「年產(chǎn)8萬噸合成氨合成工段設(shè)計-畢業(yè)設(shè)計70135」

年產(chǎn)8萬噸合成氨合成工段的設(shè)計設(shè)計說明書1總論氨是最為重要的基礎(chǔ)化工產(chǎn)品之一,其產(chǎn)量居各種化工產(chǎn)品的首位；同時也是能源消耗的大戶,世界上大約有10%的能源用于生產(chǎn)合成氨。氨主要用于農(nóng)業(yè),合成氨是氮肥工業(yè)的基礎(chǔ)，氨本身是重要的氮素肥料，其他氮素肥料也大多是先合成氨、再加工成尿素或各種銨鹽肥料,這部分約占70％的比例,稱之為“化肥氨”;同時氨也是重要的無機化學(xué)和有機化學(xué)工業(yè)基礎(chǔ)原料，用于生產(chǎn)銨、胺、染料、炸藥、制藥、合成纖維、合成樹脂的原料，這部分約占30%的比例,稱之為“工業(yè)氨”。世界合成氨技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了傳統(tǒng)型蒸汽轉(zhuǎn)化制氨工藝、低能耗制氨工藝、裝置單系列產(chǎn)量最大化三個階段。根據(jù)合成氨技術(shù)發(fā)展的情況分析,未來合成氨的基本生產(chǎn)原理將不會出現(xiàn)原則性的改變，其技術(shù)發(fā)展將會繼續(xù)緊密圍繞“降低生產(chǎn)成本、提高運行周期，改善經(jīng)濟性”的基本目標(biāo),進(jìn)一步集中在“大型化、低能耗、結(jié)構(gòu)調(diào)整、清潔生產(chǎn)、長周期運行”等方面進(jìn)行技術(shù)的研究開發(fā)［1］。（1）大型化、集成化、自動化,形成經(jīng)濟規(guī)模的生產(chǎn)中心、低能耗與環(huán)境更友好將是未來合成氨裝置的主流發(fā)展方向。以Uhde公司的“雙壓法氨合成工藝”和Kellogg公司的“基于釘基催化劑KAAP工藝”，將會在氨合成工藝的大型化方面發(fā)揮重要的作用。氨合成工藝單元主要以增加氨合成轉(zhuǎn)化率（提高氨凈值）,降低合成壓力、減小合成回路壓降、合理利用能量為主,開發(fā)氣體分布更加均勻、阻力更小、結(jié)構(gòu)更加合理的合成塔及其內(nèi)件;開發(fā)低壓、高活性合成催化劑，實現(xiàn)“等壓合成”。（2）以“油改氣”和“油改煤”為核心的原料結(jié)構(gòu)調(diào)整和以“多聯(lián)產(chǎn)和再加工”為核心的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整，是合成氨裝置“改善經(jīng)濟性、增強競爭力”的有效途徑。實施與環(huán)境友好的清潔生產(chǎn)是未來合成氨裝置的必然和惟一的選擇。生產(chǎn)過程中不生成或很少生成副產(chǎn)物、廢物,實現(xiàn)或接近“零排放”的清潔生產(chǎn)技術(shù)將日趨成熟和不斷完善。提高生產(chǎn)運轉(zhuǎn)的可靠性,延長運行周期是未來合成氨裝置“改善經(jīng)濟性、增強競爭力”的必要保證。有利于“提高裝置生產(chǎn)運轉(zhuǎn)率、延長運行周期”的技術(shù)，包括工藝優(yōu)化技術(shù)、先進(jìn)控制技術(shù)等將越來越受到重視。