合成氨畢業(yè)論文

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　合成氨是重要的基礎(chǔ)化工產(chǎn)品之一，其產(chǎn)量位居各種化工產(chǎn)品的首位，同時也是消耗能源的大戶，合成氨的生產(chǎn)對國民生活至關(guān)重要，而在環(huán)境和資源問題日益嚴(yán)重的今天，更高效的合成氨生產(chǎn)以及符合資源節(jié)約型、環(huán)境友好型生產(chǎn)理念的要求，合成氨工業(yè)的改革顯得至關(guān)重要。 合成氨的現(xiàn)狀和未來發(fā)展趨勢主要圍繞合成氨設(shè)備、合成氨催化劑、合成氨工藝技術(shù)三方

2、面進行闡述，在合成氨設(shè)備方面，我國中小型合成氨裝置面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，中型合成氨裝置面臨技術(shù)改造，而小型裝置則面臨淘汰。國內(nèi)外合成氨設(shè)備的發(fā)展和新技術(shù)方面，通過對國內(nèi)冷管型合成塔和國外絕熱型合成塔的對比介紹，闡述了國內(nèi)外合成氨設(shè)備的不同及國外的先進之處，絕熱型合成塔具有簡單、可靠的特點，而且能夠消除“冷壁效應(yīng)”。目前國內(nèi)也積極開發(fā)這項技術(shù)，并且也有應(yīng)用。 催化劑是合成氨生產(chǎn)的重要原料，最基本的合成氨催化劑是鐵系催化劑，而國外開發(fā)的新型釕基催

3、化劑具有更高的催化活性，但釕是稀有貴金屬，全面推廣釕基催化劑還有一段路要走。 釕基催化劑及非鐵系催化劑是今后合成氨催化劑的主要研究方向，而通過介紹光催化合成氨、AB5型金屬氫化物室溫合成氨、電化學(xué)常壓合成氨、酶催化室溫合成氨四種新的技</p><p>　　第一章 合成氨裝置的發(fā)展</p><p>　　我國的氮肥工業(yè)自20 世紀(jì)50 年代以來，不斷發(fā)展壯大，目前合成氨產(chǎn)量已躍居世界第一位，目

4、前研發(fā)的設(shè)備可以將焦炭、無煙煤、焦?fàn)t氣、天然氣及油田伴生氣和液態(tài)烴多種原料生產(chǎn)合成氨，形成了特有的煤、石油、天然氣原料并存和大、中、小生產(chǎn)規(guī)模并存的生產(chǎn)格局。目前合成氨總生產(chǎn)能力約為4500萬t/a，合成氨工業(yè)已基本滿足了國內(nèi)需求，但要想進一步提高生產(chǎn)能力，還要對設(shè)備進行進一步技改和研發(fā)。 2.1 大型及中小型氮肥裝置現(xiàn)狀和未來發(fā)展趨勢 我國目前有大型合成氨裝置共計34 套，生產(chǎn)能力約為1000 萬t/ a ；其下游產(chǎn)品除生產(chǎn)硝酸磷肥之

5、外，均為尿素。按照原料類型分：以天然氣(油田氣) 為原料的17 套，以輕油為原料的6 套，以重油為原料的9 套，以煤為原料的2 套。其中大部分是從國外引進，20 世紀(jì)七八十年代引進的天然氣合成氨裝置均已對其進行了以“節(jié)能降耗”和“擴能增產(chǎn)”為目的的兩輪與國外裝置類似的技術(shù)改造，合成氨能耗由41.87 GJ/t 降至33.49 GJ/t ，生產(chǎn)能力提高了15～22 %；輕油型合成氨裝置也進行了類似的增產(chǎn)節(jié)能技改，將能耗降至37.2 GJ/

6、t ，生產(chǎn)能力提高了15 %左</p><p>　　第一節(jié) 氨合成塔的工藝</p><p>　　1.1.1 材料選用 </p><p>　　外筒溫度小于200℃，故其選材只需考慮機械強度、焊接性能和冷熱加工性即可。筒體：內(nèi)筒直接與介質(zhì)接觸，要求防腐蝕好、耐高壓、高溫，可選用0Cr18Ni9外部層板不與介質(zhì)接觸且要求強度高、韌性好，可選用15MnVR。上端蓋：

7、需要具有耐氫腐蝕的性能材料，且應(yīng)使平蓋厚度盡量減小些，選用強度較好的20MnMoNb即可，上端法蘭及下端的球形封頭須鍛造和沖壓，要求強度好、耐腐蝕的材料，可選用18MnMoNbR。換熱器的管板：換熱器、殼體、擋板、隔熱板等重要部件應(yīng)采用Cr18Ni9，而麻花鐵等輔助部件選用A3F（普通碳素結(jié)構(gòu)鋼）即可。觸媒筐及、花板、殼體、中心管、冷氣副線等均可采用Cr18Ni9。對于其他的一些輔助部件的材料選則見裝配圖的明細(xì)表。[4] </p&

