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1、word年产X万吨天然气合成氨合成段的工艺设计任务书一、设计项目：年产X万吨天然气合成氨合成段的工艺设计二、设计规模：X万吨/年，年生产时间：330三、设计阶段：初步设计四、设计条件与要求1、合成塔进口气体组成V%NH3：2.26% H2：58.79% N2：19.55% CH4：17.49% Ar：1.91%2、合成塔出口气体NH3含量：17.8%3、水冷器出口温度：35五、设计要求和工作量完成设计报告一份六、设计主要内容1、工艺流程设计2、物料衡算3、热量衡算4、主要设备工艺设计与选型化工设计报告大体章节要求摘要第一章前言第二章天然气合成氨简介第三章 合成氨工艺论证第四章工艺计算第五章主要
2、设备的工艺计算与选型主要结构参数表第六章 设计小结参考文献七、设计主要参考文献化工原理；化工产品手册；化工工艺设计手册；小氮肥厂工艺设计手册；氮肥工艺设计手册；小合成氨厂工艺技术与设计手册；合成氨；无机化工生产技术等 / 目录摘要1第一章 前 言2第二章 天然气合成氨简介32.1 氨的性质、用途与重要性32.1.1 氨的性质32.1.2 氨的用途与在国民生产中的作用32.2 合成氨生产技术的开展33562.3.1 合成氨的典型工艺流程介绍62.3.2 合成氨转化工序的工艺原理772.4 设计方案确实定8第三章 合成氨工艺论证93.1 氨合成过程的根本工艺步骤91011第四章 工艺计算13131
3、313141516181920212121224.1.13 冷交换器物料计算234.2 物料衡算结果汇总244.3 热量衡算2626284.3.3 循环机热量计算294.3.4 合成塔热量计算304.3.5 废热锅炉热量计算324.3.6 热交换器热量计算324.3.7 水冷器热量计算334.3.8 氨别离器热量核算34参考文献35第五章 设计小结36化工设计教师评分表37摘要氨是重要的根底化工产品之一，在国民经济中占有重要地位。合成氨生产经过多年的开展，现已开展成为一种成熟的化工生产工艺。本设计是以天然气为原料年产十九万吨合成氨转变工序的设计。近年来合成氨工业开展很快，大型化、低能耗、清洁生
4、产均是合成氨设备开展的主流，技术改良主要方向是开发性能更好的催化剂、降低氨合成压力、开发新的原料气净化方法、降低燃料消耗、回收和合理利用低位热能等方面上。设计采用的工艺流程简介：天然气经过脱硫压缩进入一段转化炉，把CH4和烃类转化成H2，再经过二段炉进一步转化后换热进入高变炉，在催化剂作用下大局部CO和水蒸气反响获H2和CO2，再经过低变炉使CO降到合格水平，去甲烷化工序。本设计综述局部主要阐述了国内外合成氨工业的现状与开展趋势以与工艺流程、参数确实定和选择，论述了建厂的选址；介绍了氨变换工序的各种流程并确定本设计高-低变串联的流程。工艺计算局部主要包括转化段和变换段的物料衡算、热量衡算、平衡
5、温距与空速计算。设备计算局部主要是高变炉催化剂用量的具体计算，并根据设计任务做了转化和变换工序带控制点的工艺流程图。本设计的优点在于选择较为良好的厂址和原料路线，确定良好的工艺条件、合理的催化剂和能源综合利用。另外，就是尽量减少设备投资费用。关键字：合成氨；天然气；转化；变换；第一章 前 言本设计说明书是年产19万吨合成氨厂造气工段的初步设计。氨是一种重要的化工原料，特别是生产化肥的原料，它是由氢和氮合成。合成氨工业是氮肥工业的根底。为了生产氨，一般均以各种燃料为原料。首先，制成含H2和CO等组分的煤气，然后，采用各种净化方法，除去气体中的灰尘、H2S、有机硫化物、CO、CO2等有害杂质，以获
