畢業(yè)設(shè)計(jì)---年產(chǎn)13萬(wàn)噸合成氨項(xiàng)目變換工段工藝設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　設(shè)計(jì)題目：年產(chǎn)13萬(wàn)噸合成氨項(xiàng)目變換工段工藝設(shè)計(jì)（CO進(jìn)口27.4%）</p><p>　　學(xué) 院： 化學(xué)與化工學(xué) </p><p>　　專(zhuān) 業(yè)： 化學(xué)工程與工藝</p><p><b>　　摘要</b><

2、;/p><p>　　氨是無(wú)機(jī)化工業(yè)的重要原料，合成氨工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)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(gè)非常重要的部分。</p><p>　　本設(shè)計(jì)是以煤為原料年產(chǎn)十三萬(wàn)噸合成氨工藝設(shè)計(jì)，主要闡述了國(guó)內(nèi)外合成氨工業(yè)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)以及工藝流程、參數(shù)的確定和選擇，論述了建廠的選址；介紹了氨變換工序的各種流程并確定本設(shè)計(jì)全低變的流程。工藝計(jì)算部分主要包括轉(zhuǎn)化段和變換段的物料衡

3、算、熱量衡算、平衡溫距及空速計(jì)算。設(shè)備計(jì)算部分主要是高變爐催化劑用量的具體計(jì)算，并根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)做了轉(zhuǎn)化和變換工序帶控制點(diǎn)的工藝流程圖。</p><p>　　關(guān)鍵詞：合成氨、變換工序、全低變 </p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Ammonia is an important raw materi

4、al of inorganic chemical industry, synthetic ammonia industry occupies a very important position in the national economy, ammonia and ammonia processing industry has become a very important part of the modern chemical in

5、dustry.</p><p>　　The design is based on coal as raw material with an annual output of one hundred and thirty thousand tons of synthetic ammonia process design,Mainly describes the identification and selectio

6、n of current situation and development trend of synthetic ammonia industry at home and abroad, and process parameters, discusses the construction site；introduces the process of ammonia transformation process and to deter

7、mine the design of all low temperature shift process. Process calculation of material bala</p><p>　　Key words:Synthetic ammonia, commutation process, the low-temperature shift process</p><p><

8、;b>　　第一章 總論</b></p><p><b>　　1.1 設(shè)計(jì)項(xiàng)目</b></p><p>　　年產(chǎn)13萬(wàn)噸合成氨項(xiàng)目變換工段工藝設(shè)計(jì)（CO進(jìn)口27.4%）</p><p><b>　　1.2 產(chǎn)品介紹</b></p><p>　　1.2.1 氨的物化性質(zhì)</

9、p><p>　　氨（英語(yǔ)：Ammonia，或稱(chēng)氨氣、阿摩尼亞或無(wú)水氨，分子式為NH3）是一種無(wú)色氣體，有強(qiáng)烈的刺激氣味。極易溶于水，常溫常壓下1體積水可溶解700倍體積氨。</p><p>　　液氨為無(wú)色液體，25℃時(shí)其密度為0.6028kg/l，標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下沸點(diǎn)為-33.4℃，</p><p>　　它是一種有腐蝕性、有毒的物質(zhì)；極易揮發(fā)成氣氨，具有強(qiáng)烈的刺激性，對(duì)人體

10、能引起腐蝕和窒息作用，與空氣混合濃度達(dá)到15%～17%范圍時(shí)，形成爆炸混合氣體。介于液氨的以上性質(zhì)，儲(chǔ)存時(shí)要用專(zhuān)門(mén)的液氨儲(chǔ)罐，用液氨槽車(chē)裝運(yùn)或液氨瓶充裝。</p><p>　　1.2.2 產(chǎn)品氨的規(guī)格</p><p>　　產(chǎn)品為液氨，其中氨含量為99.8% ，殘留物含量為0.2%。</p><p>　　表1.1合成氨指標(biāo)示意表</p><p&g

11、t;　　1.2.3 原料的來(lái)源及規(guī)格</p><p>　　生產(chǎn)合成氨的主要原料有天然氣、石腦油、重質(zhì)油和煤（或焦炭）等。各個(gè)合成氨廠原料的選擇受多方面因素制約，尤其是廠區(qū)附近資源分布情況。鑒于我國(guó)能源結(jié)構(gòu)、儲(chǔ)量、供應(yīng)和消耗情況，加之廠所處位置西北地區(qū)煤礦豐富，所以本合成氨廠選用煤為原料，采用寧夏寧東地區(qū)煤炭為原料。</p><p>　　1.2.4 氨的用途</p><

12、;p>　　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，用量約占世界產(chǎn)量的12％。同時(shí)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。</p><p>　　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(guó)民經(jīng)濟(jì)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

13、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(guó)家已大量使用液氨?？梢?jiàn)，合成氨工業(yè)是氮肥工業(yè)的基礎(chǔ)，對(duì)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)起著重要的作用。</p><p>　　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(shù)脂、含氮無(wú)機(jī)鹽等工業(yè)部門(mén)。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

14、的重要原料?，F(xiàn)代國(guó)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(kāi)氨。此外，氨還是常用的冷凍劑。</p><p>　　合成氨工業(yè)的快速發(fā)展，也促進(jìn)和帶動(dòng)了許多科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，催化技術(shù)、特殊金屬材料、固體燃料氣化、烴類(lèi)燃料的合理利用等。同時(shí)，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)展出來(lái)的。所以合成氨工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有十分重要的地位，氨及氨加工工業(yè)

15、已成為現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的一個(gè)非常重要的部分。</p><p>　　1.3設(shè)計(jì)項(xiàng)目的必要性</p><p>　　1.3.1 合成氨工業(yè)發(fā)展概況</p><p>　　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(gè)階段。根據(jù)合成氨技術(shù)發(fā)展的情況分析，未來(lái)合成氨的基本生產(chǎn)原理將不會(huì)出現(xiàn)原則性的改變，其技術(shù)發(fā)展將會(huì)繼續(xù)緊密?chē)@“降低

16、生產(chǎn)成本、提高運(yùn)行周期，改善經(jīng)濟(jì)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(zhǎng)周期運(yùn)行”等方面進(jìn)行技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)。</p><p>　　(1)大型化、集成化、自動(dòng)化，形成經(jīng)濟(jì)規(guī)模的生產(chǎn)中心、低能耗與環(huán)境更友好將是未來(lái)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“基于釕基催化劑KAAP工藝”，將會(huì)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

17、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(kāi)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(kāi)發(fā)低壓、高活性合成催化劑，實(shí)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(jì)性、增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力”的有效途徑。</p><p>　　實(shí)施與環(huán)境友好的清潔生產(chǎn)是未來(lái)合成氨裝置的必然和惟一的選擇

18、。生產(chǎn)過(guò)程中不生成或很少生成副產(chǎn)物、廢物實(shí)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>　　提高生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性，延長(zhǎng)運(yùn)行周期是未來(lái)合成氨裝置“改善經(jīng)濟(jì)性、增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力”的必要保證。有利于“提高裝置生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)率、延長(zhǎng)運(yùn)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(lái)越受到重視。</p><p>　　1.3.2 我國(guó)合成氨技術(shù)的基本狀況</p>&

19、lt;p>　　目前合成氨總生產(chǎn)能力為4500萬(wàn)噸/年壽右，氮肥工業(yè)已基本滿足了國(guó)內(nèi)需求，在與國(guó)際接軌后，具各與國(guó)際合成氨產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)的能力，今后發(fā)展重點(diǎn)是調(diào)整原料和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步改善經(jīng)濟(jì)性。</p><p>　　(一)大型氮肥裝置。我國(guó)目前有大型合成氨裝置共計(jì)34套，生產(chǎn)能力約1000萬(wàn)噸/年，其中。游產(chǎn)品除l套裝置生產(chǎn)硝艘磷肥之外，均為尿素。按照原料類(lèi)型分，以天然氣為原料的17套，以輕油為原料的6套，以重油

