年产五万吨合成氨合成工段工艺设计

1、目录中文摘要1英文摘要21引言21.1氨的根本用途2.1.2 合成氨技术的开展趋势 3.1.3 合成氨常见工艺方法 5.1.3.1 咼压法5.1.3.2 中压法 5.1.3.3 低压法5.1.4设计条件.6.1.5物料流程示意图 7.2 物料衡算8.2.1合成塔入口气组成8.,2.2合成塔出口气组成 9.,2.3合成率计算 1.0.2.4氨别离器出口气液组成计算 1.1.2.5冷交换器别离出的液体组成 1.4.2.6液氨贮槽驰放气和液相组成的计算 1.5.2.7液氨贮槽物料衡算 1.8.2.8合成循环回路总物料衡算 1.9.3 能量衡算34.3.1合成塔能量衡算 3.4.3.2废热锅炉能量衡算37.3.3 热交换器能量衡算39.3.4软水预热器能量衡算40.3.5水冷却器和氨别离器能量衡算4.1.3.6循环压缩机能量衡算 43.3.7冷交换器与氨冷器能量衡算45.3.8合成全系统能量平衡汇总 .4.8.4设备选型及管道计算 .49.4.1管道计算4.9.4.2设备选型52.结论53.致54.参考文献5.5.年产五万吨合成氨合成工段工艺设计摘要：本次课程设计任务为年产五万吨合成氨工厂合成

2、工段的工艺设计，氨合成工 艺流程一般包括别离和再循环、氨的合成、惰性气体排放等根本步骤，上述 根本步骤组合成为氨合成循环反响的工艺流程。其中氨合成工段是合成氨工艺的中心环节。新鲜原料气的摩尔分数组成如下：H273.25%，N225.59%，CH41.65%,Ar0.51%合成操作压力为31MPa，合成塔入口气的组成为NH 3(3.0%),CH 4+Ar(15.5%),要求合成塔出口气中氨的摩尔分数到达 17%。 通过查阅相关文献和资料，设计了年产五万吨合成氨厂合成工段的工艺流 程，并借助CAD技术绘制了该工艺的管道及仪表流程图和设备布置图。最 后对该工艺流程进展了物料衡算、能量衡算，并根据设计任务及操作温度、 压力按相关标准对工艺管道的尺寸和材质进展了选择。关键词：物料衡算，氨合成，能量衡算The Desig n of 50kt/a Syn thetic Ammo nia ProcessAbstract： There are many types of Ammo nia syn thesis tech no logy and process, Gen erally,they in cl

3、udes ammo nia syn thesis, separati on and recycli ng, i nert gases Emissi ons and other basic steps, bining the above basic stepstur nninginto the ammoniasyn thesisreact ion and recycli ng process , in which ammon iasyn thesissect ion is the cen tral part of a syn thetic ammonia process.The task of curriculum desig n isthe ammo nia syn thesis sect ionof an annual fifty thousand tons synthetic ammonia plant . The positi onoffreshfeedgasis:H2（73.77%）,N 2（24.56%）,CH 4（1.27%）,Ar（0.4%）, the temperatu

4、re is 35 C , the operating pressure is 31MPa, the inlet gas position of theReactor is : NH 3(3.0%),CH 4+Ar(15.7%),it Requires the mole fracti on of ammo nia reacheds to 16.8% of outlet gas of syn thesis reactor. By con sult ingthe releva nt literature and in formatio n,wedesignedthe ammoniasynthesissection ofanannual fiftythousandtons syntheticammoniaplant,withthehelp of CADtech no logy,wedesig nedpip ingand in strume ntdiagram andequipme nt layout. Fin ally,we did the materialbala neeacco untin

5、g ,and the en ergy bala nceacco un ti ng of the process, also we selected piping size and material according to the design operatio n of temperature, pressure and releva nt sta ndards .Keywords： ammonia synthesis sectionmaterial balance accountingen ergy bala nceacco unting1引言1.1氨的根本用途氨是根本化工产品之一，用途很广。化肥是农业的主要肥料，而其中的氮肥又是农业上应用最广泛的一种化学肥料，其生产规模、技术装备水平、产品数量，都 居于化肥工业之首，在国民经济中占有极其重要的地位。各种氮肥生产是以合成氨 为主要原料的，因此，合成氨工业的开展标志着氮肥工业的水平。以氨为主要原料可以制造尿素、硝酸铵、碳酸氢铵、硫酸铵、氯化铵等氮素肥料。还可以将氨加工制成各种含氮复料。此外，液氨本身就是一种高效氮素肥料， 可以直接施用

