年產(chǎn)10萬(wàn)噸合成氨裝置精制工段

1、年產(chǎn) 10 萬(wàn)噸合成氨裝置精制工段（烴化）設(shè)計(jì)目錄1、 前言2、 原料的選擇3、 廠址的選擇4、 工藝的確定5、 物料衡算6、 環(huán)境保護(hù)與安全措施7、 車(chē)間布置與設(shè)計(jì)8、 工程概算9、 設(shè)計(jì)總結(jié)與心得前言氨是最為重要的基礎(chǔ)化工產(chǎn)品之一，主要用于制造氮肥和復(fù)合肥料，作為工業(yè)原料和氨化飼料，用量約占世界產(chǎn)量的12%。硝酸、各種含氮的無(wú)機(jī)鹽及有機(jī)中間體、磺胺藥、聚氨酯、聚酰胺纖維和丁腈橡膠等都需直接以氨為原料，液氨常用作制冷劑。合成氨工藝涉及眾多工段，本設(shè)計(jì)為年產(chǎn)10 萬(wàn)噸合成氨裝置精制工段烴化設(shè)計(jì)，烴化的主要任務(wù)是利用烴化反應(yīng)的方法來(lái)凈化精制合成氨原料氣，使合成氨原料氣進(jìn)入氨合成工段之前的氣體中C

2、O 、CO2（俗稱(chēng)氣體中的“微量”指標(biāo)）總量小于10ppm，以達(dá)到合成氨入塔要求。對(duì)烴化的工藝條件、反應(yīng)原理及工藝流程作簡(jiǎn)要論述。二、原料的選擇合成氨生產(chǎn)的原料有焦炭、煤、天然氣、重油等。本設(shè)計(jì)以煤作為原料，因?yàn)槲覈?guó)煤炭資源豐富。在原料來(lái)源方面有著先天的優(yōu)勢(shì)，從而降低生產(chǎn)過(guò)程的成本。 合成氨的生產(chǎn)需要?dú)錃夂偷獨(dú)猓?氫氣來(lái)源是以煤為原料經(jīng)過(guò)造氣、 凈化工序后， 輸出地精制氣體 （主要含量為H2）作為合成氨工段的生產(chǎn)原料。氮?dú)獾膩?lái)源主要是空氣中的氮?dú)?，可以在低溫下將空氣液化?分離而得到，作為合成氨工段的另一重要原料。三、廠址的選擇本設(shè)計(jì)合成氨廠選址選于貴州省六盤(pán)水市盤(pán)縣兩河新區(qū)。1. 原料來(lái)源便

3、捷兩河新區(qū)位于老屋基煤礦、山腳樹(shù)煤礦、紅果鎮(zhèn)煤礦、 火鋪煤礦等幾大煤礦的中心地帶， 以煤為原料的合成氨工廠建立在此具有先天優(yōu)勢(shì)。2.交通便利新區(qū)內(nèi)滬昆高速公路在沙坡和兩河兩地出入，即將通車(chē)的畢水興高速公路水盤(pán)段與滬昆高速公路在區(qū)內(nèi)海鋪呈十字交匯，正在修建的長(zhǎng)昆快速鐵路馮家莊站緊挨海鋪交匯點(diǎn)和滬昆兩河出口，320 國(guó)道貫穿全境。3.水資源豐富新區(qū)鄰近的托長(zhǎng)江為珠江水系分支，為工業(yè)的發(fā)展帶來(lái)甘霖。4.電力資源豐富兩河新區(qū)內(nèi)有22 萬(wàn)千伏安和 11 萬(wàn)千伏安的輸變電站各一座， 為配合搞好新區(qū)的建設(shè)， 盤(pán)縣供電局專(zhuān)門(mén)成立了兩河新區(qū)電力服務(wù)領(lǐng)導(dǎo)小組，確保正常供電。5.政策優(yōu)勢(shì)隨著西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略的深入推進(jìn)

