目录
一、绪论 (1)
、概述 (3)
、设计任务的依据 (1)
二、装置流程及说明 (2)
、生产工艺流程说明 (2)
、粗苯洗涤 (4)
、粗苯蒸馏 (4)
三、吸收工段工艺计算 (7)
、物料衡算 (7)
、气液平衡曲线 (8)
、吸收剂的用量 (9)
、塔底吸收液 (10)
、操作线 (10)
、塔径计算 (10)
、填料层高度计算 (13)
、填料层压降计算 (16)
四、脱苯工段工艺计算 (17)
、管式炉 (17)
、物料衡算 (18)
、热量衡算 (22)
五、主要符号说明 (25)
六、设计心得 (26)
七、参考文献 (27)
一、绪论
概述
氨是重要的化工产品之一，用途很广。在农业方面，以氨为主要原料可以生产各种氮素肥料，如尿素、硝酸铵、碳酸氢氨、氯化铵等，以及各种含氮复合肥料。液氨本身就是一种高效氮素肥料，可以直接施用。目前，世界上氨产量的85%—90%用于生产各和氮肥。因此，合成氨工业是氮肥工业的基础，对农业增产起着重要的作用。合成氨工业对农业的作用实质是将空气中游离氮转化为能被植物吸收利用的化合态氮，这一过程称为固定氮。
氨也是重要的工业原料，广泛用于制药、炼油、纯碱、合成纤维、合成树脂、含氮无机盐等工业。将氨氧化可以制成硝酸，而硝酸又是生产炸药、染料等产品的重要原料。生产火箭的推进剂和氧化剂，同样也离不开氨。此外，氨还是常用的冷嘲热讽冻剂。
合成氨的工业的迅速发展，也促进了高压、催化、特殊金属材料、固体燃料气化、低温等科学技术的发展。同时尿素的甲醇的合成、石油加氢、高压聚合等工业，也是在合成氨工业的基础上发展起来的。所以合成氨工业在国民经济中占有十分重要的地位，氨及氨加工工业已成为现代化学工业的一个重要部门。
在合成氨工业中，脱硫倍受重视。合成氨所需的原料气，无论是天然气、油田气还是焦炉气、半水煤气都人含有硫化物，这些硫化物主要是硫化氢（S H 2）、二硫化碳（2CS ）、硫氧化碳（COS ）、硫醇（SH -R ）和噻吩（S H C 44）等。其中硫化氢属于无机化合物，常称为“无机硫”。
合成氨在生产原料气中硫化物虽含量不高，但对生产的危害极大。 ①腐蚀设备、管道。含有S H 2的原料气，在水分存在时，就形成硫氢酸（HSH ），腐蚀金属设备。其腐蚀程度随原料气中S H 2的含量增高而加剧。
②使催化剂中毒、失活。当原料气中的硫化物含量超过一定指标时，硫化物与催化剂活性中心结合，就能使以金属原子或金属氧化物为活性中心的催化剂中毒、失活。包括转化催化剂、高温变换催化剂、低温变换催化剂、合成氨催化剂
等。
脱硫的任务是除去原料气中的各种硫化物，同时硫是一种重要的资源，应加以回收和利用。因此，无论原料来源如何，合成氨原料必须首先脱硫。 文献综述
目前原料气脱硫的方法很多，据统计达四五十种。随着石油化工的发展，还会开发出新的脱硫方法。按脱硫剂的物理形态分为干法（脱硫剂为固态）和湿法（脱硫剂为液态）两大类。
干法脱硫又分为吸附法——以活性炭、分子筛为脱硫剂；接触反应法——以氧化锌、氧化铁等为脱硫剂；加氢转化法——以钴钼为催化剂，先将有机硫转化为S H 2，再脱除。干法脱硫具有郊率高、设备简单、操作简单、维修方便等优点。但脱硫反应速度慢，脱硫过程是间歇操作，设备庞大；在脱硫剂使用后期，脱硫效率和阻力变大，脱硫剂阻力变大，脱硫剂再行困难。因此，大型合成厂广泛将此法用于业精细脱硫。
湿法脱硫又分为化学吸收法（按脱硫溶液与S H 2发生的反应，又分为中和法如乙醇胺法和氧化法如ADA 法、氨水催化法等）、物理吸收法（如低温甲醇洗涤法等）和物理化学吸收法（如环丁砜法等）。湿法脱硫有着明显的优点，即脱硫剂是便于输送的液体、可以再生并能回收硫磺，构成一个连续的脱硫系统。但此法净化度不高，出口含硫量在20—100 cm 3 / m 3 。当原料气含硫较高时，宜先采用湿法脱去大量的硫，然后串联干法精脱，以达到工艺上和经济上都合理的要求。
这么多湿式氧化法的脱硫方法，如果对它们之间的优缺点都进行比较，是很困难的。传统的中型氮肥厂，以前对改良ADA 法和栲胶法用的比较多；对小型氮肥厂，以前对苯二酚法用得较多。对氮肥厂来说，采用什么方法，它有多种因素决定，有半水煤气硫含量高低的问题，有操作费用的问题，有习惯性的问题，有改造资金的问题等等。因此即便有一种方法有明显的优势，他也不一定就很快采用。
设计任务的依据
表 半水煤气成分
组分
2N 2CO CO 2H 2O 4CH S H 2 体积/％ 年产合成氨30万吨
二、流程方案的确定
各脱硫方法对比
脱硫方法很多，按脱硫剂物理形态可分为干法和湿法两大类，前者所用脱硫剂为固体，后者为溶液。当含硫气体通过这些脱硫剂时，硫化物被固体脱硫剂所吸附，或被脱硫溶液所吸收而除去。
湿法脱硫主要用于脱除原料气中硫化氢。根据脱硫溶液吸收过程性质的不同，湿法脱硫又可分为化学吸收法，物理吸收法和物理化学吸收法三种。
化学听收法 在化学吸收法中，脱硫溶液与硫化氢发生了化学反应。按反应不同，化学吸收法分为中和法和湿式氧化法。中合法，用弱碱性溶液为吸收济，与原料气中的酸性气体硫化氢进行中和反应，生成硫氢化物而除去。吸收了硫化氢的溶液，在减压、加热的条件下，使硫氢化物分解放出硫化氢，溶液再生后循环使用。中和法主要有烷基醇胺法、氨水法和碳酸法等。湿式氧化法，用弱碱性溶液吸收原料气中的硫化氢，生成硫氢化物，再借助溶液中载氧体（催化剂）的氧化作用，将硫氢化物氧化成元素硫，同时获得副产品硫磺，然后还原载氧体，再被空气氧化成氧化态的载氧体，使脱硫溶液得到再生后循环使用。根据所用载氧体的不同，湿式氧化法主要有蒽醌二磺酸钠法（简称ADA 法）、氨水对苯二酚催化法、铁氨法、硫酸锰-水杨法、硫酸锰-水杨酸-对苯二酚法（简称MSQ 法）、改良砷碱法和栲胶法等。与中和法相比，湿式氧化法脱硫的优点是反应速度快，净化度高，能直接回收硫磺。目前国内中、小氨厂绝大部分采用湿式氧化法脱硫，
因此原料气中有机硫含量高时，变换后气体中硫化氢含量增加，需要经过二次脱硫。
物理吸收法是依靠吸收剂对硫化物的物理溶解作用进行脱硫的。当温度升高、压力降低时，硫化物解吸出来，使吸收剂再生，循环使用。吸收剂一般为有机溶剂，如甲醇、聚乙二醇二甲醚、碳酸丙烯酯等。这类方法除了能脱硫化氢外，还能脱除有机硫和二氧化碳。生产中往往用这些溶剂，同时脱除原料气中的酸性气体硫化物和二氧化碳。
物理化学吸附法用环丁砜的烷基醇的混合溶液，脱除原料气中硫化物的过程，属于物理化学吸收过程，称为环丁砜法。溶液中的环丁砜是物理吸收剂，烷基醇胺为化学吸收剂。我国有少数中型氨厂采这种方法脱硫。
干法脱硫是用固体脱硫剂，脱除原料气中硫化物。优点是既能脱除硫化氢，又能脱除在机硫，净化度高，可将气体中硫化物脱除至1cm3/m3以下。缺点是再生比较麻烦或者难以再生，回收硫磺比较困难，设备体积较大，有些为间歇操作，一般只作为脱除有机硫和精细脱硫的手段。在气体中含硫量高的情况下，应先采用湿法除去绝大部分的硫化氢，再采用干法脱除有机硫的残余硫化氢。常用的干法脱硫有氧化锌法、钴钼加氢法、活性炭法、分子筛法等。
本设计是采用湿法氧化法对水气煤脱硫，主要是采用栲胶脱硫法，栲胶法是我国特有的脱硫技术，是目前国内使用较多的脱硫方法之一。该法主要有矸性栲胶脱硫（以栲胶和偏钒酸钠作催化剂）和氨法栲胶（以氨代替矸）两种。栲胶是由植物的果皮、叶和干的水淬液熬制而成。主要成分是丹宁，由于来源不同，丹宁组分也不同，但都是化学结构十分复杂的多羟基芳香烃化合物组成，具有酚式或醌式结构。
栲胶法有如下优点：（1）栲胶资源丰富，价廉易得，运行费用比改良ADA 低。（2）基本上无硫堵塔的问题。（3）栲胶既是氧化剂又是钒的配合剂，溶液的组成比改良ADA法简单。（4）栲胶脱硫液腐蚀性小。（5）栲胶需要熟化预处理，栲胶质量及其配制方法得当与否是决定栲胶法使用效果的主要因素。
栲胶脱硫法的理论依据
