万吨合成氨造气工序工艺设计吴波.docx

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万吨合成氨造气工序工艺设计吴波

学生毕业论文<设计）

题目：

合成氨造气工段设计

姓名：

吴波

学号：

200901020530

系别：

化学工程系

班级：

化工0915班

指导教师：

杨谦副教授

2018年11月20日

年产15万吨合成氨造气工段工艺设计

化学工程吴波指导老师：

杨谦

摘要本设计时年产能力为15万吨合成氨造气工段<合成氨所需原料气---半水煤气）的初步工艺设计。

本设计采用常压固定床间歇制气法。

根据<小氮肥厂工艺设计手册>，完成物料、热量的计算。

此设计配有带控制点工艺流程图一张。

说明书内容：

1.煤造气的发展及发展趋势；2.造气工段的生产原理，流程选择及生产方法的论证与选择；3.物料衡算、热量衡算；4.主要设备的计算及选型；5.安全技术及节能；6.技术经济.

一张图纸：

带控制点的物料流程图

关键词：

合成；氨；半水煤气；工艺；设计

TheDesignofProducingCoalGasabout

ManufacturingSynthesisofAmmonia150000T/a

ChemicalengineeringWuBoGuideTeacherYangQian

Abstract：

Thisdesignisaprimarydesignaboutthesynthesisofammonia150000T/yeartechniquesaccidencecontrive.Thedesignownstheprocessofproducingsemi-watergas.Thedesigncompletedthecalculationofmaterialandheatquantityaccordingtorelevantdate.Duringthedesignperiodaninstructionandoneserialsofdiagramhavebeenworkedout.

Theinstructionincludes:

1.Thedevelopmenthistoryofproducingcoalgasandthedevelopingtrend.

2.Theproductionwayofproducingsemi-watergas、demonstratingandthechoosing,factorychamberplan.

3.Thecalculationofmaterialandthecalculationofheatquantity.

4.Thedesigningandtechnologicalcalculationaboutthemainequipments.

Oneseriousofdiagramincludes:

takecontrolofthematerialflowchart.

Keywords:

synthesis。

ammonia、semi-watergas、technologydesign.

前言

本设计说明书是年产15万吨合成氨厂造气工段的初步设计。

氨是一种重要的化工原料，特别是生产化肥的原料，它是由氢和氮合成。

合成氨工业是氮肥工业的基础。

为了生产氨，一般均以各种燃料为原料。

首先，制成含H2和CO等组分的煤气，然后，采用各种净化方法，除去气体中的灰尘、H2S、有机硫化物、CO、CO2等有害杂质，以获得符合氨合成要求的洁净的1：

3的氮氢混合气，最后，氮氢混合气经过压缩至15Mpa以上，借助催化剂合成氨。

我国能源结构中，煤炭资源占很大比重。

煤的气化是煤转化技术中最主要的方面，并已获得广泛的应用。

煤气化提供洁净的可以管道输送的气体燃料。

目前还在建设采用各种煤气化技术的工业化装置。

煤气化在各方面的应用都依赖于煤气化技术的发展，这主要因为煤气化环节往往在总投资及生产成本中占相当大的比重。

我国合成氨工业原料路线是煤汽油并举，以煤为主。

合成产量60%以上是以煤为原料，全国现有1000多家大中小型以煤为原料的合成氨厂。

随着油价的不断上涨，今后将停止以油为原料的新设备建设，并要求进行以煤代油的技术改造。

本说明书是在工艺和设备计算的基础上加以工艺论证及选择而编制的。

主要内容包括：

绪论、设计任务及要求、生产方案，生产流程的选择及论证、制气生产原理、工艺指标、设备计算及选型。

此外，随书附有造气工段带控制点工艺流程图。

1绪论

1.1合成氨的发展历程

在探索合成氨崎岖的道路上，它不仅使两位杰出的化学家勒夏特列和能斯特折戟蒙羞，而且使一位对人类社会发展作出巨大贡献，并因此获得诺贝尔化学奖的哈伯堕落成为助纣为虐与人民为敌的可耻下场。

