年产5万吨合成氨变换工段工艺设计的项目可行性分析论证报告.docx
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年产5万吨合成氨变换工段工艺设计的项目可行性分析论证报告
一、总论-------------------------------------------------------------3
1、项目提出背景----------------------------------------------------3
2、项目建设的必要性与经济意义--------------------------------------3
3、可行性研究工作的主要范围----------------------------------------3
4、项目建设的结论和建议--------------------------------------------3
二、项目建设的意义---------------------------------------------------3
三、国际市场---------------------------------------------------------4
1、现状------------------------------------------------------------4
2、供求预测--------------------------------------------------------5
3、产品价格--------------------------------------------------------6
四、国内市场---------------------------------------------------------6
1、供求关系--------------------------------------------------------6
2、化肥价格--------------------------------------------------------8
五、市场分析与预测---------------------------------------------------9
六、原材料、燃料、动力供应-------------------------------------------10
1、原材料的供应----------------------------------------------------10
2、燃料、动力供应--------------------------------------------------11
七、厂址选择及生产规模-----------------------------------------------11
1、厂址选择--------------------------------------------------------11
2、生产规模--------------------------------------------------------15
八、工程项目设计-----------------------------------------------------15
1、变换工段工艺流程的比较与选择------------------------------------15
2、CO变换工艺的主要设备设备型--------------------------------------20
3、氨变换工艺的主要设备选型----------------------------------------26
4、催化剂的比较与选择----------------------------------------------21
九、环境保护和对“三废”的治理方案-----------------------------------30
1、三废的处理------------------------------------------------------30
2、噪声处理--------------------------------------------------------30
十、劳动保护和安全生产-----------------------------------------------31
1、劳动保护--------------------------------------------------------31
2、安全生产--------------------------------------------------------31
十一、结论-----------------------------------------------------------32
参考文献-------------------------------------------------------------32
年产5万吨合成氨变换工段
工艺设计的项目可行性研究报告
重庆工商大学，环境与生物工程学院，04化工班，石秀青
指导教师：
李宁
一、总论
1、项目提出背景
氨是一种重要的化工产品，在国民经济中具有举足轻重的作用，主要用于化学肥料的生产。
合成氨生产经过多年的发展，现已发展成为一种成熟的化工生产工艺。
为了适应农业发展的迫切需要，发挥中央和地方办化肥厂的积极性，从20世纪60年代开始建立一大批合成氨厂，其中近30多年是合成氨工业发展最快的时期，预计今后将转入稳步增长时期。
2、项目建设的必要性与经济意义
CO变换工段是合成氨的重要工段，如果合成氨原料气中CO超标会使催化剂中毒，即而降低反应速率，影响反应过程，因此，CO变换工段中存在的问题是我们提高合成氨产量、效率必须解决的问题。
最终使氨量达标，减少投资和原材料消耗量，改善能源消耗问题，提高生产能力，消除安全隐患，改善环境污染状况，降低生产成本，提高利润率。
因此，解决现有工艺中存在的一系列问题，有着重要的经济意义。
3、可行性研究工作的主要范围
催化剂的选择、工艺流程的比较与选择、主要设备的比较与选择、工艺指标、生产操作、厂址选择、“三废”处理、安全生产、经济评价、人员编制等。
4、项目建设的结论和建议
通过上述几点分析和讨论，并结合实际发现该项目的研究设计有重要的市场价值，值得推广应用。
根据目前的实际情况，本项目的设计是可行的，一旦试点成功将会为合成氨工业的发展出巨大的贡献，可加快企业改革力度，提高企业的竞争力，有利于促进经济的快速发展。
二、项目建设的意义
第一，我国是人口大国，以世界耕地面积的7%养活着占世界22%的人口。
农业历来是我国的立国安邦的大事，它直接关系国民经济的发展和国家的长治久安。
据世界粮农组织统计，化肥对粮食生产的贡献率大约为40%。
我国农业部门多年研究表明，在增加农作物产量的所有因素中（包括水、肥、土、种等），化肥的贡献率是较高的，1985～1990年的平均贡献率为32.09%以上,因此大力发展化肥工业是一项重要国策.
