云南云天化国际化工股份有限公司
云峰分公司
云天化国际云峰分公司30万吨/年合成氨
节能技改项目
初步设计
第一卷总说明
档案号：12025-BEDP-01-00
北京中寰工程项目管理有限公司
2012年12月北京
云天化国际云峰分公司30万吨/年合成氨节能技改项目
初步设计
卷册表
云南云天化国际化工股份有限公司
云峰分公司
云天化国际云峰分公司30万吨/年合成氨
节能技改项目
初步设计
第一卷总说明
档案号：12025-BEDP-01-00
参加人员编制：
编制人员：李岩、张双、何丽娟、王戊、于娅茹、孔艳、戴玉玲、姜明、石林、陈晓燕、刘丽、张晋辉、崔琼、胡伟、
曾鹏、苏阳、吴舟、刑跻辉、詹斌玲、吕航、李敏、
董艳艳、王洋、张志杰
校核人员：石岩俊、王国鲜、刘小琳、余勇军、张伶、贾洪敏、马敏、唐德新、徐健、潘惠卿、孟凡娜
审核人员：许剑忠、张少英、宋宝军、姜都、郭涛、石峰、王靖陈飞月
审定人员：余亿尧、孙永亮
第一卷总说明文件目录
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
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
年产30万吨合成氨脱碳 工艺项目 可行性研究报告 指导教师：姚志湘 学生：魏景棠
目录 第一章总论 (3) 1.1 概述 (3) 1.1.1 项目名称 (3) 1.1.2 合成氨工业概况 (3) 1.2 项目背景及建设必要性 (4) 1.2.1 项目背景 (4) 1.2.2 项目建设的必要性 (4) 1.2.3 建设意义............................................................................. 错误！未定义书签。 1.2.4 建设规模 (4) 第二章市场预测 (6) 2.1国内市场预测 (6) 2.2 产品分析 (6) 第三章脱碳方法及种类.. (7) 3.1 净化工序中脱碳的方法. (7) 3.1.1 化学吸收法 (7) 3.1.2 物理吸收法 (8) 3.1.3 物理化学吸收法................... (8) 3.1.4 固体吸收法 (10) 3.2碳酸丙烯酯（PC）法脱碳基本原理 (10) 3.2.1 PC法脱碳技术国内外的情况 (10) 3.2.2 发展过程 (10) 3.2.3 技术经济 (11) 3.2.4 工艺流程 (11) 3.2.5 存在的问题及解决方法 (12) 3.2.6 PC脱碳法发展趋势 (13)
第一章项目总述 2.1 概述 1.1.1项目名称 年产30万吨合成氨脱碳工段工艺设计 1.1.2合成氨工业概况 1898年，德国A.弗兰克等人发现空气中的氮能被碳化钙固定而生成氰氨化钙（又称石灰氮），进一步与过热水蒸气反应即可获得氨： CaCN2＋3H2O（g）→2NH3（g）＋CaCO3 在合成氨工业化生产的历史中，合成氨的生产规模（以合成塔单塔能力为依据）随着机械、设备、仪表、催化剂等相关产业的不断发展而有了极大提高。50年代以前，最大能力为200吨/日，60年代初为400吨/日，美国于1963年和1966年分别出现第一个600t/d 和1000t/d的单系列合成氨装置，在60-70年代出现1500-3000t/d规模的合成氨。 世界上85%的合成氨用做生产化肥，世界上99%的氮肥生产是以合成氨为原料。虽然全球一体化的发展减少了用户的选择范围，但市场的稳定性却相应地增加了，世界化肥生产的发展趋势是越来越集中到那些原料丰富且价格便宜的地区，中国西北部有蕴藏丰富的煤炭资源，为发展合成氨工业提供了极其便利的条件。 2.2 项目背景及建设必要性 1.2.1 项目背景 我国是一个人口大国，农业在国民经济中起着举足轻重的作用，而农业的发展离不开化肥。氮肥是农业生产中需要量最大的化肥之一，合成氨则是氮肥的主要来源，因而合成氨工业在国民经济中占有极为重要的位置。 我国合成氨工业始于20世纪30年代，经过多年的努力，我国的合成氨工业得到很大的发展，建国以来合成氨工业发展十分迅速，从六十年代末、七十年代初至今，我国陆续引进了三十多套现代化大型合成氨装置，已形成我国特有的煤、石油、天然气原料并存和大、中、小规模并存的合成氨生产格局。目前我国合成氨产能和产量己跃居世界前列。 但是，由于在我国合成氨工业中，中小型装置多，技术基础薄弱，国产化水平低，远远不能满足农业生产和发展的迫切需要，因此，开发新技术的同时利用计算机数学模型来提高设汁、生产、操作和管理等的核算能力，促进设计、管理和生产操作的优化，从而推动合成氨工业发展，提升整体技术水平，己成为国内当前化学工程科研、工程设计的重要课题。
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。
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
一、市场情况 (一)产品用途 尿素是一种含氮量最高的中性固体肥料，也是重要的化工原料。农业用尿素占90%，10%用于工业。农业上尿素可作单一肥料、复合肥料、混合肥料及微肥使用，也用作饲料添加剂。在工业上，尿素可生产脲醛树脂、氰尿酸、氯化异氰尿酸、三羟基异氰酸酯、水合肼、盐酸氨基脲、脲烷、氨基磺酸、发泡剂AC 、尿囊素等；尿素可制氨基甲酸酯、酰尿、造影显影剂、止痛剂、漱口水、甜味剂等医药品；尿素可生产石油炼制的脱蜡剂；尿素用于生产含脲聚合物，也可作纤维素产品的软化剂；尿素还可以作炸药的稳定剂，选矿的起泡剂，也可用于制革颜料生产。 （二）市场情况 2000年到2006年，我国尿素产能从 二、产品方案及生产规模 （1）合成氨：600吨/日（中间产品），公称能力18万吨/年 （2）尿素：1052吨/日，公称能力30万吨/年 工厂年运行天数：330天/年、按8000小时 三、工艺技术方案 原料煤与水在棒磨机湿法研磨，浓度达到61%的水煤浆加压后与高压氧气一起进行部分氧化，生产出含有CO 、H 2的粗合成气。合成气送到变换工段，在变换工段，大部分的CO 和水蒸汽反应生成H 2和CO 2，变换气中的CO 2和H 2S 等酸性气体在低温甲醇洗工段中被脱除，得到的净化气送入液氮洗工段精制，并配氮使合成气中的氢氮比达到3:1，精制气进入合成气压缩机，升压至后送入氨合成系统生产合成氨。低温甲醇洗的CO 2部分送往尿素装置，经压缩与液氨合成为尿素。