20、為原料的9套，以煤為原料的2套。</p><p>　　(二)中、小型氮肥裝置。我國(guó)目前有中型合成氨裝置55套，生產(chǎn)能力約為500萬(wàn)噸/年，其中，副產(chǎn)品主要是尿素和硝酸銨，其中以煤、焦為原料的裝置有34套，以渣油為原料的裝置有9套，以氣為原料的裝置育12套，目前有小型合成氨裝置700多套，生產(chǎn)能力約為3000萬(wàn)噸/年，其下游產(chǎn)品原來(lái)主要足碳酸氫銨，現(xiàn)有112套經(jīng)過(guò)改造生產(chǎn)尿素，原料以煤，焦為主，其中以煤，焦為原料的

21、占96%，以氣為原料的僅占4%。</p><p>　　(三)合成氨技術(shù)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。</p><p>　　a.大型化、集成化、自動(dòng)化。形成經(jīng)濟(jì)規(guī)模的生產(chǎn)中心，低能耗與環(huán)境更友好將是未來(lái)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2000T/D提高至4000～5000T/D，以天燃?xì)鉃樵现瓢眹嵃蹦芎囊呀?jīng)接近一理論水平。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

22、以有所作為。</p><p>　　b.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(jì)性”，增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力的有效途徑，全球原油供應(yīng)處于減遞模式，正處于總遞減曲線的中點(diǎn)，預(yù)計(jì)到2010的原油將出現(xiàn)自然短缺，需用其他能源補(bǔ)充。</p><p>　　c.實(shí)施與環(huán)境友好的清潔牛產(chǎn)是未來(lái)合成氨裝置的必然和惟·的選擇。生產(chǎn)過(guò)程中不牛成

23、或很少生成副產(chǎn)物，廢物，實(shí)現(xiàn)或接近“零排放”的清潔生產(chǎn)技術(shù)將日趨生成熟和不斷完善。</p><p>　　d.提高生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性，延長(zhǎng)運(yùn)行周期是末來(lái)合成氨裝置“改善經(jīng)濟(jì)性，增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力”的必要保證。有利于“提高裝置牛產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)率，延長(zhǎng)運(yùn)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(lái)越受到重視。</p><p>　　1.3.3 合成氨在我國(guó)市場(chǎng)情況及發(fā)展前景</p><

24、p>　　據(jù)資料統(tǒng)計(jì):1997 年世界合成氨年產(chǎn)量達(dá)103.9Mt。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(guó)1996年合成氨產(chǎn)量已達(dá)30.64Mt，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(zhǎng)的路要走。未來(lái)我國(guó)合成氨氮肥的實(shí)物產(chǎn)量將會(huì)超過(guò)石油和鋼鐵。合成氨工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中舉足輕重。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，“有收無(wú)收在于水

25、，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(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展產(chǎn)生重大影響。因此，我國(guó)現(xiàn)有眾多的化肥生產(chǎn)裝置應(yīng)成為改造擴(kuò)建增產(chǎn)的基礎(chǔ)。我國(guó)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(fèi)巨額資金，在提高了化肥生產(chǎn)技術(shù)水平的同時(shí)，也受到國(guó)外的制約。今后應(yīng)利用國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)和消化吸收引進(jìn)的工藝技術(shù)，自力更生，立足國(guó)內(nèi)，走出一條具有中國(guó)特色的社會(huì)主義民族工業(yè)的發(fā)展道路。過(guò)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(kuò)建

26、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(jì)發(fā)展，提高農(nóng)民生活水平，縮小城鄉(xiāng)差</p><p><b>　　1.4 廠址選擇</b></p><p>　　廠址：寧夏寧東煤化工基地</p><p>　　寧東能源化工基地位于陜、甘、寧、蒙毗鄰地區(qū)，西與自治區(qū)首府銀川市隔黃河相望（相距約43k

27、m），東與開(kāi)發(fā)中的陜北能源重化工基地毗鄰。地理坐標(biāo)：東經(jīng)106°21′39″～106°56′34″，北緯37°04′48″～38°17′41″。東以鴛鴦湖、馬家灘、萌城礦區(qū)的邊界為限；西接白芨灘東界，延伸到積家井、韋州礦區(qū)西界；南至韋州礦區(qū)和萌城礦區(qū)的最南端延省界的連接線；北鄰內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂托克前旗。范圍涉及興慶區(qū)、靈武市、鹽池縣、同心縣、紅寺堡開(kāi)發(fā)區(qū)等5個(gè)市縣（區(qū)）。</p>&l

28、t;p>　　將廠區(qū)設(shè)置在這里還有如下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：</p><p><b>　　a.煤炭資源優(yōu)勢(shì)</b></p><p>　　寧東煤田已探明儲(chǔ)量270多億噸，居全國(guó)第六位，占全區(qū)已探明儲(chǔ)量的87%，煤田地質(zhì)條件好，開(kāi)采條件佳，采掘成本低，且煤質(zhì)優(yōu)，是優(yōu)良的動(dòng)力和氣化用煤。</p><p><b>　　b.水資源優(yōu)勢(shì)</b>

29、;</p><p>　　基地位于黃河?xùn)|畔，中心區(qū)距黃河僅35公里左右，2003年底開(kāi)工建設(shè)的寧東供水工程，預(yù)計(jì)2005年5月建成通水，總供水量為15970萬(wàn)立方米，能為基地提供充足的水源保障。</p><p><b>　　c.交通優(yōu)勢(shì)</b></p><p>　　四通八達(dá)的道路交通是基地的一大突出優(yōu)勢(shì)，銀川-青島高速公路及307國(guó)道橫貫基地；大

30、古鐵路連接包蘭、寶中鐵路與京包、隴海線連通可輻射全國(guó)，已建設(shè)完成的‘太原-中衛(wèi)-銀川’鐵路又形成一條橫穿基地的外運(yùn)大通道；銀川河?xùn)|機(jī)場(chǎng)距基地中心區(qū)僅30公里，每日航班達(dá)50余次，通往北京、上海、廣州、西安、太原、濟(jì)南、青島、蘭州等重要城市。</p><p><b>　　d.土地資源優(yōu)勢(shì)</b></p><p>　　基地處于荒山丘陵地帶，地形平緩，地勢(shì)開(kāi)闊，有成片的發(fā)展

31、用地，為工業(yè)建設(shè)提供了廣闊的土地資源。</p><p><b>　　e.區(qū)位優(yōu)勢(shì)</b></p><p>　　基地位于陜、甘、寧、蒙毗鄰地區(qū)，西與自治區(qū)首府銀川市隔黃河相望，東與開(kāi)發(fā)中的陜北能源重化工基地毗鄰，易形成產(chǎn)業(yè)互補(bǔ)，資源共享，其生產(chǎn)、生活條件俱佳。</p><p><b>　　f.電力優(yōu)勢(shì)</b></p&g

32、t;<p>　　寧夏目前無(wú)拉閘限電之虞，2004年寧夏電網(wǎng)統(tǒng)調(diào)裝機(jī)容量達(dá)到366萬(wàn)千瓦，而且基地規(guī)劃建設(shè)的八大電廠將形成千萬(wàn)千瓦級(jí)的火電基地，這些都將為基地提供充足的電力供應(yīng)。</p><p>　　氣候特點(diǎn)：寧東能源化工基地地處大陸腹地，遠(yuǎn)離海洋，屬中溫帶大陸性干旱氣候區(qū)，其特點(diǎn)表現(xiàn)為冬長(zhǎng)夏短，降水量小，春秋多風(fēng)沙，蒸發(fā)量大，日照時(shí)數(shù)長(zhǎng)。</p><p><b>　

33、　要?dú)庀筚Y料如下：</b></p><p>　　年平均氣溫 8.8℃</p><p>　　極端最高氣溫 41.4℃</p><p>　　極端最低氣溫 -28.0℃</p><p>　　年平均相對(duì)濕度

34、 57%</p><p>　　年平均降水量 203.4mm</p><p>　　一日最大降水量 95.4mm</p><p>　　年最低蒸發(fā)量 911.9mm</p><p>　　年平均蒸發(fā)量

35、 1774.4mm</p><p>　　年平均大氣壓 89.0kPa</p><p>　　最大積雪深度 130mm</p><p>　　多年最大凍土深度 1090mm</p><p>　　年平均風(fēng)速