第二,我国人口众多,粮食供应问题非常重要,目前我国超过13亿人口,人均占地只有1.188亩,人均粮食占有量不足380公斤,随着中国经济多年来的高速发展,城市化过程逐步加快,农业耕地面积必然会不断减少,因此,要想靠增加粮食产量来满足社会的需求,就必需大量生产化肥。
所以，不论市场如何变化，我国和世界范围化肥的消耗量必然会逐年上升。
第三，加入WTO后，化肥行业面临的压力是国内粮食市场逐步开放和国外低价化肥将进入国内市场，虽然加入WTO后中国的总体关税水平将降低，但这对化肥工业的影响不大，因为目前化肥的关税已经较低（5%）。
我国既是化肥生产大国，也是化肥消费大国。
目前，我国的化肥消费量居世界首位，约占世界化肥总销售量的30%。
这样大的化肥消费量长期依靠进口满足是不可能也不现实的，因此，化肥供应仍将基本立足国内生产。
第五，近年来我国农业经济发展迅速，导致种植业结构发生显著变化，经济作物增长很快，其需肥量一般是粮食作物的2～3倍，且需要高浓度复合肥；农作物新品种的施肥量是老品种的10～17倍，对肥料的需求量上升；使用化肥的新领域不断扩大，森林、水产、苗圃、牧草、畜牧等都将是使用化肥的新领域。
本项目的实施将增加化肥厂的市场竞争力，该项目不仅经济效益好，而且更加安全节能环保。
三、国际市场
1、现状
1999年全世界尿素总生产能力为5739万吨（折纯氮，下同）总产量为4847万吨，表观消费量为4847万吨。
亚洲地区的生产能力占全世界生产能力的63.5%，其余的依次为北美、前苏联、东欧、西欧、非洲、拉丁美洲和大洋洲。
世界各地区尿素生产能力见表3-1。
表3-1世界各地区尿素生产能力（以氮计，万吨）
地区
1987年
1999年
2005年
能力
所占比例%
能力
所占比例%
能力
所占比例%
亚洲
1856
47．5
3697
64．3
4257
66．7
前苏联
552
14．1
509
8．9
502
7．9
北美
508
12．8
652
11．4
648
10．2
东欧
341
8．7
278
4．8
248
3．9
西欧
381
9．7
261
4．5
237
3．7
非洲
128
3．2
163
2．8
179
2．8
拉丁美洲
150
3．8
158
2．8
257
4．0
大洋洲
19
0．5
23
0．4
55
0．9
总计
3932
100
5739
100
6381
100
2、供求预测
世界尿素的供需在20世纪80年代末期以前基本达到平衡状态。
但80年代末到90年代初，中东战争和前苏联及东欧的经济萧条等政治和经济情况严重地影响了世界尿素市场的供求关系。
由于昂贵的天然气原料价格，有些装置不得不关闭停产。
1999年尿素国际贸易量占世界总产量的23%，预计到2009年这一比例还会增加。
世界尿素的供需及预测见表3-2。
表3-2世界尿素供需（以氮计，万吨）
年份
生产能力
开工率%
生产量
进口量
出口量
表观消费量
1987
3932
83
3282
898
898
3282
1988
4061
84
3424
942
942
3424
1989
4158
85
3552
982
982
3552
1990
4180
83
3482
881
881
3482
1991
4100
84
3448
901
901
3448
1992
4196
86
3618
941
941
3618
1993
4363
83
3630
941
941
3630
1994
4544
84
3833
1024
1024
3833
1995
4725
86
4048
1123
1123
4048
1996
4977
86
4274
1101
1101
4274
1997
5250
83
4357
1027
1027
4357
1998
5504
84
4603
961
961
4603
1999
5739
84
4847
1105
1105
