8万吨年合成氨装置中合成系统的工艺设计.docx

8万吨/年合成氮装置中合成系统的工艺设计第一章合成氨综述1合成纪工业在国民经济中的地位I二、原料路线及资源开发利用1三、未来我国合成氨工业发展方向2Ji物料衡算41.1 计算依据41.2 计算物料点流程51.3 物料计算1.4 .1合成塔入口气组分51.3.2合成塔出口气组分51.3.3合成率51.5 .4氨分离器气液平衡计算613.5冷交换器气液平衡计算81.3.6液第贮槽气液平衡计算91.3.7液翅贮槽物料计算121.3.8合成系统物料计算131.3.9合成塔物料计算151.3.10水冷器物料计算151.3.I1.第分离器物料计算161.3.12冷交换器物料计兑161.3.13/冷器物料计经171.3.14冷交换器物料计算181.3.15液氨贮槽物料计算201.3.16物料计兑汇总表212热=衡算二262.J¾A十，j：I多*22.2氨冷城热量计算282. 3循环机热量计算303. 4合成塔热量计算324. 5废热锅炉热量计算345. 6热交换潜热量计算356. 7水冷器热量计算362.8第分离器热量核算383主要设备计算387. 1废热锅炉设备工艺计算387.2 热交换器设备工艺计算427.3 水冷器设备工艺计算477.4 冷交换器设备工艺计算493.5国冷器设备工艺计算55结束语致谢参考文献附录合成工序设计符号表主要设备及工艺条件一览表设计任务书题目：自拟，要求完成一套8万吨/年合成完装置中合成系统的设计任务原始数据：1.生产能力：80000t/年2,年工作日：310天：3 .精炼气成分，%4.合成塔也CW4Ar小计入口氨74.4524.121.10.33I(XHXX)含量NHy=2.5()00%合成塔出口氨含量NHYI=16.500%合成塔人口情性气体含量CH,十八r=15.（XX）%5 .催化剂用量：7Om'32MPq(绝压)40,C35C6 .合成塔操作压力7 .精练气温度8 .水冷器出口气体温度9 .循环机进出口压差1.47MPa主要任务，1 .选定方法及流程：2 .确定合成设备的工艺操作条件:3 .确定合成设备的工艺尺寸：4 .绘图：（1）带控制点工艺流程图：（2）合成工段平面布置图。第一章合成氨综述1 .合成氨工业在国民经济中的地位合成氨工业是基础化学工业之-O其产量居各种化工产品的首位。鸵本身是重要的氮素肥料,除石灰氮外,其它氮素肥料都是先合成城,然后加工成各种镀盐或尿素。将制氧化制成硝酸,不仅可用来制造肥料(硝酸筱、硝酸磷肥等),亦是重:要的化工原料,可制成各种炸药。氨、尿素和硝酸又是氨基树脂、聚酰胺树脂、硝化纤维素等高分了化合物的原料，以其为原料可制得塑料、合成纤维、油漆、感光材料等产品。作为生产氨的原料一氧化碳、氢气合成气,可进行综合利用,以联产甲醇及玻基合成甲酸、醋酸、错鼾等一系列碳一化工产品.以做到物尽其用,减少排放物对环境的污染,提高企业生产的经济效益.已成为当今合成就工业生产技术发展的方向。国际上对合成氨的需求,随着人口的增长而对农作物增产的需求和环境绿化面枳的扩大而不断增加。据资料统计:1997年世界合成延年产量达1.03.9Mto硕计200()年产量将达1.8Mto其化肥用氨分别占氨产量的81.7%和82.6%。我国1996年合成氨产量已达3()>4M1.专家预测20(X)年将达36MC020年将增加至45Mto即今后20年间将增加到现在的1.5倍.因而合成我的持续健康发展还有相当长的路要走。未来我国合成纪氮肥的实物产量将会超过石油和钢铁。合成新工业在国民经济中举足轻歪。农业生产.”有收无收在于水,收多收少在于肥”。所以,合成氨工业是农业的基础。它的发展将对国民经济的发展产生重大影响。因此.我国现有众多的化肥生产装置应成为改造扩建增产的基础，我国七十至九十年代先后重究引进30多套大化肥装置.耗费巨额资金,在提高J'化肥生产技术水平的同时,也受到国外的制约“今后应利用国内开发和消化吸收引进的工艺技术,自力更生,立足国内,走出一条具有中国特色的社会主义民族工业的发展道路。过去引进建设一套大型化肥装置,耗资数十亿元。当今走老厂改造扩建的道路.可使投资节省1，2一”3。节省的巨额资金,用作农田水利建设和农产品深加工,将在加速农村经济发展,提高农民生活水平,缩小城乡差距起着重要用.2 .原料路线及资源开发利用提高天然气原料制匆的比重以天然气为原料制荻应是今后我国合成氨工业发展的方向。现世界天然气探明储量约相当于石油储量。世界天然气可采资源员为3.28×10I4h资源探明度约59%,预计可采年限在65年以上。近期发现大有前途的冷冻天然气潜在资源.在地球上约有16X1015"甲烷水化物冷冻成冰的天然气,其储员比已探明的天然气量高达数倍。这种位于海底的矿藏起码在海底80Om处.最佳开果深度为4000m。在今后IO-15年中.钻井技术和从深层运出天然气都会有突破，我国海域辽阔,将公成为未来的丰富天然气资源。目前我国天然气在一次能源中只占2%,但天然气潜在资源丰富.遍布祖国疆域,已经评价的总资源储量为38X1012"',其中陆地30×1012,海域8XIO12P,可探明地质储量13.2×1012户,目前仅占探明资源的6%,到2000年.资源探明程度接近8%.