栲胶脱硫是利用碱性栲胶水溶液从气体中脱除硫化氢,属于二元氧化还原过程。栲胶是有酚式结构的多羟基化合物,是一种良好的载氧体,又能对多种重
金属离子起络合作用。其脱硫反应机理如下:
1)碱性溶液吸收S H 2 的反应 ：
3232NaHCO NaHS S H CO Na +=+
O H CO NaHS S H NaHCO 2223++=+
2) NaHS 与偏钒酸钠反应生成焦钒酸钠：硫氢化钠与偏钒酸钠反应生成焦钒酸钠，析出单质硫。
2S 4NaOH O V Na 4NaV O 2NaHS 3423++=+
3) 将342O V Na 氧化成偏钒酸钠：醌态栲胶氧化四价钒络离子为五价钒络离子使钒络离子恢复活性而醌态栲胶被还原为酚态栲胶失去活性。
332942)(242)(2OH T NaVO NaOH O OH T O V Na +=++
4) 还原态栲胶的氧化：酚态栲胶被氧化获得再生，同时生成H 2O 2。
222232)(22)(2O H O OH T O OH T +=+
O H NaVO O V Na NaOH O H 23342223422+=++
S H NaHS 2H 222++=+NaOH O O
此外 ,在生产中还有生成硫代硫酸钠的副反应:
32222S Na H NaHS 22O O O +=+
2423222SO 2223+=+SO Na O S Na O
322222Na H 5NaHS 24H O S O O +=+
O H SO Na O S Na NaOH O H 242322225224+=++
工艺流程方框图
三、生产流程的简述
简述物料流程
3.1.1气体流程
半水煤气从造气车间出来后，经过洗涤塔除尘、降温，水封后，从脱硫塔的底部进入塔内，脱硫液从塔顶喷淋而下，水煤气与碱性栲胶溶液在塔内逆向接触，其中的大部分硫化氢气体被溶液吸收，脱硫后的气体从塔顶出来至气柜。3.1.2溶液流程
从脱硫塔顶喷淋下来的溶液，吸收硫化氢后，称为富液，经脱硫塔液封槽引出至富液槽（又称缓冲槽）。在富液槽内未被氧化的硫氢化钠被进一步氧化，并析出单质硫，此时，溶液中吸收的硫以单质悬浮状态存在。出富液槽的溶液用再生泵加压后，打入再生槽顶部，经喷射器高速喷射进入再生槽，同时吸入足够的空气，以达到氧化栲胶和浮选硫膏之目的。再生后的溶液称为贫液，贫液经液位调节器进入贫液槽，出贫液槽的贫液用脱硫泵打入脱硫塔顶部，经喷头在塔内喷淋，溶液循环使用。再生槽浮选出的单质硫呈泡沫悬浮于液面上，溢流至硫泡沫槽内，上部清液回贫液槽循环使用，沉淀出的硫膏入熔硫釜生成副产品硫磺。
3.1.3 硫磺回收流程
再生槽中溢出的硫泡沫经泡沫槽后在离心机分离，得到硫膏，硫膏放入熔硫釜，用夹套蒸汽加热精制，放出做成98%纯度的硫磺锭，离心分离出的母液至富液槽回系统中使用。
工艺条件的确定
3.2.1 溶液的组成
根据反应机理、吸收速度以及硫负荷来看，主要由碱液浓度和钒酸盐浓度决定，也就是由栲胶浓度决定，一般都是根据钒酸盐的变化和硫化氢的脱除效率来调整溶液组分和pH值。碱度过高吸收硫化氢过多，钒可能会过度还原。实际上V4+不可能被栲胶降解及时氧化成V5+，当pH>9时，可能会造成V4+的沉淀，引起钒的损失，因此总碱度不宜过高。
pH值对硫化氢吸收和其氧化成元素硫有着相反影响。过高PH值会加大生成硫代硫酸的反应速度。实验证实，脱硫传质过程中，当pH>9时，认为传质过程为气膜控制，pH在~之间时，液膜阻力很明显，pH<时，液膜阻力更加增大，因此pH值宜控制在~之间，栲胶脱硫和ADA一样，在氧化反应中是有氢离子参加的，氢离子的浓度对氧化反应还原电位是有很大影响的，在不同pH条件下，栲胶的氧化还原性能可能是不相同的，因此必须严格控制溶液的pH值。
由于栲胶脱硫溶液是多种氧化还原物质的混合体，电位值又是该混合体氧化还原性的综合体现。因此测量溶液电位尤为重要。溶液电位除与测量溶液的标准电极电位有关外，主要与溶液中各种氧化态和还原态物质的浓度有关。溶液的电位表明溶液的氧化还原能力的大小，反映溶液再生系统溶液再生的好坏，一般控制溶液的电位值在－180mV左右。
3.2.2 喷淋密度和液气比的控制
实验证明在pH较高条件下，加大脱硫塔内的气流速度即增加气量可提高传质系数。而pH值较低时加大溶液量即增大喷淋密度可明显增加脱除硫化氢量。当负荷较低时，喷淋密度影响较小，说明液气比对吸收效果是有影响的，因此，根据生产过程的气量，及时调节溶液循环量，控制喷淋密度和液气比在适宜范围内是非常必要的。适当的液气比一方面可保证气体净化度，防止溶液中NaHS浓度过高而产生硫—氧—钒沉淀，另一方面是使其动力消耗不会增得过高，而致提高生产成本，适宜的液气比在设计中已经确定。
3.2.3 、温度
提高反应温度可加快反应速度，对吸收和再生都有利，冬天温度过底生成硫磺的粒子细，硫泡沫很难捕集，所以在喷射再生槽前设有溶液加热器调节溶液温度。但是温度过高，大于50℃就会加快硫代硫酸盐的生成，造成溶液对设备管道的腐蚀。温度超过60℃以后，硫代硫酸盐的生成速度急剧上升。
为使吸收、再生和析硫三者都能顺利进行，溶液温度宜控制在35～45℃。
3.2.4再生空气量
空气的作用是供氧和形成捕集硫粒的气泡。S H 2S H 22222+=+O O 计算，每公斤硫需要1.67M 3空气，采用喷射再生的空气量可能要少一些，主要是在喉管中气液接触好，反应激烈，接触时间也少得多，一般再生时间需要30min 以上，由于采用喷射再生，12min 就满足了工艺要求，但吹风强度大，达到136m 3/(㎡·h)。故空气量不宜过大，过大会招致空气中的2O 与溶液反应，生成硫代硫酸盐和硫酸盐，使碱耗增加，硫酸盐的积累会造成溶液酸性，导致对设备及管道的腐蚀。
四、物料衡算和热量衡算
物料衡算
4.1.1 基础数据
表 半水煤气成分
组分
2N 2CO CO 2H 2O 4CH S H 2 体积/％ 52．6 表 脱硫液成分
组分
32CO Na 3NaHCO 总碱 总钒 栲胶 浓度（g/L ）
(1) 半水煤气中硫化氢含量 C 1=5pV 1.01100.0017M 342570.6RT 8.314273.15
??=?=? mg/m 3 (2) 净化气中硫化氢含量 C 2=2mg/m 3
(3) 入洗涤塔的半水煤气的温度t 1=60℃
(4) 出洗涤塔入脱硫塔的半水煤气的温度 t 2=45℃
(5) 出脱硫塔半水煤气的温度 t 3=41℃
(6) 入脱硫塔半水煤气的压力P=（绝压）
4.1.2 计算原料气的体积及流量
以每年300个工作日，每天工作24小时，则每小时生产合成氨为：
300000÷（300×24）=h
考虑到在合成时的损失，则以每小时生产吨计算为基准，所以
n NH3=42000 Kg÷17Kg/Kmol=
则合成NH3所需要N2的物质的量为
n N2= n NH3÷2=
考虑到半水煤气经过洗涤、脱硫、变换等工序到合成的过程中氮气的损失，则损失率以1%计，则半水煤气中氮气的物质的量为
n N2 =×（1+1%）=
所以原料气中N的体积为
V N2=Kmol×= Nm3
根据原料气中各气体的体积比，则其它气体的体积为
V CO2=÷×V N2=
V CO=÷×V N2=
V H2=÷×V N2= Nm3
V O2=÷×V N2=
V CH4=÷×V N2=
V H2S=÷×V N2=
则总气体的体积V= V N2 +V CO2 +V CO +V H2 +V O2+ V CH4+ V H2S
= Nm3+++
+ Nm3++
=
根据气体方程，将0℃、下的体积换算成125KPa、45℃时的体积V0
V0=××+45)/(125× m3=50148.54m3
则进入脱硫塔的气体的流量为G=h
4.1.3 根据气体中H2S的含量计算H2S的质量
入脱硫塔中H2S的质量：m1=m3×=
根据设计要求，出塔气体中H2S的含量为~2mg/m3,取出塔气中H2S的含量为m3，则塔的脱硫效率是η=（－2）/×100%=.%.