4847
2005
6381
89
5669
1404
1404
5669
注：
表观消费量为产量+进口量-出口量。
20世纪90年代初，东欧、西欧和前苏联的消费量下降，1987～1999年间，全世界尿素的表观消费量仍增加48%。
1999亚洲社会主义国家和西南亚尿素消费量占全世界总消费量的56%。
预计今后前苏联和东欧地区尿素消费量会有所增加。
潜在的尿素消费增长地区为亚洲社会主义国家、西南亚以及大部分发展中国家和地区。
3、产品价格
世界尿素价格自20世纪60年代以来，变化幅度很大，西欧袋装尿素的FOB（到岸价格）曾一度达到390美元/吨，创造了尿素价格历史上的最高纪录，而70年代也曾跌破50美元/吨。
20世纪60年代末70年代初，由于一大批尿素装置投入运行，尿素产量迅速增长，造成价格一路下滑，跌至40多美元/吨。
1974年，由于第一次石油危机，使得原材料价格大幅度上扬，尿素价格上升到300多美元/吨。
进入80年代，仍然维持在高价位，约200多美元/吨。
20世纪90年代初期，化肥消费量开始下降，同期国际市场尿素价格下滑，1993年价格降至较低水平，平均离岸价为106美元/吨。
随着经济的恢复，1993年年底尿素价格又开始直线回升，消费量开始增加，1996年尿素的平均离岸价达184美元/吨，刺激了尿素生产能力的大幅度增加，1992～1999年世界尿素的生产能力增加了37%。
到1999年，尿素价格又回至较低的水平，此时尿素的平均离岸价只有78美元/吨，达到了20世纪70年代中期以来的历史最低。
这主要是因为随着尿素生产能力的增加，一些亚洲社会主义国家和西南亚国家尿素的生产已基本能够满足国内需求，从而减少了进口，严重影响了国际尿素市场。
1993～1995年，亚洲社会主义国家和西南亚国家这两地区尿素进口量急剧上升，此后又急剧下降。
两地区1995年共进口尿素550万吨（折纯），占当年世界贸易量的49%。
而1999年两地区共进口尿素170万吨，仅占当年世界贸易量的16%。
2000年以来，世界尿素供需因消费量增加和价格的回升而趋于稳定。
世界尿素价格主要受原材料价格（石油、天然气）、供求关系、投资成本、国家地区政策影响。
据世界有关机构受用多种模型综合预测，在没有突发事件影响全球尿素供求时，预计国际尿素价格将在140～200美元/吨之间。
四、国内市场
1、供求关系
我国现有大型氮肥企业25个，大型合成氨装置（年产30万吨）30套，其中有28套最终产品为尿素。
中氮肥企业52个，其中最终产品为尿素的有37个。
目前平均规模合成氨为14万吨/年，尿素为20万吨/年。
近年我国尿素产量见表4-1。
表4-1近年我国尿素产量统计（万吨，实物）
年份
尿素产量
年增长量
占当年氮肥产量比例/%
1985
927.23
35.53
1990
1103.30
33.38
1991
1185.73
82.43
34.93
1992
1349.37
163.64
38.62
1993
1342.89
-6.46
39.80
1994
1536.08
193.19
42.21
1995
1795.09
259.01
43.52
1996
2060.12
265.03
43.95
1997
2289.73
229.61
49.56
1998
2636.50
346.77
55.46
1999
2936.64
300.14
59.64
2000
3070
133,36
58.88
2001
3149
79
2002
3482
333
2003
3750
268
59.35
2004
4155
405
57.37
2005
4309
154
55.79
2010*
5059
150
65.0
注:
*为预测值。
影响我国化肥消费增加的主要因素如下。
（1）人口增加。
生活水平提高和社会发展需要增产粮食，而增施化肥是增产粮食的途径之一。
（2）农作物种植结构的变化。