8、gt;<p>　　1.1.2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)特點 </p><p>　　合成塔的內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同的塔型不同的結(jié)構(gòu)，概括來說主要有冷管型、冷激型、冷管冷激混合型；塔內(nèi)溫度的調(diào)節(jié)主要是靠冷管氣量、冷激氣量來調(diào)節(jié)。里面的測溫點的數(shù)量和布局也是結(jié)構(gòu)塔的大小和塔內(nèi)件的結(jié)構(gòu)形式而定，不只是12個測溫點，也有16個的，也有24個的，其布置原則是能夠真實反映塔內(nèi)的反應(yīng)情況，以便操作人員的操作調(diào)節(jié)。 特點：根據(jù)氣

9、體流動方向不同，氨合成塔分為軸向流型、徑向流型和軸徑向流型，各有所長。軸向流塔操作穩(wěn)定，催化劑裝量多；徑向流塔效率高，壓力降小，操作敏感性強，要求高效催化【5】。 </p><p>　　1.1.3 氨合成塔的壓力 </p><p>　　氨的合成，國內(nèi)的中、小廠已有成熟經(jīng)驗。在操作壓力等級上計有11、15、25、27、32MPa(A)等多種等級。但近年來，國際上氨的合成壓力，由于氨合成

10、觸媒性能的改進，均向低壓的方向發(fā)展，以簡化合成氣壓縮機及高壓設(shè)備的制造和降低投資。當(dāng)今世界上氨合成的發(fā)展趨勢為等壓合成，即氣化壓力要提高，合成壓力要降低，氣化壓力等于氨合成壓力。前面工段的水煤漿氣化壓力已限定為6.5MPa，要實現(xiàn)等壓合成，須使氨合成的壓力也為6.5MPa，由于合成觸媒和其它方面的原因，當(dāng)今世界上尚無6.5MPa下進行氨合成的先例,為此采用了11.0MPa下氨合成的技術(shù)方案。 選用11.0MPa的低壓合成工藝，可以借鑒我

11、國中原化肥廠和內(nèi)蒙古化肥廠的使用技術(shù)和生產(chǎn)經(jīng)驗，完全自力更生地進行工藝包的開發(fā)和工程設(shè)計。南京化學(xué)工業(yè)集團公司研究院又推出適合11.0MPa合成工藝的高活性的氨合成催化劑，使得11.0MPa低壓合成工藝的實現(xiàn)更加可靠、現(xiàn)實。由于合成壓力的相對降低，減少了合成回路中壓力容器設(shè)備和壓縮機等的制造難度，有利于國產(chǎn)化的實施</p><p>　　第二節(jié)氨合成塔的發(fā)展</p><p>　　1.2.1冷

12、管型合成塔 </p><p>　　國內(nèi)氮肥廠基本上都采用冷管型合成塔，主要型式有雙套管、三套管和單管并流等，20 世紀(jì)90 年代以來又開發(fā)了U 形管、單管折流、XF - ⅢJ 、22AHC 和雙層并聯(lián)扁平單管并流等 。 (1) 單管折流—內(nèi)冷絕熱型 單管折流式內(nèi)件是浙江工業(yè)大學(xué)開發(fā)的。由于該內(nèi)件取消了上絕熱層，床層由冷管層和下絕熱層構(gòu)成，故也稱內(nèi)冷絕熱型，其中冷管為單管折流，換熱器為螺旋板式。Φ1 000、Φ1

13、 200 內(nèi)件已改為軸徑向結(jié)構(gòu)，使用效果較好，技術(shù)也較為成熟。 (2) 絕熱、冷激、分流內(nèi)冷三軸一徑一ⅢJ-99型 國內(nèi)公司開發(fā)的ⅢJ- 99 型內(nèi)件是在XF-ⅢJ 內(nèi)件的基礎(chǔ)上改造而成的。床層由三軸一徑4段構(gòu)成，其中有3個絕熱層和1個冷管層，一、二絕熱層之間采用出冷管氣體進行冷激，下絕熱層為徑向結(jié)構(gòu)。該內(nèi)件在國內(nèi)中、小氮肥廠普遍使用，效果良好。安淳公司近年來又在Φ1400、Φ1600 合成塔中采取三軸二徑結(jié)構(gòu)，床層由上絕熱層-第二絕熱