后来人们把合成氨称为化学发展史上的“水门事件”。

1900年，法国化学家勒夏特列在研究平衡移动的基础上通过理论计算，认为N2和H2在高压下可以直接化合生成氨，接着，他用实验来验证，但在实验过程中发生了爆炸。

他没有调查事故发生的原因，而是觉得这个实验有危险，于是放弃了这项研究工作，他的合成氨实验就这样夭折了。

后来才查明实验失败的原因，是他所用混合气体中含有O2，在实验过程中H2和O2发生了爆炸的反应。

稍后，德国化学家能斯特通过理论计算，认为合成氨是不能进行的。

因此人工合成氨的研究又惨遭厄运。

后来才发现，他在计算时误用一个热力学数据，以致得到错误的结论。

在合成氨研究屡屡受挫的情况下，哈伯知难而进，对合成氨进行全面系统的研究和实验，终于在1908年7月在实验室用N2和H2在600℃、200个大气压下合成氨，产率仅有2%，却也是一项重大突破。

当哈伯的工艺流程展示之后，立即引起了早有用战争吞并欧洲称霸世界野心的德国军政要员的高度重视，为了利用哈伯，德国皇帝也屈尊下驾请哈伯出任德国威廉研究所所长之职。

而恶魔需要正好迎合了哈伯想成百万富翁的贪婪心理。

从1911年到1913年短短的两年内，哈伯不仅提高了合成氨的产率，而且合成了1000吨液氨，并且用它制造出3500吨烈性炸药TNT。

到1913年的第一次世界大战时，哈伯已为德国建成了无数个大大小小的合成氨工厂，为侵略者制造了数百万吨炸药，因而导致并蔓延了这场殃祸全球的世界大战。

这就是第一次世界大战德国为什么能够坚持这么久的不解之谜谜底。

当事实真相大白于天下时，哈伯爱到了世界各国科学家的猛烈抨击，尤其当他获得1918年诺贝尔化学奖时，更激起世界人民的愤怒。

人工合成氨实验的成功令人欢欣鼓舞，它对工业、农业生产和国际科技的重大意义是不言而喻的，但对三位杰出的科学家而言则是黑色的“水门事件”。

1949年前，全国仅在南京、大连有两家合成氨厂，在上海有一个以水电解法制氢为原料的小型合成氨车间，年生产能力共为46kt氨。

中华人民共和国成立以后，合成氨的产量增长很快。

为了满足农业发展的迫切需要，除了恢复并扩建旧厂外，50年代建成吉林、兰州、太原、四川四个氨厂。

以后在试制成功高压往复式氮氢气压缩机和高压氨合成塔的基础上，于60年代在云南、上海、衢州、广州等地先后建设了20多座中型氨厂。

此外，结合国外经验，完成“三触媒”流程<氧化锌脱硫、低温变换、甲烷化）氨厂年产50kt的通用设计，并在石家庄化肥厂采用。

与此同时开发了合成氨与碳酸氢铵联合生产新工艺，兴建大批年产5～20kt氨的小型氨厂，其中相当一部分是以无烟煤代替焦炭进行生产的。

70年代开始到80年代又建设了具有先进技术，以天然气、石脑油、重质油和煤为原料的年产300kt氨的大型氨厂，分布在四川、江苏、浙江、山西等地。

1983、1984年产量分别为16770kt、18373kt<不包括台湾省），仅次于苏联而占世界第二位。

现在已拥有以各种燃料为原料、不同流程的大型装置15座，中型装置57座，小型装置1200多座，年生产能力近20Mt氨。

目前，中国是世界上最大的化肥生产和消费大国，合成氨年生产能力已达4222万吨。

但合成氨一直是化工产业的耗能大户。

6月7日～8日，全国合成氨节能改造工程技术交流会在北京召开，明确了“十一五”期间合成氨节能工程在降耗、环保等方面要达到的具体目标。

会议根据“十一五”期间《合成氨能量优化节能工程实施方案》规划，确定的这一重点节能工程的目标是：

大型合成氨装置采用先进节能工艺、新型催化剂和高效节能设备，提高转化效率，加强余热回收利用；以天然气为原料的合成氨推广一段炉烟气余热回收技术，并改造蒸汽系统；以石油为原料的合成氨加快以洁净煤或天然气替代原料油改造；中小型合成氨采用节能设备和变压吸附回收技术，降低能源消耗。

