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1、邯郸学院本科毕业设计题 目 年产12万吨合成氨脱碳工段工艺设计学 生 冯文慧指导教师 梁亚男 讲师年 级 2011级专 业 应用化学系 部 化学系邯郸学院化学系2013年6月郑重声明本人的毕业设计是在指导教师梁亚男的指导下独立撰写并完成的。毕业论文没有剽窃、抄袭、造假等违反学术道德、学术规范和侵权行为，本人愿意承担由此产生的各种后果，直至法律责任；并可以通过网络接受公众查询。特此郑重声明。 毕业设计作者： 年 月 日摘要 本设计是年产十二万吨合成氨脱碳工段工艺的设计。二氧化碳是氨合成催化剂的毒物，因此需要把这些杂质除去，同时回收的二氧化碳也可以用于其他化学物质的合成，比如尿素，化肥等。本设计采
2、用改良的碳酸丙烯酯和两段吸收两段再生的工艺来脱除合成气中的二氧化碳，并对吸收液进行再生。设计内容主要包括生产工艺的确定和比较、物料衡算和能量衡算、主要设备的设计与选型。主要设备为二氧化碳吸收塔：上塔径为3.1m，填料层高18m，下塔径为3.6m，填料层高度为12米，全塔填料层总高为30m。通过吸收塔将原料气中的二氧化碳含量降低到1%以下，以满足后续工艺需求。并使用CAD软件绘制带有工艺控制点的流程图和二氧化碳吸收塔设备结构图。关键词 合成氨 脱碳 碳酸丙烯酯 工艺设计 吸收塔The Design of 120kt/a Synthetic Ammonia Purification Section
3、 Process Feng Wen-Hui Driected by Lecturer LiangYa-nan Abstract The design is an annual output of 100,000 tons of synthetic ammonia decarburization section in the design process. The carbon dioxide is harmful to ammonia synthesis catalyst, so it need removal of carbon dioxide in the feed gas, and it
4、 can be used for the production of other chemicals for example urea. It uses the developed way of hot solution of aqueous potassium carbonate and the process of two absorbtion and two recovery to remove the carbon dioxide of syngas, and to recover the carbon dioxide from the solution. The content of
5、 the design mainly includes the choice of the making technology, mass and energy balance, the design of the equipments and tubes. The main equipment of this design is carbon dioxide absorption tower. The diameter of the upper part of the tower is 3100mm, height of the packing layer is 18m, diameter
6、of the lower part of the tower is 3600mm and the height of the packing layer is 12m. In this way, to make the levels of carbon dioxide in feed gas be reduced to less than 1%, to meet the demand. The process flow chart with control points and synthesis tower assembly were drawn with CAD.Keywords Synt
7、hetic ammonia Decarburization process The hot solution of aqueous Technological designII目 录摘要I1 前言12合成氨的概述12.1 氨的发现与制取12.2 氨的性质与用途12.3 合成氨工业的发展现状22.4 合成氨典型流程22.5 脱碳在合成氨中的作用和地位43脱碳方法及工艺的选择43.1 脱碳方法的选择43.2 脱碳工艺的选择63.3 脱碳工段主要设备的选择64 工艺计算74.1 工艺条件74.2 工艺过程75主要设备的计算与选型85.1 二氧化碳吸收塔85.2 二氧化碳再生塔116车间布局116.1
8、 车间设计任务116.2 厂房的整体布局设计126.3 车间内辅助室与生活区布局127脱碳三废的处理初步设计138 初步经济核算149 结论1610附录16参考 文献17致 谢18年产12万吨合成氨脱碳工段工艺设计1 前言目前世界上做为重要化工产品的氨，其在每个国家的国民经济中占有十分重要的地位。随着世界人口的不断增加和经济不断发展，各行各业的化工制品都在不同程度的应用了氨的生产。在各个国家，重要的支柱产业基本上都是氨的合成工业1。氨在工业上具有十分好的前景，大部分用开制作化肥和盐类用品。例如将氨氧化后可以制得硝酸和硝酸盐。那么氨在化纤和塑料工业中的作用更是重要，例如以氨、硝酸以及硝酸盐和尿素
