合成氨回收工段工艺及氨吸收塔设计(附件)
现代化学工业中，氨是化肥工业和基本有机化工的主要原料。自改革开放以来，我国合成氨工艺虽然在不断完善，但是仍然存在一些问题，比如氨的利用率不高，产量较少等。因此，为了提高合成氨的产量，减少合成氨生产对环境的污染，设置氨回收工段刻不容缓。本设计主要对合成氨回收工艺进行了物料衡算、热量恒算，对设备氨吸收塔进行了工艺设计及机械设计，完成了本工段的自动控制设计以及结合湖北省鄂西地区地形的厂区总图布置设计。关键词 合成氨，回收，工艺计算，自动控制
目录
1 绪论： 1
1.1 合成氨发展现状 1
1.2 以天然气为原料制合成氨工艺 2
1.2.1 工艺流程简述 2
1.2.2 工艺流程图 3
1.3 合成氨回收工艺工段技术状况与工艺比较 3
2 工艺流程设计方案的确定 4
2.1 设计任务 4
2.2 工艺方案的确定 5
2.3 工艺分析： 6
3.2 吸收塔热量衡算 10
3.3 过程控制点设计 10
4 主要设备的工艺计算 13
4.1 吸收塔的工艺计算 13
4.1.1 塔径计算 13
4.1.2 填料高度的分段及计算 14
4.1.3 塔内件及附件的选择 15
4.1.4 塔体和封头的厚度计算 18
4.1.5 塔体载荷分析 20
4.1.6 塔体的强度及稳定性校核 24
4.1.7 裙座的强度及稳定性较核 25
4.1.8 裙座基础环设计 26
4.1.9 地脚螺栓计算 27
4.1.10 水压试验时塔的强度和稳定性验算 27
4.2 氨水冷却器工艺计算 28
4.3 氨水循环泵工艺计算 31
4.4 设备明细表 33
5 厂区布置设计 33
6.1 设备成本估价 34
6.2 其他成本 35
7 安全与环保 36
7.1 操作安全 36
7.2 消防安全 37
7.3 环保方面 37 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
总结 39
致谢 40
参考文献 41
1 绪论：
现代化学工业中，氨是化肥工业和基本有机化工的主要原料[1]。目前主要应用在农业、工业方面[2,3]。随着科技进步，对氨的需求量也在日渐增长。自改革开放以来，随着工业化发展加快，合成氨技术也在日益进步。但是，氨做为一种有强烈刺激性臭味，并有毒性的气体，若直接排放则会对环境造成巨大的危害。因此，在目前绿色化工的大背景下，对氨的回收再利用，减少氨的排放是许多化工企业的首要任务。本设计的主要方向为合成氨工艺工段的设计和氨吸收塔的设计。
1.1 合成氨发展现状
经过百年发展，现代合成氨工业制取氢气和氮气的主要原料是各种化石能源[4]。制气工艺因原料不同而不同，主要如下表：
表1.1 不同原料制气工艺比较
序号
原料
气化剂
方法
1
天然气、油田气等气态烃
空气、水蒸气
蒸汽转化法
2
渣油
氧、水蒸气
部分氧化法
3
煤
氧、水蒸气
加压气化或常压煤气化法
在现代合成氨工艺中，原料气的净化大致分为以下两类：
表1.2 原料气净化方法
名称
原料气来源
方法
热法净化流程
烃类蒸汽转化法
经 CO 变换、脱碳和甲烷化最终净化
冷法净化流程
渣油部分氧化和煤加压气化
经采用耐硫变换催化剂的CO变换，低温甲醇洗脱硫、脱碳，液氮洗最终净化
不同的制氨工艺流程由各种不同的制气工艺和净化工艺组合构成，其中具有代表性的有以下几种：
大型合成氨工艺：Topsoe 、 Kellogg 、 Braun
低能耗工艺流程：Kellogg、Braun 、 ICIAMV 。 [5]
图1.1原料（轻质烃）蒸汽法制氨流程图 图1.2原料（煤和油渣）制氨流程图
1.2 以天然气为原料制合成氨工艺
1.2.1 工艺流程简述