6、得符合氨合成要求的洁净的1：3的氮氢混合气，最后，氮氢混合气经过压缩至15Mpa以上，借助催化剂合成氨。我国能源结构中，煤炭资源占很大比重。煤的气化是煤转化技术中最主要的方面，并已获得广泛的应用。煤气化提供洁净的可以管道输送的气体燃料。目前还在建设采用各种煤气化技术的工业化装置。煤气化在各方面的应用都依赖于煤气化技术的开展，这主要因为煤气化环节往往在总投资与生产本钱中占相当大的比重。我国合成氨工业原料路线是煤汽油并举，以煤为主。合成产量60%以上是以煤为原料，全国现有1000多家大中小型以煤为原料的合成氨厂。随着油价的不断上涨，今后将停止以油为原料的新设备建设，并要求进展以煤代油的技术改造。本
7、说明书是在工艺和设备计算的根底上加以工艺论证与选择而编制的。主要内容包括：绪论、设计任务与要求、生产方案，生产流程的选择与论证、制气生产原理、工艺指标、设备计算与选型。此外，随书附有造气工段带控制点工艺流程图。第二章天然气合成氨简介2.1 氨的性质、用途与重要性2.1.1 氨的性质氨分子式为NH3，在标准状态下是无色气体，比空气轻，具有特殊的刺激性臭味。人们在大于100cm3/m3氨的环境中，每天接触8小时会引起慢性中毒。氨的主要物理性质有：极易溶于水，溶解时放出大量的热。氨水溶液呈碱性，易挥发。液氨和枯燥的氨气对大局部物质没有腐蚀性，但在有水的条件下，对铜、银、锌等金属有腐蚀作用。氨的化学性
8、质有：在常温下相当稳定，在高温、电火花或紫外光的作用下可分解为氮和氢。具有可燃性，自然点为630，一般较难点燃。氨与空气或氧的混合物在一定X围内能够发生爆炸。氨的性质比拟活泼，能与各种无机酸反响生成盐。2.1.2 氨的用途与在国民生产中的作用氨是重要的无机化工产品之一，在国民经济中占有重要地位。合成氨指由氮和氢在高温高压和催化剂存在下直接合成的氨。世界上的氨除少量从焦炉气中回收外，绝大局部是合成的氨。氨主要用于农业，合成氨是我化肥工业的根底，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，再加工成尿素或各种铵盐肥料，这局部均占70%的比例，称之为“化肥氨； 同时氨也是重要的无机化学和有
9、机化学工业根底原料，用于生产铵、胺、染料、炸药、合成纤维、合成树脂的原料，这局部约占30%的比例，称之为“工业氨。氨作为工业原料和氨化饲料，用量约占世界产量的12。硝酸、各种含氮的无机盐与有机中间体、磺胺药、聚氨酯、聚酰胺纤维和丁腈橡胶等都需直接以氨为原料生产。液氨常用作制冷剂。合成氨是大宗化工产品之一，世界每年合成氨产量已达到1亿吨以上，其中约有80%的氨用来生产化学肥料，20%作为其它化工产品的原料。氨作为最为重要的根底化工产品之一，同时也是能源消耗的大户，世界上大约有10%的能源用于合成氨。随着世界人口的不断增加，用于制造尿素、硝酸铵、磷酸铵、硫酸铵以与其它化工产品的氨用量也在增长。据统
10、计1994年世界氨产量为113.46Mt，其中中国、美国、印度、俄罗斯四个主要产氨国占了一半以上。在化学工业中合成氨工业已经成为重要的支柱产业1。2.2 合成氨生产技术的开展(一) 原料构成的变化为了合成氨，首先必须提供氮和氢。氮来自空气，氢来自水。气和水到处都有，而且取之不尽。传统的制氮方法是在低温下将空气液化、别离，以与水电解制氢。由于电解制氢法，电能消耗大，本钱高。传统方法还是采用高温下将各种燃料和水蒸气反响制造氢。因此合成氨生产的初始原料是焦炭、煤、焦炉气、天然气、石脑油、重油等，世界合成氨经过60多年的开展，合成氨的原料构成已从固体燃料为主转移到以气体燃料和液体原料为主。自从北美大量