14、層- 第三絕熱層- 冷管層- 下絕熱層組成，其中后面幾段為徑向結(jié)構(gòu)，采取冷激- 分流內(nèi)冷移熱。目前冷管型合成塔冷管層多為軸向結(jié)構(gòu)，大直徑塔冷管層也有改為徑向的。</p><p>　　1.2.2 絕熱型合成塔</p><p>　　絕熱型合成塔絕熱型合成塔絕熱型合成塔 絕熱型合成塔結(jié)構(gòu)比冷管型塔簡單、可靠，而且消除了“冷壁效應(yīng)”。國外氮肥裝置幾乎都采用這種塔型，近年來國內(nèi)也有不少中、小氮肥廠采

15、用了此種塔型，開發(fā)的單位也不少。絕熱型塔一般都采用多層結(jié)構(gòu)，按塔內(nèi)氣體流向可分為軸向、徑向、軸- 徑向復(fù)合和軸徑混流等，段間移熱方式有冷激、間冷和冷激- 間冷復(fù)合3 種，國內(nèi)均有使用 。 (1) 軸向塔 該類型塔根據(jù)換熱方式不同，又可分為4 種。</p><p><b>　　冷激式</b>

16、</p><p>　　我國大化肥引進的Kellogg 塔和國內(nèi)開發(fā)的YD塔都屬于4 段軸向冷激塔，層間3 次冷激。實踐證明，此種塔型具有結(jié)構(gòu)簡單、操作彈性大、易于控制、安裝檢修方便等優(yōu)點，但存在循環(huán)量大、氨凈值低、阻力降大的缺點。Kellogg 塔在我國大化肥中使用較廣，目前很多塔已被改造為Topsoe-200型或卡薩利(Casale) 軸徑向塔。</p><p>　　層間換熱(間冷) 式

17、 該塔層間設(shè)置列管式換熱器，一般用入塔氣移熱，床層分成3 段。國內(nèi)最早是清華大學(xué)進行過開發(fā)，目前在用的JR 型合成塔就屬于這種形式。 由于層間采取間接冷卻，無冷激造成氨濃度稀釋的弊病，氨凈值較高。但層間設(shè)置換熱器，結(jié)構(gòu)有所復(fù)雜，而且占據(jù)了一定的高壓空間，相應(yīng)減少了催化劑的裝量。</p><p>　　冷激- 間冷復(fù)合式 對于3 段床層的合成塔，由于上層氨濃度低、反應(yīng)激烈、放熱多、移熱量大，而下層則相反，因此采取先冷

18、激后層間冷卻移熱，能發(fā)揮2 種移熱方式的長處，理應(yīng)是最佳組合。國內(nèi)五環(huán)公司和浙江工業(yè)大學(xué)都開發(fā)過這種內(nèi)件，前者層間熱交與主交為串聯(lián)，后者為并聯(lián)2 種內(nèi)件都在生產(chǎn)中發(fā)揮了效益。</p><p>　　單層絕熱式—布朗合成塔 布朗合成塔為熱壁塔(外殼設(shè)計溫度為420℃) ，矮胖型，內(nèi)件為單層軸向催化劑床層，無熱交換器，在塔外設(shè)置高壓廢鍋換熱。該塔合成率高，結(jié)構(gòu)簡單，操作檢修方便，但對殼體材質(zhì)和制造要求較高。Braun

19、流程一般為3 座(或2 座) 塔與相應(yīng)的廢鍋組成合成圈。</p><p>　　(2) 徑向塔 由于流體的阻力與行程成正比而與通道截面積的平方成反比，而徑向塔大幅度縮短了行程、增加了通氣截面，因此氣體阻力可顯著降低，相應(yīng)可采用小顆粒催化劑。大化肥中引進的Topsoe - 100 型和S - 200型都是2 段徑向塔，只是前者為層間冷激，后者為層間冷卻。兩者阻力降都很小，間冷與冷激相比氨凈值更高。

20、 節(jié)能型Kellogg 臥式合成塔也屬于徑向合成塔，3 段徑向床層，層間采取間接換熱，其塔阻僅0. 13～0. 20MPa，工藝指標(biāo)較先進</p><p><b>　　(3) 軸徑向塔</b></p><p>　?、佥S向- 徑向復(fù)合塔 由于國內(nèi)中、小氮肥廠合成塔直徑較小，床層氣流均布設(shè)計難度較大。為了降低塔阻

21、，又要穩(wěn)定生產(chǎn)，往往采取了先軸后徑的軸徑向復(fù)合結(jié)構(gòu)。南化研究院開發(fā)的多層冷激- 間冷軸徑向(即NC 型) 合成塔就屬此例，在Φ1 000、Φ1 200 合成塔上用得比較成功。該內(nèi)件的特點是采用菱形冷激分布器和魚鱗筒式徑向流分布器。</p><p><b>　?、谳S徑向混流塔</b></p><p>　　瑞士Casale 公司開發(fā)了雙層軸徑向合成塔，層間采用了中間換熱的