36、 2.6m/s</p><p>　　最大風(fēng)速 18m/s</p><p>　　冬季主導(dǎo)風(fēng)向 N</p><p>　　夏季主導(dǎo)風(fēng)向 ES</p><p>　　全年最小頻率風(fēng)向 E

37、N</p><p>　　平均雷暴日數(shù) 15.8d</p><p>　　最多雷暴日數(shù) 30d</p><p>　　平均沙塵暴日數(shù) 6.8d</p><p>　　最多沙塵暴日數(shù) 50d</p>

38、<p>　　1.5 合成氨廠工藝路線選擇</p><p>　　1.5.1 煤氣化爐的選擇</p><p>　　以煤為原料生產(chǎn)合成氨工藝中，煤氣化所消耗的能源約占合成氨全部能耗的70％ ，因此應(yīng)擇優(yōu)選擇適合企業(yè)情況及當(dāng)?shù)孛涸辞闆r的煤氣化工藝。</p><p>　　煤氣化是以煤或煤焦為原料，以氧氣（空氣、富氧或純氧）、水蒸氣或氫氣等作氣化劑，在高溫條件

39、下通過(guò)化學(xué)反應(yīng)將煤或煤焦中的可燃部分轉(zhuǎn)化為氣體燃料的過(guò)程。煤的氣化類(lèi)型可歸納為五種基本類(lèi)型：自熱式的水蒸氣氣化、外熱式水蒸氣氣化、煤的加氫氣化、煤的水蒸氣氣化和加氫氣化結(jié)合制造代用天然氣、煤的水蒸氣氣化和甲烷化相結(jié)合制造代用天然氣。</p><p>　　(1)固定床煤氣化工藝技術(shù)</p><p>　　我國(guó)固定床煤氣化工藝主要為常壓固定床間歇?dú)饣?、常壓固定床富氧連續(xù)氣化和魯奇加壓氣化技術(shù)。&

40、lt;/p><p>　　a.常壓固定床間歇?dú)饣夹g(shù)</p><p>　　該技術(shù)是我國(guó)目前合成氨企業(yè)應(yīng)用最廣泛的煤氣化技術(shù)，要求原料條件較為苛刻，以塊狀無(wú)煙煤或焦炭為原料，氣化劑為空氣和水蒸氣，在常壓下生成原料氣。該技術(shù)建設(shè)投資少、工藝控制簡(jiǎn)單、運(yùn)行穩(wěn)定，但存在原料利用率低、能耗高、單爐產(chǎn)氣量低以及吹風(fēng)氣對(duì)周?chē)h(huán)境污染嚴(yán)重等問(wèn)題，為逐步淘汰的落后工藝。國(guó)家不主張新建企業(yè)采用此煤氣化技術(shù)。<

41、/p><p>　　b.常壓固定床富氧連續(xù)氣化技術(shù)</p><p>　　該技術(shù)是從常壓固定床間歇?dú)饣夹g(shù)發(fā)展過(guò)來(lái)的。其特點(diǎn)是，采用富氧為氣化劑，原料為8mm-10mm小粒度無(wú)煙煤或焦炭以及各種粉煤加工而成的型煤和劣質(zhì)煤，提高了進(jìn)廠原料利用率，具有流程簡(jiǎn)單、生產(chǎn)穩(wěn)定、設(shè)備維修量低、宜于操作、對(duì)大氣污染小的優(yōu)點(diǎn)，是國(guó)家提倡發(fā)展的煤氣化技術(shù)。據(jù)相關(guān)資料顯示，采用富氧連續(xù)氣化的“l(fā)8·30”工

42、程，設(shè)計(jì)噸氨耗焦炭[w(c)=70％]1.314t，比間歇?dú)饣夹g(shù)下降0.2t-0.3t；排渣含炭量由20％-25％降至10％左右，單爐產(chǎn)量提高1倍，吹風(fēng)氣不外排，無(wú)污染。但該技術(shù)需要富氧，一次性投資較高，增加電耗。目前，國(guó)內(nèi)采用該技術(shù)生產(chǎn)合成氨的企業(yè)有安徽淮化集團(tuán)公司、河南平頂山化肥廠、福建三明化工有限公司等。</p><p>　　c.魯奇加壓氣化技術(shù)</p><p>　　該技術(shù)采用移動(dòng)

43、床，氣固相逆流接觸，爐體采用水夾套式，產(chǎn)生的蒸汽作為氣化劑的一部分返回氣化爐。氣化劑為蒸汽和氧氣。原料可以采用褐煤、弱黏結(jié)性和不黏結(jié)煤，爐徑可達(dá)5000 mm。該工藝要求原料煤熱穩(wěn)定性高、化學(xué)活性好、灰熔點(diǎn)高；產(chǎn)生的煤氣發(fā)熱量高，焦油及雜質(zhì)含量高(質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為1％)，甲烷質(zhì)量分?jǐn)?shù)約10％，而且廢水治理較復(fù)雜，不適合用于制合成氣，適合用于制城市煤氣和燃料氣。目前，國(guó)內(nèi)應(yīng)用該技術(shù)的有山西化肥廠。</p><p>　　

44、流化床煤氣化工藝技術(shù)</p><p>　　a.灰熔聚流化床粉煤氣化技術(shù)</p><p>　　該技術(shù)由中國(guó)科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所開(kāi)發(fā)，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。灰熔聚流化床核心設(shè)備--氣化爐結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在爐內(nèi)一次實(shí)現(xiàn)煤的破黏、脫揮發(fā)分、氣化、灰團(tuán)聚及分離、焦油及酚類(lèi)的裂解，具有氣化強(qiáng)度高、炭利用率高、產(chǎn)品氣中不含焦油和酚等優(yōu)點(diǎn)。該技術(shù)煤種適應(yīng)性寬，可以氣化褐煤、低化學(xué)活性的煙煤和無(wú)煙煤、石油焦和6m

45、m--8mm以下的碎煤，但氣體CH4含量較高。</p><p>　　b.恩德?tīng)t粉煤氣化技術(shù)</p><p>　　該技術(shù)是在德國(guó)溫克勒煤氣化技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)完善后形成的實(shí)用新型技術(shù)。其裝置特點(diǎn)是，氣化強(qiáng)度較大，取消了爐算，以噴嘴代之布風(fēng)噴入氣化劑，使粉煤沸騰流化，流化床內(nèi)氣固相接觸較好，強(qiáng)化了傳熱和傳質(zhì)過(guò)程；適應(yīng)煤種寬，可氣化褐煤和長(zhǎng)焰煤，要求原料為不黏結(jié)和弱黏結(jié)，可氣化高灰熔點(diǎn)的煤，氣

46、化溫度可達(dá)1050℃左右，且爐內(nèi)溫度分布均勻，在900～950℃以上；原料中揮發(fā)分受熱迅速分解，焦油和高碳?xì)浠衔锏攘呀獗容^完全，煤氣中焦油、酚類(lèi)含量較低。目前，該技術(shù)在黑龍江寧安化肥廠、通遼梅花生物科技有限公司等企業(yè)應(yīng)用。</p><p>　　氣流床煤氣化工藝技術(shù)</p><p><b>　　德士古粉煤氣化技術(shù)</b></p><p>　　德

47、士古水煤漿加壓氣化過(guò)程屬于氣流床并流反應(yīng)過(guò)程。德士古氣化爐的特點(diǎn)是，單爐生產(chǎn)能力大，能使用除褐煤以外的各種灰渣的黏度一溫度特性合適的粉煤，適用煤種較寬；本法所制得的煤氣中甲烷及烴類(lèi)含量極低，最適宜用作合成氣；德士古氣化法系在加壓下操作，它可配不同的合成工藝進(jìn)行等壓操作；工藝過(guò)程中所產(chǎn)生的“三廢”較其他工藝少，且易于處理。若用本法氣化高灰熔點(diǎn)的煤，需添加助燃劑，克服排渣困難，且增加耗氧量。德士古氣化法可使用較多的煤種，但需制成水煤漿進(jìn)行氣