11、开发天然气资源成功之后，20世纪50年代开始采用天然气制氨。因为天然气便于管道运输，用作合成氨的原料具有投资省、能耗低等明显优点。到20世纪60年代末，国外主要产氨国都已先后停止用焦炭、煤为原料，而以天然气、重油等为原料，天然气所占比重不断上升。一些没有天然气资源的国家，如日本、英国在解决了石脑油蒸汽转化过程的析碳问题后，1962年开发成功石脑油为原料生产合成氨的方法。石脑油经脱碳、气化后，可采用和天然气为原料的一样生产装置制氨。但石脑油价格比天然气高，而且又是石油化工的重要原料，用于制氨受到一定限制。为了扩大原料X围，又开发了用重油局部氧化法制氢。从此比石脑油价廉、来源广泛的重油和减压渣油开
12、始作为合成氨的另一种原料。此后合成氨工业又经过多年的开展，特别是以天然气为原料的合成氨工业占了很大的比重，本设计就是以天然气为原料合成氨，主要是转化工段的设计。(二) 生产规模大型化20世纪50年代以前，氨合成塔的最大能力为日产200t氨，到60年代初期为400t。随着蒸汽透平驱动的高压离心式压缩机研制成功，美国凯洛格公司运用建设单系列大型炼油厂的经验，首先运用工艺过程的余热副产高压蒸汽作为动力，于1963年和1966年相继建成日产544.31t和907.19t的氨厂，实现了单系列合成氨装置的大型化，这是合成氨工业开展史上第一次突破。大型化的优点是投资费用低，能量利用率高，占地少，劳动生产率高
13、。从20世纪60年代中期开始，新建氨厂大都采用单系列的大型装置。但是，大型的单系列合成氨装置要求能够长周期运行，对机器和设备质量要求很高，而且在超过一定规模以后，优越性并不十清楚显了。因此大型氨厂通常是指日产600t级，日产1000t级和日产1500t级的三种。现在世界上规模最大的合成氨装置为日产1800t氨，1991年在比利时的安特卫普建成投产。(三) 低能耗新工艺合成氨，除原料为天然气、石油、煤炭等一次能源外。整个生产过程还需消耗较多的电力、蒸汽等二次能源，而用量又很大。现在合成氨能耗占世界能源消费总量的3%，中国合成氨生产能耗约占全国能耗的4%。由于吨氨生产本钱中能源费用占70%以上，因
14、此能耗是衡量合成氨技术和经济效益的重要标志。以天然气为原料的日产1000t合成氨装置吨氨能耗目前已从20世纪70年代的40.19GJ下降到39.31GJ左右，而且以天然气为原料的大型氨厂的所需动力约有85%可由余热供应3。(四) 生产自动化合成氨生产特点之一是工序多、连续性强。20世纪60年代以前的过程控制多采取分散方式，在独立的几个车间控制室中进展。自从出现单系列装置的大型氨厂，除泵类有备用外，其它设备和机器都是一台。因此，某一环节的失调就会影响生产，为了保证长周期的安全生产，对过程控制提出更高的要求，从而开展到把全流程的温度、压力、流量、物位和成分五大参数的模拟仪表、报警、连锁系统全部集中
15、在中央控制室显示和监视控制。中国合成氨生产是从20世纪30年代开始的，但当时仅在某某、某某两地建有氨厂，一个是由著名爱国实业家X旭东先生创办的某某永利化学工业公司铔厂 永利宁厂，现某某化学工业公司的前身；另一个是日本占领东北后在某某开办的满洲化学工业株式会社，最高年产量不超过50Kt1941年。此外在某某还有一个电解水制氢生产合成氨、硝酸的小型车间。中华人民某某国成立以来，化工部门贯彻为农业服务的方针，把开展化肥生产放在首位。经过50多年的努力，中国已拥有多种原料、不同流程的大、中、小型合成氨厂1000多个，1999年总产量为34.52Mt氨，已跃居世界第1位，已掌握了以焦炭、无烟煤、褐煤、焦炉气、天然气与油田气和液态烃等气固液多种原料生产合成氨的技术，形成中国大陆
