年产30万吨合成氨工程设计.docx

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年产30万吨合成氨工程设计

年产30万吨合成氨工程设计

摘要

氨是重要的根底化工产品之一，在国民经济中占有重要地位。

合成氨生产经过多年的开展，现已开展成为一种成熟的化工生产工艺。

本设计是以煤为原料年产三十万吨合成氨转变工序的设计。

近年来合成氨工业开展很快，大型化、低能耗、清洁生产均是合成氨设备开展的主流，技术改良主要方向是开发性能更好的催化剂、降低氨合成压力、开发新的原料气净化方法、降低燃料消耗、回收和合理利用低位热能等方面上。

设计采用的工艺流程简介：

采用煤造气出来的半水煤气，通入变换炉，采用煤气冷激与蒸汽换热的方式，使半水煤气在催化剂的作用下大局部CO和水蒸气反响获得H2，使CO降到合格水平。

本设计综述局部主要阐述了国内外合成氨工业的现状与开展趋势，介绍了合成氨的各个工序流程。

工艺计算部进展了一氧化碳变换工序的物料衡算、热量衡算。

设备计算局部主要是高变炉催化剂用量的具体计算，以与热水塔和换热器的计算。

本设计的优点在于选择较为良好的厂址和原料路线，确定良好的工艺条件、合理的催化剂和能源综合利用。

关键词：

合成氨,水煤气,变换

第1章绪论

1.1氨的性质、用途与重要性

1.1.1氨的性质

氨分子式为NH3，在标准状态下是无色气体，比空气轻，具有特殊的刺激性臭味。

人们在大于100cm3/m3氨的环境中，每天接触8小时会引起慢性中毒。

氨的主要物理性质有：

极易溶于水，溶解时放出大量的热。

氨水溶液呈碱性，易挥发。

液氨和枯燥的氨气对大局部物质没有腐蚀性，但在有水的条件下，对铜、银、锌等金属有腐蚀作用。

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630℃，一般较难点燃。

氨与空气或氧的混合物在一定X围内能够发生爆炸。

氨的性质比拟活泼，能与各种无机酸反响生成盐。

1.1.2氨的用途与在国民生产中的作用

氨是重要的无机化工产品之一，在国民经济中占有重要地位。

合成氨指由氮和氢在高温高压和催化剂存在下直接合成的氨。

世界上的氨除少量从焦炉气中回收外，绝大局部是合成的氨。

氨主要用于农业，合成氨是我化肥工业的根底，氨本身是最重要的氮素肥料，其他氮素肥料也大都是先合成氨，再加工成尿素或各种铵盐肥料，这局部均占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根底原料，用于生产铵、胺、染料、炸药、合成纤维、合成树脂的原料，这局部约占30%的比例，称之为“工业氨〞。

氨作为工业原料和氨化饲料，用量约占世界产量的12%。

硝酸、各种含氮的无机盐与有机中间体、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生产。

液氨常用作制冷剂。

合成氨是大宗化工产品之一，世界每年合成氨产量已到达1亿吨以上，其中约有80%的氨用来生产化学肥料，20%作为其它化工产品的原料。

氨作为最为重要的根底化工产品之一，同时也是能源消耗的大户，世界上大约有10%的能源用于合成氨。

随着世界人口的不断增加，用于制造尿素、硝酸铵、磷酸铵、硫酸铵以与其它化工产品的氨用量也在增长。

据统计1994年世界氨产量为113.46Mt，其中中国、美国、印度、俄罗斯四个主要产氨国占了一半以上。

在化学工业中合成氨工业已经成为重要的支柱产业[1]。

1.1.3产品世界产业状况

据统计，世界合成氨产能已超过1.76亿吨/年，主要生产能力分布情况：

美国1000万吨/年、加拿大520万吨/年、墨西哥291万吨/年、南美地区856万吨/年（其中特立尼达453万吨/年）、西欧1218万吨/年、东欧3333.4万吨/年、中东/非洲1560.2万吨/年、亚太地区8720万吨/年。

合成氨按终端用途来分，约85%-90%的合成氨用作化肥：

液态氨、硝酸铵、尿素或其他衍生物，仅13%用于其他商品市场。

据美国SRI咨询公司指出，近年来局部产能关闭使世界合成氨供需平衡得到稳固。

由于美国天然气价格持续居高位使合成氨行业盈利困难，美国一些公司均关闭了产能。

总部位于纽约的J.P.Morgan公司咨询师DavidSilver指出，世界合成工业已经走出困境，仍在复苏之中，由于需求强劲增长，加上产能增加很少推进复苏，另外北美产能关闭使得全球合成氨开工率维持在85%以上，并使生产商有条件抬高价格。