48、化，其優(yōu)點(diǎn)是加料方便和穩(wěn)定，缺點(diǎn)是與干法加料相比氧耗高。褐煤、高灰分煤不適用此法。目前，國(guó)內(nèi)山東兗礦魯南化肥廠、盤(pán)錦中潤(rùn)化工有限公司等l0余家企業(yè)應(yīng)用該技術(shù)。</p><p>　　b.多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化技術(shù)</p><p>　　該技術(shù)屬氣流床氣化技術(shù)，由華東理工大學(xué)、兗礦魯南化肥廠共同開(kāi)發(fā)，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。該工藝煤種適應(yīng)性強(qiáng)，對(duì)煤種的灰分和含硫量沒(méi)有特殊要求，只要求灰熔點(diǎn)≤1350℃

49、。經(jīng)過(guò)20多年的開(kāi)發(fā)研究，現(xiàn)已完全成熟，工藝指標(biāo)先進(jìn)，易于大規(guī)?；Ｄ壳?，我國(guó)魯南化肥廠、渭河化肥廠、淮南化肥廠應(yīng)用該技術(shù)生產(chǎn)合成氨和甲醇。</p><p>　　c.殼牌干煤粉加壓氣化技術(shù)</p><p>　　該煤氣化工藝簡(jiǎn)稱(chēng)SCGP，是第2代煤氣化技術(shù)。該技術(shù)對(duì)煤種適應(yīng)性廣泛，可氣化褐煤、煙煤、無(wú)煙煤、石油焦及高灰熔點(diǎn)的煤，人爐煤為干粉煤。該氣化爐采用水冷壁，氣化溫度l400℃～1600

50、℃，氣化壓力3.0 MPa，可以氣化高灰熔點(diǎn)的煤，但需添加助溶劑。該技術(shù)在國(guó)外用于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電。我國(guó)引進(jìn)該技術(shù)用于合成氨和甲醇，但是生產(chǎn)不太穩(wěn)定，而且投資是德士古氣化裝置的2倍，維修費(fèi)用較大，廢熱回收較復(fù)雜。目前，岳陽(yáng)中石化殼牌煤氣化有限公司、云南沾化有限責(zé)任公司、柳州化學(xué)工業(yè)集團(tuán)引進(jìn)該技術(shù)生產(chǎn)合成氨。</p><p>　　d.GSP干煤粉加壓氣化技術(shù)</p><p>　　該技術(shù)屬于氣流床

51、加壓氣化技術(shù)，人爐煤為干粉煤。據(jù)介紹，可氣化高灰熔點(diǎn)的煤，但需要添加助劑。目前，只有氣化褐煤的業(yè)績(jī)，沒(méi)有長(zhǎng)期氣化高灰熔點(diǎn)、高灰分煤的業(yè)績(jī)。</p><p>　　e.四噴嘴對(duì)置式干粉煤和兩段式干粉煤加壓氣化技術(shù)</p><p>　　四噴嘴對(duì)置式干粉煤加壓氣化技術(shù)是由華東理工大學(xué)、兗礦魯南化肥廠、中國(guó)天辰化學(xué)工程公司合作開(kāi)發(fā)的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的煤氣化技術(shù)。兩段式干粉煤加壓氣化技術(shù)是西安熱工研究

52、院有限公司開(kāi)發(fā)成功的，也是具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的煤氣化技術(shù)。</p><p>　　考慮到寧東地區(qū)煤種較為復(fù)雜，決定采用采用連續(xù)富氧造氣，其優(yōu)勢(shì)有以下幾條：</p><p>　　1)可通過(guò)調(diào)整富氧的濃度使合成氨副產(chǎn)甲醇的醇氨比隨意調(diào)節(jié)，較小的投人便可提高合成氨工業(yè)副產(chǎn)甲醇產(chǎn)量；</p><p>　　2)采用粉煤制型煤代替塊煤，合成氨原料煤的來(lái)源更加廣泛，使原料成本大幅度降

53、低；</p><p>　　3)取消了間歇?dú)饣碉L(fēng)階段，減少了吹風(fēng)氣對(duì)環(huán)境的污染；</p><p>　　4)產(chǎn)氣量較大，比煤耗、比氧耗、比蒸汽耗均較低。</p><p>　　1.5.2 本設(shè)計(jì)造氣原理</p><p>　　煤(焦)在一定溫度和壓力下進(jìn)行氣化反應(yīng)，主要反應(yīng)為：</p><p>　　C(固)+O2==CO2

54、 (1)</p><p>　　C(固)+CO2==2CO (2)</p><p>　　C(固)+H2O==CO+H2 (3)</p><p>　　反應(yīng)式(1)為炭的氧化燃燒，研究表明當(dāng)在800℃以上時(shí)，反應(yīng)幾乎是不可逆地自左向右進(jìn)行，其反應(yīng)速度已超過(guò)動(dòng)力學(xué)控制的極限，而屬于擴(kuò)散控制。在炭塊表面O2濃度、O2和CO2流速增

55、加氣化反應(yīng)即增加。當(dāng)溫度在800℃以下時(shí)。燃燒反應(yīng)減慢，直接受到溫度高低影響，屬于動(dòng)力學(xué)控制。當(dāng)氧化層溫度為1100—1200℃時(shí)(以燃料的灰熔點(diǎn)決定操作溫度)，空氣中O2全部反應(yīng)完了的時(shí)間約為0.05~0.1s。</p><p>　　1.5.3 本設(shè)計(jì)造氣工藝流程</p><p>　　原料焦炭經(jīng)破碎、篩分后，由皮帶運(yùn)輸機(jī)送到煤氣發(fā)生爐頂部焦炭料倉(cāng)里，由加料斗經(jīng)自動(dòng)加焦機(jī)定時(shí)連續(xù)加入固定

56、層煤氣發(fā)生爐。蒸汽和富氧空氣連續(xù)進(jìn)入爐中，焦炭和富氧空氣進(jìn)行不完全燃燒產(chǎn)生大量的熱量，溫度升高，供蒸汽在熾熱的炭中分解。制得半水煤氣。自空氣鼓氣機(jī)來(lái)的空氣與空分系統(tǒng)來(lái)的99％以上氧氣同時(shí)進(jìn)入混合罐混合成50％一55％左右的富氧空氣，混合后的富氧空氣與來(lái)自蒸汽過(guò)熱器的蒸汽再次混合進(jìn)入煤氣發(fā)生爐爐底(混合氣溫度110—140℃)，與爐中的碳反應(yīng)生成半水煤氣從爐頂出來(lái)進(jìn)入廢熱鍋爐，將半水煤氣由約700℃(<750℃)降至280℃左右。經(jīng)

57、過(guò)過(guò)熱蒸汽預(yù)熱器再次回收熱量后約170℃進(jìn)入洗氣箱、煤氣洗滌塔，將半水煤氣冷卻至35℃送往氣柜，經(jīng)緩沖后進(jìn)入泡沫除塵器。經(jīng)過(guò)泡沫除塵后送入電濾器將其焦油和灰塵脫除至3mg/m3(標(biāo))以下，送入煤氣壓縮系統(tǒng)。廢鍋副產(chǎn)2.5MPa蒸汽外送，造氣爐夾套付產(chǎn)0.04MPa(表)蒸汽供造氣自用。造氣用蒸汽除夾套付產(chǎn)汽外，由空分空壓機(jī)透平背壓汽供給，這樣節(jié)省電耗，蒸汽利用合理，制氧成本降低。工藝流程見(jiàn)下圖</p><p>　

58、　圖 1.1 富氧連續(xù)氣化工藝流程圖</p><p>　　1.6 原料氣的凈化</p><p><b>　　1.6.1脫硫</b></p><p>　　從制氣爐制取的粗原料氣，含有一些硫的氧化物，為了防止合成氨生產(chǎn)過(guò)程催化劑中毒，都必須在氨合成工序前加以脫除，習(xí)慣上稱(chēng)為“脫硫”。常見(jiàn)脫硫方法：</p><p>　?。?/p>

