整體鍛焊式氨合成塔設計設想

1、整體鍛焊式氨合成塔設計設想我們知道，空氣中含有 78%（體積）的氮。但是大多數(shù) 植物不能直接吸收這種游離狀態(tài)的氮只有當?shù)c其它元素 化合以后，才能為植物所利用。這種使空氣中游離態(tài)氮轉變 成化合態(tài)氮的過程，稱為“氮的固定” 。上世紀初，人們研究成功并在工業(yè)上實現(xiàn)了三種固定氮 的方法：電弧法、氰氨法和合成氨法。由于電弧法和氰氨法 在能耗和經(jīng)濟性方面都有較大欠缺，因此，從 1913 年工業(yè) 上實現(xiàn)氨的合成以后，合成氨法發(fā)展很快，到三十年代已成 為固定氮生產(chǎn)中的最主要方法。本次設計是在合成氨工業(yè)的基礎上，對合成氨工業(yè)中的 核心設備氨合成塔進行設計。要求設計的氨合成塔，直 徑為 2200 毫米，筒體為整

2、體鍛焊式，內部換熱器類型為固 定管板式換熱器。本次設計的最大特點為在常規(guī)設計的基礎 上筒體采用分析設計的方法，更好的節(jié)約了材料，降低了生 產(chǎn)成本，且更加安全可靠1.1 氨的發(fā)現(xiàn)與合成氨，是 1754 年由普里斯特利( Priestly )加熱氯化銨和 石灰時發(fā)現(xiàn)的。 1784 年，伯托利 (C.L.BerthoHet )通過分析， 確定氨是由氮和氫組成的。隨后一百多年人們在試驗室內進 行直接合成氮的研究工作， 但都未能成功。 到十九世紀末葉， 物理化學得到蓬勃發(fā)展，建立了化學熱力學、反應動力學的 概念，大力開展基礎理論研究后，才使氨的合成在正確的理 論指導下進行。1901年呂查得利(Le Ch

3、atelier)第一個提出氨的合成 條件是高溫、高壓，并采用一定的催化劑。 1912 年第一個日 產(chǎn)30噸的合成氨裝置在德國奧堡 (Oppau)建成，并在1913 年開始運轉， 1 91 4年滿負荷生產(chǎn)， 這樣合成氨工業(yè)進入了一 個新的時代。合成氨法的研究成功，不僅為獲取化合態(tài)氮開辟了廣闊 的道路，而且也促進了許多科學技術部門(例如高壓技術、 低溫技術、催化、特殊金屬材料、固體燃料氣化、烴類燃料 的合理利用等)的發(fā)展1.2 合成氨生產(chǎn)的發(fā)展生產(chǎn)合成氨，首先必須制備氮、氫原料氣。氮氣來源于 空氣，可以在低溫下將空氣液化、分離而得，或者在制氫過 程中直接加入空氣來解決。氫氣來源于水或含有烴類的各種

4、燃料，它取決于用什么 方法制取。最簡便的方法是將水電解，但此法由于電能消耗 大、成本高而受到限制?，F(xiàn)在工業(yè)上普遍采用以焦炭、煤、 天然氣、重油等原料與水蒸汽作用的氣化方法。除電解水方法以外，不管用什么原料得到的氮、氫原料 氣中都臺有硫化合物、一氧化碳、二氧化碳等，而這些不純 物都是氨合成催化劑的毒物。因此，在把氮、氫原料氣送去 氨合成以前，需將這些雜質徹底除去。這樣，合成氨的生產(chǎn) 過程就包括三個主要步驟：第一步是造氣，即制備含有氮、氫的原料氣。第二步是凈化，無論選擇什么原料，用什么方法造氣， 都必須對原料氣進行凈化處理，以除去氮、氫以外的雜質。第三步是壓縮和合成，將純凈的氮、氫混合氣壓縮到高壓

5、，在催化劑與高溫條件下合成為氮?；诓煌脑虾筒煌膬艋椒?，可以派生出許多種合成氨生產(chǎn)流程。現(xiàn)將具有代表性的三種流程列舉如下：1. 無煙煤（焦炭）制合成氨的流程：圖1-1無煙煤（焦炭）制合成氨的示意流程2. 天然氣（輕油）加壓蒸汽轉化法制合成氨的流程:圖1-2天然氣（輕油）蒸汽轉化法制氨的示意流程3. 重油部分氧化法制合成氨的流程：重油造氣又有熱法凈化和冷法凈化兩類流程。前者為我國以重油為原料的中型氨廠所普通采用。但目前中型氨廠的 熱法凈化流程用于重油造氣并不合理，原料氣要經(jīng)過兩次變 換、兩次脫碳、三次脫硫和多次加熱冷卻，不但流程太長而 且能量損耗很大。比較合理的是冷法凈化流程，該流程將空

6、 分、氮洗、低溫甲醇洗三個低溫工序結合在一起，使冷量得 到合理利用，氣體精制度高，氮洗后精制氣不含甲烷，還可 大大減少合成吹出氣損失。音農I 氟圖1-3重油造氣冷法凈化流程示意圖我國合成氨工業(yè)是在建國后才發(fā)展起來的，解放前我國 只有兩座合成氨廠，一是 1937年建立的南京永利寧廠，為 美國設備；另一座是1935年建立的大連化學廠，為日本和 德國的設備，這兩座廠解放前最高年產(chǎn)量（1941年）僅為4.8萬噸。建國后，經(jīng)過三十年的艱苦努力，我國才真正有了合成 氨工業(yè)?，F(xiàn)在已經(jīng)擁有多種原料、不同流程的大、中、小型合成氨廠一千多個，年產(chǎn)量已躍居世界第一位，而且有了一支從事合成氨生產(chǎn)的科研、設計、制造與施工的技術隊伍。早在六十年代中期，我國開始引進一個以天然氣為原料的中 型氨廠；到七十年代初，又陸續(xù)從美國、法國、日本引進了 13 套以天然氣、輕油以及重油和煤制氨的年產(chǎn) 30 萬噸氨的 大型裝置；再到八十年代又建成了四套年產(chǎn) 30 萬噸的合成 氨裝置，這不僅對增加氨的產(chǎn)量起了較大作用，而且也較快 地提高了我國合成氨的生產(chǎn)技術水平。今年來合成氨工業(yè)發(fā)展很快，大型化、低耗能、清潔生 產(chǎn)是合成氨工業(yè)發(fā)展的主流，技術改進的主要方向是以降低 合成氨工業(yè)能耗，提高能量效