(一)气化工艺技术简介 气化工艺一般分为三种类型：移动床(有时也被称为固定床)，流化床和气流床。 1、固定床气化炉是最老的气化炉，它很长时间在煤气化工艺中占主要地位。固定床煤气技术经历了固定层间歇气化法、富氧连续气化法和鲁奇加压气化法。 固定床气化炉中的氧化剂与煤的流动方向相反，通过由煤变为焦油，再到灰等一系列反应区。当空气被作为氧化剂时，温度通常不会超过灰熔点，而纯氧气流床气化炉既可以是干灰也可以是熔渣。由于粗煤气出口温度(400~500℃)相对较低，粗合成气中通常会有液态碳氢化合物。固定层间歇气化法因吹风过程中放空气对环境污染严重而被淘汰，富氧连续气化法因原料只能用焦炭和无烟煤，原料价格高，且生成气中甲烷含量高；富氧气化的特点是投资少，操作简单，在中型氮肥厂中具有丰富的操作经验，是国家重点推荐的中氮厂造气技术。由于国家大力整治小煤窑和国家经济发展和重化工业的强力拉动，全国各地的煤价格随着需求的增加正在节节上扬，使合成氨成本大幅上升，所以必须采用先进的煤气化工艺，提高煤的利用率和水煤气中有效气组成。鲁奇(Lurgi)加压气化技术，在我国建有3套装置。该技术虽然能连续加压气化，但由于气化温度低，生成气中甲烷含量大，同时生成气中含苯、酚、焦油等一系列难处理的物质，净化流程长；尤其是该技术只能用碎煤不能用粉煤，因而原料利用率低，大量筛分下来的粉煤要配燃煤锅炉进行处理。 2、流化床气化炉采用粉碎了的煤作为原料，用氧化剂(氧气或空
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。
目录 1. 总论......................................... 错误！未定义书签。 1.1.1栲胶的组成及性质............................................................................. 错误！未定义书签。 1.1.2栲胶脱硫的反应机理............................................................................ 错误！未定义书签。 1.1.3生产中副产品硫磺的应用 .................................................................... 错误！未定义书签。 2. 流程方案的确定............................... 错误！未定义书签。 2.1栲胶脱硫法的理论依据................................................. 错误！未定义书签。 2.2工艺流程方框图.............................................................. 错误！未定义书签。 3. 生产流程的简述............................... 错误！未定义书签。 3.1简述物料流程 ............................................................... 错误！未定义书签。 3.1.1气体流程................................................................................................ 错误！未定义书签。 3.1.2溶液流程................................................................................................ 错误！未定义书签。 3.1.3硫磺回收流程........................................................................................ 错误！未定义书签。 3.2工艺的化学过程.............................................................. 错误！未定义书签。 3.3反应条件对反应的影响 ............................................... 错误！未定义书签。 3.3.1 影响栲胶溶液吸收的因素 ................................................................... 错误！未定义书签。 3.3.2 影响溶液再生的因素 ........................................................................... 错误！未定义书签。 3.4工艺条件的确定............................................................. 错误！未定义书签。 3.4.1 溶液的组成........................................................................................... 错误！未定义书签。 3.4.2 喷淋密度和液气比的控制 ................................................................... 错误！未定义书签。 3.4.3 温度....................................................................................................... 错误！未定义书签。 3.4.4再生空气量............................................................................................ 错误！未定义书签。 4. 物料衡算和热量衡算........................... 错误！未定义书签。 4.1物料衡算[6-10] ............................................................... 