年产11000吨合成氨合成工段工艺设计.doc

摘 要 本文介绍了合成氨生产的用途及年产一万一千吨合成氨系统流程，介绍了氨的性质及其用途，介绍了合成氨的工艺流程论述，工艺合成的方法及计算，并对氨冷器、合成塔进行热量衡算和系统的物料衡算，对合成塔内件的强化措施以及设备的工艺计算。 关键词：合成，工艺，方法，计算 一、氨的性质及用途 （一）氨的物理化学性质 1．物理性质 氨是一种无色有刺激性气味的气体，对人的神经也有刺激作用，吸多了就会中毒。常温下-34℃即可融化，氨的沸点为-33．35℃，凝固点为-77．7℃，氨极易溶于水，溶解时放出大量的热，可生产含15﹪—30﹪的氨水，氨水是碱性，易挥发，液氨或干燥的氨气对大部分物质没有腐蚀性，但在有水的条件下，对铜、银、锌等金属有腐蚀作用。 2．化学性质 氨在常压时相对稳定，在高温，电火花或紫外光的作用下可分解为氢和氮，其分解速度在很大程度上与气体接触的表面性质有关。 氨是一种可燃性物质，自燃点为630℃，一般较难点燃。 氨与空气或氧气的混合物在一定范围内能够发生爆炸，常温常压下的爆炸范围为15．5﹪—28﹪（空气）和13．5﹪—82﹪（氧气）。 氨易与许多物质发生反应，例如在铂催化剂作用下能与氧气发生反应生成NO。 氨的性质比较活泼，能与各种有机酸反应生成盐，能和二氧化碳反应生成氨基甲酸铵，脱水成尿素利用氨与各种有机酸反应制取磷酸铵，与二氧化碳和水反应生成碳酸氢铵。 （二）氨的用途 氨是一种重要的无机化学工艺产品之一，主要用于化学肥料的生产。除液氨可直接作为肥料外，农业上使用的氨肥，例如尿素、硝酸铵、氯化铵以及各种含氨复合肥，都是以氨为原料的。 1909年德国化学家哈伯提出了工业氨的合成方法即“循环法”，这是工业上目前普遍采用的直接合成法。反应过程中为解决氢气和氨气合成转变率低的问题，将氨产品从合成反应后的气体中分解出来。为反应氢气和氨气混合重新参与合成反应，合成氨反应式如下： 合成氨指由氮气和氢气在高压催化剂存在下直接合成的氨，别名：氨气。世界上的氨除少量从焦炉气中回收副产外，绝大多数是合成的氨。合成氨主要用作化肥、冷冻剂和化工原料。 氮是自然界里分布较广的一种元素。它是蛋白质的主要组成部分按重量计约占蛋白质的六分之一。可见氮元素对生命的重要性。空气中含氮含量很多，约79﹪（体积）。 固定氮的方法很多，以氮为原料合成氨是目前世界上用途最为广泛，也是最经济的一种方法，工业用氮一般是使用高压液化瓶储存，是制造肥料和炸弹的原料，也是冷库设备常用的制冷剂，因为极易溶于水，常温常压下，一体积水可溶解700体积氨，所以农业应用时常把它溶解到里存储运输。 氨的用途很广。以氨为原料可以制造各种氮肥，氮肥施用量在化学肥量中占首位。氮本身就是一种高效肥料。合成氨工业是氮肥的基础，对农业增产起着十分重要的作用，农业对化肥的需求是合成氨发展的持久推动力，世界人口不断增长给粮食供应带来压力，而用化学肥料是农业增产的有效途径。 二、工艺流程的论述 （一）合成氨工艺流程 图1 合成氨工艺流程图 1-氨合成塔；2-水冷器；3-氨分离器；4-循环压缩机；5-滤抽器；6-冷凝塔；7-氨冷器 （二）工艺说明 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。 （三）氨的合成工艺说明 氨的合成是合成氨生产的最后一道工序，其任务是将经过精制的氢氮混合气合成为氨。工业上合成氨的各种工艺流程一般以压力的高低来分类。 1．分类 （1）高压法：操作压力70—100MP