年产8万吨合成氨合成工段设计毕业设计

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1、 1 年产 8 万吨合成氨合成工段设计 设计说明书 1 总论 氨是最为重要的基础化工产品之一，其产量居各种化工产品的首位 ； 同时也是能源消耗的大户，世界上大约有 10 %的能源用于生产合成氨。氨主要用于农业 ,合成氨是氮肥工业的基础，氨本身是重要的氮素肥料，其他氮素肥料也大多是先合成氨、再加工成尿素或各种铵盐肥料，这部分约占 70 %的比例，称之为“化肥氨”；同时氨也是重要的无机化学和有机化学工业基础原料，用于生产铵、胺、染料、炸药、制药、合成纤维、合成树脂的原料，这部分约占 30 %的比例 ,称之为“工业氨”。 世界合成氨技 术的发展经历了传统型蒸汽转化制氨工艺、低能耗制氨工艺、装置单系列

2、产量最大化三个阶段。根据合成氨技术发展的情况分析 , 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”等方面进行技术的研究开发 1。 (1) 大型化、集成化、自动化 , 形成经济规模的生产中心、低能耗与环境更友好将是未来合成氨装置的主流发展方向。以 Uhde公司的“双压法氨合成工艺”和 Kellogg 公 司的“基于钌基催化剂 KAAP 工艺” ,将会在氨合成工艺的大型化方面发挥重要的作用。氨合成工艺单元主要以增加氨合成转化率 (提高氨净值

3、) ,降低合成压力、减小合成回路压降、合理利用能量为主，开发气体分布更加均匀、阻力更小、结构更加合理的合成塔及其内件 ； 开发低压、高活性合成催化剂 , 实现“等压合成”。 (2) 以“油改气”和“油改煤”为核心的原料结构调整和以“多联产和再加工”为核心的产品结构调整 ,是合成氨装置“改善经济性、增强竞争力”的有效途径。 实施与环境友好的清洁生产是未来合成氨装置的必然和惟一的选择。生产 过程中不生成或很少生成副产物、废物 ,实现或接近“零排放”的清洁生产技术将日趋成熟和不断完善。 提高生产运转的可靠性 ,延长运行周期是未来合成氨装置“改善经济性、增强竞争力”的必要保证。有利于“提高装置生产运转

4、率、延长运行周期”的技术 ,包括工艺优化技术、先进控制技术等将越来越受到重视。 1.1 设计任务的依据 设计任务书是项目设计的目的和依据： 2 产量： 80 kt/a 液氨 放空气（惰性气 Ar +CH4 ）： 17% 原料：新鲜补充气 N2 24%， H2 74.5 %， Ar 0.3%， CH4 1.2% 合成塔进出口氨浓度： 2.5%， 13.2% 放空气 :（惰性气 Ar +CH4 ） 17% 合成塔操作压力 32 MPa （绝压） 精练气温度 40 水冷器出口气体温度 35 循环机进出口压差 1.47MPa 年工作日 310 d 计算基准 生产 1t氨 1.2 概述 1.2.1 设计

5、题目：年产 8 万吨合成氨合成工段设计 1.2.2 设计具体内容范围及设计阶段 本次设计的内容为合成氨合成工段的设计，具体包括以下几个设计阶段： 1. 进行方案设计，确定生产方法和生 产工艺流程。 2. 进行化工计算，包括物料衡算、能量衡算以及设备选型和计算。 3. 绘制带控制点的工艺流程图 （ PID） 。 4. 进行车间布置设计，并绘制设备平立面布置图。 5. 进行管路配置设计，并绘制管路布置图。 6. 撰写设计说明书。 1.2.3 设计的产品的性能、用途及市场需要 (1) 氨的物化性能 合成氨的化学名称为氨，氮含量为 82.3%。氨是一种无色具有强烈刺激性、催泪性和特殊臭气的无色气体，比

6、空气轻，相对密度 0.596，熔点 77.7；沸点 33.4。标准 状况下， 1 米 3 气氨重 0.771 公斤； 1 米 3 液氨重 638.6 公斤。极易溶于水，常温（ 20）常压下，一个体积的水能溶解 600 个体积的氨；标准状况下，一个体积水能溶解 1300 个体积的氨氨的水溶液称为氨水，呈强碱性。因此，用水喷淋处理跑氨事故，能收到较好的效果 2。 氨与酸或酸酐可以直接作用，生成各种铵盐；氨与二氧化碳作用可生成氨基甲铵，脱水成尿素；在铂催化剂存在的条件下，氨与氧作用生成一氧化氮，一氧化氮继续氧化并与水作用，便能得到硝酸。氨在高温下 (800以上 )分解成氮和氢； 3 氨具有易燃易爆和

7、有毒的性质。氨的 自燃点为 630，氨在氧中易燃烧，燃烧时生成蓝色火焰。氨与空气或氧按一定比例混合后，遇明火能引起爆炸。常温下氨在空气中的爆炸范围为 15.5 28，在氧气中为 13.5 82。液氨或干燥的气氨，对大部分物质没有腐蚀性，但在有水的条件下，对铜、银、锌等有腐蚀作用 3。 (2) 氨的用途 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

8、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。 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、含氮无机盐等工业部门。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。现代国防工业和尖端技术也都与氨合成工业有密切关系，如生产火箭的推进剂 和氧化剂，同样也离不开氨。此外，氨还是常用的冷冻剂。 合成氨工业的迅速发展，也促进和带动了许多科学技术部门的发展，如高压技术、低温技术、催化技术、特殊金属材

9、料、固体燃料气化、烃类燃料的合理利用等。同时，尿素和甲醇的合成、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 4。 (3)市场需要 据资料统计 :1997 年世界合成氨年产量达 103.9Mt。预计 2000 年产量将达111.8Mt。其化肥用氨分别占氨产 量的 81.7%和 82.6%。我国 1996 年合成氨产量已达 30.64Mt,专家预测 2000 年将达 36Mt,2020 年将增加至 45Mt。即今后 20 年间将增加到现在的 1.5 倍。因而合成氨的持续健康发展还有相当长的路要走。未来我国合成氨氮肥的实物产量将会超过石油和钢铁。合成氨工业在国民经济中举足轻重。农业生产 ,“有收无收在于水 ,收多收少在于肥”。所以 ,合成氨工业是农业的基础。它的发展将对国民经济的发展产生重大影响。因此 ,我国现有众多的化肥生产装置应成为改造扩建增产的基础。我国七十至九十年代先后重复引进 30 多套大化肥装置 ,耗费巨额资金 ,在提高了化肥生产技术水平的同时 ,也受到国外的制约。今后应利用国内开发和消化吸收引进的工艺技术 ,自力更生 ,立足国内 ,走出一条具有中国特色的社会主义民族工业的发展道路。过去引进建设一套大型化肥