設(shè)計任務(wù)的依據(jù)設(shè)計任務(wù)書是項目設(shè)計的目的和依據(jù):產(chǎn)量：80kt/a液氨放空氣（惰性氣Ar+CH4）：17%原料:新鮮補充氣N224%,.74.5%,Ar0.3%,CH41.2%合成塔進(jìn)出口氨濃度：2.5%,13.2%放空氣：（惰性氣Ar+CH4）?17%合成塔操作壓力32MPa（絕壓）精練氣溫度40℃水冷器出口氣體溫度35℃循環(huán)機進(jìn)出口壓差1.47MPa年工作日310d計算基準(zhǔn)生產(chǎn)1t氨概述設(shè)計題目:年產(chǎn)8萬噸合成氨合成工段設(shè)計設(shè)計具體內(nèi)容范圍及設(shè)計階段本次設(shè)計的內(nèi)容為合成氨合成工段的設(shè)計，具體包括以下幾個設(shè)計階段:進(jìn)行方案設(shè)計，確定生產(chǎn)方法和生產(chǎn)工藝流程。進(jìn)行化工計算，包括物料衡算、能量衡算以及設(shè)備選型和計算。繪制帶控制點的工藝流程圖（PID）。進(jìn)行車間布置設(shè)計,并繪制設(shè)備平立面布置圖。進(jìn)行管路配置設(shè)計,并繪制管路布置圖。撰寫設(shè)計說明書。設(shè)計的產(chǎn)品的性能、用途及市場需要氨的物化性能合成氨的化學(xué)名稱為氨,氮含量為82.3%。氨是一種無色具有強烈刺激性、催淚性和特殊臭氣的無色氣體，比空氣輕,相對密度0.596,熔點-77．7℃；沸點-33.4℃。標(biāo)準(zhǔn)狀況下，1米3氣氨重0．771公斤;1米3液氨重638.6公斤。極易溶于水，常溫（20℃）常壓下，一個體積的水能溶解600個體積的氨;標(biāo)準(zhǔn)狀況下,一個體積水能溶解1300個體積的氨氨的水溶液稱為氨水，呈強堿性。因此，用水噴淋處理跑氨事故，能收到較好的效果［2］。氨與酸或酸酐可以直接作用,生成各種銨鹽；氨與二氧化碳作用可生成氨基甲銨，脫水成尿素;在鉑催化劑存在的條件下,氨與氧作用生成一氧化氮,一氧化氮繼續(xù)氧化并與水作用，便能得到硝酸。氨在高溫下（800℃以上）分解成氮和氫；氨具有易燃易爆和有毒的性質(zhì)。氨的自燃點為630℃,氨在氧中易燃燒,燃燒時生成藍(lán)色火焰。氨與空氣或氧按一定比例混合后，遇明火能引起爆炸。常溫下氨在空氣中的爆炸范圍為15.5?28%,在氧氣中為13.5~82%。液氨或干燥的氣氨,對大部分物質(zhì)沒有腐蝕性,但在有水的條件下，對銅、銀、鋅等有腐蝕作用［3］。(2)氨的用途氨是基本化工產(chǎn)品之一，用途很廣。化肥是農(nóng)業(yè)的主要肥料,而其中的氮肥又是農(nóng)業(yè)上應(yīng)用最廣泛的一種化學(xué)肥料,其生產(chǎn)規(guī)模、技術(shù)裝備水平、產(chǎn)品數(shù)量,都居于化肥工業(yè)之首，在國民經(jīng)濟中占有極其重要的地位。各種氮肥生產(chǎn)是以合成氨為主要原料的,因此,合成氨工業(yè)的發(fā)展標(biāo)志著氮肥工業(yè)的水平。以氨為主要原料可以制造尿素、硝酸銨、碳酸氫銨、硫酸銨、氯化銨等氮素肥料。還可以將氨加工制成各種含氮復(fù)合肥料。此外，液氨本身就是一種高效氮素肥料,可以直接施用,一些國家已大量使用液氨?？梢?，合成氨工業(yè)是氮肥工業(yè)的基礎(chǔ),對農(nóng)業(yè)增產(chǎn)起著重要的作用。氨也是重要的工業(yè)原料，廣泛用于制藥、煉油、純堿、合成纖維、合成樹脂、含氮無機鹽等工業(yè)部門。將氨氧化可以制成硝酸,而硝酸又是生產(chǎn)炸藥、染料等產(chǎn)品的重要原料?