59、1）栲膠法(TV法)：TV法是我國(guó)特有的脫硫技術(shù)，是目前國(guó)內(nèi)使用廠家最多的脫硫方法之一，主要分堿性栲膠脫硫(以栲膠和偏釩酸鈉作催化劑)和氨法栲膠(以氨代替堿)2種。栲膠是由植物的果皮、葉和莖干經(jīng)水萃液熬制而成，主要成份是丹寧。由于來(lái)源不同，丹寧組成也不同，但都是由化學(xué)結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜的多羥基芳烴化合物組成，具有酚式或醌式結(jié)構(gòu)。TV法的特點(diǎn)：①栲膠資源豐富，價(jià)廉易得，運(yùn)行費(fèi)用比改良蒽醌二磺酸鈉法（ADA法)低；②無(wú)硫堵塔問(wèn)題；③栲膠既是氧化劑

60、又是釩的配合劑；溶液組成比改良ADA法簡(jiǎn)單；④栲膠脫硫液對(duì)設(shè)備腐蝕性??；⑤栲膠需要熟化預(yù)處理。</p><p>　?。?）PDS法：PDS脫硫催化劑是酞菁鈷磺酸鹽金屬有機(jī)化合物的混和物，主要成份是雙核酞菁鈷磺酸鹽。在堿性溶液條件下：由PDS、堿性物質(zhì)和助催化劑3種成份組成。PDS法工藝特點(diǎn)：①PDS目前在工業(yè)上一般還是與ADA、栲膠法配合使用，只需在原脫硫液中加入微量PDS即可，因此消耗費(fèi)用很低；②PDS活性好，

61、用量少；③生成的單質(zhì)硫易分離，一般不會(huì)發(fā)生硫堵；④在脫除H2S的同時(shí)能脫除部分有機(jī)硫；⑤PDS無(wú)毒，脫硫液對(duì)設(shè)備不腐蝕；⑥PDS亦可單獨(dú)使用，可以不加釩，副反應(yīng)少，無(wú)廢液排放。</p><p>　?。?）低溫甲醇洗法：該工藝以冷甲醇為吸收溶劑，利用甲醇在低溫下對(duì)酸性氣體溶解度極大的優(yōu)良特性，脫除原料氣中的酸性氣體。該工藝氣體凈化度高，選擇性好，氣體的脫硫和脫碳可在同一個(gè)塔內(nèi)分段、選擇性地進(jìn)行。低溫甲醇洗脫硫、脫碳

62、技術(shù)特點(diǎn)如下：a.溶劑在低溫下對(duì)CO2、H2S、COS等酸性氣體吸收能力極強(qiáng)，溶液循環(huán)量小，功耗少；b.溶劑不氧化、不降解，有很好的化學(xué)和熱穩(wěn)定性；c.凈化氣質(zhì)量好，凈化度高，CO2<20ppm，H2S<0.1ppm。d.溶劑不起泡；e.具有選擇性吸收H2S、COS和CO2的特性，可分開(kāi)脫除和再生；f.溶劑廉價(jià)易得，但甲醇有毒，對(duì)操作和維修要求嚴(yán)格。</p><p>　　低溫甲醇洗可以脫除氣體中多種雜

63、質(zhì)，在－30℃到－70℃的低溫下，甲醇可以同時(shí)脫除氣體中的H2S、COS、CS2、RSR、C4H4S、CO2、HCN、NH3、芳香烴、粗汽油等雜質(zhì)，因?yàn)樵摲椒梢愿咝С粼蠚庵械牧蚧锖驮蠚庾儞Q后的氣體中的CO2。</p><p>　　鑒于低溫甲醇洗工藝不但可以脫除原料氣中的硫化物，同時(shí)可以脫去原料氣中的CO2，所以脫硫和脫碳都選擇低溫甲醇洗的工藝，主要介紹見(jiàn)脫碳部分。</p><p>

64、;<b>　　1.6.2變換</b></p><p>　　見(jiàn)重點(diǎn)設(shè)計(jì)工序（變換工序）部分的生產(chǎn)方法選擇論證。</p><p><b>　　1.6.3脫碳</b></p><p>　　粗原料氣經(jīng)變換工序以后除含有氫、氮外，還含有二氧化碳、一氧化碳、甲烷等組分，其中二氧化碳含量最多。二氧化碳是氨合成催化劑的毒物，在將原料氣送入

65、氨合成塔之前必須將二氧化碳脫除掉。此外，二氧化碳又是制造尿素、碳酸氫銨等氮肥的重要原料，可以回收利用，回收成本。因此，變換氣中二氧化碳的脫除必須兼顧到這兩個(gè)方面。脫除原料氣中二氧化碳的過(guò)程稱(chēng)為脫碳。</p><p>　　脫碳的方法很多，大部分是溶劑吸收法。根據(jù)吸收劑性質(zhì)的不同，可分為物理吸收法、化學(xué)吸收法和物理化學(xué)吸收法三大類(lèi)。</p><p>　　物理吸收法一般用水和有機(jī)溶劑為吸收劑，吸

66、收后的溶液可以有效地用減壓閃蒸使大部分二氧化碳解吸。常用的方法有加壓水洗法、低溫甲醇法和聚乙二醇二甲醚法等。</p><p>　　化學(xué)吸收法大多是用堿性溶液為吸收劑中和酸性氣體二氧化碳，采用加熱再生，釋放出溶液中的二氧化碳。常用的方法有氨水法和改良熱鉀堿法等。</p><p>　　物理化學(xué)吸收法兼有物理吸收和化學(xué)吸收的特點(diǎn)，方法有環(huán)丁砜法和甲基二甲醇胺法等。</p><

67、p>　　（1）常見(jiàn)的脫碳方法</p><p>　　最常用的物理吸收方法為低溫甲醇法和變壓吸附法，最常用的化學(xué)吸收方法為改良熱鉀堿法，最常用的物理化學(xué)洗為甲基二甲醇胺法（MEDA法）。</p><p>　　a.變壓吸附法：與傳統(tǒng)的濕法脫碳裝置相比，變壓吸附脫碳技術(shù)裝置具有能耗低、流程簡(jiǎn)單、自動(dòng)化程度高、開(kāi)停車(chē)方便、操作成本低、凈化氣不需要預(yù)處理等優(yōu)點(diǎn)。</p><p

68、>　　b.改良熱鉀堿法：改良熱鉀堿法具有以下特點(diǎn)：凈化度高，技術(shù)成熟，生產(chǎn)穩(wěn)定可靠，溶劑來(lái)源廣，價(jià)格低廉，但是吸收能力受到堿濃度限制，對(duì)設(shè)備腐蝕大，且二氧化碳再生耗熱量較大。</p><p>　　c.甲基二甲醇胺法（MEDA法）：甲基二甲醇胺法（MEDA法）是德國(guó)BASF公司20世紀(jì)80年代開(kāi)發(fā)的一種低能耗脫碳工藝。該法吸收效果好，能使凈化氣中的二氧化碳降至100ml/m3，溶液熱穩(wěn)定性好，不降解，揮發(fā)性小

69、，對(duì)碳鋼設(shè)備腐蝕性小。MEDA法的工藝流程有一段吸收流程和二段吸收流程，其中二段流程吸收工藝雖然能耗低但是投資費(fèi)用大。</p><p>　　d.低溫甲醇法低溫甲醇法對(duì)二氧化碳凈化度高，二氧化碳在甲醇中的溶解度較高，溶液循環(huán)量小，能耗低，吸收劑本身不起泡，不腐蝕設(shè)備；但是低溫操作條件對(duì)設(shè)備材質(zhì)要求高，為了回收冷量，換熱設(shè)備會(huì)增多，因此流程會(huì)較復(fù)雜，而且甲醇有毒，對(duì)廢水需要進(jìn)行處理。</p><p

70、>　　典型的低溫甲醇洗工藝有林德(Linde)公司的一步法和魯奇(Lurgi)公司的兩步法低溫甲醇洗技術(shù)。兩步法就是原料氣在經(jīng)CO變換之前先脫硫，變換之后再脫除二氧化碳，可寫(xiě)成“脫硫一變換一脫碳”的形式。也就是說(shuō)魯奇兩步法低溫甲醇洗工藝可以同時(shí)滿足脫硫和脫碳的功能，減少設(shè)備投入和運(yùn)行成本，所以本設(shè)計(jì)選擇低溫甲醇洗工藝進(jìn)行脫碳處理。</p><p>　　低溫甲醇法工藝原理：</p><p&