4、， 國(guó)家實(shí)施重點(diǎn)支持西部大開(kāi)發(fā)的政策優(yōu)勢(shì)，以及貴州省建立工業(yè)強(qiáng)省及全面改善投資環(huán)境的重大舉措，為廠區(qū)的建設(shè)和未來(lái)的發(fā)展提供強(qiáng)有力的政策支持。6.環(huán)境因素兩河新區(qū)地段多為山地， 廠區(qū)的建立占用的耕地少， 且該地段的居民少，對(duì)周?chē)用竦纳钣绊憳O小。7.盤(pán)縣人口多，勞動(dòng)力資源豐富?？傊瑑珊訄@區(qū)處于盤(pán)北產(chǎn)業(yè)園區(qū)和盤(pán)南產(chǎn)業(yè)園區(qū)中間，緊靠紅果城區(qū)，有著不可比擬的區(qū)位優(yōu)勢(shì)和交通優(yōu)勢(shì)、資源優(yōu)勢(shì)、技術(shù)優(yōu)勢(shì)和人才優(yōu)勢(shì)。四、工藝的確定1、基本原理醇烴化工藝即在用甲醇化、烴化（或甲烷化）反應(yīng)的方法來(lái)凈化精制合成氨原料氣，使合成氨原料氣進(jìn)入氨合成工段之前的氣體中CO 、CO2（俗稱(chēng)氣體中的 “微量 ”指標(biāo)）總量小于

5、10ppm，并聯(lián)產(chǎn)甲醇。它與銅洗工藝或甲烷化流程相比，流程短、精制度高，操作穩(wěn)定可靠，節(jié)約能耗、物耗，經(jīng)濟(jì)效益顯著。2、技術(shù)特點(diǎn)把醇化和烴化串接起來(lái)，作為合成氣的凈化精制手段，減少了凈化過(guò)程中有效氫的消耗， 同時(shí)將傳統(tǒng)銅洗工藝中放入大氣并對(duì)大氣造成污染的 CO、CO2 轉(zhuǎn)化成有用的甲醇或醇醚混合物，變廢為寶，改善了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。3、工藝流程造氣出來(lái)的半水煤氣經(jīng)氣柜后， 進(jìn)行粗脫硫，使硫化氫含量小于0.07，氣體加壓至 0.8MPa,進(jìn)入變換工段，變換工段出來(lái)的氣體中二氧化碳含量控制在 1.5%-5%，經(jīng)脫碳后，使二氧化碳含量下降到0.2%，再進(jìn)行精脫硫，使氣體中硫含量降到0.1ppm，進(jìn)入高壓機(jī)壓

6、縮工段，壓縮到5.9-13MPa，醇后氣體進(jìn)行換熱，溫度為200 攝氏度，進(jìn)入甲醇化反應(yīng)， 從甲醇化出來(lái)的氣體與新鮮氣體換熱，再進(jìn)過(guò)水冷器水冷到40 攝氏度左右，進(jìn)入醇化分離器，分離醇后氣體中一氧化碳與二氧化碳的含量達(dá)到0.1%-0.3%，去高壓機(jī)加壓至與氨合成相等壓力，進(jìn)入醇烴化系統(tǒng)進(jìn)反應(yīng)， 反應(yīng)后氣體一氧化碳與二氧化鈦含量小于等于10ppm，經(jīng)換熱冷卻分離水分離后， 送入合格精制氣。五、物料衡算1、凈化前半水煤氣組成每生產(chǎn)一噸氨需半水煤氣量為3560 標(biāo)準(zhǔn)頭（10°C,101.3kpa,1kmoi 氣體的體積為 22.4 立方米）V 1 總=3560 標(biāo)準(zhǔn)頭n1 總 =V I/2

7、2.4=3560/22.4=158.9286kmolni=n1 總 ximi=niM iwi=M ini/m1 總=mi/mi總表 1凈化前半水煤氣組成（ M H2O=18.06kg/kmol)組分xi 體積分?jǐn)?shù)M i(kg/kmol)ni (kmol)mi(kg)wi(%)（%）H236.7442.01658.3967117.72773.7798CO33.02228.0052.48141469.479347.1801CO27.03244.0011.1759491.739615.7881N221.50028.0234.1696957.432230.7400CH40.35416.030.5626

8、9.01850.2896H2S0.20034.090.317910.83750.3479O21.14832.001.824558.38401.8475典型計(jì)算：m 總=mi=3114.6184kgn(H 2)=36.744%×158.92kmol核算：wi=100%2、半水煤氣脫硫脫硫過(guò)程：半水煤氣中只有硫化氫含量發(fā)生變化，且要求硫化氫含量小于0.1ppm，該過(guò)程視為全脫硫，則：n2 總 =n1 總 -n1(H2S) =158.9286-0.3179=15862107 kmol則xi =ni/n2 總m2總=mi=m1 總-m(H2S) =3103.7812 kg典型計(jì)算： 以 H2