6、，一些国家已大量使用液氨。可见，合成氨工业是氮肥工业的根底， 对农业增产起着重要的作用。我国的氮肥工业自20世纪50年代以来，不断开展壮大，目前合成氨产量已跃居世界第一位，现已掌握了以焦炭、无烟煤、焦炉气、天然气及油田伴生气和液态烃多 种原料生产合成氨、尿素的技术，形成了特有的煤、石油、天然气原料并存和大、中、 小生产规模并存的生产格局。目前我国合成氨氮肥厂有大中小型氮肥装置近千个，大 型氮肥装置重复引进32套，国产化装置超过20套，中型装置近百套，小型装置约 600套,合成氨生产能力到达4500万t /a。氮肥工业已根本满足了国需求,在与国际 接轨后，具备与国际合成氨产品竞争的能力，今后开展重点是调整原料和产品构造， 进一步改善经济性。只有通过科技进步对经济增长的奉献率来实现，这也是今后开展 合成氨氮肥工业新的增长点。合成氨工业是氮肥工业的根底，在国民经济中占有重要的地位。我国大多数合成 氨企业的煤制气技术沿用固定床水煤气炉，炉型老化、技术落后、能源利用率低、原 料价格高，是当前急需进展技术改造的重点。目前合成氨工业的开展方向是优化原料 路线,实现制氨原料的多元化，引进先进的煤气化工

7、艺制取合成气，降低产品本钱， 改善生产环境；同时研究开发简单可行，又可就地取得原料制取合成气的干净煤气 化技术，这也是我国目前占氮肥生产总量60%左右的中小型氮肥厂亟待要解决的问 题。在这种背景下，该工程以“年产5万吨合成氨合成工段工艺设计为设计课题， 对合成氨合成工段的各种工艺条件和设备选型等进展深入的研究。1.2合成氨技术的开展趋势由于石油价格的飞涨和深加工技术的进步，以“天然气、轻油、重油、煤作为合成氨原料构造、并以天然气为主体的格局有了很大的变化。基于装置经济性考虑“轻油和“重油型合成氨装置已经不具备市场竞争能力 ，绝大多数装置目前已经 停车或进展以构造调整为核心容的技术改造。其构造调整包括原料构造、品质构调 整。由于煤的储量约为天然气与石油储量总和的 10倍,以煤为原料制氨等煤化工及其 相关技术的开发再度成为世界技术开发的热点，煤有可能在未来的合成氨装置原料 份额中再次占举足轻重的地位，形成与天然气共为原料主体的格局。根据合成氨技术开展的情况分析，估计未来合成氨的根本生产原理将不会出现原那么性的改变，其技术开展将会继续严密围绕“降低生产本钱、提高运行周期，改善经济性的根本目标

8、，进一步集中在“大型化、低能耗、构造调整、清洁生产、长 周期运行等方面进展技术的研究开发。大型化、集成化、自动化，形成经济规模的生产中心、低能耗与环境更友好将是 未来合成氨装置的主流开展方向。在合成氨装置大型化的技术开发过程中，其焦点主 要集中在关键性的工序和设备，即合成气制备、合成气净化、氨合成技术、合成气压 缩机。在低能耗合成氨装置的技术开发过程中，其主要工艺技术将会进一步开展。第一，以“油改气和“油改煤为核心的原料构造调整和以 “多联产和再加工为核心的产品构造调整，是合成氨装置“改善经济性、增强竞争力的有效途径。第二，实施与环境友好的清洁生产是未来合成氨装置的必然和惟一的选择。生产 过程中不生成或很少生成副产物、 废物，实现或接近“零排放的清洁生产技术将日 趋成熟和不断完善。第三，提高生产运转的可靠性，延长运行周期是未来合成氨装置“改善经济性、 增强竞争力的必要保证。有利于“提高装置生产运转率、延长运行周期的技术，包 括工艺优化技术、先进控制技术等将越来越受到重视。1.3合成氨常见工艺方法氨的合成是合成氨生产的最后一道工序，其任务是将经过精制的氢氮混合气在 催化剂的作用下多快好省

9、地合成为氨。对于合成系统来说，液体氨即是它的产品。 工业上合成氨的各种工艺流程一般以压力的上下来分类。高压法操作压力70lOOMPa，温度为550650 C。这种方法的主要优点是氨合成效 率咼，混合气中的氨易被别离。故流程、设备都比拟紧凑。但因为合成效率咼，放 出的热量多，催化剂温度高，易过热而失去活性，所以催化剂的使用寿命较短。又 因为是高温高压操作，对设备制造、材质要求都较高，投资费用大。目前工业上很 少采用此法生产。中压法操作压力为2060MPa，温度450550 C,其优缺点介于高压法与低压法之 间，目前此法技术比拟成熟，经济性比拟好。因为合成压力确实定，不外乎从设备 投资和压缩功耗这两方面来考虑。从动力消耗看，合成系统的功耗占全厂总功耗的 比重最大。但功耗决不但取决于压力一项，还要看其它工艺指标和流程的布置情况。 总的来看，在1530Pa的围，功耗的差异是不大的，因此世界上采用此法的很多。低压法操作压力10MPa左右，温度400450 C。由于操作压力和温度都比拟低，故 对设备要求低，容易管理，且催化剂的活性较高，这是此法的优点。但此法所用催 化剂对毒物很敏感，易中毒，使用寿命短，因此对原料气的精制纯度要求严格。又 因操作压力低，氨的合成效率低，别离较困难，流程复杂。实际工业生产上此法已不采用了。合成氨工艺流程大概可以分为：原料气的制备；原料气的净化；气体压 缩和氨的合成四大局部。1.4设计条件(1) 生产能力：液氨产量为50kt/a(2) 新鲜氮氢气组

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