71、gt;　　圖1.2是兩步法吸收原料氣中H2S和CO2的低溫甲醇洗流程圖，原料氣首先經(jīng)過(guò)預(yù)冷器和氨冷器將溫度冷卻至吸收溫度后進(jìn)入第一吸收塔T1，在第一吸收塔T1中首先進(jìn)行原料氣的脫硫。由于原料氣中存在一定量的水分，原料氣經(jīng)預(yù)冷器預(yù)冷時(shí)水分有可能結(jié)冰。為防止凍結(jié)，同時(shí)將原料氣中的水分分離出來(lái)，向原料氣中噴入一小股甲醇液體。已經(jīng)過(guò)第一吸收塔T1脫除了硫化物的原料氣從塔頂出來(lái)后進(jìn)入一氧化碳變換裝置，得到合適C/H的變換氣。變換氣經(jīng)換熱冷卻后進(jìn)入

72、第二吸收塔T2，在此脫除變換氣中的CO2。第一吸收塔T1塔底出來(lái)的富甲醇經(jīng)降壓閃蒸后得到閃蒸氣相(主要是H2、CO和少量H2S)和富含大量H2S的甲醇，閃蒸氣相進(jìn)入原料氣循環(huán)使用，而塔底富含大量H2S的甲醇進(jìn)入硫化氫再生塔，在此加熱煮沸富甲醇使甲醇完全再生，塔底貧甲醇經(jīng)換熱冷卻后進(jìn)入CO2再生塔，為CO2解吸提供甲醇蒸汽。第二吸收塔T2塔底出來(lái)的富甲醇經(jīng)降壓閃蒸后得到閃蒸氣相(主要是H2、CO和少量CO2)和富含大量(CO2的甲醇，閃蒸

73、氣相進(jìn)入原料氣循環(huán)使用，富含大量CO2的甲醇進(jìn)入CO2再生塔上塔，用氮?dú)馄嵩偕?。CO2氣體從CO2再生塔上塔塔頂出來(lái)被回收，塔底</p><p>　　圖1.2 原料氣中H2S和CO2的低溫甲醇洗流程圖</p><p><b>　　1.6.4精制</b></p><p>　　經(jīng)變換工序和脫碳工序后的原料氣中尚含有少量的一氧化碳和二氧化碳。為了

74、防止過(guò)量的一氧化碳和二氧化碳對(duì)氨合成催化劑的毒害，在將原料氣送往合成系統(tǒng)以前，必須對(duì)其作最后的凈化處理，通常將此過(guò)程稱(chēng)之為原料氣的“精制”。工業(yè)生產(chǎn)上一般有以下幾種精制方法：銅氨液洗滌法、甲烷化法、液氮洗滌法、以及近年來(lái)開(kāi)發(fā)成功的新技術(shù)——醇烴化工藝。</p><p>　?、寰品椒ń榻B及選擇</p><p>　　a.銅氨液洗滌法：銅洗法精制原料氣方法消耗高，主要表現(xiàn)在運(yùn)行、維修、操作費(fèi)用

75、高，物料消耗大，銅液在凈化過(guò)程吸收了CO和CO2，同時(shí)亦溶解了原料氣H2，致使原料氣耗損，這是不可取的。即使設(shè)置了再生回收，仍然存在著氣體的損失，且精制度較低。銅洗法精制原料氣方法還有個(gè)最大的缺陷就在于環(huán)境污染嚴(yán)重，不符合設(shè)計(jì)環(huán)保要求。</p><p>　　b.甲烷化法：用甲烷化脫除原料氣中的CO和CO2可大幅度簡(jiǎn)化生產(chǎn)流程，降低建設(shè)和操作費(fèi)用，操作也較平穩(wěn)，運(yùn)行費(fèi)用不足銅洗的20%，占地面積也較銅洗裝置要少。該

76、法存在的不足之處也是會(huì)損耗原料氣H2，而且甲烷化后甲烷含量增加，造成氨合成放空量增大，甲烷化還要求變換中CO含量<0.3%，(CO+CO2)<0.7%，以控制催化劑床層的溫度，(CO+CO2)含量指標(biāo)的要求對(duì)以煤為原料固定層氣化的中小氮肥較為苛刻，所以較難普及。</p><p>　　c.液氮洗滌法：液氮洗滌法的不僅能脫除CO和CO2，還能脫除CH4和Ar，但是由于此方法需要液氮，選用該技術(shù)時(shí)必須考慮液

77、氮的來(lái)源。通常與設(shè)有空氣分離裝置的重油部分氣化、煙煤加壓氣化制備合成氣的工藝技術(shù)結(jié)合使用，以獲得充足的液體氮來(lái)源。本設(shè)計(jì)采用以煤為原料的富氧連續(xù)氣化技術(shù)，而液氮洗滌法需要富氧氣化制氣，與設(shè)計(jì)相符。</p><p>　　d.醇烴化工藝法：醇烴化工藝技術(shù)是將合成氨原料氣的精制分兩步進(jìn)行。首先將CO和CO2進(jìn)行甲醇化，使原料氣進(jìn)一步精制，然后將CO和CO2進(jìn)行甲烷化，以達(dá)到原料氣的最終精制。作為原料氣進(jìn)一步精制的甲醇化

78、工藝，醇化后氣體中CO和CO2的含量越少，甲烷化工藝的H2消耗越少，甲烷化后氣體中的CH4才會(huì)越少，從而越有利于氨的合成。在保持觸媒在最佳的活性范圍條件下，甲醇合成反應(yīng)的系統(tǒng)壓力越高，越有利于提高甲醇的合成率，降低醇化后氣體中CO和CO2的含量。高壓(31.4MPa)甲醇合成CO單程轉(zhuǎn)化率達(dá)到90%以上，醇后出口氣體中CO+CO2含量體積分?jǐn)?shù)小于200×10-6。原料氣體中這樣低的CO+CO2含量，使甲烷化反應(yīng)原料氣中的H2氣

79、幾乎不被消耗，而CH4幾乎沒(méi)有增加，充分顯示出高壓醇化精制氣體的優(yōu)勢(shì)。這種精制工藝技術(shù)克服了甲烷化工藝對(duì)原料氣變換和脫碳工藝過(guò)程要求CO和CO2體積分?jǐn)?shù)必須小于0.7%的缺點(diǎn)，可以降低因深度變換和深度脫碳引起的蒸汽消耗，使變換和脫碳的工藝過(guò)程控制更為寬松和容易，提高了總氨(含甲醇)生產(chǎn)過(guò)程總體的經(jīng)濟(jì)性。</p><p>　　考慮到銅氨法污染環(huán)境大以及諸多缺點(diǎn)，不采用此法；本設(shè)計(jì)采用固定床富氧連續(xù)技術(shù)制氣，脫硫、脫

80、碳采用低溫甲醇法，當(dāng)?shù)蜏丶状枷捶摮鼿2S、CO2與液氮洗脫除CO、CH4聯(lián)合使用時(shí)，顯得更加合理，當(dāng)經(jīng)甲醇洗凈化后的氣體溫度在－63℃下進(jìn)入液氮洗時(shí)（5.2MPa），液氮洗系統(tǒng)冷量可以自身平衡更加節(jié)省冷凍過(guò)程的動(dòng)力消耗，采用需要富氧制氣的液氮洗滌法精制原料氣。綜合考慮后，本設(shè)計(jì)采用液氮洗滌法精制原料氣。采用低溫甲醇洗和液氮洗進(jìn)行氣體精制，一次性將氣體中所有雜質(zhì)包括H2S、CO2、CO、Ar、CH4等全部脫除，合成新鮮氣中的惰性氣含量小

81、于10ppm，且不含水。由于氣體精制程度很高，因而在合成回路中無(wú)弛放氣，減少了氣體損失，壓縮功耗也較低。</p><p><b>　　液氮洗滌法工藝特點(diǎn)</b></p><p>　　液氮洗滌法原理：液氮洗滌工藝是基于混合氣體中各組分在不同的氣體分壓下冷凝的溫度不同，混合氣體中各組分在相同的溶液中溶解度不同，使混合氣體中需分離的某種氣體冷凝和溶解在所選擇的溶液中，而得以