由于原料气中H2S的含量低，故在脱硫的过程中原料气进入脱硫塔和出脱硫塔的体积流量视为不变，则出塔气体的流量W0≈h
所以出塔气中H2S的质量为m2=2mg/m3×=
故在脱硫塔中吸收的H2S的质量为G1= m1－m2=－=
4.1.4 脱硫液循环量的计算
取脱硫液中硫容量为S=100g/m3,根据液气比L/G=(C1-C2)/S
式中：C1为进脱硫塔气体中硫化氢的含量，g/m3
C2为出脱硫塔气体中硫化氢的含量，g/m3
S为硫容量，g/m3
L为脱硫液的循环量，m3/h
G为进脱硫塔气体的流量，m3/h
则液气比为L/G=－/100=
脱硫液的循环量L=×=h
因脱硫液在循环中有损失及再生率为95%，取损失率为10%
则液体的循环量为L T=L（1+10%）=×（1+10%）=h
4.1.5 生成Na2S2O3消耗的H2S的质量G2，Kg/h
取Na2S2O3的生成率为H2S脱除量的8%，则
G2 =×8%=10.314Kg/h
4.1.6 Na2S2O3的生成量G3，Kg/h
2H2S~ Na2S2O3
G3 = G2M Na2S2O3/(2M H2S)
式中M Na2S2O3——Na2S2O3的分子量
M H2S——H2S的分子量
G3 =×158/（2×34）=23.965 Kg/h
4.1.7 理论硫回收量G4，Kg/h
G4=（G1-G2）× M S/M H2S
式中M S——硫的分子量
G4=（－）× 32/34=111.54Kg/h
理论硫回收率，ψ=G4/G1
ψ=×100%=%
4.1.8 生成Na2S2O3消耗的纯碱量G5，Kg/h
G5=G3M Na2CO3/M Na2S2O3
式中M Na2CO3——Na2CO3的分子量
G5=×106÷158=16.08Kg/h
4.1.9 硫泡沫生成量G6，Kg/m3
G6=G4/S1
式中S1——硫泡沫中硫含量，kg/m3,取S1=30kg/m3
G6=111.54kg/h÷30kg/m3=3.718m3/h
G6=
4.1.10 入熔硫釜硫膏量
G7=G4/S2
式中S2——硫膏含硫量，取S2=98%（质量分数）
G7=÷98%=113.82Kg/h
表物料衡算表（以每小时计）：
入脱硫塔气体流量50148.54m3出脱硫塔气体流量50148.54m3脱硫液循环量1416.9276m3硫泡沫生成量 3.718m3硫化氢吸收量128.8098Kg硫膏量113.82Kg 消耗的纯碱量16.078Kg硫代硫酸钠生成量23.965Kg 热量衡算（以0℃为计算基准）
4.2.1 基础数据
①半水煤气的平均式量
M=(28×%)+(44×%)+(28×%)+(2×%)+(32×%)
+(16×%)=17.6kg/kmol
半水煤气的密度：
ρg=PM / TR=××102/[+40)×]=0.846kg/m3半水煤气的质量流量G0=V0ρg =×h=h
②脱硫液密度计算
用公式：ρL=－（g/cm3）
脱硫液入脱硫塔时的温度T入=45℃，则
ρ入
L
=－×45=1.04403g/cm3=1044.03kg/m3入脱硫塔脱硫液的质量流量
W入
L
=ρ入L=1479314.28kg/h
脱硫液出脱硫塔是的温度T出≈45℃，则
ρ出L ≈ρ入
L
出脱硫塔脱硫液的质量流量
W出L≈W入
L
③平均比热容的计算
根据比热容的计算式
C p=a+bT+cT2，J/(mol·K)
将半水煤气中的各组分的a、b、c值列于表中
表
a
b/10－3
c/10－6－－－－－例如在60℃的比热容：
CO:C p=+×10-3×+60)－×10-6×+60)2=(kmol·K)
H2:C P=+×10-3×+60)×10-6×+60)2= KJ/(kmol·K)
CO 2:C P =+×10-3×+60)×10-6×+60)2= KJ/(kmol·K)
N 2:C P =+×10-3×+60)×10-6×+60)2= KJ/(kmol·K)
O 2:C P =+×10-3×+60)×10-6×+60)2=(kmol·K)
平均比热容 C pm =ΣYi×C pi
式中 Yi ——各气体的体积分数
C pi ——各气体的比热容
故半水煤气在60摄氏度的比热容 C 60 P =(kmol·
K) 同理：
半水煤气在45摄氏度的比热容 C 45 P =(kmol·
K) 半水煤气在41摄氏度的比热容 C 41 P =(kmol·
K) ④脱硫液的比热容C P ，J/(g ℃)
C P =+
脱硫液的进口温度为41℃，则进口时的比热容
C p1=+×41=(g·℃)= KJ/(kg·℃)
脱硫液的出口温度约为41℃,则出口时的比热容
C p2≈C p1
4.2.2 洗涤塔热量衡算
①洗涤塔热负荷Q 1，KJ/h
Q 1=G 0(C 60
P t 1－C 45 P t 2)
式中 G 0——入洗涤塔半水煤气量
Q 1=×（×60－×40）=×106KJ
②冷却水消耗量W 3，m 3/h
W 3=Q 1/（C H 2O ·Δt ）
式中 Δt ——冷却水温升，取Δt=5℃, C H 2O =(Kg ℃), ρ=1000Kg/m 3
W 3=×106/（×1000×5）=83.43m 3/h
4.2.3 硫泡沫槽热量衡算
①硫泡沫槽热负荷，KJ
Q 2=V F ρF C F （t 3－t 4）
式中V F——硫泡沫体积，m3，V F=G6=
ρF——硫泡沫密度，kg/m3, ρF =1100kg/m3
C F——硫泡沫比热容，KJ/（kg·℃）, C F= KJ/（kg·℃）
t3——槽中硫泡沫末温，℃，t3=64.5℃
t4——槽中硫泡沫初温，℃，t4=41℃
Q2=×1100××（－41）=×105KJ
②蒸汽消耗量W4，kg/h
W4=Q2/r1
式中r1——130℃蒸汽的液化热，KJ/kg，r1=kg
W4=Q2/r1=×105/=162.51kg
4.2.4 熔硫釜热量衡算
①熔硫釜热负荷Q3，KJ/釜
Q3=G8C SρS(t5－t6)+0.98G8ρS C h+4λF6(t5－t6)
式中G8——每一釜硫膏量，m3/釜，设全容积为3m3，熔硫釜装填系
数为75%，则G8=3×=2.25m3
C S——硫膏比热容，KJ/（kg﹒℃），C S=（kg﹒℃）
ρS——硫膏密度，kg/m3，ρS=1770kg/m3
t5——加热终温，℃，t5=150℃
t6——入釜温度，℃，t6=64.5℃
C h——硫膏的熔融热，KJ/kg，C h= KJ/kg
λ——熔硫釜向周围空间的散热系数，KJ/（m2·h·℃).λ= KJ/（m2·h·℃）
F6——熔硫釜表面积，m2，F6=10m2
4——熔一釜所需时间，h
——硫膏中含硫膏98%
G8C SρS(t5－t6)表示硫膏升温吸收热量；0.98G8ρS C h 表示硫膏熔融吸收热量；4λF6(t5－t6)表示向环境散热量。
Q3=××1770×+××1770×+4××10×(150－
=釜
②蒸汽消耗量，W5，KJ/釜
W5=Q3/r2
式中r2——130℃蒸汽的液化热，KJ/kg，r2=kg
W5==390 Kg/釜
表热量衡算表：
五、设计体会与收获
经过这次课程设计，我收获很大。以前在课堂上听得似懂非懂的知识，我在实践中理解了，并能熟练运用；煤化工学科中还有很多理论上没有克服的难关，这在生产实践中要靠经验去解决问题。我认为，在今后的学习工作中，我更要严格要求自己，努力培养自己理论联系实际的能力，培养自己的创新能力，遇到问题要多思考，多问几个为什么，争取把所有问题都整清楚，以便把课堂学的理论知识很好的用到实际生产中。如果可能的话，要多积累实践经验，然后通过总结
分析提升后，将其转化为理论。在本次设计中对脱硫的各生产方法进行了比较，总结了各生产方法的利弊，为了提高脱硫效率和再生率，采用了栲胶脱硫方法，因为栲胶是从由橡腕树产生的，产量大且易分解，不会对环境产生污染，生产工艺也比较简单。对氧化栲胶采用氧气还原进行再利用。浮选硫膏溢流至硫泡沫槽内，进入熔硫釜生成副产品硫磺，减少了硫的处理经济费用，提高经济效率。
通过本次毕业设计，所得到的体会与所收获很多，同时我们还认识到理论联系实际是密不可分的。回顾起此次课程设计，至今我仍感慨颇多，的确，从选题到定稿，从理论到实践，在整整两星期的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务。