9、 為例n2(H2) =n1(H2) =58.3967 kmolx(H2)=n2(H2)2 總 =58.3967/158.6107=36.8176%/nw(H2) =m(H2) /m2 總=117.7277/3103.7812=3.793%表 2脫硫后混合氣體組成組分H2COCO2N2CH4H2SO2xi （%）36.81833.0887.04631.5430.35801.15ni (kmol)58.39652.481411.175934.16960.562601.8245mi (kg)117.72771469.479481.7396957.43229.0185058.384wi(%)3.793

10、47.34515.84330.8470.29101.881核算：xi=100%wi=100%3、變換氣組成轉(zhuǎn)化率為 8.2%，若 O2 全部消耗，則消耗的CO 的量為：nco=52.4814×88.2%=46.2886kmolCO +H2O = H2 + CO2111146.288646.288646.288646.28862H2+O2=2H2O2123.64901.82453.6490nCO=n 原 CO n 消耗 CO=52.481446.2886=6.1928nH2=n 原 H2 n 反應(yīng) H2 +n 生成 H2=58.39673.6490+46.2886=101.0363km

11、olnCO2=n 原 CO2+n 生成 CO2=11.1759+46.2886=57.4645kmolnN2=n 原 N2 =34.1696kmolnCH4 =0.5626kmolnH2S=0kmolnO2=0kmolnH2O=n 原 O2+n 生成O2 n 反應(yīng)H2O=174.3749+3.649046.2886=131.7353kmol表 3變換氣組成組成H2COCO2N2CH4H2SO2H2Oxi（%） 30.51301.87017.35210.3180.17000039.7800ni(kmol)101.03636.192857.464534.16960.562600131.7353mi

12、(kg)203.6892173.39842528.438957.43229.0185002373.343wi(%)3.26102.77640.48515.3300.14400038.0020N3 總=101.0363+6.1928+57.4645+34.1696+0.5626+0+0+131.7353=331.1611kmolM 3 總=203.6892+173.3984+2528.438+957.4322+9.01850+0+2373.343=6245.3195kg典型計(jì)算：以 H2 為例m（H2）=101.0363×2.016=203.6892kgx(H 2)=nH2/n3 總=

13、101.0363/331.1611=30.510%w(H 2)=m(H2) /m3 總=203.6892/6245.3195=3.261%核算：xi=100% wi=99.998%100%4、變換氣脫碳脫碳后 CO2 含量達(dá)到 0.2%，其他組分不變，則：表 4變換氣脫碳后混合氣組成組成H2COCO2N2CH4H2Oxi（%）36.2862.2570.20012.4540.20548.016ni(kmol)131.735101.03636.19280.662334.16960.56263mi(kg)173.39829.141957.4322373.34203.689242290.1853wi(

14、%)5.4374.6290.777925.5590.240763.356xi%=x3i /100-x3(CO 2)-0.2=x 3i/(100-17.352+0.2)=x3i/82.848(注：上式中 x3 為表三中 xi)典型計(jì)算：以 H2 為例xH2 =30.51./82.84836.826%17.352/57.4645=0.2/n(CO2)n(CO2) =57.4645×0.2/17.352=0.6623kmolm(CO2) = n(CO2) × M(CO2) =0.6623×44=29.1412 kg n4 總=ni=274.3589 kmol m4 總

15、=mi =3746.0217 kgwi=mi/m4w H2=mH2 /m2 總 =203.6892/3746.0217=5.437核算： xi =99.46%100% wi=99.9996%100%5、甲醇化甲醇化前混合氣體經(jīng)冷卻分離了水，故混合氣組成為氫氣、 二氧化碳、一氧化碳、氮?dú)?、甲烷。甲醇化過(guò)程中，有部分水生成，但經(jīng)冷卻分離后，完全去除。甲醇化后，混合氣體中的 CO+CO2 的含量在 0.1%0.3%，以便直接進(jìn)入醇烴化系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)取CO+CO2 含量為 0.3%計(jì)算。甲醇化的主要反應(yīng)方程式： CO+2H2=CH3OH CO2+3H2=CH3OH+H2O由于反應(yīng)中水的生成量較少（CO2

16、 含量少，且其轉(zhuǎn)化率很低），故計(jì)算時(shí)忽略水的生成，若設(shè)反應(yīng)消耗總碳為nmol,則：2C 總+5H22CH3OH25608511-n101.0363-2.5n(608511-n)/(n4 總-n4（ H2O）-n-2.5n)=0.3%即(608511-n)/(274.3589-131.7353-3.5n)=0.3%故n=6.4954 kmol即反應(yīng)消耗總碳為 6.4954 kmol所以剩余總碳含量為 6.8551-6.4956=0.3597 kmol剩余氫含量為 101.0363-2.5×6.4954=84.7978 kmol表 5進(jìn)入醇烴化系統(tǒng)的混合氣組成組成H2CO+CO2N2CH