统计资料数据表明，1980～1998年间粮食作物面积基本保持不变，而粮食产量1998年比1980年增加近2亿吨，这是靠单产增加来实现的，而增施化肥是重要因素之一。
同期经济作物面积迅速扩大，而经济作物施用化肥比同面积粮食作物多，因此化肥用量增加。
（3）速生丰产林、经济林、毛竹、苗圃的迅速发展，以及近4亿公项草地及水产养殖等需要施用化肥。
据统计，按原料划分，我国尿素生产企业中62%是以煤为原料，26%以天然气为原料，12%是以油为原料。
从统计看，煤头企业占主要部分。
此间，煤头企业尿素生产成本每吨普遍增加50元以上，这对尿素市场产生的影响就在于加剧小化肥企业停产甚至倒闭。
据统计，在我国小氮肥企业中以煤为原料的约占70%，小氮肥企业因消耗高，效益差，产品结构单一，本来日子就不好过，煤炭价格的上涨对这些小氮肥企业来说更是雪上加霜；再加上从去年起大小型氮肥企业也享受免征增值税优惠政策，使得小氮肥原来的税优惠不复存在，使大多小氮肥企业亏损严重。
目前，全国小氮肥中有相当一部分处于停产甚至倒闭状态。
这些氮肥企业的停产和倒闭都将减少市场氮肥源的供给，从而推动尿素市场价格的上涨，这对大氮肥企业来说将是一个利好的现象。
2、化肥价格
国内市场的尿素价格主要受国家政策和粮食价格以及进口量的影响，1991年以来，国内尿素的市场价格见表4-2。
表4-2国内尿素市场价格（元/吨）
时间/年-月
最高价
最低价
备注
1991
1200
800
1992
1400
850
1993
1600
900
1994-05
1600
1100
1994-11
1680
1200
1995-11
2450
1500
1996-05
2490
1780
1996-11
2300
1150
1997-05
2000
1500
1997-11
1900
1300
1998-01
1900
1300
1998-12
1400
1300
1999-07
1400
1300
1999-12
1300
1200
2000-07
1250
1190
2001-05
1400
1200
2006-05
1750
1500
国内尿素价格自1997年以来基本趋势下降，而国际价格同期基本上也是下降的，但2000年上半年开始明显攀升。
这表明，2000年国内尿素市场价格变化趋势与国际价格相比有较大反差，这种反差是推动我国尿素出口的动力，因此2000年尿素出口量有较大幅度的上升。
五、市场分析与预测
我国合成氨工业从建国以来，经过40多年的努力，现在已获得迅速发展，取得很大的成绩，产量排名世界第一，原料则采取气、油、煤并举，大、中、小型结合的方针，拥有多种多样的生产方法和流程。
随着世界人口不断增长，用于制造化学肥料和其他化工产品的氨产量也在迅速增加，其中仅苏、中、美三个主要国家1989年生产的合成氨50．523Mt（以N计）。
因此，经过近80年的发展，1992年世界合成氨的产量为92.363Mt（以N计），在化工产品中仅次于硫酸，而居世界第二位，成为重要的支柱产业之一。
表5-11989年三个主要产氨国产量，Mt（以N计）
国别
苏联
中国
美国
产量
20.00
17.977
12.546
合成氨工业在生产技术上也发生了重大变化。
20世纪60年代，美国凯洛格（kellogg）公司首先利用工艺过程的余热副产高压蒸汽作为动力，相继建成日产600st（544.31t）和1000st（907.19t）的氨厂，实现了单系列合成氨装置的大型化，这是合成氨工业的一次重要突破。
20世纪70年代，计算机技术应用于合成氨生产过程，使操作控制产生了质的飞跃。
近年来，合成氨生产技术的改进在很大程度上是以降低能耗为目标的。
以天然气为原料的日产1000t的合成氨装置吨氨能耗已从70年代的40.19GJ下降到29.31GJ左右。
其中有竞争能力的是美国布朗（S.F.Braun）公司深冷净化工艺、英国帝国化学工业公司AM-V工艺和美国凯洛格公司MEAP工艺。