在这次的设计过程中，我遇到了很多困难，但是在老师的指导下，我们渐渐的学会了很多。在老师身上我学得到很多实用的知识，在此我表示感谢！同时，对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次表示忠心的感谢！
六、参考文献
1)陈五平主编《无机化工工艺学》（第三版）,化学工业出版社，
2)赵育祥主编《合成氨工艺》,.北京.化学工业出版社，1985
3)黄仲九房鼎业主编《化学工艺学》, 高等教育出版社，
4)崔恩选主编《化学工艺学》,北京.高等教育出版社，1985
5)雷仲存主编《工业脱硫技术》,化学工业出版社，2001
6)吴志泉主编《化工工艺计算》(物料,能量衡算), 华东化工学院出1992
7)化学工业部教育培训中心编《物料衡算与热量衡算》,化学工业出版社，1997
8)《化工工艺设计手册》编委会, 天津电子出版社，2004
9)夏清陈常贵《化工原理》,天津大学出版社，
10)朱自强徐汛合编《化工热力学》,化学工业出版社，
11)郑晓梅主编《化工制图》,化学工业出版社，
12)陈声宗主编化工设计,化学工业出版社，
13)余国琮主编化工机械工程手册(下卷) ,化学工业出版社，
14)娄爱娟吴志泉主编《化工设计》,华东理工大学出版社，2002
15)时钧等主编《化学工程手册》,（第二版）化学工业出版社，1996
16)姜圣阶主编《合成氨工学》第二卷, 石油化学工业出版社，1976
一、项目概况 1、项目名称：年产18万吨合成氨、30万吨尿素项目 2、合作方式：独资、合资、合作、贷款等均可 3、建设单位：XX煤业有限责任公司及合作单位 4、建设性质：新建 5、建设范围：内蒙古自治区XX自治旗XX矿区 6、建设内容及规模：以XX矿区丰富的褐煤资源为依托，建设年产合成氨18万吨、尿素 30 万吨的项目。可联产轻质油4752吨/年、煤焦油 14454吨/年，氨水(16%)27720吨/年、粗酚1980吨/年 7、建设期限：项目建设期为4年，即2005年4月-2008年9月。 8、投资估算及资金筹措： 投资规模：总投资为147215万元，其中建设投资 138703万元，流动资金8512万元。 本项目资金来源可以是贷款、风险投资等。 9、经济评价 经济评价一览表
二、项目区基本情况 1．地理位置 XX矿区位于内蒙古自治区呼伦贝尔市XX自治旗境内的东北部，地处大兴安岭西麓。其地理坐标是东经120°24′～120°38′、北纬49°09′～49°16′。矿区西连海拉尔区，东接牙克石市，南临巴彦嵯岗苏木，北至海拉尔河，与陈巴尔虎旗隔河相望，南北宽约13.7Km，东西长约46.1Km，总面积385.7Km2。XX火车站东距牙克石18Km，西距呼伦贝尔市64Km，滨州铁路线由东向西穿过XX矿区，北有301国道，铁路经过牙克石可达齐齐哈尔，哈尔滨乃至全国各地，经海拉尔可达满州里市，民航经海拉尔机场可达北京、呼和浩特等地，交通十分方便。 2．煤炭资源及煤质情况 ⑴资源情况 XX煤业公司拥有XX矿区、扎尼河矿区、伊敏河东区、陈旗巴彦哈达矿区、莫达木吉矿区五大矿区。煤炭储量丰富，XX矿区精查储量17.3亿吨；扎尼河矿区预计储量15.8亿吨；伊敏河东区普查储量58.4亿吨，其中详查储量6.1亿吨，精查储量2.3亿吨；巴彦哈达区预计储量49.0亿吨；莫达木吉矿区普查储量30.0亿吨。煤田内煤层集中，赋存稳定，构造较简单，倾角小，沼气含量低，埋藏较深，适宜于井工大型机械集约化连续生产。 ⑵煤质情况
合成工段初步工艺设计 湖南科技大学 毕业设计（论文） 题目年产19万吨合成氨合成工段初步工艺设计 作者宋宏友 学院化学化工学院 专业化学工程与工艺 学号1106040306 指导教师曾令玮唐丽（湘电集团）
二〇一五年六月七日
湖南科技大学 毕业设计（论文）任务书 化学化工学院化工系（教研室） 系（教研室）主任:（签名）年月日 学生姓名: 宋宏友学号: 1106040306 专业: 化学工程与工艺 1 设计（论文）题目及专题：年产19万吨合成氨合成工段初步工艺设计 2 学生设计（论文）时间：自2015年3月01 日开始至2015 年5 月30 日止 3 设计（论文）所用资源和参考资料： [1] 万鹏.《中国科技纵横》2011年第7期285-285页 [2] 赵育祥编.《合成氨工艺》[M]. 1985, 化学工业出版社 [3] 林玉波编.《合成氨生产工艺》[M]. 2006 化学工业出版社3-4页 [4] 赵忠祥.《氮肥生产概论》[M]. 1995,化学工业出版社 [5] 江苏化学石油工业厅组织.《小型氮肥厂安全操作技术》[M].1981,化学工业出版社 [6] 方伟阳. 年产3万吨合成氨合成工段设计[D].福州:福州大学本科生毕业设计(论文),2007. [7] 张岩. 化学沉淀—A/ O 工艺处理合成氨废水[J] . 中国给水排水，2004，20 ：77-79 [8] 张炳标. 膜分离法回收合成氨弛放气中氢气[J].低温与特气，2003，21 (1) ：23-25 [9] 王新杰. 合成氨厂两气回收技术的应用[J] .中氮肥2006 ，(1)：13-14 [10] 王敏. 合成氨生产中的废气利用与节能效益[J] .江西能源，2001 (3) ：26-27 [11] 《小型氮肥厂生产氨的合成（工人读物）》[M]1969年10月第1版 4 设计（论文）应完成的主要内容： 了解产品的生产现状；合理选择设计方案；工艺计算（物料衡算与能量衡算）；安全技术与经济评价发展趋势；主要设备的设计计算与选型；绘制工艺流程图、平面布置图和主要设备图。 5 提交设计（论文）形式（设计说明与图纸或论文等）及要求： （1）形式：设计说明书1本；图纸3张（带控制点的工艺流程图、平面布置图及主要设备图，图用CAD制作）。 （2）要求：设计说明书字数不少于8000字；图纸符合国家有关标准；写作格式按湖南科技大学教务处有关规定执行；设计说明书按学校统一标准装订。 6 发题时间：2015年3月1日 指导教师：（签名） 学生：（签名）
合成氨工艺流程标准化管理部编码-[99968T-6889628-J68568-1689N]
将无烟煤（或焦炭）由炉顶加入固定床层煤气发生炉中，并交替向炉内通入空气和水蒸汽，燃料气化所生成的半水煤气经燃烧室、废热锅炉回收热量后送入气柜。 半水煤气由气柜进入电除尘器，除去固体颗粒后依次进入压缩机的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段，加压到~，送入脱硫塔，用溶液或其他脱硫溶液洗涤,以除去硫化氢，随后，气体经饱和塔进入热交换器，加热升温后进入一氧化碳变换炉，用水蒸汽使气体中的一氧化碳变为氢。变换后的气体，返回热交换器进行降温，并经热水塔的进一步降温后，进入变换器脱硫塔，以除去变换时产生的硫化氢。然后，气体进入二氧化碳吸收塔，用水洗法除去大部分二氧化碳。脱碳后的原料进入压缩机Ⅳ、Ⅴ段，升压到压缩机~后，依次进入铜洗塔和碱洗塔，使气体中残余的一氧化碳和二氧化碳含量进一步降至20（ppm）以下，以满足合成氨的要求。 净化后的原料气进入压缩机的最后一段，升压到~MPa进入滤油器，在此与循环压缩机来的循环气混合，经除油后，进入冷凝塔和氨冷器的管内，再进入冷凝塔的下部，分离出液氨。分离出液氨后的气体进入冷凝塔上部的管间，与管内的气体换热升温后进入氨合成塔。在高温高压并有催化剂存在的条件下，将氮氢气合成氨。出合成塔的气体中，约含氨10~20%，经水冷器与氨冷器将氨液化并分离后，其气体进入循环压缩机循环使用。分离出的液氨进入液氨贮槽。 原料气的制备:制备氢氮比为3:1的半水煤气 即造气。将无烟煤（或焦炭）由炉顶加入固定床层煤气发生炉中，并交替向炉内通入空气和水蒸汽，燃料气化后生成氢氮比为3:1的半水煤气。整个生产过程由煤气发生炉、燃烧室、废热锅炉、气柜等设备组成。 固定床半水煤气制造过程由吹风、上吹制气、下吹制气、二次上吹、空气吹净等5个阶段构成，为了调节氢氮比，在吹风末端要将部分吹风气吹入煤气，这个过程通常称为吹风回收。 吹风阶段：空气从煤气炉的底部吹入，使燃料燃烧，热量贮存于燃料中，为制气阶段碳与水蒸汽的反应提供热量。吹风气经过燃烧室和废热锅炉后放空。上吹制气阶段：从煤气炉的底部通入混有适量空气的水蒸汽，和碳反应生成的半水煤气经过炉的顶部引出。向水蒸汽中加入的空气称为加氮空气。 下吹制气阶段：将水蒸汽和加氮空气由炉顶送入，生成的半水煤气由炉底引出。二次上吹制气阶段：水蒸汽和加氮空气自下而上通过燃料层，将炉底残留的半水煤气排净，为下一步送入空气创造安全条件。 空气吹净阶段：从炉底部吹入空气，所得吹风气为半水煤气中氮的主要来源，并将残留的半水煤气加以回收。 以上五个阶段完成了制造半水煤气的主过程，然后重新转入吹风阶段，进入下一个循环。原料气的净化：除去原料气中的硫化氢、二氧化碳等杂质，将一氧化碳转化为氢气本阶段由原料气脱硫、一氧化碳变换、水洗（脱除二氧化碳）、铜洗（脱除一氧化碳）、碱洗（脱除残余二氧化碳）等几个工段构成，主要设备有除尘器、压缩机、脱硫塔、饱和塔、热水塔、一氧化碳变换炉、二氧化碳吸收塔、铜洗塔、碱洗塔等。 脱硫：原料气中硫化物的存在加剧了管道及设备的腐蚀，而且能引起催化剂中毒，必须予以除去。脱硫方法可分为干法脱硫和湿法脱硫两大类。干法脱硫是用固体硫化剂，当气体通过脱硫剂时硫化物被固体脱硫剂吸附，脱除原料气中的少量硫化氢和有机硫化物。一般先进行湿法脱硫，再采用干法脱硫除去有机物和残余硫化氢。湿法脱硫所用的硫化剂为溶液，当含硫气体通过脱硫剂时，硫化物被液体剂吸收，除去气体中的绝大部分硫化氢。