煤造气采用水煤浆或先进粉煤气化技术替代传统的固定床造气技术。

到2018年，合成氨行业节能目标是：

单位能耗由目前的1700千克标煤／吨下降到1570千克标煤／吨；能源利用效率由目前的42.0％提高到45.5％；实现节能570万～585万吨标煤，减少排放二氧化碳1377万～1413万吨。

据了解，十多年来，我国合成氨装置先后经过油改煤、煤改油、油改气和无烟煤改粉煤等多次反复的原料路线改造和节能改造，先后在烃类蒸汽转化工段、变换工段、脱碳工段、控制系统等进行了数十项大型改造。

其中造气炉、炉况监测与系统优化、脱硫系统等技改始终是重点。

但是，由于装置原料路线、资源供应、运输、资金与技术成熟度等诸多方面原因，合成氨节能技术改造的效果始终未能达到预期目标。

到2004年底，合成氨单位能耗平均为1700千克标煤／吨，吨氨平均水平与国际先进水平相差600～700千克标煤。

据了解，合成氨节能改造工程的具体实施由中国化工节能技术协会负责。

2生产方法的选择及论证

2.1生产方法的介绍：

煤气化法按不同的分类有多种，分叙如下：

1.按制取煤气的热值分类为<1）制取低热值煤气方法，煤气热值低于8347kJ/m3；<2）制取中热值煤气方法，煤气热值16747~334948347kJ/m3；<3）制取高热值煤气方法，煤气热值高于334948347kJ/m3。

2.按供热方式分类，气化过程的供热方式有<1）部分气化方法；<2）间接供热；<3）由平行进行的反应器直接供热；<4）热载体供热。

3.按反应器的形式分类，气化方法有<1）移动床<固定床）；<2）流化床；<3）气流床。

本设计按反应器的分类方法来分别简要介绍各种方法。

2.1.1固定床气化法煤的固定床气化是以块煤为原料。

煤由气化炉顶部间歇加入，气化剂由炉底送入，气化剂与煤逆流接触，气化过程进行得很完全，灰渣中残碳少，产物气体的显热中的相当部分供给煤气化前的干燥和干馏，煤气出口温度低，而且灰渣的显热又预热了入炉的气化剂，因此气化剂效率高。

这是一种理想的完全气化方式。

<1）固定床常压气化

此方法比较简单，但对煤的类型有一定要求，即要求用块煤，低灰熔点的煤难以使用常压方法用空气或空气-水蒸汽作为气化剂，制得低热值煤气。

<2）固定床加压气化

固定床加压气化最成熟的炉型是鲁奇炉。

它和常压移动床一样，也是自热式逆流反应床。

所不同的是采用氧气-水蒸汽或空气-水蒸汽为气化剂，在2.0-3.0Mpa和900~1100℃的温度条件下连续气化方法。

2.1.2流化床气化流化床气化又称沸腾床气化，它是以小颗粒煤为原料，将气化剂<蒸汽和富氧或氧气）送入炉内，是煤颗粒的炉内呈沸腾状态进行气化反应。

它是一种介于逆流操作和顺流操作这两种情况之间的操作。

<1）温克勒法

温克勒法是最早开发的流化方法，在常压下，把煤粒度为0-8mm的褐煤、弱粘结性烟煤或焦碳经给煤机加入到气化炉内。

在炉底部通入空气或氧气作介质，没与经过预热的气化剂发生反应。

<2）高温温克勒法

将含水分85~12%的褐煤输入到充压至0.98Mpa的密闭料