最新天然气合成氨20万吨合成工段设计说明设计

天然气合成氨20万吨合成工段设计说明

设计

天然气合成氨20万吨合成工段设计说明书

第一章总论 (3)

1.1 概述 (3)

1.2 氨的性质 (4)

1.2.1 氨的物理性质 (4)

1.2.2氨的化学性质 (4)

1.3 原料气来源 (5)

1.4 文献综述 (5)

1.4.1 合成氨工业的发展 (5)

1.4.2合成氨工业的现状 (6)

1.4.3合成氨工业的发展趋势 (6)

1.5 设计任务的项目来源 (7)

第二章流程方案的确定 (7)

2.1 生产原理 (7)

2.2 各生产方法及特点 (7)

2.3 工艺流程的选择 (9)

2.4 合成塔进口气的组成 (11)

第三章工艺流程简述 (12)

3.1 合成工段工艺流程简述 (12)

3.2 工艺流程方框图 (13)

第四章工艺计算 (14)

4.1 物料衡算 (14)

4.1.1设计要求 (14)

4.1.2计算物料点流程图 (14)

4.1.3合成塔入口气组分 (15)

4.1.4合成塔出口气组分 (16)

4.1.5合成率 (16)

4.1.6氨分离器气液平衡计算 (17)

4.1.7冷交换器气液平衡计算 (19)

4.1.8液氨贮槽气液平衡计算 (20)

4.1.9液氨贮槽物料计算 (23)

4.1.10合成系统物料计算 (24)

4.1.11合成塔物料计算 (26)

4.1.12水冷器物料计算 (27)

4.1.13氨分离器物料计算 (28)

4.1.14冷交换器物料计算 (28)

4.1.15氨冷器物料计算 (30)

4.1.16 冷交换器物料计算 (32)

4.1.17液氨贮槽物料计算 (34)

4.2 热量衡算 (37)

4.2.1冷交换器热量计算 (37)

4.2.2 氨冷凝器热量衡算 (40)

4.2.3循环机热量计算 (42)

4.2.4合成塔热量衡算 (44)

4.2.5废热锅炉热量计算 (47)

4.2.6热交换器热量计算 (48)

4.2.7水冷器热量衡算 (50)

4.2.8氨分离器热量核算 (52)

第五章设备选型及设计计算 (53)

5.1 合成塔催化剂层设计 (53)

5.2 废热锅炉设备工艺计算 (55)

5.2.1计算条件 (55)

5.2.2管内给热系数的计算 (55)

5.2.3管外给热系数 (59)

5.2.4传热总系数K (59)

5.2.5传热温差 (59)

5.2.6传热面积 (60)

5.3 热交换器设备工艺计算 (60)

5.3.1计算条件 (60)

5.3.2管内给热系数的计算 (61)

5.3.3管外给热系数 (63)

5.3.4总传热系数 (67)

5.3.5传热面积核算 (68)

5.4 水冷器设备工艺计算 (68)

5.4.1计算条件 (68)

5.4.2管内给热系数的计算 (69)

5.4.3管外给热系数 (71)

5.4.4传热温差 (71)

5.4.5传热总系数K (71)

5.5 氨冷器设备工艺计算 (72)

5.5.1计算条件 (72)

5.5.2管内给热系数的计算 (73)

5.5.3管外给热系数 (76)

5.5.4传热总系数K (76)

5.5.5传热温差 (77)

5.5.6传热面积 (77)

第六章车间布置 (79)

第七章“三废”治理及综合利用 (80)

7.1 “三废”的产生及污染 (80)

7.1.1废气污染危害 (80)

7.1.2废水污染危害 (81)

7.1.3工业废渣对环境的污染 (82)

7.2 “三废”治理原则 (82)

结束语 (83)

参考文献 (84)

附录 (85)

物料衡算汇总表 (85)

热量计算点图 (89)

第一章总论

1.1 概述

氨是一种重要的含氮化合物。氮是蛋白质质中不可缺少的部分，是人类和一切生物所必须的养料；可以说没有氮，就没有蛋白质，没有蛋白质，就没有生命。大气中存在有大量的氮，在空气中氨占78％（体积分数）以上，它是以游离状态存在的。但是，如此丰富的氮，通常状况下不能为生物直接吸收，只有将空气中的游离氮转化为化合物状态，才能被植物吸收，然后再转化成人和动物所需的营养物质。把大气中的游离氮固定下来并转变为可被植物吸收的化合物的过程，称为固定氮。目前，固定氮最方便、最普通的方法就是合成氨，也就是直接由氮和氢合成为氨，再进一步制成化学肥料或用于其它工业。

在国民经济中，氨占有重要地位，特别是对农业生产有着重大意义。氨主要用来制作化肥。液氨可以直接用作肥料，它的加工产品有尿素、硝酸铵、氯化氨和碳酸氢氨以及磷酸铵、氮磷钾混合肥等。氨也是非常重要的工业原料，在化学纤维、塑料工业中，则以氨、硝酸和尿素作为氮元素的来源生产己内酰胺、尼龙-6、丙烯腈等单体和尿醛树脂等产品。由氨制成的硝酸，是各种炸药和基本原料，如三硝基申苯，硝化甘油以及其它各种炸药。硝酸铵既是优良的化肥，又是安全炸药，在矿山开发等基本建设中广泛应用。

氨在其他工业中的应用也非常广泛。在石油炼制、橡胶工业、冶金工业和

机械加工等部门以及轻工、食品、医药工业部门中，氨及其加工产品都是不可

缺少的。例如制冷、空调、食品冷藏系统大多数都是用氨作为制冷剂。

1.2 氨的性质

1.2.1 氨的物理性质

氨在常温下是无色气体，比空气轻，具有刺激性臭味，能刺激人体感官粘膜

空气中，含氨大于0.01％时即会引起人体慢性中毒。

气态氨易溶于水，成为氨水，氨水呈弱碱性。氨在水中的溶解度随压力增大

而降低。氨水在溶解时放出大量热。氨水中的氨极易挥发。

常压下气态氨需冷却到-33.35 ℃（沸点）才能液化。而在常温下需加压到

0.87MPa 时才能液化。液氨为无色液体，气化时吸收大量的热。

1.2.2氨的化学性质

⑴ 氨与氧在催化剂作用下生成氮的氧化物,并能进一步与水作用,制得硝酸：

3224546NH O NO H O +→+

⑵ 氨与酸或酐反应生成盐类,是制造氮肥的基本反应：

3244242)NH H SO NH SO +=（

3343 NH HNO NH NO +=

34 NH HCl NH Cl +=

334424NH H PO NH H PO +=

⑶ 氨与二氧化碳作用生成氨基甲酸铵,进一步脱水成为尿素：