年产20万吨合成氨项目 可行性研究报告 第一章总论 1.1概述 1.1.1项目名称、主办单位名称、企业性质及法人 项目名称：20万吨/年合成氨项目 主办单位：X 企业性质：股份制 企业法人： 邮编： 电话： 传真： 1.1.2可行性研究报告编制的依据和原则 1.1. 2.1编制依据 1.原化工部化计发（1997）426号文“化工建设项目可行性研究报告内容和深度的规定”（修订本）； 2.《中华人民共和国工程建设标准强制性条文》； 3.《建设项目环境保护设计规定》[（87）国环字第002号]及国务院
（98）253号文； 4.《建设项目环境保护管理办法》； 5. 污水综合排放标准：（GB8978－96）； 6.大气污染物综合排放标准：（GB1629-1996）； 7.合成氨工业水污染物排放标准：（GB13458－2001）； 8. 环境空气质量标准：（GB3095－1996）； 9.锅炉大气污染物排放标准（GB13271－2001）； 10.恶臭污染物排放标准（GB14554－93）； 11.城市区域环境噪声标准（GB3096－93）； 12..工业企业厂界噪声标准（GB12348－90）； 1.1. 2.2编制原则 1.实事求是的研究和评价，客观地为上级主管部门审议该项目提供决策依据。 2.坚持可持续发展战略，企业生态环境建设，实现社会、经济、环境效益的统一。 3.坚持以人为本的原则，创造优美的企业环境。 4.合理有序的安排用地结构，用地功能布局考虑产业用地与生态环境协调发展。 5.根据工厂的区域位臵及性质，严格控制污染，污水的排放应遵循大集中小分散的原则。 6.在满足生产工艺及兼顾投资的前提下，尽可能地推广新技术、新工艺、新设备新材料的应用，以体现本工程的先进性。
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： 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℃。 5、气体组成： ①合成塔进出口气体中氨含量为3%； 塔前预热器 去氢回收
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： ?、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=+? （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%）
60万吨醇氨（I期50万吨合成氨）工程可行性研究报告
目录 1 总论 1.1 概述 1.2 项目提出的背景 1.3 项目投资的必要性 1.4 项目建设的意义 1.5 项目建设的有条件 1.6 研究指导思想 1.7 项目研究围 1.8 研究结论 2 市场预测 2.1 国际液氨的市场 2.2 国市场 2.3省市场 2.4产品价格分析 3 产品方案及生产规模 3.1 产品方案的选择与比较 3.2 产品方案 3.3 产品生产规模及操作时间 3.3 产品的质量指标 4 技术方案 4.1 原料路线和工艺方案的确定 4.2 全厂工艺物料平衡和消耗定额 4.3 空分装置 4.4气化 4.5 变换 4.6 低温甲醇洗 4.7 液氮洗 4.8压缩和氨合成
4.9硫回收 4.10 冷冻站 4.11 空压站 4.12自控技术方案 4.13主要设备一览表 4.14 引进设备一览表 5 主要原材料和动力供应 5.1 原材料规格、来源和运输 5.2 水、电、汽动力供应 6 建厂条件和厂址方案 6.1 厂址方案 6.2 建厂条件 6.3 地区和城镇社会经济的现状及发展规划6.4 交通运输条件 6.5 水源、供排水、防洪、排涝情况 6.6 供热、供电及电讯 6.7 当地施工和协作条件 6.8 与城镇、地区规划的关系和生活福利条件 6.9 拟选厂址目前土地使用现状 7 公用工程和辅助设施方案 7.1 总图运输 7.2 给排水 7.3 供电及电讯 7.4 供热 7.5固体原料、产品贮运 7.6工厂外管 7.7采暖通风及空气调节 7.8 中央化验室 7.9 维修设施 7.10 土建 8 环保、安全卫生和消防
30万吨合成氨联产尿素 项目建议书 湖滨区大项目办公室 2006年9月27日 1总论 一、工艺技术状况 来自厂的焦炉煤气，压力300mmH2O柱，温度35℃，进入罗茨鼓风机，加压后依次进入两台串联的脱硫塔与自上而下的与PDS脱硫液逆流接触，吸收气体中的H2S及部分有机硫，出塔后经气液分离器分离液体后，至焦炉气压缩工序。 吸收了H2S及部分在同硫的脱硫液进入循环槽与溶液槽反应救分钟后，由半贫液泵或富液泵打至再生液混合器，经再生喷
射器与自吸空气混合，进行强化氧化反应，然后进入喷射再生槽，这硫泡沫及溶液从喷射再生槽迅速返上，在再生槽顶部，浮选出的硫泡沫自流入硫泡沫混和槽，再由空压罐压送至硫泡沫高位槽，用蒸汽加热至85℃左右，自流入熔硫釜，继续用蒸汽加热至95℃左右，不断排出清液，待浓度达到45%左右时，加热至135℃熔融后放入硫磺冷却盘，自然冷却后得副产品硫磺。 从再生槽分离出来的清液经液位调节器进入贫液槽，经贫液泵加压至0.5MPa后，分两股进入脱硫塔。 脱硫过程中所消耗的碱，以及需要补充的ADA、偏钒酸钠、PDS等试剂，均在溶液制备槽配制成溶液后，用溶液泵送反应槽或事故槽而进入系统。 当循环溶液中的硫氰酸钠及硫代硫酸钠积累到一定程度后，从贫液泵出口抽取部分溶液去回收楼提取硫氰酸钠和硫代硫酸钠。 来自贫液泵后的贫脱硫液，流入回收楼的母液槽，由母液泵定期抽入真空蒸发器用蒸汽加热浓缩，待蒸发结束后通过旋转的溜槽将料液放至真空吸滤器，热过滤除Na2CO3等杂质。滤渣在滤渣溶解槽中用脱硫溶解后予以回收，滤液至结晶槽用夹套冷却水（冷冻水）冷至5℃左右，加入同质晶种使其结晶，最后在离心机中分离得至粗制Na2S2O3产品。 分离得到Na2S2O3的滤液（或NaCNS/Na2 S2O3＞5的脱硫清液）经中间槽用压缩空气压入真空蒸发器，用蒸汽加热浓缩，待
