年产18万吨合成氨厂合成工段工艺设计

年产18万吨合成氨厂合成工段工艺设计

一、设计依据：

计算基准按1000Nm 3新鲜原料气。 本工段计算中全部采用绝对压力，为简便计算，下文中的压力单位中“绝对”二字略去不写。 1、工艺流程：

2、新鲜气体组成：（见下表） 组成 H 2 N 2 CH 4 Ar %

73.65

24.76

1.21

0.38

3、压力：

①系统压力为30MPa ；

②废热锅炉产蒸汽压力为2.5MPa ；

③计算循环机进出口气体温升时，其进出口压差取2.5MPa ； ④系统压力降忽略不计。 4、温度：

①新鲜气温度为35℃；

②合成塔底进气温度190℃；

③合成塔出口（至废热锅炉）气体温度约为320℃； ④废热锅炉出口气体温度195℃，进入合成塔前预热器； ⑤入水冷器气体温度80℃； ⑥水冷器出口气体温度为35℃；

⑦废热锅炉进口软水温度约为122℃；

⑧冷却水供水温度为30℃，冷却回水温度为40℃； ⑨进循环机气体温度28℃； ⑩氨库来源氨温度20℃。

循环机

油分

氨合成塔

氨冷器 氨分离器

冷排 废热锅炉

液氨储槽 塔前预热器

上水

下水

弛放气

液氨

压缩机六段来 新鲜补充气

冷交换器

锅炉软水

蒸汽放空气 气氨

去氢回收

5、气体组成：

①合成塔进出口气体中氨含量为3%； ②合成塔出口气体中氨含量为16.7%； ③循环气中H 2/N 2为3；

④循环气中（CH 4+Ar ）含量为15%；

⑤各气体组分在液氨中的溶解量忽略不计。 6、年操作日：285。 7、参考书：

①《小氮肥工艺设计手册》 ②《合成氨工艺》

二、物料衡算

基准：1000Nm 3新鲜气为基准 1、 合成物料衡算：

⑴、放空气体量V 1及其组成 V 1=

15%

0.38%)

(1.21%1000+⨯=106Nm 3

查手册查得35℃时，气相中平衡氨含量为：y*NH3=9.187%，取过饱和度为10%，则： y NH3=9.187%⨯（100%+10%）=10.11%

y H2=

%17.56%)15%11.10%100(43

=--⨯ y N2=72.18%)15%44.10%100(4

1

=--⨯%

y CH4=15%%42.1138.0%21.1%

21.1=+⨯

y Ar =15%%58.3%

38.0%21.1%

38.0=+⨯

所以放空气组成及其体积列表如下：

（2）、氨产量V 4

由气量平衡：V 2－V 0＝V 3－V 1－V 4 ① 由于氨合成时体积减少，故：Ｖ2－V 3＝V 4＋10.11%V 1 ② 式中：V 0——补充新鲜气 Nm 3 V 1——放空气体积 Nm 3 V 2——进入合成塔混合气体积 Nm 3

V 3——出合成塔混合气体体积 Nm 3 V 4——冷凝成产品氨（液氨）的体积 Nm 3

301000Nm V = 31106Nm V =

由①、②解得：V4=

31064.4412

106

1011.1100021011.1Nm V V =⨯-=-

（3）、合成塔出口气体3V 及其组成（进入循环机中氨含量控制在3%） 由氨平衡：1423%11.10%3%7.16V V V V ++= ③ 由③+②⨯3% 得：11443%3033.0%11.10%3%7.13V V V V V +++= 31

4393.3400%7.13%)3033.0%11.10(%)3%100(Nm V V V =+++=

%05.1393

.3400)

64.44193.3400(%15)(%15)%(3434=-⨯=-⨯=

+V V V Ar CH

%69.52%)05.13%7.16%100(43

2=--⨯=

H y %56.17%)05.13%7.16%100(4

1

2=--⨯=N y

%93.9%38.0%21.1%

21.1%05.134=+⨯=CH y

%12.3%38.0%21.1%

38.0%05.13=+⨯=Ar y

%7.163=NH y

（4）、合成塔进口气量及其组成

由①得：30413229.3853100064.44110693.3400Nm V V V V V =+--=+--=

%52.11%

05.13)(2

34=⨯=

+V V Ar CH y

%48.85%52.11%3%100)(22=--=+N H y

所以，%77.8%

38.0%21.1%

21.1%52.114=+⨯

=CH y

%75.2%77.8%52.11=-=Ar y

%11.644

3

%48.852=⨯

=H y %37.21%11.64%48.852=-=N y

合成塔进口量及组成：

2、水冷器物料衡算

（1）、水冷器进口的物料同合成塔出口3V 相同 （2）、水冷器出口气体组成与放空气相同 设经水冷器后1标准立方气体中所含氨量为x 出水冷器体积：)%7.16%100(35x V V +-=

因为35℃时气相平衡氨含量：%187.9*

=a y ，取过饱和度为10%，则：

1011.0%)10%100(%187.9*=+⨯=⨯δa y

%11.10%100%)7.161(=⨯+-x

x

解得：%37.9=x

3364.3151%)37.9%7.161(93.3400%)37.9%7.161(Nm V V =+-⨯=+-⨯=出

水冷器冷凝下来的氨量=合成塔出口的氨量—水冷器出口的氨量=3

33.24963.31896.567Nm =-

3、 冷交换器的物料衡算 （1）、冷交换器进口热气组成与放空气相同

其体积为：3564.304510664.3151Nm V =-=

（2）、出口组成及体积 设出口温度为19℃。（用试算法由热量平衡决定，见热量衡算部分） 由公式：

t p

y a +-+

=273544

.1099987879.51856.4lg 由于atm MPa p 30030== C t ︒=19 故，代入上式可得：