而世界平均探明度为61%。国家正在加快规划勘探开发利用。另外还有30×1012,'的煤层气（主要成分为甲烷）资源量,可供开发利用.预计今后20年内,我国天然气占一次能源由目前的2%提高到8%时，其年开采量为1-1.×10I1,m目前,世界生产合成氨走气原料的比重提高到8（1.98.2%,而我国仅占22-25%.当我国合成氨年产量发展到45Mt时,以使用天然气原科比武提高到50%计,年耗用天然气量约22×IO1.Om3,占开采H的1/5左右。利用廉价水电电解水制双开发我国水利资源十分丰富.潜在的水利资源达数亿万T瓦的水力发电,开发利用能提供廉价的电能,用以作水电解分离出城气和氧气,再用氧气同水煤浆汽化生产合成氨、甲醉及碳一化工产品。合成气制旗和碳一化学品在水力资源丰常地区,开发建设水电同煤炭生产化肥、动力燃料及化工产品,亦是可苑的能源基础,可作为今后开发利用的方向。3 .未来我国合成氨工业发展方向3.1 生产能力大型化目前国外合成城生产规模发展趋势是提尚单系列生产能力。未来氨装置堆系列生产能力为日产2kt.尿素装竟相应为3.5kt°新建派系列投资比双系列可降低20%,我国合成氨日产2kt大型系列应走老厂改扩道路.在现仃日产Ikt合成氨装过上采用在二段转化炉加班,便可使生产合成气生产能力加翻,达日产2k,再进行获合成配套和将氨加工成尿素,采用高压变换气气提法在生产尿素的同时代替脱除C02装置.,以平衡增产包和翅的加工产品的生产能力。这种改造投资还不到新建的1/2,将来天然气成网配置后,对30多套大型合成虬装置改扩后,每年就能够增产合成氨近IOM1.同时提高了天然气原料制氨的比重。3.2 产品多样化当今,从制妖用合成气出发,在制取合成就的同时,联产甲醉和假一化工产品,已成为资源综合利用的有效途径。随着深度加工产品的不断开发,化学应用领域不断开拓,其在国民经济中的地位将愈显重要。3.3 开发插装式装附在油田开采中,分散伴生的天然气都未能回收利用而放空烧掉。在新疆地区每年就烧掉近O9m3天然气,若回收可牛.产尿素1.6MUa或甲醇IMta.这是个具有重大的经济和环境意义的工程.需要统筹规划.开发建设移动撬装式回收装置,以灵活地进行油田伴生气的回收利用113.4 研究开发天然气制氨新工艺3.4.1 开发天然气电热换热多媒体转化器。在等压下合成熟、甲醇、尿素新工艺,因其能耗低、投资省.利于模块化、系列化的中小规模生产装巴,聘是今后天然气制合成气的-种新工艺。3.4.2 研窕天然气分子重排制尿素工艺，在天然气(CH4)中.加入39%的富氧空气,通过分子重排而成尿素.其化学反应式:CH4+N2+1202=(NH2)2CO天然气、京氯空气、尿素这将有待将来科学技术高度发展来变为现实。GI(I=0.20*31.852+0.60529.511+0.112*38.038+0.034*21.234+0.04877*81.092=33.171KJ1.kntob9C杳T=22.5度时，GW=4.765KJfkmt小代入上式八=24.125C24C与假设一致。846.9533171+0.406*4.765混合后犯冷器入口热气温度24C。(6)气体带出热量Q；由冷交换潜热量计算。；=-159456.290UtNH3(7)气体中液妖带出热量QK由冷交换器热增计兑Q1.=-19876.557Q/W/(8)液第蒸发吸收热量Qe(冷冻量)由热平衡计算。啖=。八-<Q2+QP=730662406-(-159456.29)+(-19876.557)=909995.253X7NH,查251.C液纸培Aw,c=535.583QJ(由液氨储槽来)-15C蒸发蒸气ah,9=1663.767KJkg加M=1汕,，IM1.=1663.767-535.583=1128.185KJ/kg(9)冷冻量计算W=90995253=806602Agw1128.185,TfI收方支方气体带入热量Q'17265852.933气体带出热fi1.Q,2-159456.290液氨带入热量Q'71.19881.872液氨带出热量Q'21.-19876.557气体中氨冷凝热Q冷287773.911冷冻量Q吸909995.253新鲜气带入热量Q1.157150.690小计Q入730662.406小计Q支730662.4062.3 循环机羯疑计算(1)循环机出口气体温度计鸵由E小氮肥厂工艺设计手册附表1-1-1查得循环气体中各组分的绝热指数如下：NH、CH,Ar也K1.1.291.311.661.411.4根据公式0.0250.115390.034620.618740.20625-1.-19- +1.31.-1.+1.66-1+1.41.-1.+1.4-1=0.08261+().37223+0.05245+1.50912+0.51563+2.53564.K=1.394由前已知Ta=30+273=303K%=30.94,MPGP=28.MP”代入上式得I,刈1.=292.5(=303*(1.105严6=311.673K=38.673,CN39*C(2)气体带入热量由前计算Q；=489324.3377z7,(3)压缩功N=16.674/V1KK1r-Pi=28.OMP,鸟=30.94MP,K=I.394,Z,=1.13,Z1=1.02式中，Y