错误！未定义书签。 4.2热量衡算（以0℃为计算基准） ................................. 错误！未定义书签。 5. 车间布置说明.................................. 错误！未定义书签。 6. 三废治理及利用............................... 错误！未定义书签。 6.1废水的处理 ................................................................... 错误！未定义书签。 6.1.1废水的来源及特点................................................................................ 错误！未定义书签。 6.1.2废水处理工艺........................................................................................ 错误！未定义书签。
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。
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30万吨合成氨工艺设计 作者姓名000 专业应用化工技术11-2班 指导教师姓名000 专业技术职务副教授（讲师）
目录 摘要 (4) 第一章合成氨工业概述 (5) 1.1氨的性质、用途及重要性 (5) 1.1.1氨的性质 (5) 1.1.2 氨的用途及在国民生产中的作用 (6) 1.2 合成氨工业概况 (6) 1.2.1发展趋势 (6) 1.2.2我国合成氨工业发展概况 (7) 1.2.3世界合成氨技术的发展 (9) 1.3合成氨生产工艺 (11) 1.3.1合成氨的典型工艺流程 (11) 1.4设计方案确定 (13) 1.4.1原料的选择 (13) 1.4.2 工艺流程的选择 (14) 1.4.3 工艺参数的确定 (14) 第二章设计工艺计算 2.1 转化段物料衡算 (15) 2.1.1 一段转化炉的物料衡算 (16) 2.2 转化段热量衡算 (24) 2.2.1 一段炉辐射段热量衡算 (24) 2.2.2 二段炉的热量衡算 (32) 2.2.3 换热器101-C、102-C的热量衡算 (34) 2.3 变换段的衡算 (35) 2.3.1 高温变换炉的衡算 (35) 2.3.2 低温变换炉的衡算 (38) 2.4 换热器103-C及换热器104-C的热负荷计算 (41) 2.4.1 换热器103-C热负荷 (41) 2.4.2 换热器104-C热负荷 (42)
2.5 设备工艺计算 (42) 2.6 带控制点的工艺流程图及主要设备图 (46) 2.7 生产质量控制 (46) 2.8 三废处理 (47)
摘要 氨是重要的基础化工产品之一，在国民经济中占有重要地位。合成氨生产经过多年的发展，现已发展成为一种成熟的化工生产工艺。 本设计是以天然气为原料年产三十万吨合成氨的设计。近年来合成氨工业发展很快，大型化、低能耗、清洁生产均是合成氨设备发展的主流，技术改进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：天然气经过脱硫压缩进入一段转化炉，把CH4和烃类转化成H2，再经过二段炉进一步转化后换热进入高变炉，在催化剂作用下大部分CO和水蒸气反应获H2和CO2，再经过低变炉使CO降到合格水平，去甲烷化工序。 关键词：合成氨天然气 ABSTRACT Ammonia is one of the important basic chemical products, occupies an important position in national economy. Ammonia production after years of development, has now developed into a mature chemical production process. This design is the design of the natural gas as raw material to produce three hundred thousand tons of synthetic ammonia. Synthetic ammonia industry develops very fast in recent years, large scale, low energy consumption, clean production is the mainstream in the development of synthetic ammonia equipment, technical improvement is the main direction of development of better performance of catalyst, reducing ammonia synthesis pressure, the development of new materials gas purification methods, reduce fuel consumption, recovery and rational utilization of low heat, etc. Introduction to the design process used: compressed natural gas after desulfurization enter reformer, the CH4 and hydrocarbons into H2, and then further transformed after Sec furnace heat exchanger into the hypervariable furnace, most CO and water
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
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。