22、形式。此種氨塔取消了傳統(tǒng)的徑向?qū)臃獍?，采用中心集氣管上端部分不開孔調(diào)節(jié)氣流的方法，使氣體在頂部處于軸徑向混合流動狀態(tài)，而在下部則仍處于純徑向流動狀態(tài)。由于采用上方軸徑向流動工藝，既簡化了原有徑向?qū)拥慕Y(jié)構(gòu)，又充分利用了催化劑的活性。此種結(jié)構(gòu)易于裝拆，對于多層結(jié)構(gòu)是十分有利的。該塔阻力低，小顆粒球形催化劑使其更適合于低壓合成系統(tǒng)[5]。</p><p>　　第三節(jié) 氨合成塔的比較</p><p&g

23、t;　　1.3.1卡薩利合成塔</p><p>　　氨合成塔為立式筒形容器，里面裝有卡薩利內(nèi)件。</p><p><b>　　塔高：14.7米</b></p><p><b>　　內(nèi)徑：2.3米</b></p><p>　　觸媒填裝量：38m3</p><p><b&g

24、t;　　設(shè)計條件：</b></p><p>　　設(shè)計壓力：15.9MPa</p><p><b>　　設(shè)計溫度：280℃</b></p><p>　　底部封頭和出口管口的設(shè)計溫度：450℃</p><p><b>　　1、結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　為了達到

25、最高的單程轉(zhuǎn)化率，并保持催化劑最低裝填量，卡薩利采用了熱力學(xué)效率最高的合成塔結(jié)構(gòu)，即三床兩中間換熱器結(jié)構(gòu)（換熱器分別放置在第一二床之間和第二三床之間）。</p><p>　　采用軸徑向分布，大部分氣體徑向的流過催化劑床，其余氣體軸向的通過頂層的催化劑，從而消除了催化劑床對頂封頭的需要。</p><p>　　在典型的徑向塔中，催化劑放在兩個同心壁之間，壁上適當(dāng)開孔，允許氣體進出。通常頂部和底

26、部用氣密性的風(fēng)頭密封起來。在理想情況下，這種安排可以提供床層內(nèi)規(guī)則的氣體流動，從而保證催化劑的最佳利用率。然而實際上，在操作期間，催化劑會下沉，在頂封頭下邊會形成一個空隙空間，為了避免氣體短路，催化床壁的頂部部分不開孔，這樣裝填在這里的催化劑就只起密封的作用，而并不能起催化作用。卡薩利移去了頂部封頭，允許一部分氣體軸向流進床層，通過對打孔壁開孔進行適當(dāng)設(shè)計，可以控制軸向流動的氣體量，這樣，原來作“密封”用的催化劑就在和徑向部分催化劑相同

27、的條件下，即相同的停留時間下起了催化作用。</p><p>　　為了防止催化劑移動，每個催化劑床頂部設(shè)保護網(wǎng)罩及導(dǎo)流片以保護催化劑不受氣體直接沖蝕。催化劑床放在兩個同心圓柱形打孔壁之間，打孔板帶有分布孔，其板制成橋形支撐扣在其上的絲網(wǎng)以盛放小顆粒催化劑（1.5~3mm），如下圖。為了節(jié)省塔內(nèi)空間，根據(jù)軸徑向流動模式，在塔中心附近形成一個圓柱形空間放置層間換熱器，以獲得較高換熱速率。</p><

28、p>　　2、卡薩利內(nèi)筒特點：</p><p>　?。?）塔內(nèi)催化劑床層由筒式內(nèi)壁與外壁組成，催化劑裝在兩筒壁之間，中間筒為中空。除內(nèi)筒壁頂部外，其余內(nèi)、外筒壁全鉆孔。</p><p>　?。?）催化劑床層間采用迷宮密封結(jié)構(gòu)，拆卸方便，可大大縮短催化劑裝卸時間。</p><p>　　（3）催化劑床層的筒壁替代了氣流分布器。</p><p>

29、;　?。?）內(nèi)件材料采用不銹鋼AISI 321， 1mm結(jié)構(gòu)及金屬絲網(wǎng)采用Inconel600，阻力降較小。</p><p>　　3、合成塔內(nèi)的氣體流程</p><p>　　大部分氣體由外殼底部進入合成塔，由內(nèi)外筒環(huán)隙向上流動冷卻殼體，在內(nèi)筒的頂部進入中央管，輸送到二床中間的層間換熱器管側(cè)，冷卻二床出口合成氣自身加熱后與旁路氣體混合后，流過一床層間換熱器管側(cè)冷卻一床出口合成氣自身加熱。在此