17、4xi（%）70.7300.30028.5000.4693ni (kmol)84.7978 0.3597 34.16960.5626mi (kg)170.9524 12.9492 957.43229.0185wi (%)14.8611.125783.2290.7840n5 總=ni=84.7978+0.3597+34.1696+0.5626=119.8897kmolm5 總 =mi =170.9524+12.9492+957.4322+9.0185=1150.3523kgxi=mi/n5 總wi=mi/m5 總核算：xi=99.999%100%mi =99.9997%100%6、醇烴化甲醇化后

18、混合氣中含CO+CO2 為 0.3%,已達(dá)到進(jìn)入醇烴化系統(tǒng)的含碳量要求。醇烴化系統(tǒng)是指將CO+CO2 轉(zhuǎn)化成醇烴物，使CO+CO2 的最終含量小于等于10ppm，以達(dá)到凈化精制原料氣的目的。醇烴化后的混合氣將送往合成系統(tǒng)。醇烴化的主要反應(yīng)方程式：（2n+1）H2+nCOC2H(2n+2)+nH 2O 2nH2O+ nCOC2H2n+nH2O 2nH2+ nCOCnH(2n+2) O+(n-1)H2O（3n+1）H2+ nCOCnH(2n+2) +2nH2O由于反應(yīng)中的 n 值難以確定，故近似按氫碳比為2：1 計(jì)算，反應(yīng)結(jié)束后， CO+CO2 的含量小于等于10ppm,近似為全脫計(jì)算，即全部碳參

19、與反應(yīng)。由表5 可知，參與反應(yīng)的碳為0.3597kmol 由氫碳比可計(jì)算得消耗的氫氣為0.4194kmol.所以反應(yīng)后混合氣中剩余氫氣為84.7978-0.7194=84.0784 kmol.又反應(yīng)生成的水經(jīng)冷卻分離后全部被分離，故混合氣中水的含量可忽略。表 6醇烴化后混合氣的組成組成H2N2CH4xi（%）70.767028.76000.4735ni(kmol)84.078434.16960.5626mi(kg)169.5021957.43229.0185wi(%)14.922084.28500.7939六、環(huán)境保護(hù)與安全措施化學(xué)工業(yè)是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要的支柱產(chǎn)業(yè)之一， 化工的發(fā)展關(guān)系到企業(yè)

20、和人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)， 而化工生產(chǎn)中的安全和環(huán)保又歷來(lái)在企業(yè)經(jīng)營(yíng)和政府領(lǐng)導(dǎo)者心中占據(jù) “第一要?jiǎng)?wù)” 的位置。隨著化工企業(yè)發(fā)展節(jié)奏的不斷加快、 市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈以及安全管理體制的調(diào)整等因素的影響，化工行業(yè)的安全隱患和壓力日益增大。就本設(shè)計(jì)而言， 相對(duì)于其他的精制工藝來(lái)說(shuō)， 醇烴化工藝更加的環(huán)保與安全：對(duì)于甲醇化工藝來(lái)說(shuō)， 醇烴化反應(yīng)中沒(méi)有甲醇化反應(yīng)中的劇毒物質(zhì)產(chǎn)生，在甲烷化反應(yīng)中，主要以鎳為催化劑，在 100150時(shí)，發(fā)生羰基反應(yīng)： Ni+4CO=Ni(CO) 4（劇毒氣體 )。在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行檢修及停車(chē)之前對(duì)甲烷化反應(yīng)進(jìn)行降溫， 需要進(jìn)入的溫度區(qū)， 將生成羰基鎳物質(zhì)，該物質(zhì)為神經(jīng)類(lèi)毒素蒸汽為人體有很強(qiáng)的毒害作用， 故而對(duì)檢修和開(kāi)停車(chē)的要求都比較高， 而醇烴化反應(yīng)則沒(méi)有鎳元素存在， 且催化劑中也沒(méi)有其他的貴重金屬，所以更加的環(huán)保且便宜；對(duì)于銅洗工藝來(lái)說(shuō)， 銅洗工藝的物料消耗大， 運(yùn)行費(fèi)用高， 凈