由于北美地区天然气原料价格走高，过去5年美国有相当数量的合成氨产能被永久关闭，合成氨生产正向天然气低价格地区转移，将集中在中东、北非和特立尼达。

随着天然气价格不断上涨，欧洲已成为世界上生产本钱最高地区，相当数量的产能也正经受考验。

1.2产品的市场需求预测

由于因地球变暖而导致的气候异常现象、新兴国家内需增长、将粮食转用于生物燃料等原因，导致全球性粮食价格高涨。

在这种背景之下，用于肥料原料的氨便被视为粮食供给中重要的战略物资。

目前全球氨的生产量约为1亿5000万吨。

一提到氨，人们首先想到的便是刺鼻的味道，除此之外对氨似乎并不了解。

事实上，将近80%的氨被用于肥料原料，其余大约20%被用于生产合成树脂或纤维。

肥料的三大要素是氮、磷、钾，将氮用于肥料时需要对空气中的氮气进展固化。

唯一的工业生产方法便是使氮气与氢相结合生成氨，这种方法早在大约100年前被创造，而且一直沿用至今。

换言之，只有氨才能提供氮成分，氨是化学肥料中必不可缺的原料。

自不待言，肥料对农业生产而言是至关重要的。

由于世界人口数量的增加、耕地面积的减少以与新兴国家饮食文化水平的提高，为了解决粮食缺乏的问题，就要提高单位面积的农作物的产量。

为了实现这一目的，适宜地使用肥料至关重要。

在上述背景之下，今后氨的年需求量增长比例预计将到达3～4%。

尤其是面临粮食危机的亚洲、中南美以与非洲的需求量增长是毋庸置疑的。

我国经济市场的逐渐复苏是市场开展的主要动力，2021年随着液氨下游市场的形式转好，主要是非化肥行业用氨情况的好转，液氨行业是一个快速开展的阶段。

目前我国的农业用氨一年根本固定在〔合成氨量〕3500万吨，按我国根本的合成氨量在5000万吨左右，其中有1500万吨要应用在非化肥行业以与化肥出口的方面。

一、化肥消耗液氨的情况：

作为商品氨的主要开展基石，化肥用商品氨依然是液氨行业的根底，包括复XX、尿素等外购氨。

每年平均消耗液氨在550-600万吨之间。

2007-2021年，我国的化肥出口政策呈现内紧的形式，国家一度对化肥出口征收150%的临时关税，这在客观上大大限制了化肥企业的生产情况，也对液氨市场造成了直接的影响，一度液氨价格降到了1500元/吨的水平。

2021年底，国家取消了化肥出口的关税限制。

预计2021年我国化肥出口要有一个质的增长，这在客观上要大大带动液氨市场的快速流通。

如果化肥行业的出口一经启动，液氨市场的根底会有一个稳定快速的增长。

我国化肥在国际市场上价格还占一定的优势，尤其是东南亚的市场。

2021年我国化肥出口按保底的500万吨〔N折纯计算〕，那要带动液氨市场的300万吨左右的市场增量，这个增量足以改变目前主要液氨产地液氨市场的变化格局。

化肥市场的变化是呈现一个周期的变化，2021年是我国经济持续转好的关键一年，国家对经济的预测以与实际的刺激经济增长的力度都是很大的，农业是我国经济开展的根底，粮食的平安历来是我国上层领导极为重视的内容。