年产五十万吨合成氨的原料气制备工艺筛选 合成氨生产工艺流程简介 合成氨因采用的工艺不同其生产流程也有一定的差别，但基本的生产过程都大同小异，基本上由原料气的生产、原料气的净化、合成气的压缩以及氨合成四个部分组成。 ●原料气的合成 固体燃料生产原料气：焦炭、煤 液体燃料生产原料气：石脑油、重油 气体燃料生产原料气：天然气 ●原料气的净化 脱硫 CO变换 脱碳 ●合成气的压缩 ●氨的合成 工业上因所用原料制备与净化方法不同，而组成不同的工艺流程，各种原料制氨的典型流程如下： 1)以焦炭（无烟煤）为原料的流程 50年代以前，世界上大多数合成氨厂采用哈伯-博施法流程。以焦炭为原料的吨氨能耗为88GJ，比理论能耗高4倍多。 我国在哈伯-博施流程基础上于50年代末60年代初开发了碳化工艺和三催化剂净化流程： ◆碳化工艺流程将加压水洗改用氨水脱除CO2得到的碳酸氢铵经结晶，分离后作为产品。所 以，流程的特点是气体净化与氨加工结合起来。 ◆三催化剂净化流程采用脱硫、低温变换及甲烷化三种催化剂来净化气体，以替代传统的铜 氨液洗涤工艺。 2)以天然气为原料的流程 天然气先要经过钴钼加氢催化剂将有机硫化物转化成无机硫，再用脱硫剂将硫含量脱除到0.1ppm以下，这样不仅保护了转化催化剂的正常使用，也为易受硫毒害的低温变换催化剂应用提供了条件。 3)以重油为原料的流程 以重油作为制氨原料时，采用部分氧化法造气。从气化炉出来的原料气先清除炭黑，经CO耐硫变换，低温甲醇洗和氮洗，再压缩和合成而得氨。 二、合成氨原料气的制备方法简述 天然气、油田气、炼厂气、焦炉气、石脑油、重油、焦炭和煤，都是生产合成氨的原料。除焦炭成分用C表示外，其他原料均可用C n H m来表示。它们呢在高温下与蒸汽作用生成以H2和CO 为主要组分的粗原料气， 这些反应都应在高温条件下发生，而且为强吸热反应，工业生产中必须供给热量才能使其进行。按原料不同分为如下几种制备方法： ●以煤为原料的合成氨工艺 各种工艺流程的区别主要在煤气化过程。 典型的大型煤气化工艺主要包括固定床碎煤加压气化工艺、德士古水煤浆加压气化工艺以及壳牌干煤粉加压气化工艺。 ①固定床碎煤气化 ②德士古水煤浆加压气化工艺 ③干煤粉加压气化工艺 ●以渣油为原料的合成氨工艺 按照热能回收方式的不同，分为德士古(Texaco)公司开发的激冷工艺与壳牌(Shell)公司开发的废热锅炉工艺。这两种工艺的基本流程相同，只是在操作压力和热能回收方式上有所不同。
目录 一、绪论 (1) 、概述 (3) 、设计任务的依据 (1) 二、装置流程及说明 (2) 、生产工艺流程说明 (2) 、粗苯洗涤 (4) 、粗苯蒸馏 (4) 三、吸收工段工艺计算 (7) 、物料衡算 (7) 、气液平衡曲线 (8) 、吸收剂的用量 (9) 、塔底吸收液 (10) 、操作线 (10) 、塔径计算 (10) 、填料层高度计算 (13) 、填料层压降计算 (16) 四、脱苯工段工艺计算 (17) 、管式炉 (17) 、物料衡算 (18) 、热量衡算 (22)
五、主要符号说明 (25) 六、设计心得 (26) 七、参考文献 (27)
一、绪论 概述 氨是重要的化工产品之一，用途很广。在农业方面，以氨为主要原料可以生产各种氮素肥料，如尿素、硝酸铵、碳酸氢氨、氯化铵等，以及各种含氮复合肥料。液氨本身就是一种高效氮素肥料，可以直接施用。目前，世界上氨产量的85%—90%用于生产各和氮肥。因此，合成氨工业是氮肥工业的基础，对农业增产起着重要的作用。合成氨工业对农业的作用实质是将空气中游离氮转化为能被植物吸收利用的化合态氮，这一过程称为固定氮。 氨也是重要的工业原料，广泛用于制药、炼油、纯碱、合成纤维、合成树脂、含氮无机盐等工业。将氨氧化可以制成硝酸，而硝酸又是生产炸药、染料等产品的重要原料。生产火箭的推进剂和氧化剂，同样也离不开氨。此外，氨还是常用的冷嘲热讽冻剂。 合成氨的工业的迅速发展，也促进了高压、催化、特殊金属材料、固体燃料气化、低温等科学技术的发展。同时尿素的甲醇的合成、石油加氢、高压聚合等工业，也是在合成氨工业的基础上发展起来的。所以合成氨工业在国民经济中占有十分重要的地位，氨及氨加工工业已成为现代化学工业的一个重要部门。 在合成氨工业中，脱硫倍受重视。合成氨所需的原料气，无论是天然气、油田气还是焦炉气、半水煤气都人含有硫化物，这些硫化物主要是硫化氢（S H 2）、二硫化碳（2CS ）、硫氧化碳（COS ）、硫醇（SH -R ）和噻吩（S H C 44）等。其中硫化氢属于无机化合物，常称为“无机硫”。 合成氨在生产原料气中硫化物虽含量不高，但对生产的危害极大。 ①腐蚀设备、管道。含有S H 2的原料气，在水分存在时，就形成硫氢酸（HSH ），腐蚀金属设备。其腐蚀程度随原料气中S H 2的含量增高而加剧。 ②使催化剂中毒、失活。当原料气中的硫化物含量超过一定指标时，硫化物与催化剂活性中心结合，就能使以金属原子或金属氧化物为活性中心的催化剂中毒、失活。包括转化催化剂、高温变换催化剂、低温变换催化剂、合成氨催化剂
合成氨工艺流程 氨就是重要的无机化工产品之一,在国民经济中占有重要地位。除液氨可直接作为肥料外,农业上使用的氮肥,例如尿素、硝酸铵、磷酸铵、氯化铵以及各种含氮复合肥,都就是以氨为原料的。合成氨就是大宗化工产品之一,世界每年合成氨产量已达到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。 德国化学家哈伯1909年提出了工业氨合成方法,即“循环法”,这就是目前工业普遍采用的直接合成法。反应过程中为解决氢气与氮气合成转化率低的问题,将氨产品从合成反应后的气体中分离出来,未反应气与新鲜氢氮气混合重新参与合成反应。合成氨反应式如下: N2+3H2≒2NH3 合成氨的主要原料可分为固体原料、液体原料与气体原料。经过近百年的发展,合成氨技术趋于成熟,形成了一大批各有特色的工艺流程,但都就是由三个基本部分组成,即原料气制备过程、净化过程以及氨合成过程。 1、合成氨的工艺流程 (1)原料气制备将煤与天然气等原料制成含氢与氮的粗原料气。对于固体原料煤与焦炭,通常采用气化的方法制取合成气;渣油可采用非催化部分氧化的方法获得合成气;对气态烃类与石脑油,工业中利用二段蒸汽转化法制取合成气。 (2)净化对粗原料气进行净化处理,除去氢气与氮气以外的杂质,主要包括变换过程、脱硫脱碳过程以及气体精制过程。 ① 一氧化碳变换过程 在合成氨生产中,各种方法制取的原料气都含有CO,其体积分数一般为12%~40%。合成氨需要的两种组分就是H2与N2,因此需要除去合成气中的CO。变换反应如下: CO+H2OH→2+CO2 =-41、2kJ/mol 0298HΔ 由于CO变换过程就是强放热过程,必须分段进行以利于回收反应热,并控制变换段出口残余CO含量。第一步就是高温变换,使大部分CO转变为CO2与H2;第二步就是低温变换,将CO含量降至0、3%左右。因此,CO变换反应既就是原料气制造的继续,又就是净化的过程,为后续脱碳过程创造条件。 ② 脱硫脱碳过程 各种原料制取的粗原料气,都含有一些硫与碳的氧化物,为了防止合成氨生产过程催化剂的中毒,必须在氨合成工序前加以脱除,以天然气为原料的蒸汽转化法,第一道工序就是脱硫,用以保护转化催化剂,以重油与煤为原料的部分氧化法,根据一氧化碳变换就是否采用耐硫的催化剂而确定脱硫的位置。工业脱硫方法种类很多,通常就是采用物理或化学吸收的方法,常用的有低温甲醇洗法(Rectisol)、聚乙二醇二甲醚法(Selexol)等。 粗原料气经CO变换以后,变换气中除H2外,还有CO2、CO与CH4等组分,其中以CO2含量最多。CO2既就是氨合成催化剂的毒物,又就是制造尿素、碳酸氢铵等氮肥的重要原料。因此变换气中CO2的脱除必须兼顾这两方面的要求。 一般采用溶液吸收法脱除CO2。根据吸收剂性能的不同,可分为两大类。一类就是物理吸收法,如低温甲醇洗法(Rectisol),聚乙二醇二甲醚法(Selexol),碳酸丙烯酯法。一类就是化学吸收法,如热钾碱法,低热耗本菲尔法,活化MDEA法,MEA 法等。 4
年产30万吨合成氨工艺设计毕业论文 目录 摘要........................................................................ I Abstract................................................................... II ...................................................................... IV 1 综述.................................................................. - 1 - 1.1 氨的性质、用途及重要性.......................................... - 1 - 1.1.1 氨的性质................................................... - 1 - 1.1.2 氨的用途及在国民生产中的作用............................... - 1 - 1.2 合成氨生产技术的发展............................................ - 2 - 1.2.1世界合成氨技术的发展....................................... - 2 - 1.2.2中国合成氨工业的发展概况................................... - 4 - 1.3合成氨转变工序的工艺原理......................................... - 6 - 1.3.1 合成氨的典型工艺流程介绍................................... - 6 - 1.3.2 合成氨转化工序的工艺原理................................... - 8 - 1.3.3合成氨变换工序的工艺原理................................... - 8 - 1.4 设计方案的确定.................................................. - 9 - 1.4.1 原料的选择................................................. - 9 - 1.4.2 工艺流程的选择............................................. - 9 - 1.4.3 工艺参数的确定............................................ - 10 - 1.4.4 工厂的选址................................................ - 11 - 2 设计工艺计算......................................................... - 1 3 -
年产10万吨合成氨装置精制工段（烃化）设计 目录 1、前言 2、原料的选择 3、厂址的选择 4、工艺的确定 5、物料衡算 6、环境保护与安全措施 7、车间布置与设计 8、工程概算 9、设计总结与心得
前言 氨是最为重要的基础化工产品之一，主要用于制造氮肥和复料，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。 合成氨工艺涉及众多工段，本设计为年产10万吨合成氨装置精制工段烃化设计，烃化的主要任务是利用烃化反应的方法来净化精制合成氨原料气，使合成氨原料气进入氨合成工段之前的气体中CO 、CO2（俗称气体中的“微量”指标）总量小于10ppm，以达到合成氨入塔要求。对烃化的工艺条件、反应原理及工艺流程作简要论述。
二、原料的选择 合成氨生产的原料有焦炭、煤、天然气、重油等。本设计以煤作为原料，因为我国煤炭资源丰富。在原料来源方面有着先天的优势，从而降低生产过程的成本。合成氨的生产需要氢气和氮气，氢气来源是以煤为原料经过造气、净化工序后，输出地精制气体（主要含量为H2）作为合成氨工段的生产原料。氮气的来源主要是空气中的氮气，可以在低温下将空气液化、分离而得到，作为合成氨工段的另一重要原料。 三、厂址的选择 本设计合成氨厂选址选于省六盘水市盘县两河新区。 1. 原料来源便捷 两河新区位于老屋基煤矿、山脚树煤矿、红果镇煤矿、火铺煤矿等几大煤矿的中心地带，以煤为原料的合成氨工厂建立在此具有先天优势。 2.交通便利 新区沪昆高速公路在沙坡和两河两地出入，即将通车的毕水兴高速公路水盘段与沪昆高速公路在区海铺呈十字交汇，正在修建的长昆快速铁路家庄站紧挨海铺交汇点和沪昆两河出口，320国道贯穿全境。
年产60万吨复合肥项目简介 一、项目名称： 年产60万吨复合肥项目 二、项目概况： 我国高浓度复混肥近几年有很大发展，市场需求旺盛。预计到2010年，三元复、混肥产量将达到1500万吨左右（折纯N＋P2O5＋K2O），其中三元复合肥产量将达到700万吨左右（折纯N＋P2O5＋K2O）。根据我国农业发展的需要，预计到2010年，我国化肥的三元复合化率将达到30％左右，即三元复混肥需求量约为1700万吨（折纯），其中三元复合肥900万吨（折纯N＋P2O5＋K2O）。 河南省位于中国中东部，周边安徽、山东、河北、陕西、湖北等生均是我国粮食主产区。开展测土施肥，针对土质、农作物的品种，施用高效、专用的复合肥，将会有效提高农作物的产量。因此，在沁阳建设大型复合肥装置，根据当地农作物及土壤情况，生产多种规格的三元复合肥，以满足市场需求，提高化肥利用率，将极大地促进当地农业发展，提高农作物的产量。 该项目利用沁阳30万吨合成氨、52万吨尿素装置，建设30万吨／年NPK复合肥装置2套，年产60万吨NPK复合肥，实现装置配套和产品的延伸发展，经济效益高。 三、投资估算与效益预测： 项目总投资1.5亿元。项目建成后，年可实现销售收入8200万元，利税1300万元，项目投资利税率16%。 年产1万吨PVC低发泡板材项目简介 一、项目名称： 年产1万吨PVC低发泡板材项目 二、项目概况： PVC低发泡板材性能类似于天然木材,具有质轻、坚硬、表面光洁、隔热、隔音、抗腐蚀、阻燃、防潮、防蛀、耐老化、表面不需油漆、加工组装容易等特点。 PVC低发泡板材属于以塑代木新型材料，其密度、加工性能，外观、质地与天然木材很接近，又称合成木材，但其防火、防水、防蛀、隔音、耐腐蚀等性能又明显优于天然木材。我国每年建筑竣工几十亿立方米，如将所用木材中的1－2%用塑料板材代替，就需要200－300万吨左右。随着国家保护森林资源政策的进一步深入以及人们对合成材料的认识提高，新一代化学建材的前景将更加广阔。 沁阳PVC原材料、电力、燃料价格相对低廉，原料资源丰富，沁阳本地可满足所需原料的供应。项目建设规模为年生产3～25mm的PVC低发泡板1万吨。 三、投资估算与效益预测： 项目总投资5000万元。项目建成后，年销售收入1.8亿元，年利税2200万元，投资回收期4.5年。 年产1万吨无毒PVC热稳定剂项目简介 一、项目名称： 年产1万吨无毒PVC热稳定剂项目 二、项目概况： PVC热稳定剂是PVC及氯乙烯共聚物加工时不可缺少的加工助剂，能有效地防止PVC加工过程中由于受热和机械剪切作用而引起的降解，还能减轻PVC制品在使用过程中由于热、光和氧的作用受到的破坏，延长制品的使用寿命。因此，PVC热稳定剂是与PVC树脂及其应用同时发展起来的，并且随着PVC制品
工艺流程说明： 将无烟煤（或焦炭）由炉顶加入固定床层煤气发生炉中，并交替向炉内通入空气和水蒸汽，燃料气化所生成的半水煤气经燃烧室、废热锅炉回收热量后送入气柜。 半水煤气由气柜进入电除尘器，除去固体颗粒后依次进入压缩机的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段，加压到1.9~2.0Mpa，送入脱硫塔，用A.D.A.溶液或其他脱硫溶液洗涤,以除去硫化氢，随后，气体经饱和塔进入热交换器，加热升温后进入一氧化碳变换炉，用水蒸汽使气体中的一氧化碳变为氢。变换后的气体，返回热交换器进行降温，并经热水塔的进一步降温后，进入变换器脱硫塔，以除去变换时产生的硫化氢。然后，气体进入二氧化碳吸收塔，用水洗法除去大部分二氧化碳。脱碳后的原料进入压缩机Ⅳ、Ⅴ段，升压到压缩机12.09~13.0Mpa后，依次进入铜洗塔和碱洗塔，使气体中残余的一氧化碳和二氧化碳含量进一步降至20（ppm）以下，以满足合成氨的要求。 净化后的原料气进入压缩机的最后一段，升压到30.0~32.0 MPa进入滤油器，在此与循环压缩机来的循环气混合，经除油后，进入冷凝塔和氨冷器的管内，再进入冷凝塔的下部，分离出液氨。分离出液氨后的气体进入冷凝塔上部的管间，与管内的气体换热升温后进入氨合成塔。在高温高压并有催化剂存在的条件下，将氮氢气合成氨。出合成塔的气体中，约含氨10~20%，经水冷器与氨冷器将氨液化并分离后，其气体进入循环压缩机循环使用。分离出的液氨进入液氨贮槽。 原料气的制备:制备氢氮比为3:1的半水煤气 即造气。将无烟煤（或焦炭）由炉顶加入固定床层煤气发生炉中，并交替向炉内通入空气和水蒸汽，燃料气化后生成氢氮比为3:1的半水煤气。整个生产过程由煤气发生炉、燃烧室、废热锅炉、气柜等设备组成。 固定床半水煤气制造过程由吹风、上吹制气、下吹制气、二次上吹、空气吹净等5个阶段构成，为了调节氢氮比，在吹风末端要将部分吹风气吹入煤气，这个过程通常称为吹风回收。 吹风阶段：空气从煤气炉的底部吹入，使燃料燃烧，热量贮存于燃料中，为制气阶段碳与水蒸汽的反应提供热量。吹风气经过燃烧室和废热锅炉后放空。 上吹制气阶段：从煤气炉的底部通入混有适量空气的水蒸汽，和碳反应生成的半水煤气经过炉的顶部引出。