我国合成氨工业于20世纪30年代起步，当时仅在南京、大连两地建有氨厂，最高年产不过50kt（1941年），此外在上海还有一个电解水制氢生产合成氨的小车间。
新中国成立后，经过数十年的努力，已形成了遍布全国、大中小型氨厂并存的氮肥工业布局，1999年合成氨产量为34310kt，排名世界第一。
我国合成氨工业的发展是从建设中型氨厂开始的。
20世纪50年代初，在恢复与扩建老厂的同时，从前苏联引进以煤为原料、年产50kt的三套合成氨装置1957年先后建成投产。
在试制成功高压往复压缩机和氨合成塔后，标志着我国具有自力更生发展合成氨的工业条件，于是自行设计与自制设备，陆续建设了一批年产50kt的中型氨厂。
60年代随着石油、天然气资源的开采，又从英国引进以天然气为原料的加压蒸汽转化法、年产100kt合成氨装置，并且从意大利引进以重油为原料的部分氧化法、年产50kt合成氨装置，从而形成了煤、油、气料并举的中型氨厂生产体系。
迄今为止，我国已建成50多座中型氨厂。
为了适应农业发展的迫切需要，1958年我国著名化学家侯德榜提出碳化法合成氨流程制取碳铵新工艺，从20世纪60年代开始在全国各地建设了一大批小型氨厂，1979年最多时曾发展到1539座，2000年仍有600多家，其产量仍占我国合成氨产量的一半以上。
20世纪70年代是世界合成氨工业大发展的时期，由于大型合成氨装置的优越性，我国陆续从国外引进并建成了29套年产300kt合成氨联产尿素的大型装置。
这些大型合成氨装置的建成投产，不仅较快地增加我国合成氨产量和提高生产技术水平，而且也缩小了与世界先进水平的差距。
此外，我国已经能自行设计年产300kt级的大型合成氨联尿系统。
第一套我国自行设计以石脑油为原料的年产年300kt合成氨装置于1980建成投产。
而以天然气为原料的我国第一套年产200kt氨的国产化大型装置，于1990年在四川化工总厂建成，吨氨能耗已达到30.20GJ。
展望21世纪，合成氨装置将继续朝着大型化、集中化、自动化、低能耗与环境型的方向发展。
并形成具有一定规模生产中心。
单系列合成氨装置的能力将从1000——1350t/d提高至1500——2000t/d。
预计21世纪以下技术可能实现突破并工业化：
①气体分布更均匀，阻力降更小、更合理的合成塔内件；②无毒、无害、吸收能力更强、再生能耗更低的净化技术；③采用低压（3.0——6.0MPa）高活性的氨合成催化剂，实现等压合成；④合成回路增设变压吸附系统，即在接近合成温度和压力条件下，选择一种对氨比对H2,N2更具有吸附能力和更强选择性的吸附剂，实现一次循环即获得纯氨产品以及未反应H2,N2再循环利用；⑤建立合成氨装置的精确的数学模型，采用APC技术，如模型多变量预估控制和在线优化控制。
另外，生物固氮技术也有望在21世纪取得突破性进展，实现合成氨生产的革命性改变。
六、原材料、燃料、动力供应
1、原材料的供应
CO变换的任务是去除半水煤气中所含的CO，提供合成氨的原料。
它是氨生产的重要部分。
CO变换反应是在较高温度和较高压力及催化剂存在的条件下进行的。
2、燃料、动力供应
燃料主要为天然气，其主要的动力供应为电力，所以需配备相应的电力系统。
七、厂址选择及生产规模
1、厂址选择
厂址：
重庆市晏家工业园区
重庆市晏家工业园区是重庆市人民政府批准的省（市）级特色工业园区，2004年进入全市前5名，成为“五个示范园区”之一。
园区位于重庆市长寿区，具有完善的基础设施、便捷的交通网络、良好的自然条件、周到的政府服务、优惠的税费政策，是企业投资办厂的理想场所。
重庆市晏家工业园区位于重庆地区性中心城市——长寿区，地处重庆腹心地带，是重庆主城区通往三峡库区、华东、华中、湘西
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