0.01567</p><p>　　混合后入口氮含量： m0N2=0.58746×0.00540+0.41254×0.00261=0.00425</p><p>　　表4-11 液氨貯槽入口液體含量</p><p>　　當(dāng)t=17℃，P=1.568MPa時(shí)，計(jì)算得熱平衡常數(shù)：</p><

100、;p>　　表4-12 各組分的平衡常數(shù)</p><p>　　根據(jù)氣液平衡L(i)=m(0i)/[1+(V/L)k(i)],設(shè)(V/L)=0.05,代入上式得:</p><p>　　出口液體氨含量： LNH3=m0NH3/[(1+(V/L)×kNH3]</p><p>　　=0.8682/(1+0.05×0.598)=0.8045Kmol

101、</p><p>　　出口液體甲烷含量：LCH4=m0CH4/[ 1+(V/L)×kCH4]</p><p>　　=0.1112/(1+0.005×170)=0.00124 Kmol</p><p>　　出口液體氬含量： LAr=m0Ar/[ 1+(V/L)×kAr]</p><p>　　=0.00108/(1

102、+0.05×540)=0.00004 Kmol</p><p>　　出口液體氫氣含量：LH2=m0H2/[ 1+(V/L)×kH2]</p><p>　　=0.01567/(1+0.05×575)=0.0005 Kmol</p><p>　　出口液體氮?dú)夂浚篖N2=m0N2/[ 1+(V/L)×kN2]</p>

103、<p>　　=0.00425/(1+0.05×620)=0.00013 Kmol</p><p>　　L(總)=0.94196,V=1-0.94196=0.058Kmol,(V/L) ＇=V/L=0.062,誤差 =(0.062-0.05)/0.05=-0.232％，假定正確。</p><p>　　出口液體組分含量： </p><p>　　出口

104、液體氨含量： xNH3=LNH3/L=0.94/0.942×100％=99.798％</p><p>　　出口液體甲烷含量： xCH4=LCH4/L=0.00124/0.942×100％=0.131％</p><p>　　出口液體氬含量： xAr=LAr/L=0.00004/0.942×100％=0.004％</p><p>　

105、　出口液體氫氣含量： xH2=LH2/L=0.0005/0.942×100％=0.053％</p><p>　　出口液體氮?dú)夂浚?xN2=LN2/L=0.00013/0.942×100％=0.014％</p><p>　　表4-13 液氨貯槽出口液氨組分（％）</p><p>　　出口弛放氣組分含量：</p><p>

106、　　弛放氣氨含量： yNH3=(M0NH3-LNH3)/V=(0.96816-0.94)/0.058×100％=48.427％</p><p>　　弛放氣甲烷含量：yCH4=(M0CH4-LCH4)/V=(0.01174-0.00124)/0.058×100％=18.104％</p><p>　　弛放氣氬含量： yAr=(M0 Ar-LAr)/V=(0.00116-0.

107、00004)/0.058×100％=1.929％</p><p>　　弛放氣氫氣含量：yH2=(M0H2-LH2)/V=(0.01484-0.0005)/0.058×100％=24.707％</p><p>　　弛放氣氮?dú)夂浚?yN2=(M0N2-LN2)/V=(0.00411-0.00013)/0.058×100％=6.857％</p>&l

108、t;p>　　表4-14 出口弛放氣組分含量（％）</p><p>　　3 環(huán)境保護(hù)與安全措施</p><p><b>　　3.1環(huán)境保護(hù)</b></p><p>　　合成氨合成工段生產(chǎn)中的廢氣主要有：合成放空氣、弛放氣、壓縮放空氣、鍋爐煙氣等；廢水分為合成冷卻廢水及鍋爐排出污水兩大部分，主要污染物是氨氮。氨廠環(huán)境保護(hù)的重要內(nèi)容是做好三廢

109、治理，即對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的廢氣、廢液、廢渣進(jìn)行物化處理，使之達(dá)到國(guó)家有關(guān)法規(guī)規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)，消除對(duì)環(huán)境的污染或把這種污染降到最低限度；且不向廠外轉(zhuǎn)移污染。</p><p>　　3.1.1 化學(xué)沉淀—A/ O 工藝處理合成氨廢水</p><p>　　① 預(yù)處理階段采用化學(xué)沉淀法, 即在廢水中加入硫酸亞鐵, 將氰化物轉(zhuǎn)化為無(wú)毒的鐵氰絡(luò)合物(pH = 7. 5～10. 5) 。監(jiān)測(cè)進(jìn)水pH 值為8.