30、與另一股旁路氣體混合（一床溫度由此旁路控制）后進入一床向內(nèi)流動，而后出一床的合成氣被換熱器冷卻進入二床向內(nèi)流動，出口氣體流過層間換熱器殼側(cè)冷卻后向內(nèi)流動流過第三床。出第三床合成氣直接進入鍋爐。</p><p>　　1.3.2 Topsoe氨合成塔</p><p>　　為提高合成塔的生產(chǎn)能力， 降低造價，設(shè)計出一種稱為“ 熱壁 ” 型式的合成塔，已投入工業(yè)應(yīng)用。該合成塔耐壓殼體較薄，重量

31、較輕，制造費用較少，頂蓋直徑也較小。 </p><p>　　(1)投資費用較少 耐壓殼體較薄頂蓋較小底部結(jié)構(gòu)簡單內(nèi)件設(shè)計也很簡單。 </p><p>　　(2)容易運輸和安裝 內(nèi)件重量小，可以用標(biāo)準(zhǔn)集裝箱船運。</p><p>　　(3)流體分布均勻， 床層壓降小 </p><p>　　催化劑的裝填對合成塔能否發(fā)揮正常性能很重要。傳統(tǒng)的徑向流

32、合成塔裝填催化劑時都需要振打， 以確保催化劑均勻填滿整個床層。這種裝填方式較耗時， 且不容易裝填好， 易產(chǎn)生很多空穴， 使氣體出現(xiàn)偏流， 催化劑利用率低。Topsoe研究出了一種稱為“ 毛毛雨式裝填法”該法裝填迅速，所需時間為振打法的一半， 而裝填密度為振打法的102%-104%，且催化劑密度均勻。該法已在工業(yè)生產(chǎn)中取得了良好的效果。</p><p>　　1.3.3 凱洛格先進的合成氨工藝</p>

33、<p>　　補充氣和循環(huán)氣經(jīng)單缸合成氣壓縮機壓縮后通過進出物料換熱器進入有4個床層的徑向流KAAP合成塔。合成塔出來的氣體壓力約9MPa、氨含量為20%。通過產(chǎn)生高壓蒸汽回收熱量?；厥諢岷螅铣伤隽纤偷桨被厥展ば?， 冷凝得到氨不凝性氣體一小部分送到弛放氣回收系統(tǒng)回收氫和氮后再與其余大部分氣體匯合，組成循環(huán)氣。</p><p>　　KAAP合成塔是直立的有4個床層的內(nèi)冷型徑向流合成塔。由于操作壓力和溫度

34、較低， 可以采用“ 熱壁” 設(shè)計和輕質(zhì)鋼結(jié)構(gòu)。第一床層裝填鐵催化劑， 另3個床裝活性較高KAAP的催化劑。KAAP催化劑在低溫低壓條件下活性較高，雖然合成塔操作壓力較低，合成塔出口氨含量仍較高。KAAP系統(tǒng)的成功之處在于其獨特的催化劑，它由比表面積較大的石墨載體浸漬鍺組成， 該催化劑活性是鐵催化劑的10到20倍。</p><p><b>　　凱洛格新工藝優(yōu)點：</b></p>

35、<p><b>　　投資費用低 </b></p><p>　　燃燒式一段爐由熱交換型系統(tǒng)替代， 新系統(tǒng)所占空間小， 使用的鋼材少， 因此降低了投資費用，投資費用可節(jié)約10%。 </p><p><b>　　能耗低 </b></p><p>　　轉(zhuǎn)化出口氣中50%以上的熱量通過轉(zhuǎn)化原料天然氣加以回收，再加上合成回路

36、壓力較低，噸氨能耗僅為27.2GJ。 </p><p><b>　　對環(huán)境影響小 </b></p><p>　　與通常的燃燒蒸汽轉(zhuǎn)化爐排出的尾氣相比較，的排放量減少60%，且NOx和CO2的排放量也很少。</p><p><b>　　操作簡單 </b></p><p>　　系統(tǒng)沒有影響轉(zhuǎn)化過程的燒嘴

37、， 低壓KAAP回路僅使用一臺單缸壓縮機， 操作較簡單。 </p><p><b>　?。?）可靠性較高 </b></p><p>　　導(dǎo)致合成氨系統(tǒng)停車的故障中，一段爐和主壓縮機約占50%。因該系統(tǒng)沒有燃燒式一段爐，僅采用一臺單缸合成氣壓縮機以及低壓合成回路， 設(shè)備故障較少， 系統(tǒng)的可靠性較高。</p><p><b>　　第二章

