年产五万吨合成氨合成工段工艺设计

0目录中文摘要..............................................................1英文摘要..............................................................21引言...............................................................31.1氨的基本用途....................................................31.2合成氨技术的发展趋势............................................41.3合成氨常见工艺方法..............................................41.3.1高压法.......................................................51.3.2中压法.......................................................51.3.3低压法.......................................................51.4设计条件........................................................51.5物料流程示意图..................................................62物料衡算...........................................................82.1合成塔入口气组成................................................82.2合成塔出口气组成................................................82.3合成率计算......................................................92.4氨分离器出口气液组成计算.......................................102.5冷交换器分离出的液体组成.......................................132.6液氨贮槽驰放气和液相组成的计算.................................132.7液氨贮槽物料衡算...............................................152.8合成循环回路总物料衡算.........................................173能量衡算..........................................................283.1合成塔能量衡算.................................................283.2废热锅炉能量衡算................................................303.3热交换器能量衡算...............................................313.4软水预热器能量衡算.............................................323.5水冷却器和氨分离器能量衡算.....................................333.6循环压缩机能量衡算.............................................353.7冷交换器与氨冷器能量衡算.......................................363.8合成全系统能量平衡汇总.........................................384设备选型及管道计算.................................................404.1管道计算.......................................................404.2设备选型.......................................................42结论.................................................................43致谢.................................................................44参考文献.............................................................451年产五万吨合成氨合成工段工艺设计摘要：本次课程设计任务为年产五万吨合成氨工厂合成工段的工艺设计，氨合成工艺流程一般包括分离和再循环、氨的合成、惰性气体排放等基本步骤，上述基本步骤组合成为氨合成循环反应的工艺流程。其中氨合成工段是合成氨工艺的中心环节。新鲜原料气的摩尔分数组成如下：H273.25%，N225.59%，CH41.65%,Ar0.51%合成操作压力为31MPa，合成塔入口气的组成为NH3(3.0%),CH4+Ar(15.5%),要求合成塔出口气中氨的摩尔分数达到17%。通过查阅相关文献和资料，设计了年产五万吨合成氨厂合成工段的工艺流程，并借助CAD技术绘制了该工艺的管道及仪表流程图和设备布置图。最后对该工艺流程进行了物料衡算、能量衡算，并根据设计任务及操作温度、压力按相关标准对工艺管道的尺寸和材质进行了选择。关键词：物料衡算，氨合成，能量衡算2TheDesignof50kt/aSyntheticAmmoniaProcessAbstract:TherearemanytypesofAmmoniasynthesistechnologyandprocess,Generally,theyincludesammoniasynthesis,separationandrecycling,inertgasesEmissionsandotherbasicsteps,Combiningtheabovebasicstepsturnningintotheammoniasynthesisreactionandrecyclingprocess,inwhichammoniasynthesissectionisthecentralpartofasyntheticammoniaprocess.Thetaskofcurriculumdesignistheammoniasynthesissectionofanannualfiftythousandtonssyntheticammoniaplant.Thecompositionoffreshfeedgasis:H2(73.77%),N2(24.56%),CH4(1.27%),Ar(0.4%),thetemperatureis35℃,theoperatingpressureis31MPa,theinletgascompositionoftheReactoris:NH3(3.0%),CH4+Ar(15.7%),itRequiresthemolefractionofammoniareachedsto16.8%ofoutletgasofsynthesisreactor.Byconsultingtherelevantliteratureandinformation,wedesignedtheammoniasynthesissectionofanannualfiftythousandtonssyntheticammoniaplant,withthehelpofCADtechnology,wedesignedpipingandinstrumentdiagramandequipmentlayout.Finally,wedidthematerialbalanceaccounting,andtheenergybalanceaccountingoftheprocess,alsoweselectedpipingsizeandmaterialaccordingtothedesignoperationoftemperature,pressureandrelevantstandards.Keywords:ammoniasynthesissectionmaterialbalanceaccountingenergybalanceaccounting31引言1.1氨的基本用途氨是基本化工产品之一，用途很广。化肥是农业的主要肥料，而其中的氮肥又是农业上应用最广泛的一种化学肥料，其生产规模、技术装备水平、产品数量，都居于化肥工业之首，在国民经济中占有极其重要的地位。各种氮肥生产是以合成氨为主要原料的，因此，合成氨工业的发展标志着氮肥工业的水平。以氨为主要原料可以制造尿素、硝酸铵、碳酸氢铵、硫酸铵、氯化铵等氮素肥料。还可以将氨加工制成各种含氮复合肥料。此外，液氨本身就是一种高效氮素肥料，可以直接施用，一些国家已大量使用液氨。可见，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。我国的氮肥工业自20世纪50年代以来,不断发展壮大,目前合成氨产量已跃居世界第一位,现已掌握了以焦炭、无烟煤、焦炉气、天然气及油田伴生气和液态烃多种原料生产合成氨、尿素的技术,形成了特有的煤、石油、天然气原料并存和大、中、小生产规模并存的生产格局。目前我国合成氨氮肥厂有大中小型氮肥装置近千个,大型氮肥装置重复引进32套,国产化装置超过20套,中型装置近百套,小型装置约600套,合成氨生产能力达到4500万t/a。氮肥工业已基本满足了国内需求,在与国际接轨后,具备与国际合成氨产品竞争的能力,今后发展重点是调整原料和产品结构,进一步改善经济性。只有通过科技进步对经济增长的贡献率来实现,这也是今后发展合成氨氮肥工业新的增长点。合成氨工业是氮肥工业的基础,在国民经济中占有重要的地位。我国大多数合成氨企业的煤制气技术沿用固定床水煤气炉,炉型老化、技术落后、能源利用率低、原料价格高,是当前急需进行技术改造的重点。目前合成氨工业的发展方向是优化原料路线,实现制氨原料的多元化,引进先进的煤气化工艺制取合成气,降低产品成本,改善生产环境;同时研究开发简单可行,又可就地取得原料制取合成气的洁净煤气化技术,这也是我国目前占氮肥生产总量60%左右的中小型氮肥厂亟待要解决的问题。在这种背景下，该项目以“年产5万吨合成氨合成工段工艺设计”为设计课题，对合成氨合成工段的各种工艺条件和设备选型等进行深入的研究。41.2合成氨技术的发展趋势由于石油价格的飞涨和深加工技术的进步,以“天然气、轻油、重油、煤”作为合成氨原料结构、并以天然气为主体的格局有了很大的变化。基于装置经济性考虑,“轻油”和“重油”型合成氨装置已经不具备市场竞争能力,绝大多数装置目前已经停车或进行以结构调整为核心内容的技术改造。其结构调整包括原料结构、品质构调整。由于煤的储量约为天然气与石油储量总和的10倍,以煤为原料制氨等煤化工及其相关技术的开发再度成为世界技术开发的热点,煤有可能在未来的合成氨装置原料份额中再次占举足轻重的地位,形成与天然气共为原料主体的格局。根据合成氨技术发展的情况分析,估计未来合成氨的基本生产原理将不会出现原则性的改变,其技术发展将会继续紧密围绕“降低生产成本、提高运行周期,改善经济性”的基本目标,进一步集中在“大型化、低能耗、结构调整、清洁生产、长周期运行”等方面