，F(xiàn)代國防工業(yè)和尖端技術(shù)也都與氨合成工業(yè)有密切關(guān)系,如生產(chǎn)火箭的推進(jìn)劑和氧化劑,同樣也離不開氨。此外，氨還是常用的冷凍劑。合成氨工業(yè)的迅速發(fā)展，也促進(jìn)和帶動了許多科學(xué)技術(shù)部門的發(fā)展,如高壓技術(shù)、低溫技術(shù)、催化技術(shù)、特殊金屬材料、固體燃料氣化、烴類燃料的合理利用等。同時，尿素和甲醇的合成、石油加氫、高壓聚合等工業(yè)，也是在合成氨工業(yè)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。所以合成氨工業(yè)在國民經(jīng)濟中占有十分重要的地位,氨及氨加工工業(yè)已成為現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的一個重要部［4］。(3)市場需要據(jù)資料統(tǒng)計：1997年世界合成氨年產(chǎn)量達(dá)103.9Mt。預(yù)計2000年產(chǎn)量將達(dá)111.8Mt。其化肥用氨分別占氨產(chǎn)量的81.7%和82.6%。我國1996年合成氨產(chǎn)量已達(dá)30.64Mt,專家預(yù)測2000年將達(dá)36Mt,2020年將增加至45Mt。即今后20年間將增加到現(xiàn)在的1.5倍。因而合成氨的持續(xù)健康發(fā)展還有相當(dāng)長的路要走。未來我國合成氨氮肥的實物產(chǎn)量將會超過石油和鋼鐵。合成氨工業(yè)在國民經(jīng)濟中舉足輕重。農(nóng)業(yè)生產(chǎn),“有收無收在于水,收多收少在于肥”。所以,合成氨工業(yè)是農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)。它的發(fā)展將對國民經(jīng)濟的發(fā)展產(chǎn)生重大影響。因此,我國現(xiàn)有眾多的化肥生產(chǎn)裝置應(yīng)成為改造擴建增產(chǎn)的基礎(chǔ)。我國七十至九十年代先后重復(fù)引進(jìn)30多套大化肥裝置,耗費巨額資金,在提高了化肥生產(chǎn)技術(shù)水平的同時,也受到國外的制約。今后應(yīng)利用國內(nèi)開發(fā)和消化吸收引進(jìn)的工藝技術(shù),自力更生，立足國內(nèi),走出一條具有中國特色的社會主義民族工業(yè)的發(fā)展道路。過去引進(jìn)建設(shè)一套大型化肥裝置,耗資數(shù)十億元。當(dāng)今走老廠改造擴建的道路,可使投資節(jié)省1/2—2/3。節(jié)省的巨額資金用作農(nóng)田水利建設(shè)和農(nóng)產(chǎn)品深加工,將在加速農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展,提高農(nóng)民生活水平,縮小城鄉(xiāng)差距起著重要用。簡述產(chǎn)品的幾種生產(chǎn)方法及特點氨的合成是合成氨生產(chǎn)的最后一道工序，其任務(wù)是將經(jīng)過精制的氫氮混合氣在催化劑的作用下多快好省地合成為氨。對于合成系統(tǒng)來說，液體氨即是它的產(chǎn)品。工業(yè)上合成氨的各種工藝流程一般以壓力的高低來分類M。(1)高壓法操作壓力70?100Mp2,溫度為550?650℃。這種方法的主要優(yōu)點是氨合成效率高,混合氣中的氨易被分離。故流程、設(shè)備都比較緊湊。