38、合成氨工藝</b></p><p><b>　　第一節(jié) 崗位任務(wù)</b></p><p>　　將從合成壓縮機來的合格氫氮氣，在高溫、高壓下經(jīng)觸媒催化反應(yīng)生成氨，通過相應(yīng)設(shè)備冷卻、冷凝、分離出液氨，并將產(chǎn)品液氨送往氨庫，未反應(yīng)的氣體經(jīng)合成氣壓縮機循環(huán)段提壓后返回合成系統(tǒng)，其合成反應(yīng)熱用于副產(chǎn)2.8 MPa</p><p><b&

39、gt;　　蒸汽。</b></p><p>　　第二節(jié) 氨合成生產(chǎn)原理</p><p>　　液氨的汽化潛熱很大，液氨汽化，產(chǎn)生冷量；同時，中高壓氣體含有較高能量，通過膨脹機膨脹，帶壓氣體通過吹動轉(zhuǎn)子對外做功，使自身能量減小，溫度降低。閃蒸氣和氨罐弛放氣中的氨的冷凝溫度最高，易被液化；氫、甲烷、氮等氣體冷凝溫度較低，不容易被液化。當(dāng)溫度在-60～-70℃時，氨基本被液化分離，而冷凝

40、溫度較低的氫、甲烷、氮等氣體未被液化，仍呈氣態(tài)形式，通過氣液分離，分離出液氨，實現(xiàn)氨的回收。運轉(zhuǎn)過程中無需輸入額外動力，完全依靠弛放氣的靜壓能推動其中膨脹機組對外做功。</p><p>　　第三節(jié) 氨合成工藝流程及說明</p><p>　　由凈化變壓吸附送來的氫氣（2.0 MPa、40℃）及空分裝置送來的氮氣（2.5MPa、40℃），在進入氨合成壓縮機C001前并入同一管道（氫氮配比約2.

41、8～2.9）后，經(jīng)壓縮機壓縮與進入殼體的循環(huán)氣在機內(nèi)混合，壓力達到14.76 MPa后送到熱氣氣換熱器E003管間與從鍋爐給水預(yù)熱器E002來的管內(nèi)合成氣換熱后，溫度提到193℃進入合成塔R001，入塔氣分為四路。</p><p>　　第一路為入塔主線氣，從塔底進入經(jīng)催化劑筐與外筒的內(nèi)壁間隙及中心管依次進入第二、第一層間換熱器（管內(nèi)），與第二、第一催化劑床來的合成氣（管間）換熱后，溫度提到380℃入第一催化劑床進

42、行合成氨反應(yīng)。反應(yīng)后的氣體溫度為480℃進入第一層間換熱器（管間）與未反應(yīng)的入塔主線氣(管內(nèi))換熱。冷卻到385℃入第二床繼續(xù)反應(yīng)，出第二床反應(yīng)氣溫度為440℃，入第二層間換熱器(管間)仍與未反應(yīng)的入塔主線氣（管內(nèi))換熱，冷卻到355℃入第三床繼續(xù)反應(yīng)，出第三床氣體溫度為430℃，氨含量約18.57%，從合成塔底部出塔至廢熱鍋爐E001入口。</p><p>　　第二路為一床副線氣，該路氣體在第一催化劑床入口處與

43、入塔主線氣匯合用來調(diào)節(jié)控制第一催化劑床入口氣體溫度。</p><p>　　第三路為二床副線氣，該路氣體在第一催化劑層間換熱器（管內(nèi)）入口處與入塔主線氣匯合，用來調(diào)節(jié)控制第二催化劑床入口氣體溫度。</p><p>　　第四路為開車副線，供原始開車時催化劑升溫還原及正常開車催化劑升溫使用，以及非正常操作為合成塔維持塔溫使用。</p><p>　　出塔氣經(jīng)廢熱鍋爐E001

44、回收熱量后，約269～280℃的氣體進入鍋爐給水預(yù)熱器E002進一步回收熱量后，溫度降至220℃然后進熱氣氣換熱器E003（管內(nèi)）與入塔氣（管間）換熱，冷卻后溫度降至85℃又經(jīng)水冷器E004冷卻至40℃，進入冷氣氣換熱器E005（管內(nèi)）與高壓氨分離器V001來的冷氣（管間）換熱后溫度降至28℃，依次進入第一氨冷器E006、第二氨冷器E007，經(jīng)第二氨冷器冷卻后的氣液相混合物-10℃，進入高壓氨分離器V001，冷凝下來的液氨在分離器中被分