作为和农业息息相关的化肥行业，一直是我国重要的根底行业。

3500万吨的合成氨消耗量，在2021年只会增长。

二、非化肥行业消耗液氨情况：

液氨行业的根底是化肥行业，液氨行业的推进剂是非化肥行业。

重点在氨基酸、谷氨酸、冶炼、制冷、小化工等行业当口。

这些行业对液氨的需求是液氨行业的利润点以与增长点。

这些行业受2021年以来的金融危机的影响，2021年一直处于复苏的过程。

2021是这些行业真正恢复的年份，2021年以来国家在经济政策方面的大力度的政策刺激，在2021年底已经有了一个明显的趋势。

例如2021年12月份的液氨平均价格。

较8-11月份的价格，整整增加了20%。

液氨下游市场的吸货量有了一个明显的提升[2]。

1.3产品价格分析

2021年是液氨市场全面恢复的一年，价格有受供需形势的可能有大幅度的波动，产量会有很大的增长。

我国目前的液氨行情正恢复前些年的行情，随着我国经济形势的逐渐好转，合成氨行业也借助经济的复苏，发生着明显的变化。

2021年一月份，我国液氨价格普遍上涨。

XX地区一度上涨到3000元/吨，涨幅到达1000元左右.市场的行情随着下游化肥市场以与小化工市场的启动也逐步显示出强劲的提升趋势。

价格的变化只是一个价值规律的表达，还不能实质表现出整体市场的变化。

在价格提升的同时，液氨的产量也发生着明显的增长。

下游市场对液氨的需求活泼程度日渐增加。

去年，一年的时间液氨市场都在动乱中起伏，市场的最低价格到达1500元/吨；2021年第一季度各个方面都显示出液氨整体市场趋好的变化[3]。

1.4工程内容

1.4.1工程名称、地址、承办单位与性质

工程名称：

年产30万吨合成氨工程设计

地址：

XX省鹤岗市工业区

性质：

新建工程

1.4.2工程编制的依据和原那么

编制依据：

（1）教材?

化工设计?

中的设计指导

（2）?

当前国家重点鼓励开展的产业、产品和技术目录?

（3）?

中华人民XX国环境保护法?

（4）?

中华人民XX国平安生产法?

编制原那么：

1〕从国内行情、企业实力出发，严格控制工程建立工程的生产规模和投资。

2〕设计方案要特别注意生产的平安性和可靠性，经济的合理性，严格执行工程建立的有关规定、标准、规X。

3〕充分考虑环境保护和职业平安卫生要求。

环保和平安卫生设施与设备装置同步建立，同时投用，确保工程投产后污染物处理和环境保护达标。

4〕平面布置合理。

在满足有关平安、防火的标准和规X条件下，尽可能节省用地，并考虑今后工程的开展建立要求。

5〕设备、仪表全部立足国内解决，以节省投资[4]。

1.4.3工程背景

氨对地球上的生物相当重要，它是所有食物和肥料的重要成分。

氨也是所有药物直接或间接的组成。

合成氨是氮肥工业的主要原料，85－90%的合成氨用于化肥生产。

美国约有30%的液氨作为氮肥直接施用，但在世界X围内，通常是将合成氨加工成下游氮肥品种施用。

氮肥的主要品种包括尿素、硝酸铵、硫酸铵与磷酸铵等。

世界工业用氨量占合成氨总消费量的10-15%。

工业用氨主要用于动物饲料、炸药以与聚合物产品等，由于氨有广泛的用途，氨是世界上产量最多的无机化合物之一。

1.5原料的选择

合成氨工业的开展迄今已有80多年的历史，早期合成氨是以焦炉气、水电解氢与焦炭气化产生的水煤气为原料,70年代开场转向以天然气、石脑油为原料。

国外合成氨装置中不同原料所产合成氨占总量如下[5]：

原料名称天然气石脑油重油煤焦炉气其它

占比例，%71.519421.52

近年来，由于天然气和石脑油资源日益枯竭，世界各国都在积极开发或建立以煤为原料的大型氨装置,但由于经济原因，目前还难以与天然气竞争。

我国油、气资源少，煤炭资源丰富，又缺少开展大型氨厂所需技术和资金，所以实施与世界各国不同的战略：

同时开展大、中、小型氨厂。

目前已投产或试生产的大型氨厂有28家，总能力约8400kt/a。

其中天然气为原料的13套，石脑油为原料的6套，渣油为原料的7套，煤为原料的2套。

中型氨厂有55家，总能力为5200kt/a。

除XX等少数省有天然气资源外，其它多以煤或焦炭为原料。

小型氨厂始建于50年代末期，全国有800~1000家，总能力达14000~15000kt/a,大局部是以煤为原料。

资料说明，我国石油开采量为年产0.14Gt，仅为世界开采量的2.4%,天然气开采量不到世界总量的1%。

煤炭资源约为765Gt,1995年开采量为1.28Gt,超过美国，居世界第一位。

我国能源消耗70%是煤。

合成氨厂60%以上是用煤或焦炭为原料，年用量达46000kt，占煤炭总用量的3.4%。

目前，我国合成氨工业