毕业论文_30万吨合成氨生产装置脱碳甲烷化工序设计_本科毕业设计论文

氨的化学性质有在常温下相当稳定，在高温电火花或紫外光的作用下可分解为氮和氢。

具有可燃性，自然点为，般较难点燃。

氨与空气或氧的混合物在定范围内能够发生爆炸。

用途合成氨工业是基础化学工业之。

其产量居各种化工产品的首位，氨主要用于制造氮肥和复合肥料来运用于农业生产，世界上每年农业生产对化肥的需求量占以上。

氨作为工业原料和氨化饲料，用量约占世界产量的。

氨本身是重要的氮素肥料。

除石灰氮外，其他氮素肥料都是先合成氨，然后加工成各种铵盐和尿素硝酸各种含氮的无机盐及有机中间体磺胺药聚氨酯聚酰胺纤维和丁腈橡胶等都需直接以氨为原料。

液氨常用作制冷剂。

不仅可以用氨来制备肥料硝酸铵，磷酸铵肥等，而且氨也是重要的化工原料，可以制备各种炸药。

并且各种氨基树脂，聚酰胺树脂，硝化纤维素等高分子化合物的原料之也是氨，可以说氨在整个国民生产中占有不可估量的地位。

合成氨现状氨是重要的无机化工产品之，在国民经济中占有重要地位。

合成氨是大宗化工产品之，世界每年合成氨产量已达到亿吨以上，其中约有的氨用来生产化学肥料，作为其它化工产品的原料。

近几年来，我国引进了批年产万吨氮肥的大型化肥厂设备。

我国自行设计和建造的上海吴泾化工厂也是年产万吨氮肥的大型化肥厂。

这些化肥厂以天然气石油炼油气等为原料，生产中能量损耗低产量高，技术和设备都很先进。

根据合成氨技术发展的情况分析，估计未来合成氨基本生产原理将不会出现原则性的改变，其技术发展将继续会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在大型化，低耗能，结构调整，清洁生产，长周期运行等技术方面的研究开发大型化，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生产装置的主流发展方向单系列合成氨装置生产能力将从提高至∕以天燃气为原料制氨。

能耗已经接近理论水平，今后难以有较大幅度降低，但以油煤为原料制氨，将低能耗尽可能的降到最低。

实施和环境友好的清洁生产是未来合成氨装置的必须和唯的选择。

生产过程中不生产或很少生产副产品废物，实现或接近零排放的清洁生产技术将日益成熟和不断完善。

提高生产运行的可靠性，延长运行周期是未来合成氨装置改善经济性，增强竞争能力的必要保证，有利于提高生产装置的生产运转率，延长运行周期的技术包括工艺优化技术，先进控制技术等越来越受重视。

合成氨生产技术的发展世界合成氨技术的发展原料构成的变化为了合成氨，首先必须提供氮和氢。

氮来自空气，氢来自水。

气和水到处都有，而且取之不尽。

传统的制氮方法是在低温下将空气液化分离，以及水电解制氢。

由于电解制氢法，电能消耗大，成本高。

传统方法还是采用高温下将各种燃料和水蒸气反应制造氢。

因此合成氨生产的初始原料是焦炭煤焦炉气天然气石脑油重油等，多年来世界合成氨原料的构成变化见下表。

表世界合成氨原料构成原料焦炭煤焦炉气天然气石脑油重油其它合计由表可知，合成氨的原料构成是从以固体燃料为主转移到以气体燃料和液体原料为主。

自从北美大量开发天然气资源成功之后，世纪年代开始采用天然气制氨。

因为天然气便于管道运输，用作合成氨的原料具有投资省能耗低等明显优点。

到世纪年代末，国外主要产氨国都已先后停止用焦炭煤为原料，而以天然气重油等为原料，天然气所占比重不断上升。

些没有天然气资源的国家，如日本英国在解决了石脑油蒸汽转化过程的析碳问题后，年开发成功石脑油为原料生产合成氨的方法。

石脑油经脱碳气化后，可采用和天然气为原料的相同生产装置制氨。

但石脑油价格比天然气高，而且又是石油化工的重要原料，用于制氨受到定限制。

为了扩大原料范围，又开发了用重油部分氧化法制氢。

从此比石脑油价廉来源广泛的重油和减压渣油开始作为合成氨的另种原料。

表为各种原料的日产合成氨厂，相对投资和能量消耗比较。

由表可见，虽然各国资源不同，但选用原料的基本方向相同。

只要资源条件具备作为合成氨的原料。

首先应考虑天然气和油田气，其次采用石脑油。

表氨厂采用的各种原料的相对投资和能量消耗原料天然气重油煤相对投资费用能量消耗特别是以天然气为原料的合成氨工业占了很大的比重，本设计就是以天然气为原料合成氨，主要是转化工段的设计。

二生产规模大型化世纪年代以前，氨合成塔的最大能力为日产氨，到年代初期为。

随着蒸汽透平驱动的高压离心式压缩机研制成功，美国凯洛格公司运用建设单系列大型炼油厂的经验，首先运用工艺过程的余热副产高压蒸汽作为动力，于年和年相继建成日产和的氨厂，实现了单系列合成氨装置的大型化，这是合成氨工业发展史上第次突破。