82、從混合氣體中分離。利用CO等惰性氣體具有比氮的沸點(diǎn)高且易溶解于液態(tài)氮的特性液氮洗滌為物理過(guò)程以液氮為洗滌劑CO冷凝在液氮中而部分液氮蒸發(fā)到氣相中作為合成氨的原料氣。</p><p>　　工藝流程介紹：從低溫甲醇洗工序來(lái)的原料氣首先進(jìn)入分子篩吸附器的一組，將CO2、CH3OH、H2O等雜質(zhì)除去后進(jìn)入鋁合金板翅式換熱器E2，與液氮洗滌塔頂部來(lái)的凈化氣、塔底液以及閃蒸氣回收氫逆流換熱，冷卻到一定溫度后進(jìn)入鋁合金板翅式換

83、熱器E3繼續(xù)冷卻，換熱后的氣體進(jìn)入液氮洗滌塔底部。在液氮洗滌塔中原料氣用液氮洗滌，氣體中CO、CH4、Ar等雜質(zhì)被液氮溶解后得到精制氣，從液氮洗滌塔頂出來(lái)經(jīng)E3換熱后，用比例調(diào)節(jié)方式對(duì)其進(jìn)行粗配氮，然后進(jìn)入E2回收冷量。換熱到一定溫度后分為兩路，一路去甲醇洗工序回收冷量，然后返回液氮洗系統(tǒng)；另一路則經(jīng)氮?dú)饫鋮s器E1換熱后，與從甲醇洗工序回來(lái)的另一路匯合，一起送往氨合成壓縮機(jī)加壓后去氨合成工序。從空分來(lái)的壓力（絕壓）為3900KPa，溫度

84、為40℃的中壓氮?dú)饨?jīng)E1與E2冷卻后分成兩路，一路經(jīng)減壓膨脹后對(duì)精制氣進(jìn)行粗配氮并補(bǔ)充冷量，另一路進(jìn)入E3冷卻成液氮進(jìn)入液氮洗滌塔作洗滌液用。</p><p>　　液氮洗滌塔塔底液減壓至絕壓1150KPa進(jìn)入分離罐V1進(jìn)行氣液分離。分離后的氣相經(jīng)E3、E2、E1回收冷量，然后至甲醇洗工序循環(huán)氣壓縮機(jī)回收氫。分離后的液相則減壓至420KPa與補(bǔ)充液氮混合后進(jìn)入分離罐V2，分離后的氣相、液相經(jīng)E3回收冷量后混合，然后

85、再經(jīng)E2和E1回收冷量后，進(jìn)入燃料氣系統(tǒng)。液氮洗凈化系統(tǒng)工藝流程如圖1.3所示。</p><p>　　圖1.3 液氮洗進(jìn)化工藝流程圖</p><p><b>　　1.7氨合成 </b></p><p>　　氨的合成為提供液氨產(chǎn)品的工序，是整個(gè)合成氨生產(chǎn)過(guò)程中的核心部分。氨合成反應(yīng)是在較高壓力和催化劑存在下進(jìn)行的。由于反應(yīng)后氣體中氨含量不高，一

86、般只有10%～20%，故采用分離氨后的氫氮?dú)怏w循環(huán)的回路流程。</p><p><b>　　（1）氨合成催化劑</b></p><p>　　長(zhǎng)期以來(lái)，人們對(duì)氨合成催化劑作了大量的研究工作，發(fā)現(xiàn)對(duì)氨合成有活性的一系列金屬為Os，U， Fe，Mo，Mn，W等，其中以鐵為主體并添加有促進(jìn)劑的鐵系催化劑，價(jià)廉易得，活性良好，使用壽命長(zhǎng)，從而獲得了廣泛應(yīng)用。</p>

87、<p>　　（2）工藝參數(shù)的選擇</p><p>　?、?溫度：氨合成反應(yīng)溫度，一般控制在400℃～500℃之間，催化劑床層的進(jìn)口溫度比較低，大于或等于催化劑使用溫度的下限，依靠反應(yīng)熱床層溫度迅速提高，而后溫度再逐漸降低。</p><p>　?、?壓力：從化學(xué)平衡和化學(xué)反應(yīng)速率的角度看，提高操作壓力是有利的。合成裝置的生產(chǎn)能力隨壓力提高而增加，而且壓力高時(shí)，氨分離流程可以簡(jiǎn)化

88、。從能量消耗和綜合費(fèi)用分析，可以認(rèn)為30MPa左右仍是氨合成比較適宜的操作壓力。</p><p>　?、?空間速度：當(dāng)操作壓力及進(jìn)塔氣體組成一定時(shí)，對(duì)于既定結(jié)構(gòu)的氨合成塔，提高空速，出口氣體的氨含量下降即氨凈值降低。但增加空速，合成塔的生產(chǎn)強(qiáng)度有所提高。一般操作壓力為30MPa的中壓法合成氨，空速在20000～30000/h之間，氨凈值10%～15%。</p><p>　　(3)工藝流程的

89、選擇</p><p>　　由于氨的合成反應(yīng)是個(gè)可逆反應(yīng)，氨的轉(zhuǎn)化率不高，需要一個(gè)循環(huán)系統(tǒng)。出合成氨塔的氣體是含有氨、氫氣、氮?dú)獾鹊幕旌蠚怏w，要得到較純凈的氨還需要個(gè)氨分離器。合成氨后，氣體的壓力降低，要將循環(huán)回的氫氣和氮?dú)鈮嚎s后再與新鮮原料氣混合進(jìn)入合成塔，氨合成反應(yīng)放出了大量熱量，將這部分熱量回收可以節(jié)能降耗。到氨合成這一工序時(shí)，雖然原料氣經(jīng)過(guò)幾道凈化，難免還會(huì)夾帶些惰性氣體，需要將其排放，以免積累給設(shè)備和壓縮

90、系統(tǒng)造成不必要的負(fù)擔(dān)。</p><p>　　考慮氨合成工段的工藝和設(shè)備問(wèn)題時(shí)，必須遵循三個(gè)原則：一是有利于氨的合成和分離；二是有利于保護(hù)催化劑，盡量延長(zhǎng)使用壽命；三是有利于余熱回收降低能耗。</p><p>　　氨合成工藝選擇主要考慮合成壓力、合成塔結(jié)構(gòu)型式及熱回收方法。氨合成壓力高對(duì)合成反應(yīng)有利， 但能耗高。中壓法技術(shù)比較成熟，經(jīng)濟(jì)性比較好，在15～30Pa的范圍內(nèi)，功耗的差別是不大的，

91、因此世界上采用此法的很多。一般中小氮肥廠多為32MPa，大型廠壓力較低，為10～20MPa。由于近來(lái)低溫氨催化劑的出現(xiàn)，可使合成壓力降低。</p><p>　　合成反應(yīng)熱回收是必需的，是節(jié)能的主要方式之一。除盡可能提高熱回收率，多產(chǎn)蒸汽外，應(yīng)考慮提高回收熱的位能，即提高回收蒸汽的壓力及過(guò)熱度。高壓過(guò)熱蒸汽的價(jià)值較高， 當(dāng)然投資要多，根據(jù)整體流程統(tǒng)一考慮。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)選用中

92、壓法（壓力為32MPa）合成氨流程，采用預(yù)熱反應(yīng)前的氫氮混合氣和副產(chǎn)蒸汽的方法回收反應(yīng)熱，塔型選擇見(jiàn)設(shè)備選型部分。</p><p>　　圖1.4 總工藝流程簡(jiǎn)圖</p><p><b>　　第二章 工藝部分</b></p><p>　　2.1 重點(diǎn)設(shè)計(jì)工序（變換工序）的基本原理</p><p>　　2.1.1變換反應(yīng)

93、的原理</p><p>　　合成氨生產(chǎn)需要的原料氣是H2和N2，而半水煤氣中含有約30%左右的CO，需要將其除去。變換工段的目的就是將半水煤氣中的CO除去，在本質(zhì)上是原料氣凈化的一個(gè)過(guò)程。為了將CO除去，工業(yè)上采用的方法是:在催化劑存在的條件下，利用較為廉價(jià)的水蒸氣與CO反應(yīng)，生成H2和CO2。</p><p>　　原料氣中的一氧化碳與水蒸汽的變換反應(yīng)可用下式表示：</p>