9、等作为氮源，生产化肥产品。氨的其它工业用途也十分广泛，例如，用作制冰、液化等系统的制冷济。所以我认为合成氨在国民经济中占有十分重要的地位，在国民经济中占有不可替代的作用1。由于合成氨是一个非常复杂的化学过程，反应极其难于进行，所以对于对于合成氨的过程中，要求极高，合成气含有较多的二氧化碳一氧化碳和二氧化硫等，因为在合成生产中所用的催化剂非常敏感，所以如果二氧化碳有残留或二氧化碳太多，就会在合成氨生产时会使合成氨中所用的催化剂如铁态酶这种物质中毒，如果催化剂中毒会使反应难以进行。此外，因为二氧化碳是制造尿素、纯碱、碳酸氢铵化肥纤维等的重要原料，所以合成氨中二氧化碳的脱除和回收利用是脱碳过程的双重
10、任务。根据各国现今合成氨技术发展的情况分析，其技术发展将会继续围绕“降低能耗、提高效益，改善环境”的基本目标，进一步集中在“大中型化、低耗能、高产量、无污染、运行短”等方面进行技术的研究开发2。2合成氨的概述2.1 氨合成的基本原理合成氨的最初原料气是氮和氢，经过造气，除尘，变换，净化（脱硫脱碳），精制，合成，最终生产出合格的氨气。2.2 氨的性质与用途2.2.1 氨的用途氨在各行各业都有非常大的用途，例如：生产化肥、合成塑料、制作纤维等等。所以氨的产量是衡量一个国家工业发展的标准，在国民经济中占有重要地位。农业产量的提高依赖于化肥的产量，然而，化肥中最重要的是氮肥，氮肥的主要作用是：提高农作
11、物的抗旱、抗倒，提高农作物的生产速度。所以氮肥至关重要，而氨的产量高低是氮肥产量的关键。另外，氨还可以用在制药行业、纯碱行业、含氮无机盐等各行业。最后，氨氧化物还可以制作硝酸，硝酸是国防的关键，它与提高国防尖端技术密不可分。2.3 合成氨工业的发展情况 第一个提出合成氨工业的人是德国人，他所用的方法是不通过别的过程，原始气体氢气和氮气在催化剂加压高温的作用下直接合成氨，这个方法历经了一百多年。由于加压和高温不仅使经济效益低，更会使催化剂中毒，所以此方法有待提高。但是加压和高温都有助于反应的进行，所以此后的一段时间科学家都在研究取一个最适当的温度和压强，在此温度下，催化剂反映效果最好，并且不会中
12、毒，更重要的是减少能源的消耗，经过近一世纪的发展，合成氨技术越来越趋向于完整。从开始的产量低到后来的产量越来越高，是好几代人的辛苦和努力得来的，他们不断探究，不断实验，随着科学技术的日新月异，氨的生产技术有了很大的创新、改革和跨步。从一个高耗能、高污染、低效益的大型企业转化成了一个低耗能、高效益的低碳环保型产业。那么中国的氨生产发展史更是值得借鉴的。中国是一个有着960万平方公里的大国，人口占世界的五分之一（约有13亿），那么这么多人口需要的粮食数量是非常庞大的。怎么来满足人们的需求呢？要求的就是发展农业，而发展农业的关键是化肥的生产产量。所以中国为了找出更符合国情的可持续发展之路，那么必须发
13、展合成氨工业来发展农业问题3。解放初期，中国的国情是工业落后，所以氨工业的生产基本情况是浪费大、产量低，例如：邯郸的一个合成氨化工厂（龙港化工）造气时所用的煤要求的是标准十公分方块，当时有一个筛子，低于和高于十公分的都被筛掉，这样就会造成很大的能源浪费。60年代，为了减少能源浪费，改成5公分的标准煤，后来又经几十年发现，5公分的效果比10公分的反映效果更好，效益有所提高。当时厂子为了生存和发展大胆创新，把5公分转变成了2公分，到最后的0.5公分。此时，一个年产8万吨的合成氨化肥厂在国家低碳环保的大趋势下生存下来。这个化工厂的发展史基本就是中国的合成氨发展史，从高消耗到高产出，中国的化工业发生了
14、翻天覆地的大变化，这与科学家的探究与创新和国家的发展密不可分。通过这个发展史告诉了我们一个道理：创新是中国更好发展的必经之路4。化肥塑料和纤维是化工生产的重要产业，氨主要作为氮肥的生产原料。虽然现在化工产业越来越多，但是随着人民的需求，市场也越来越宽广。中国是一个蕴含大量的煤、石油等原材料的基地，这样就造就了中国会更好的发展氨生产工业5。虽然看似中国化工产业已跃居世界前列，但是在我国，合成氨工业的生产生产规模仍然很小，并且整个工业中产品单一，不能充分利用副产物，而且能耗大，浪费高，污染严重。满足不了市场的需求，根据市场供求关系，必然要优化合成氨的生产技术，我国正向此方向发展，逐步建成了大中型的
15、氮肥生产产业，而且产品越来越多，为此我们不断引入外国的先进技术，除此之外，我国的科学人员正艰苦寻找更适合中国国情的产业链。近年，我国氨合成产量已跃居世界第一位，工艺流程以及技术设备都已经相当成熟，形成了一个既有大型氨生产厂又有小中型生产厂的合理格局。因此，开发新技术从而推动合成氨工业发展，是各个国家努力的方向6。2.4 合成氨工业的发展趋势根据目前中国的基本国策，我国依然是一个农业大国，其技术发展将会继续以降低能耗、提高产量、减少污染、降低成本为目标，以低碳环保、大型化、自动化、集成化与形成经济生产规模的生产中心主要的发展趋势。那么如何才能做到这一点呢？关键是在工序和设备上，例如：脱碳脱硫工段。究竟如何改进脱碳脱硫工段，国内外都在力求做到更好。主要的方式是：改变吸收剂，改变吸收塔的构型，改变整个工段的能源转化，充分利用废气废液来提高产业效率6。 2.5合成氨的生产工艺流程工艺主要包含7：造气：利用煤将水蒸气转化成半水煤
