年处理100万立方焦炉煤气合成氨生产工艺的设计.docx

年处理100万立方焦炉煤气合成氨生产工艺的设计摘 要合成氨在我国的生产这种以及现代基础工艺中十分的重要，是作为我国在化学工业发展行业的的重要先驱地位，这次本文以焦炉煤气为原料展开合成氨生产工艺设计，本次的设计内容包括了工艺的选择，物料衡算，热量衡算，设备选型，以及安全环保处理，然后最终绘制物料流程图，带控制点工艺流程图，车间主要设备布置图，主要设备结构图关键词：氨的合成；焦炉煤气；衡算；环保Design of ammonia production process with annual treatment of 1 million cubic meters coke oven gasAbstract Production of synthetic ammonia in our country this basis as well as modern technology is very important, as in the chemical industry development in our country the important pioneer status of the industry, based on coke oven gas as the raw material in synthetic ammonia production process design, the design content includes the choice of the process, material balance, heat balance, equipment selection, dealing with environmental protection and safety, and then finally draw material flow diagram, control point process flow diagram, main workshop equipment layout, main equipment structure.Key words: ammonia synthesis, process design, material balance, energy balance; equipment selection, structure diagram目 录1.氨的简介 11 .1氨气的性质用途 11.2氨合成的发展 11.3合成工艺概述 21.4合成工艺流程 31.4.1 工艺流程简述 32.原料气的制备 52.1原料气的处理 52. 2原料气的净化 62. 3原料气的精制 63工艺计算 83.1 原始条件 83.2 物料衡算 83.2.1 合成塔物料衡算 83.2.2氨分离器气液平衡计算 93.2.3冷交换器气液平衡计算 113.2.4液氨贮槽气液平衡计算 113.2.5液氨贮槽物料计算 133.2.6合成系统物料衡算 143.2.7合成塔物料计算 153.2.8水冷器物料计算 153.2.9氨分离器物料计算 163.2.10冷交换器物料计算 163.2.11氨冷器物料计算 173.2.12 冷交换器物料衡算 193.2.13液氨贮槽物料计算 204 热量衡算 224.1冷交换器热量衡算 224.2氨冷器热量计算 244.3 循环机热量计算 254.4 合成塔热量计算 274.5 废热锅炉热量计算 284.6 热交换器热量计算 304.7 水冷器热量计算 314.8 氨分离器热量核算 325主要设备选型 335.1 设备简述 335.2合成塔的设计 335.3废热锅炉设备的工艺计算 345.3.1 计算条件 345.3.2管内给热系数α计算 345.2.4 管内给热系数αi计算 365.2.5 总传热系数K 计算 366.车间设备布置 396.1车间布置设计的意义 396.1. 1 车间布置的原则 396.1.2 车间设备布置 396.1.3 设备布置设计注意的问题 396.2.自动控制 406.2.1 自动控制系统的选择 406.2.2 仪表选用 406.3环境保护与安全措施 40结语 42参考文献 44谢 辞 441.氨的简介1 .1氨气的性质用途氨的化学性质：氨气， NH3，能够燃烧，在一定范围浓度与氧气混合容易发生爆炸，是一种化合物，氨水溶液是一种碱性溶液。

易挥发氨气可以作为生产硝酸、化肥、炸药等化工产品的原材料氨气是许多生产食物和氨肥料的重要原材料所以对地球上的生物也起着十分重要的作用并且对于大部分用作肥料植物生长有着十分巨大作用氨的物理性质是无色的气体，闻起来具有刺激性，此外极易溶于水，降温加压之后可成液体，液态的氨可作为制冷剂使用氨气一种化工产品 [1]，其具有十分广阔的发展潜力以及前景，并且用途也广，而化肥是农业中最常见也经常用到的肥料，氮肥是比较广的肥料[2]，不管是从氨气生产的规模、技术装备的水平、还是产品的数量，在化肥的工业之中排首位居 [3]，在我们国家占国民经济比十分高将氨气作为原材料，在这个的基础上可以生产出大量的化工产品，一定程度上标志着氮肥工业发展水平，因此合成氨的工艺对于农业来说十分重要[4]工业上氨同时也是重要的原材料，在工业生产常用来制造药品、炼制油、制造纯碱、合成纤维、利用氨合成树脂、含氮无机盐等工业部门在航空领域里也有十分广阔的使用领域1.2氨合成的发展氨的合成其化学反应式：N2+3H2=2NH3其合成原理简单，但是比较难实现工业生产在1795，化学家试图研究合成氨在大气压力下，在50个大气压力测试后，但所有的失败了。

人们当时在意识到合成氨的反应是一个可逆的化学反应，可以通过增加反应的压力从而使得氨气合成的反应朝着正向进行，以及当温度提高将会使反应朝着相反方向移动，但是过低的温度也会使得氨合成整体速率降低；此外在这个反应当中催化剂也是一个十分重要的因素，影响着氨气合成生产的量，这写理论都为合成氨工艺提供了指导[5-9]1900 年，勒沙特列研究平衡移动后通过理论，由于在这个实验的过程中出现了差错，实验暂停了，由于能斯特的理论计算，让人们觉得合成氨这个工艺是无法实现的这个时候，人工合氨研究停滞不前原因是因为他误用一个热力学的数据，从而导致了结论的一个不准确性但是后来经过哈勃的反复实验结论得出是600℃，200高压和锇催化剂，氨合成的工艺数据在1912年的时候建成了世界上最早的一个氨合成装置，并且在1913年开始运转，没用多久便达到设计的生产能力在后来，合成氨成为广泛使用的方法生产的工艺同时也可以促进特殊金属冶炼、高压、原料气制造炼等方面迅速发展，对于化学的合成工业发展上也取得了成绩，起着推动的作用，在石油工艺当中也起着十分举足轻重的作用，如：其加氢精制的过程，以及高压聚合等过程随着世界的经济发展不断壮大，我们国家氮肥工业也在增长，并且合成氨的生产已经成为目前的世界第一，但研究和开发的设备以无烟煤，焦炉煤气为主。