45、離，并從底部出口經(jīng)減壓閥減壓排至中壓氨分離器V002，而出高壓氨分離器V001的循環(huán)氣經(jīng)冷氣氣換熱器E005回收冷量后進入合成氣壓縮機循環(huán)段，重復(fù)上述循環(huán)。另設(shè)塔后吹除，調(diào)節(jié)系統(tǒng)內(nèi)氣體成分并且還可以供停車放空使用。</p><p>　　高壓氨分離器V001來的液氨經(jīng)減壓后（-10℃、2.1 MPa）進入中壓氨分離器V002，從其底部出來的液氨產(chǎn)品經(jīng)液氨換熱器E008回收冷量后（25℃、1.9 MPa）送往液氨球罐

46、儲存。</p><p>　　中壓氨分離器V002頂部出來的閃蒸氣減壓后送往無動力氨回收裝置進行回收。一氨冷E006、二氨冷E007所需液氨從冷凍裝置（氨壓縮機）提供，蒸發(fā)后的氣氨送冷凍裝置（氨壓縮機），形成閉路循環(huán)。</p><p>　　廢熱鍋爐所需鍋爐給水4.0 MPa由中壓除氧站提供，副產(chǎn)2.8 MPa中壓蒸汽送2.5 MPa中壓蒸汽管網(wǎng)。</p><p>&l

47、t;b>　　工藝流程圖</b></p><p>　　第三章 合成氨技術(shù)未來的發(fā)展趨勢</p><p>　　根據(jù)合成氨技術(shù)發(fā)展的情況分析，估計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”等方面進行技術(shù)的研究開發(fā)。 </p&g

48、t;<p>　　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。單系列合成氨裝置生產(chǎn)能力將從2 000 t/ d 提高至4000～5000 t/ d ；以天然氣為原料制氨噸氨能耗已經(jīng)接近了理論水平，今后難以有較大幅度的降低，但以油、煤為原料制氨，降低能耗還可以有所作為。 </p><p>　?、僭诤铣砂毖b置大型化的技術(shù)開發(fā)過程中，其焦點主要集中在關(guān)

49、鍵性的工序和設(shè)備，即合成氣制備、合成氣凈化、氨合成技術(shù)、合成氣壓縮機。 </p><p>　　合成氣制備。天然氣自熱轉(zhuǎn)化技術(shù)和非催化部分氧化技術(shù)將會在合成氣制備工藝的大型化方面發(fā)揮重要的作用。Topsoe 公司和Lurgi 公司均認(rèn)為ATR 技術(shù)是最適合大型化的合成氣制備技術(shù)，并推出了基于此的大型化制氨工藝技術(shù)。Texaco 、Shell和中國工程公司則研發(fā)非催化部分氧化技術(shù)，為合成氣制備工藝的大型化進行技術(shù)準(zhǔn)備

50、。 </p><p>　　合成氣凈化技術(shù)。以低溫甲醇洗、低溫液氮洗為代表的低溫凈化工藝，有可能在合成氣凈化大型化中得以應(yīng)用氨合成技術(shù)。以Uhde 公司的“雙壓法氨合成工藝”和Kellogg 公司的“基于釕基催化劑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。 </p><p>　　合成氣壓縮機。針對大型化的合成氣壓縮機正在開發(fā)之中，以適用于未來產(chǎn)量可能高達3000～5000

51、 t/ d 甚至更高的裝置。</p><p>　?、谠诘湍芎暮铣砂毖b置的技術(shù)開發(fā)過程中，其主要工藝技術(shù)將會進一步發(fā)展。 </p><p>　　合成氣制備工藝單元。預(yù)轉(zhuǎn)化技術(shù)、低水碳比轉(zhuǎn)化技術(shù)、換熱式轉(zhuǎn)化技術(shù)。 CO 變換工藝單元。等溫CO 變換技術(shù)(以Linde 公司的等溫變換塔ISR 為代表，催化床層內(nèi)裝U 型旁管或其他型式散熱設(shè)備，管內(nèi)走鍋爐給水，逆向流動；控制反應(yīng)床層溫度不超過250

52、 ℃，達到降低CO 之目的) ，低水氣比CO 變換技術(shù)。CO2脫除工藝單元。無毒、無害、吸收能力更強、再生熱耗更低的凈化技術(shù)。</p><p>　　氨合成工藝單元。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。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”。 </p><p>　　以“油改氣”和“油

53、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。 </p><p>　　全球原油供應(yīng)處于遞減模式，正處于總遞減曲線的中點，預(yù)計到2015 年原油將出現(xiàn)自然短缺，需用其他能源補充。石油時代將逐步轉(zhuǎn)入煤炭(氣體)時代，原油的加工產(chǎn)品輕油、渣油的價格也將隨之持續(xù)升高。目前以輕油和渣油為原料的制氨裝置在市場經(jīng)濟的條件下，已經(jīng)不具備生存的基礎(chǔ)，以“油改

