年产8万吨合成氨合成工段设计_毕业设计

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论文作者签名：日期：指导教师签名：日期：毕业设计年产8万吨合成氨合成工段设计1 总论氨是最为重要的基础化工产品之一，其产量居各种化工产品的首位; 同时也是能源消耗的大户，世界上大约有10 %的能源用于生产合成氨。

氨主要用于农业,合成氨是氮肥工业的基础，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、再加工成尿素或各种铵盐肥料，这部分约占70 %的比例，称之为“化肥氨”；同时氨也是重要的无机化学和有机化学工业基础原料，用于生产铵、胺、染料、炸药、制药、合成纤维、合成树脂的原料，这部分约占30 %的比例,称之为“工业氨”。

世界合成氨技术的发展经历了传统型蒸汽转化制氨工艺、低能耗制氨工艺、装置单系列产量最大化三个阶段。

根据合成氨技术发展的情况分析, 未来合成氨的基本生产原理将不会出现原则性的改变, 其技术发展将会继续紧密围绕“降低生产成本、提高运行周期, 改善经济性”的基本目标, 进一步集中在“大型化、低能耗、结构调整、清洁生产、长周期运行”等方面进行技术的研究开发[1]。

(1) 大型化、集成化、自动化, 形成经济规模的生产中心、低能耗与环境更友好将是未来合成氨装置的主流发展方向。

以Uhde公司的“双压法氨合成工艺”和Kellogg 公司的“基于钌基催化剂KAAP 工艺”,将会在氨合成工艺的大型化方面发挥重要的作用。

氨合成工艺单元主要以增加氨合成转化率(提高氨净值) ,降低合成压力、减小合成回路压降、合理利用能量为主，开发气体分布更加均匀、阻力更小、结构更加合理的合成塔及其内件; 开发低压、高活性合成催化剂, 实现“等压合成”。

(2) 以“油改气”和“油改煤”为核心的原料结构调整和以“多联产和再加工”为核心的产品结构调整,是合成氨装置“改善经济性、增强竞争力”的有效途径。

实施与环境友好的清洁生产是未来合成氨装置的必然和惟一的选择。

生产过程中不生成或很少生成副产物、废物,实现或接近“零排放”的清洁生产技术将日趋成熟和不断完善。

提高生产运转的可靠性,延长运行周期是未来合成氨装置“改善经济性、增强竞争力”的必要保证。

有利于“提高装置生产运转率、延长运行周期”的技术,包括工艺优化技术、先进控制技术等将越来越受到重视。

1.1设计任务的依据设计任务书是项目设计的目的和依据：产量：80 kt/a 液氨放空气（惰性气Ar +CH4）：17%原料：新鲜补充气N2 24%，H274.5 %，Ar 0.3%，CH41.2%合成塔进出口氨浓度：2.5%，13.2%放空气:（惰性气Ar +CH4）～17%合成塔操作压力 32 MPa（绝压）精练气温度 40℃水冷器出口气体温度35 ℃循环机进出口压差 1.47MPa年工作日310 d计算基准生产1t氨1.2概述1.2.1设计题目：年产8万吨合成氨合成工段设计1.2.2 设计具体内容范围及设计阶段本次设计的内容为合成氨合成工段的设计，具体包括以下几个设计阶段：1. 进行方案设计，确定生产方法和生产工艺流程。

2. 进行化工计算，包括物料衡算、能量衡算以及设备选型和计算。

3. 绘制带控制点的工艺流程图（PID）。

4. 进行车间布置设计，并绘制设备平立面布置图。

5. 进行管路配置设计，并绘制管路布置图。

6. 撰写设计说明书。

1.2.3设计的产品的性能、用途及市场需要(1) 氨的物化性能合成氨的化学名称为氨，氮含量为82.3%。

氨是一种无色具有强烈刺激性、催泪性和特殊臭气的无色气体，比空气轻，相对密度0.596，熔点－77.7℃；沸点－33.4℃。

标准状况下，1米3气氨重0.771公斤；1米3液氨重638.6公斤。

极易溶于水，常温（20℃）常压下，一个体积的水能溶解600个体积的氨；标准状况下，一个体积水能溶解1300个体积的氨氨的水溶液称为氨水，呈强碱性。

因此，用水喷淋处理跑氨事故，能收到较好的效果[2]。

氨与酸或酸酐可以直接作用，生成各种铵盐；氨与二氧化碳作用可生成氨基甲铵，脱水成尿素；在铂催化剂存在的条件下，氨与氧作用生成一氧化氮，一氧化氮继续氧化并与水作用，便能得到硝酸。