但因為合成效率高，放出的熱量多,催化劑溫度高,易過熱而失去活性，所以催化劑的使用壽命較短。又因為是高溫高壓操作,對設(shè)備制造、材質(zhì)要求都較高，投資費用大。目前工業(yè)上很少采用此法生產(chǎn)。(2)中壓法操作壓力為20?60MPa,溫度450~550℃,其優(yōu)缺點介于高壓法與低壓法之間，目前此法技術(shù)比較成熟，經(jīng)濟性比較好。因為合成壓力的確定,不外乎從設(shè)備投資和壓縮功耗這兩方面來考慮。從動力消耗看，合成系統(tǒng)的功耗占全廠總功耗的比重最大。但功耗決不但取決于壓力一項,還要看其它工藝指標(biāo)和流程的布置情況?？偟膩砜矗?5?30Pa的范圍內(nèi)，功耗的差別是不大的，因此世界上采用此法的很多。因此本次設(shè)計選用32MPa壓力的合成氨流程。(3)低壓法操作壓力10MPa左右，溫度400?450℃。由于操作壓力和溫度都比較低，故對設(shè)備要求低，容易管理,且催化劑的活性較高,這是此法的優(yōu)點。但此法所用催化劑對毒物很敏感，易中毒,使用壽命短,因此對原料氣的精制純度要求嚴(yán)格。又因操作壓力低，氨的合成效率低,分離較困難，流程復(fù)雜。實際工業(yè)生產(chǎn)上此法已不采用了。產(chǎn)品方案產(chǎn)品的名稱:氨(NH3);產(chǎn)品的質(zhì)量規(guī)格：液體純氨;產(chǎn)品的規(guī)模：80kt/a液氨；產(chǎn)品的包裝方式:氨為高壓低溫液體,合成后直接送到下一工段作為原料繼續(xù)生產(chǎn),多余部分設(shè)立氨儲槽儲存起來。設(shè)計產(chǎn)品所需的主要原料規(guī)格、來源主要原料來源生產(chǎn)合成氨,首先必須制備氫、氮原料氣。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。主要原料規(guī)格合成塔進(jìn)口氣體組成合成塔進(jìn)口氣體組成包括氫氮比、惰性氣體含量與初始氨含量。當(dāng)氫氫比為3時,對于氨合成反應(yīng),可得最大平衡氨含量，但從動力學(xué)角度分析，最適宜氫氨比隨氨含量的不同而變化。如果略去氫及氨在液氨中溶解損失的少量差異,氨合成反應(yīng)氫與氮總是按3：1消耗，新鮮氣氫氮比應(yīng)控制為3,否則循環(huán)系統(tǒng)中多余的氫或氮就會積累起來，造成循環(huán)氣中氫氮比的失調(diào)。惰性氣體(CH4、Ar)來源于新鮮原料氣，它們不參與反應(yīng)因而在系統(tǒng)中積累。惰性氣體的存在,無論從化學(xué)平衡還是動力學(xué)上考慮均屬有弊。但是,維持過低的惰氣含量又需大量排放循環(huán)氣導(dǎo)致原料氣消耗量增加。如果循環(huán)氣中惰性氣體含量一定,新鮮氣中惰性氣體含量增加,根據(jù)物料平衡關(guān)系,新鮮氣消耗隨之增大。因此，循環(huán)氣中惰性氣體含量應(yīng)根據(jù)新鮮氣惰性氣體含量、操作壓力、催化劑活性等條件而定。由于原料氣制備與凈化方法不同，新鮮氣中惰性氣體含量也各個相同，循環(huán)氣中所控制的惰性氣體含量也有差異。當(dāng)其它條件一定時,進(jìn)塔氣體中氨含量越高，氨凈值越小,生產(chǎn)能力越低。初始氨含量的高低取決于氨分離的方法。對于冷凍法分離氨,初始氨含量與冷凝溫度和系統(tǒng)壓力有關(guān)。為過分降低冷凝溫度而過多地增加氨冷負(fù)荷在經(jīng)濟上也并不可取。操作壓力300atm時，一般進(jìn)塔氨含量控制在3.