石油以及相关领域的相关天然气和原料生产合成的氨液态烃，形成了不同规模的生产格局，总的生产能力大概为4500万吨/氨，因此有必要进一步的技术改造和设备的研究以及探讨其发展氨作为一种重要的化工产品，是一种除了石灰石更加重要的氮肥，同时不仅可以制成农产品需要 化肥，而且也是一种不能缺少的化学原料，例如可以制成各种化学品，如尿素，硝酸，聚酰胺树脂、硝化棉，在高分子材料之中，以氨为原料，可以合成料、感光材料，以及塑料等产品，为了最大的利用资源，减少排放废气废物等对环境不友好，能够把经济利益提高，对合成氨的工艺技术发展的方向，进行探究在1994年的时候根据统计世界氨产量达到了113.46Mt其原因是世界的人口数量不断的增加，以及跟随的是人们物质需求的一个扩大，其中有为生产氨的工业，成为化学工业中重要支柱产业，粮食需求量的增多，要求着氨合成的工艺需要改进以及研究1.3合成工艺概述合成氨大的技术发展经历主要是由三个阶段的探索组成的，第一个阶段是采用的蒸汽转化制氨工艺比较传统，优点在于低耗能，装置简单，使最大化产量，分析我们工艺的发展情况，很容易知道的是，氨合成工艺基本原理不会改变，因此在将来我们的发展主要技术，一般以“降成本、提周期, 改善经济性”的基本目标,基本都建立在这个基础之上。

并且都是在“使得合成氨工艺规模大型化，消耗减少，生产结构最优化，清洁生产等由于合成氨的原料使用不相同，导致技术的选择也不太一样，所以在原料的选取和生产也都不太相同在50年代的时候生产原料气，都是在大气压力下进行转变此后，随着工艺的改进，合成氨的原料、煤炭，作为常压气化厂原料焦炭，也进行了用压改造，从而来降低能源消耗 1.4合成工艺流程1.1合成氨流程图本工艺的生产流程：首先是原料气的制备，净化，其中净化包括了脱硫脱碳，并且有湿法和干法，然后进行气体的压缩最后是氨气的合成1.4.1 工艺流程简述工艺具体流程如下：生产合成氨所要用的气体首先在冷交换器出来后分成近路、以及进入合成塔一次入口的两个路径，气体冷却之后，把两个塔的气体进行一个混合之后，然后使得混合气体进入换热器混合气体进行气体换主要是发生在热管间以及壳内之间等到气体的温度上升到一定温度时候，气体出来，有三个方向的气体，分别是冷激线，调节合成塔，以及用来调节催化剂的温度，调节底副线一层的温度，对于二入主线的气体，则是通过换热器之后，接着是一个热气体的换热，换热之后便进入催化剂上顶端，反应之后经过四层催化剂，之后是换热器，然后进行换热，气体从二次出口塔之后，又随后进入废热锅，废热锅炉产生的副产物蒸汽被送到管网，出来后分两路。

一路是进行换热，一个是脱盐，脱氧，水换热的步骤然后接着进行的是气体的冷却，冷却之后，分离液氨以及气体，排出气体之后，进行加压的步骤，经过循环气滤油器出来后，进行气体的换热，然后接着是气体和氢气，氮气以及新鲜气，一起进入氨冷器，当液氨冷凝到-5℃-10℃，就进行冷交换，送往气体与热气体换热后，气体出塔，再进入循环1.2工艺流程图2.原料气的制备 本工艺采用的是利用焦炉煤气进行氨气的合成，工艺中焦炉气采用的主要的转化方法是富氧—蒸汽转化它可以节约能源，尾气进入合成原料气中，进行通过合成气的H2/N2比例然后加氮量来反应的这种合成法相较于其他合成的方法更加具有优势，例如说是其工艺过程比较简单，生产的流程简短，并且易于控制即使是现代，以焦炉煤气合成法的生产厂家依旧还是为数不多的，但是由于这种方法的在我国的工业应用之中有较好的发展前景，因为工艺成熟，操作安全，稳定性较好将这些优点结合分析来看，本装置使焦炉气得到最大限度的利用并且拥有很多良好的因素，因此，我们采用的是富氧—蒸汽转化2.1原料气的处理对来自厂房的粗焦炉煤气进行净化处理，氢气和氮气才是我们需要的原料，需要先将原料进行混合以后，然后升压，接着脱硫，工艺当中对于用于原料气体中硫化氢的含量通过加压至2.3 MPa，然后干法脱硫，直到总硫在气体中的脱至7 mg/m3以下，达到工艺生产的要求。

湿法脱硫：化学物理吸收以及直接吸收法，这些都是是脱硫的主要的方式PDS法、改良ADA法，栲胶法、KCA法是运用较多并且是性能较好的脱硫方法全面综合各种方面的因素比较以后，栲胶脱硫和改良ADA脱硫的脱硫工艺比较合适，干法脱硫是在湿法脱硫完成之后再进行，随后进行转化、变换、甲烷化，使得催化剂延长寿命，从而经济效益得到提高氧化铁法、活性炭法、钴-钼加氢法、氧化锌法等是主要的干法脱硫方法对于脱除无机硫的难度相对而。