94、<p><b>　　（2-1-1）</b></p><p>　　此反應(yīng)為可逆放熱反應(yīng)，反應(yīng)熱為40964 J/mol，當(dāng)開(kāi)車(chē)正常生產(chǎn)后，即可利用其反應(yīng)熱來(lái)維持過(guò)程的繼續(xù)進(jìn)行。</p><p>　　在一般情況下，一氧化碳與水蒸汽直接進(jìn)行反應(yīng)，其變換反應(yīng)的速度是很慢的，如果用催化劑催化，則可以加快反應(yīng)速度，大大有利于變換反應(yīng)的進(jìn)行。</p><

95、;p>　　隨著一氧化碳變換反應(yīng)的進(jìn)行，伴隨著微量的副反應(yīng)發(fā)生，主要有如下幾種：</p><p><b>　?。?）甲烷的生成</b></p><p><b>　　(2-1-2)</b></p><p><b>　?。?-1-3）</b></p><p><b>

96、　?。?-1-4）</b></p><p>　?。?）一氧化碳的分解反應(yīng)</p><p><b>　?。?-1-5）</b></p><p>　?。?）有機(jī)硫的轉(zhuǎn)化反應(yīng) </p><p><b>　　（2-1-6）</b></p><p><

97、b>　?。?-1-7）</b></p><p><b>　?。?-1-8）</b></p><p><b>　　2.1.2化學(xué)平衡</b></p><p><b>　?。?）平衡常數(shù)</b></p><p>　　一氧化碳和水蒸汽的變換反應(yīng)系可逆反應(yīng)。</

98、p><p><b>　　其平衡常數(shù)為：</b></p><p><b>　?。?-1-9）</b></p><p>　　式中：yi——各組分的摩爾分?jǐn)?shù)</p><p>　　r ——?dú)怏w的逸度系數(shù)</p><p>　　Kp——CO的平衡常數(shù)</p><p>

99、　　由于小合成氨廠的變換反應(yīng)多在壓力<2.0 MPa，溫度為180～250 ℃條件下進(jìn)行的，其逸度系數(shù)接近于1，即：</p><p><b>　?。?-1-10）</b></p><p>　　則式（1-9）可簡(jiǎn)化為：</p><p><b>　?。?-1-11）</b></p><p>　　式

100、中，Pi--各組分的分壓</p><p>　　由于變換反應(yīng)是一個(gè)放熱反應(yīng)，考慮平衡常數(shù)是溫度的函數(shù)，且隨溫度的升高而降低。平衡常數(shù)與溫度關(guān)系的表達(dá)式很多，數(shù)值各不相同，這是由于恒壓熱容等基礎(chǔ)熱平衡數(shù)據(jù)不同所致。本設(shè)計(jì)可采用下面的公式計(jì)算[9]。</p><p><b>　?。?-1-12）</b></p><p>　　式中，T——溫度，K<

101、;/p><p><b>　?。?-1-13）</b></p><p>　　在變換范圍內(nèi)，平衡常數(shù)也可用下面簡(jiǎn)化式計(jì)算：</p><p><b>　　（2-1-14）</b></p><p>　　式（2-1-14）在低溫下計(jì)算出的Kp與式（2-1-12）及（2-1-13）相差較大，溫度越高誤差越小。<

102、;/p><p>　　若已知溫度，就能求出Kp值，從而就可以計(jì)算出不同溫度、壓力和氣體成分下的平衡組成。</p><p><b>　?。?）變換率</b></p><p>　　一氧化碳的變換程度通常用變換率表示，其定義為已變換的一氧化碳量與變換前的一氧化碳量的百分比率。若反應(yīng)前氣體中有a摩爾一氧化碳，變換后氣體中剩下b摩爾一氧化碳，則變換率為：<

103、;/p><p><b>　　(2-1-15)</b></p><p>　　在實(shí)際生產(chǎn)中，變換氣中除含有一氧化碳外，尚有氫、二氧化碳、氮等組分，其變換率可根據(jù)反應(yīng)前后的氣體成分進(jìn)行計(jì)算。由變換反應(yīng)式可知，每變換掉一個(gè)體積的一氧化碳，就生成一個(gè)體積的二氧化碳和一個(gè)體積的氫，因此變換氣的體積(干基)等于變換前氣體的體積加上被變換掉的一氧化碳的體積。設(shè)變換前原料氣的體積(干基)為

104、1，并分別以、表示變換前后氣體中一氧化碳的體積百分?jǐn)?shù)(干基)，則變換氣的體積為(1+·)，變換氣中一氧化碳的含量為：</p><p><b>　　(2-1-16)</b></p><p>　　移項(xiàng)整理后得: (2-1-17)</p><p>　　在一定條件下，變換反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)的變換率稱(chēng)為平衡變換

105、率，它是在該條件下變換率的最大值。以l摩爾干原料氣為基準(zhǔn)時(shí)、平衡常數(shù)與平衡變換率的關(guān)系式為： </p><p><b>　?。?-1-18） </b></p><p>　　式中，、、、—反應(yīng)前原料氣中一氧化碳、水蒸氣、二氧化碳、氫的含量，摩爾分?jǐn)?shù)；—平衡變換率%。</p><p>　　由以上式（2-1-14）和式（2-1-18）可計(jì)算出不同溫

106、度和組成條件下的平衡變換率，由式(2-1-16)求出變換氣中殘余一氧化碳的平衡濃度。平衡變換率越高，說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)變換氣中一氧化碳?xì)堄嗪吭缴?。在工業(yè)生產(chǎn)條件下，由于反應(yīng)不可能達(dá)到平衡，因此變換率實(shí)際不可能達(dá)到平衡變換率。必要時(shí)，可以用實(shí)際變換率與平衡變換率的接近程度來(lái)衡量生產(chǎn)工藝條件的好壞。</p><p>　　（3）影響變換反應(yīng)化學(xué)平衡的因素</p><p><b>　　

107、a. 溫度</b></p><p>　　溫度對(duì)變換反應(yīng)的影響較大：溫度升高，反應(yīng)速度加快。從化學(xué)平衡來(lái)看，降低反應(yīng)溫度，增加蒸汽用量，有利于反應(yīng)向生成氫氣和二氧化碳的方向進(jìn)行，可以提高CO平衡轉(zhuǎn)化率。在變換反應(yīng)的初期，反應(yīng)物濃度高，提高反應(yīng)溫度，可加快正反應(yīng)；在變換反應(yīng)的后一階段，二氧化碳和氫氣的濃度增加，逆反應(yīng)速度加快，因此，須設(shè)法降低反應(yīng)溫度，使逆反應(yīng)速度減慢，這樣可以得到較高的變換率。但降低溫度

108、也減慢了反應(yīng)速度，降低了催化劑的生產(chǎn)能力，應(yīng)綜合考慮。對(duì)于一氧化碳含量較高的半水煤氣，開(kāi)始反應(yīng)時(shí)，為了加快反應(yīng)速度，一般要在較高的溫度下進(jìn)行，而在反應(yīng)的后一階段，為了使反應(yīng)比較完全，就必須使溫度降低一些，工業(yè)上采取的兩段中溫變換就是根據(jù)這一概念設(shè)計(jì)確定的。對(duì)于一氧化碳含量在2%—4%的中溫變換氣體，只需要在230 ℃左右，用低溫變換催化劑進(jìn)行低溫變換。此外，反應(yīng)溫度與催化劑的活性有很大的關(guān)系，一般工業(yè)用的變換催化劑低于某一溫度反應(yīng)便不能

109、正常進(jìn)行，而高于某一溫度也會(huì)損壞催化劑，因此一氧化碳變換反應(yīng)必須在催化劑的適用溫度范圍內(nèi)選擇合理的工藝條件。</p><p><b>　　b. 壓力</b></p><p>　　一氧化碳變換反應(yīng)前后氣體的分子數(shù)相同，若為理想氣體，壓力對(duì)于反應(yīng)的平衡沒(méi)有影響。目前的工業(yè)操作條件下：壓力4.0 MPa氣壓下，溫度為200～500 ℃時(shí)，壓力對(duì)于變換反應(yīng)沒(méi)有顯著的影響。但是