氨在高温下(800℃以上)分解成氮和氢；氨具有易燃易爆和有毒的性质。

氨的自燃点为630℃，氨在氧中易燃烧，燃烧时生成蓝色火焰。

氨与空气或氧按一定比例混合后，遇明火能引起爆炸。

常温下氨在空气中的爆炸范围为15.5～28％，在氧气中为13.5～82％。

液氨或干燥的气氨，对大部分物质没有腐蚀性，但在有水的条件下，对铜、银、锌等有腐蚀作用[3]。

(2) 氨的用途氨是基本化工产品之一，用途很广。

化肥是农业的主要肥料，而其中的氮肥又是农业上应用最广泛的一种化学肥料，其生产规模、技术装备水平、产品数量，都居于化肥工业之首，在国民经济中占有极其重要的地位。

各种氮肥生产是以合成氨为主要原料的，因此，合成氨工业的发展标志着氮肥工业的水平。

以氨为主要原料可以制造尿素、硝酸铵、碳酸氢铵、硫酸铵、氯化铵等氮素肥料。

还可以将氨加工制成各种含氮复合肥料。

此外，液氨本身就是一种高效氮素肥料，可以直接施用，一些国家已大量使用液氨。

可见，合成氨工业是氮肥工业的基础，对农业增产起着重要的作用。

氨也是重要的工业原料，广泛用于制药、炼油、纯碱、合成纤维、合成树脂、含氮无机盐等工业部门。

将氨氧化可以制成硝酸，而硝酸又是生产炸药、染料等产品的重要原料。

现代国防工业和尖端技术也都与氨合成工业有密切关系，如生产火箭的推进剂和氧化剂，同样也离不开氨。

此外，氨还是常用的冷冻剂。

合成氨工业的迅速发展，也促进和带动了许多科学技术部门的发展，如高压技术、低温技术、催化技术、特殊金属材料、固体燃料气化、烃类燃料的合理利用等。

同时，尿素和甲醇的合成、石油加氢、高压聚合等工业，也是在合成氨工业的基础上发展起来的。

所以合成氨工业在国民经济中占有十分重要的地位，氨及氨加工工业已成为现代化学工业的一个重要部门[4]。

(3)市场需要据资料统计:1997 年世界合成氨年产量达103.9Mt。

预计2000 年产量将达111.8Mt。

其化肥用氨分别占氨产量的81.7%和82.6%。

我国1996 年合成氨产量已达30.64Mt,专家预测2000 年将达36Mt,2020 年将增加至45Mt。

即今后20 年间将增加到现在的1.5 倍。

因而合成氨的持续健康发展还有相当长的路要走。

未来我国合成氨氮肥的实物产量将会超过石油和钢铁。

合成氨工业在国民经济中举足轻重。

农业生产,“有收无收在于水,收多收少在于肥”。

所以,合成氨工业是农业的基础。

它的发展将对国民经济的发展产生重大影响。

因此,我国现有众多的化肥生产装置应成为改造扩建增产的基础。

我国七十至九十年代先后重复引进30 多套大化肥装置,耗费巨额资金,在提高了化肥生产技术水平的同时,也受到国外的制约。

今后应利用国内开发和消化吸收引进的工艺技术,自力更生,立足国内,走出一条具有中国特色的社会主义民族工业的发展道路。

过去引进建设一套大型化肥装置,耗资数十亿元。

当今走老厂改造扩建的道路,可使投资节省1/2—2/3。

节省的巨额资金,用作农田水利建设和农产品深加工,将在加速农村经济发展,提高农民生活水平,缩小城乡差距起着重要用。

1.2.4简述产品的几种生产方法及特点氨的合成是合成氨生产的最后一道工序，其任务是将经过精制的氢氮混合气在催化剂的作用下多快好省地合成为氨。

对于合成系统来说，液体氨即是它的产品。

工业上合成氨的各种工艺流程一般以压力的高低来分类[3]。

(1)高压法操作压力70～100MPa，温度为550～650℃。

这种方法的主要优点是氨合成效率高，混合气中的氨易被分离。

故流程、设备都比较紧凑。

但因为合成效率高，放出的热量多，催化剂温度高，易过热而失去活性，所以催化剂的使用寿命较短。

又因为是高温高压操作，对设备制造、材质要求都较高，投资费用大。

目前工业上很少采用此法生产。

(2)中压法操作压力为20～60MPa，温度450～550℃，其优缺点介于高压法与低压法之间，目前此法技术比较成熟，经济性比较好。

因为合成压力的确定，不外乎从设备投资和压缩功耗这两方面来考虑。

从动力消耗看，合成系统的功耗占全厂总功耗的比重最大。

但功耗决不但取决于压力一项，还要看其它工艺指标和流程的布置情况。

总的来看，在15～30Pa的范围内，功耗的差别是不大的，因此世界上采用此法的很多。