大型化的优点是投资费用低，能量利用率高，占地少，劳动生产率高。

从世纪年代中期开始，新建氨厂大都采用单系列的大型装置。

但是，大型的单系列合成氨装置要求能够长周期运行，对机器和设备质量要求很高，而且在超过定规模以后，优越性并不十分明显了。

因此大型氨厂通常是指日产级，日产级和日产级的三种。

现在世界上规模最大的合成氨装置为日产氨，年在比液转化度，半贫液转化度。

流程所在循环数据，贫液，半贫液。

则贫液半贫液循环量的计算吸收塔塔底压力吸收塔进气中的分压，富液转化度可达。

设富液转化度为。

则平均再生度平均估查引进大型化化肥装置资料汇编部分溶液。

则溶液中总。

在平均转化度为的情况下溶液吸收能力为溶液则溶液总循环量贫液半贫液估查引进大型化化肥装置资料汇编脱部分得贫液转化度为，则贫液量半贫液则半贫液量被吸收量冷凝水量合成气损失于溶液中量则出塔富液总量估查引进大型化化肥装置资料汇编脱部分得富液，则出吸收塔富液体积表吸收塔进出物料总平衡表如下入方出方物料物料量物料物料量入塔总干量出塔总干气半贫液量进入溶液中冷凝数合成气损失量贫液贫液半贫液量被吸收量出塔富液量低变在沸器热负荷计算露点温度由试差法求的淬冷水打入后温度为，低变气在该温度达到饱和，即，该温度下水的饱和蒸汽压在操作手册及流程图中均未找到低变再沸器压力降的数值。

本计算参照日本公司提供的压力降数值，选取，选取的，已知出口压力为估低变再沸器入口总压计算低变再沸器入口含水量低变炉出口气含水量打回淬冷水量低变再沸器出口的液体水量再沸器热平衡再沸器入口气体温度再沸器出口气体温度表再沸器出入口气体的焓差如下组分低变再沸器出入口水蒸气放热入口总水量出口液体水下饱和蒸汽焓值饱和蒸汽焓值低变再沸器中蒸汽冷凝成水放出热。

沸腾水的焓则低变再沸器的热负荷甲烷化甲烷化炉物料衡算表甲烷化炉物料组成出吸收塔组成如下组分反应消耗生成生成甲烷化炉出口气体表出口甲烷化炉物料组成如下组分甲烷化炉热量衡算表甲烷化炉入口气统基准焓如下组成干气合计表甲烷化炉出口气统基准焓如下组成干气合计甲烷化炉热损失入出甲烷化炉空速计算干触锅炉给水换热器热平衡入口温度，出口温度表出口气体统基准焓如下组成干气合计入口气体统基准焓已由前计算为热负荷入出水冷器热平衡进气温度，出口温度出气压力表查水的饱和蒸汽压为出口气体中水蒸气量为在中冷凝水量表管侧工艺气体入口平均热容如下组成气体带入热量表出口气体平均热容如组成工艺气体带出热量冷凝量所以，热负荷为高变炉催化剂用量的计算高变炉各层气体组成表入变换炉干气体组成如下组分合计含量计算依据入口压力入口温度蒸气∶干气∶出口含量高变炉中分子变换量约为以分子干气进如变换炉为标准入口出口高变炉分子变换量取平均值为反应器温升℉高变炉入口温度℉高变炉出口温度℉由于绝热温升较高℉，可将炉内设计为两层催化计算。

变换反应动力学方程式中℉℉华氏度，摄氏度，参加反应物质的浓度，反应生成物的浓度如用，分别表示开始时，的摩尔计算的浓度。

表求得变换炉各处气体组成如下位置气体组成温度℉绝温合计炉入口层出口炉出口℉℉华氏度，摄氏度。

℉兰金度。

高变炉催化剂用量计算而第层催化剂平均温度故按进行计算，取则将上述式子代入中解之得第二层平均温度解之得同理按进行计算则将上述式子代入中解之得设入炉变换气为标准米干基在压力下，催化剂活性为常压下的倍，由此求得第层催化剂量第二层催化剂量则催化剂总量相当于以干气计算的空间速度为而根据设计时的安全装填系数，催化剂实际装填量为实实际工厂装填量约为，故本设计和实际用量基本相符参考文献施亚钧陈五平无机物工学北京中国工业出版社，沈浚合成氨北京化学工业出版社，黄圣阶等合成氨工学第二卷北京石油化学工业出版社，顾宗勤化工技术经济化工学报张成芳合成氨工艺与节能华东化工学院出版社，顾宗勤化工技术经济化工学报，潘连生关于化学工业发展的探讨北京化学工业出版社，陈五平无机化工工艺学上册北京化学工业出版社，大连化工学院主编国外合成氨催化剂资料汇编大连化工学院出版社大连化工学院，陈五平合成氨工艺学第二版，北京化学工业出版社，石油化学工业部化工设计院主编小氨厂工艺设计手册石油化学工业出版社，化工部化工工艺设计技术中心站编化工管路手册下化学工业出版社，年产吨合成氨厂变换工段设计四川四川理工学院，化工部第六设计院编化学工程手册第三卷，化学工业出版社，致谢本设计在马福勤教授，罗桂林老师的悉心指导和严格要求下业已完成，从课题选择方案论证到具体设计，无不凝聚着两位老师的心血和汗水，在四年的本科学习和生活期间，也始终感受着导师的精心指导和无私的关怀，我受益匪浅。

在此向马教授，罗老师表示深深的感谢和崇高的敬意，同时也要感谢罗树常老师在本设计的各个阶段给出了许多宝贵意见。

不积跬步何以至千里，本设计能够顺利的完成，也归功于各位任课老师的认真负责，使我能够很好的掌握和运用专业知识，并在设计中得以体现。

正是有了他们的悉心帮助和支持，才使我的毕业论文工作顺利完成，在此向化学工程系的全体老师表示由衷的谢意，感谢他们四