110、 26 (在7. 5～10. 5 之間) ,符合要求。</p><p>　　② 生化處理階段采用了傳統(tǒng)的生物脫氮方法, 常用的有后置生物脫氮法和前置生物脫氮法(A/O工藝)。后置生物脫氮法占地面積比前置生物脫氮法的大, 因而增加了工程的基建投資, 并且需要外加碳源, 這樣不但增加了廢水的處理成本而且不易控制外加碳源的量, 易造成出水COD 值升高。而前置生物脫氮法則具有占地少、不需外加碳源等優(yōu)點(diǎn), 因此該項(xiàng)目的主

111、體工藝采用了前置反硝化的生物脫氮法[12]。</p><p>　　3.1.2 合成氨尾氣的回收</p><p>　　合成氨工業(yè)在氨合成的同時(shí), 以甲烷氣體為主的未反應(yīng)氣體不斷增加, 為保證合成反應(yīng)的順利進(jìn)行, 必須控制不反應(yīng)氣體的濃度, 當(dāng)積累到一定程度時(shí), 就需要在氨分離器出口放出一部分氣體, 這就是弛放氣。同時(shí), 少量循環(huán)氣中H2、N2、Ar、CH4 等氣體溶解于液氨中, 從氨分中排放

112、到液氨貯罐中后, 經(jīng)減壓閃蒸出來(lái), 這部分氣體稱貯罐氣。弛放氣、貯罐氣統(tǒng)稱為尾氣。合成氨尾氣中含有大量的H2、NH3 等有用成分, 將這些有用成分提取出來(lái), 回收利用, 是合成氨生產(chǎn)節(jié)能降耗和提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的重要措施[13]。</p><p>　　在近十年來(lái)，隨著合成氨廠生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，兩氣的產(chǎn)生量也越來(lái)越大，目前，大多數(shù)氮肥廠設(shè)有等壓回收裝置以回收兩氣中的氨，回收后剩余的含大量氫和甲烷的兩氣一般送鍋爐房作

113、燃料或用作民用生活煤氣或直接放空，這樣既造成了合成氨廠生產(chǎn)的有用氣體的損失，生產(chǎn)成本較高，又造成了環(huán)境污染。</p><p>　　眾所周知，氫不僅是合成氨的主要原料，也是生產(chǎn)其他重要化工產(chǎn)品（如雙氧水等）的原料。在合成氨生產(chǎn)中，它通過(guò)造氣、凈化、壓縮等工序，消耗了大量能量之后制得的。因此，將含有大量氫的兩氣用作燃料或放空顯然是極不經(jīng)濟(jì)的。若將兩氣中的氫加以分離回收，返回合成氨系統(tǒng)制氨或作商品氫出售，剩余的可燃?xì)怏w

114、用作燃料，不僅具有較好的經(jīng)濟(jì)效益，而且還減少了環(huán)境污染，為合成氨廠開(kāi)辟多種經(jīng)營(yíng)提供了途徑?？紤]到目前稀氨水沒(méi)有市場(chǎng)需求，而液氨市場(chǎng)銷售好，需求量大。因此，兩氣回收裝置以回收放空氣、弛放氣中氨，制成無(wú)水液氨進(jìn)行銷售[14]。</p><p>　　對(duì)于技術(shù)力量強(qiáng), 經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)雄厚的大化肥廠還可以對(duì)合成氨尾氣中的稀有氣體回收, 提取尾氣中的氬(Ar) 、氙(Xe) 、氦(He) 、氪( Ke) 等稀有氣體，雖投資較大,