54、氣”和“油改煤”為核心的原料結(jié)構(gòu)調(diào)整勢在必行；借氮肥裝置原料結(jié)構(gòu)的調(diào)整之機，及時調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，聯(lián)產(chǎn)氫氣及多種C1 化工產(chǎn)品亦是裝置改善經(jīng)濟性的有效途徑。 </p><p>　　潔凈煤氣化技術(shù)。以Texaco 水煤漿氣化和Shell 粉煤氣化為代表的潔凈煤技術(shù)、以及相應(yīng)的合成氣凈化技術(shù)，將在“油改煤”結(jié)構(gòu)調(diào)整中發(fā)揮重要的作用，并在大型化和低能耗方面將會取得重大的進展和實質(zhì)性的突破。 </p><

55、p>　　天然氣制合成氣技術(shù)。天然氣自熱轉(zhuǎn)化技術(shù)、非催化部分氧化技術(shù)，以及相應(yīng)的合成氣凈化技術(shù)，也將在“油改氣”結(jié)構(gòu)調(diào)整中發(fā)揮重要的作用，并在大型化和低能耗方面將會取得重大的進展和實質(zhì)性的突破。 </p><p>　　聯(lián)產(chǎn)和再加工技術(shù)。聯(lián)產(chǎn)氫氣和多種C1 化工產(chǎn)品及尿素的再加工技術(shù)亦將得到高度重視，并在與合成氨、尿素裝置的系統(tǒng)集成、能量優(yōu)化方面取得進展。 </p><p>　　實施與環(huán)

56、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。 </p><p>　　(4)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)、先進控制技術(shù)等將越來越受到重視[15]。</p><p>

57、<b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　合成氨是重要的化工產(chǎn)品，通過對合成氨設(shè)備、合成氨催化劑、合成氨新的生產(chǎn)工藝三方面的研究，大體了解了合成氨現(xiàn)階段國內(nèi)外的最新技術(shù)和國內(nèi)外技術(shù)發(fā)展的差距，而合成氨的未來發(fā)展趨勢的敘述為我國未來合成氨產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了方向。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p

58、>　　[1 ] 蔣德軍. 現(xiàn)代化工，[J ] .2002 ，22 (6) :39 – 48. </p><p>　　[2 ] 蔣德軍，合成氨工藝技術(shù)的未來發(fā)展趨勢 [J] 現(xiàn)代化工，2005.</p><p>　　[3 ] 劉增勝. 大型氨合成塔的發(fā)展動態(tài).化肥工業(yè)，1994 </p><p>　　[4 ] 湖北化工設(shè)計院主．氨合成塔[M]．北京：石油化工出

59、版社，1977</p><p>　　[5 ] 劉增勝，李芳玲，王岱玲 等. 大型氨合成塔的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].化肥工業(yè),2003,30（5）:6～8</p><p>　　[6] 王庭富. [J ] . 化工進展，2001 ，20 (8) ，6 – 8.</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　三

60、年的讀書生活在不久即將劃上一個句號，而對于我的人生卻只是一個逗號，我將面對又一次征程的開始。三年的求學(xué)生涯在師長、同學(xué)的大力支持下，走得辛苦卻也收獲滿囊，在論文即將付梓之際，把我的敬意和贊美獻給黃永茂老師。我不是您最出色的學(xué)生，而您卻是我最尊敬的老師。您治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，學(xué)識淵博，思想深邃，視野雄闊，為我營造了一種良好的精神氛圍。授人以魚不如授人以漁，置身其間，耳濡目染，潛移默化，使我不僅接受了全新的思想觀念，樹立了宏偉的學(xué)術(shù)目標(biāo)，領(lǐng)會了基本的

61、思考方式，從論文題目的選定到論文寫作的指導(dǎo)，經(jīng)由您悉心的點撥，再經(jīng)思考后的領(lǐng)悟，常常讓我有“山重水復(fù)疑無路，柳暗花明又一村”。還要感謝和我一同學(xué)習(xí)的幾位同學(xué)，是你們在我平時工作中和我一起探討問題，并指出我論文上的誤區(qū)，使我能及時的發(fā)現(xiàn)問題把論文順利的進行下去，沒有你們的幫助我不可能這樣順利地結(jié)稿，在此表示深深的謝意。同時也感謝學(xué)院為我提供良好的做畢業(yè)設(shè)計的環(huán)境。 最后再一次感謝所有在畢業(yè)設(shè)計中曾經(jīng)幫助過我的良師益友和同學(xué)，以及在設(shè)計中