向水蒸汽中加入的空气称为加氮空气。 下吹制气阶段：将水蒸汽和加氮空气由炉顶送入，生成的半水煤气由炉底引出。 二次上吹制气阶段：水蒸汽和加氮空气自下而上通过燃料层，将炉底残留的半水煤气排净，为下一步送入空气创造安全条件。 空气吹净阶段：从炉底部吹入空气，所得吹风气为半水煤气中氮的主要来源，并将残留的半水煤气加以回收。 以上五个阶段完成了制造半水煤气的主过程，然后重新转入吹风阶段，进入下一个循环。原料气的净化：除去原料气中的硫化氢、二氧化碳等杂质，将一氧化碳转化为氢气本阶段由原料气脱硫、一氧化碳变换、水洗（脱除二氧化碳）、铜洗（脱除一氧化碳）、碱洗（脱除残余二氧化碳）等几个工段构成，主要设备有除尘器、压缩机、脱硫塔、饱和塔、热水塔、一氧化碳变换炉、二氧化碳吸收塔、铜洗塔、碱洗塔等。 脱硫：原料气中硫化物的存在加剧了管道及设备的腐蚀，而且能引起催化剂中毒，必须予以除去。脱硫方法可分为干法脱硫和湿法脱硫两大类。干法脱硫是用固体硫化剂，当气体通过脱硫剂时硫化物被固体脱硫剂吸附，脱除原料气中的少量硫化氢和有机硫化物。一般先进行湿法脱硫，再采用干法脱硫除去有机物和残余硫化氢。湿法脱硫所用的硫化剂为溶液，当含硫气体通过脱硫剂时，硫化物被液体剂吸收，除去气体中的绝大部分硫化氢。 CO变换：一氧化碳对氨催化剂有毒害，因此在原料气进入合成氨工序之前必须将一氧
002140 2011-022 60 80 本公司全体董事、监事、高级管理人员保证公告内容真实、准确和完整，并对公告中的虚假记载、误导性陈述或重大遗漏承担责任。 2011年6月28日，本公司与沧州正元化肥有限公司（以下简称“沧州正元”）在河北石家庄市签订的沧州正元年产60万吨合成氨、80万吨尿素项目工程设计合同正式生效。 一、合同风险提示 1、合同的生效条件。本合同自双方签字盖章后即生效。 2、合同的履行期限。本合同设计工期为15个月（不含初步设计审查时间）。 3、合同重大风险及重大不确定性。 本项目工艺技术软件包由沧州正元提供；本公司不存在设计能力的风险。 二、合同对方的情况介绍 沧州正元成立于2011年，法定代表人为刘金成先生，注册资本2000万元，注册地在沧州临港经济技术开发区，系河北阳煤正元化工集团有限公司（以下简称“阳煤正元”）为运营年产60万吨合成氨、80万吨尿素等项目所设立的项目公司，具备对本合同的履约能力。 阳煤正元是一家以生产尿素、甲醇为主的煤化工企业，为河北省碳一化学基地。阳煤正元成立于1992年，产品生产能力为年产合成氨60万吨、尿素60万吨、甲醇25万吨，另有10余种化工产品，已初步形成以煤化工产业为核心、装备制造为龙头、化工设计为依托的现代煤化工产业体系，并先后荣获“全国最优秀化工企业”、“中国最具发展潜力百强民营企业”、“中国化工企业500强”等称号。
本公司与沧州正元不存在关联关系。最近三个会计年度，本公司与沧州正元未发生类似业务。 三、合同的主要内容 本合同经双方签字盖章后，于2011年6月28日正式生效。合同约定，沧州正元委托本公司承担60万吨/年合成氨、80万吨/年尿素装置（不包括空分、气化、变换工段）的工程设计工作。合同设计费用为人民币3000万元，由沧州正元按照合同约定的设计文件提交进度及支付比例进行支付。合同设计工期为15个月（不含初步设计审查时间），工程建设地点在沧州临港经济技术开发区。合同约定了双方责任，沧州正元应按合同规定提供设计基础资料及文件，支付定金和设计费；本公司应按合同规定提交设计文件，对提交的设计文件的质量负责，对设计文件出现的遗漏负责修改等，并承担本项目总体院的相关职责。 四、合同履行对本公司的影响 本合同价格为人民币3000万元，占本公司2010年度经审计营业收入的1.63%，本合同的履行对本公司以后会计年度的经营业绩将产生影响。本合同装置为国内规模较大的合成氨、尿素生产线，本合同的签订，有利于提升本公司在合成氨、尿素工程建设市场中的竞争优势。 本公司与沧州正元签订上述设计合同，对本公司主营业务的独立性无重大影响。 五、合同的审议程序 本公司与沧州正元签订上述设计合同系日常性经营行为，无需提交董事会审议。 六、其他相关说明 1、本公司将在定期报告中披露本合同的履行情况。 2、备查文件：本公司与沧州正元签订的年产60万吨合成氨、80万吨尿素项目工程设计合同。 特此公告。 东华工程科技股份有限公司董事会
安徽昊源化工集团有限公司新建20万吨/年Φ1800合成氨系统 基础设计说明书 南京国昌化工科技有限公司
总目录 一、前言 二、气象条件 三、工艺设计条件要求 四、设计能力计算（详细数据见物料热量衡算表） 五、G CΦ1800三轴一径合成塔技术特点 六、Φ1800合成系统工艺流程及特点（见流程图） 七、Φ1800合成系统主要设备技术规格 八、平面布置说明 九、土建说明 十、电器说明 十一、仪表说明 十二、保温与防腐 十三、安全与环保 附表、合成系统物料热量衡算表 附表、系统主要工艺管线流速计算表 附表、工艺仪表条件表（另附） 附图、Φ1800合成系统带控制点的工艺流程图 附图、Φ1800合成系统循环机工艺流程图 附图、Φ1800合成系统设备平面布置图 附图、Φ1800合成框架工艺条件图 附图、Φ1800合成塔外筒条件图 附图、Φ3000/Φ3400废热锅炉条件图
附图、Φ1400气-气换热器条件图附图、套管式水冷器条件图 附图、Φ1400冷交换器条件图 附图、Φ1600/Φ2200氨冷器条件图附图、Φ1400氨分离器条件图 附图、Φ1400循环机油分条件图附图、Φ1600新鲜气氨冷器条件图附图、Φ1000新鲜气油分条件图
一、前言 安徽昊源化工集团有限公司根据企业发展及市场需要,目前准备将合成氨生产线进行能力扩大,产品结构重组：新建二套Φ1600中压联醇系统，一套Φ1400高压醇烷化系统和一套Φ1800氨合成系统。为此受安徽昊源化工集团有限公司委托,我公司将承接一期工程的Φ1800氨合成新系统及相关配套工程的基础设计。 二、气象条件 年平均气温： 14.1℃ 极端最高气温： 40.3℃ 极端最低气温： -18.3℃ 降雨量： 771.7mm 年最大降雨量： 1263.8 mm 年平均气压： 1007.3毫巴 年平均湿度： 68.92%㎜㎜ 年平均风速： 2.7m/s 年最大风速： 32m/s 地震列度： 7级 雪载荷： 400N/m2 三、工艺设计条件要求 根据合同技术条件要求，工艺设计条件如下： 1．入塔气体成份 H2N2CH4Ar NH3 ％58 20.5 14 4.5 3 2．新鲜气成份
1、合成氨生产工艺介绍 1）造气工段 造气实质上是碳与氧气和蒸汽的反应，主要过程为吹风和制气。具体分为吹风、上吹、下吹、二次上吹和空气吹净五个阶段。原料煤间歇送入固定层煤气发生炉内，先鼓入空气，提高炉温，然后加入水蒸气与加氮空气进行制气。所制的半水煤气进入洗涤塔进行除尘降温，最后送入半水煤气气柜。 造气工艺流程示意图 2）脱硫工段 煤中的硫在造气过程中大多以H2S的形式进入气相，它不仅会腐蚀工艺管道和设备，而且会使变换催化剂和合成催化剂中毒，因此脱硫工段的主要目的就是利用DDS脱硫剂脱出气体中的硫。气柜中的半水煤气经过静电除焦、罗茨风机增压冷却降温后进入半水煤气脱硫塔，脱除硫化氢后经过二次除焦、清洗降温送往压缩机一段入口。脱硫液再生后循环使用。
脱硫工艺流程图 3）变换工段 变换工段的主要任务是将半水煤气中的CO在催化剂的作用下与水蒸气发生放热反应，生成CO2和H2。河南中科化工有限责任公司采用的是中变串低变工艺流程。经过两段压缩后的半水煤气进入饱和塔升温增湿，并补充蒸汽后，经水分离器、预腐蚀器、热交换器升温后进入中变炉回收热量并降温后，进入低变炉，反应后的工艺气体经回收热量和冷却降温后作为变换气送往压缩机三段入口。
变换工艺流程图 4）变换气脱硫与脱碳 经变换后，气体中的有机硫转化为H2S，需要进行二次脱硫，使气体中的硫含量在25mg/m3。脱碳的主要任务是将变换气中的CO2脱除，对气体进行净化，河南中科化工有限责任公司采用变压吸附脱碳工艺。来自变换工段压力约为1.3MPa左右的变换气，进入水分离器，分离出来的水排到地沟。变换气进入吸附塔进行吸附，吸附后送往精脱硫工段。 被吸附剂吸附的杂质和少量氢氮气在减压和抽真空的状态下，将从吸附塔下端释放出来，这部分气体称为解析气，解析气分两步减压脱附，其中压力较高的部分在顺放阶段经管道进入气柜回收，低于常 压的解吸气经阻火器排入大气。