天然气经过压缩后进行脱硫，脱硫后的天然气和蒸汽一起进入一段转化，反应生成一氧化碳、氢气和二氧化碳；空气经过压缩后和一段转化生成的气体一起进入二段转化，将一氧化碳和水蒸气反应，得到氢气和二氧化碳，经高温变换、低温变换后脱碳除去二氧化碳，空分得到氢气；进入甲烷化炉进行甲烷化，甲烷化后的气体经过压缩机压缩后至合成塔中，氮气和氢气反应合成得到氨；氨经过放空气分离器后进入液氨储罐，分离出的气体做为驰放气排出, 这种生产占世界天然气消费量的大约2％[6]。
其中驰放气是化工生产中不参与或不被利用但是会积聚在设备中和管道内的气体。在合成氨的工艺流程中，驰放气主要是一些夹杂进原料气的惰性气体，除了会影响反应速率和进度外，也会对反应产生一定影响。但驰放气有时也是可以利用的，为降低生产成本，应尽量使各种能量和物料完全利用。
1.2.2 工艺流程图
图1.3 天然气合成氨工艺流程图
1.3 合成氨回收工艺工段技术状况与工艺比较
不同的流程组合和吸收塔结构带来不同的氨回收效果。目前常用的方法有三塔串联余氨回收工艺、等压水吸收氨工艺、无动力氨回收或低温氨回收、低压闪蒸氨回收工艺。工艺对比如下表：
表1.3 不同合成氨回收工艺比较
工艺名称
原理
优点
目录
1 绪论： 1
1.1 合成氨发展现状 1
1.2 以天然气为原料制合成氨工艺 2
1.2.1 工艺流程简述 2
1.2.2 工艺流程图 3
1.3 合成氨回收工艺工段技术状况与工艺比较 3
2 工艺流程设计方案的确定 4
2.1 设计任务 4
2.2 工艺方案的确定 5
2.3 工艺分析： 6
3.2 吸收塔热量衡算 10
3.3 过程控制点设计 10
4 主要设备的工艺计算 13
4.1 吸收塔的工艺计算 13
4.1.1 塔径计算 13
4.1.2 填料高度的分段及计算 14
4.1.3 塔内件及附件的选择 15
4.1.4 塔体和封头的厚度计算 18
4.1.5 塔体载荷分析 20
4.1.6 塔体的强度及稳定性校核 24
4.1.7 裙座的强度及稳定性较核 25
4.1.8 裙座基础环设计 26
4.1.9 地脚螺栓计算 27
4.1.10 水压试验时塔的强度和稳定性验算 27
4.2 氨水冷却器工艺计算 28
4.3 氨水循环泵工艺计算 31
4.4 设备明细表 33
5 厂区布置设计 33
6.1 设备成本估价 34
6.2 其他成本 35
7 安全与环保 36
7.1 操作安全 36
7.2 消防安全 37
7.3 环保方面 37 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
总结 39
致谢 40
参考文献 41
1 绪论：
现代化学工业中，氨是化肥工业和基本有机化工的主要原料[1]。目前主要应用在农业、工业方面[2,3]。随着科技进步，对氨的需求量也在日渐增长。自改革开放以来，随着工业化发展加快，合成氨技术也在日益进步。但是，氨做为一种有强烈刺激性臭味，并有毒性的气体，若直接排放则会对环境造成巨大的危害。因此，在目前绿色化工的大背景下，对氨的回收再利用，减少氨的排放是许多化工企业的首要任务。本设计的主要方向为合成氨工艺工段的设计和氨吸收塔的设计。
1.1 合成氨发展现状
经过百年发展，现代合成氨工业制取氢气和氮气的主要原料是各种化石能源[4]。制气工艺因原料不同而不同，主要如下表：
表1.1 不同原料制气工艺比较
序号
原料
气化剂
方法
1
天然气、油田气等气态烃
空气、水蒸气
蒸汽转化法
2
渣油
氧、水蒸气
部分氧化法
3
煤
氧、水蒸气
加压气化或常压煤气化法
在现代合成氨工艺中，原料气的净化大致分为以下两类：
表1.2 原料气净化方法
名称
原料气来源
方法
热法净化流程
烃类蒸汽转化法
经 CO 变换、脱碳和甲烷化最终净化
冷法净化流程
渣油部分氧化和煤加压气化
经采用耐硫变换催化剂的CO变换，低温甲醇洗脱硫、脱碳，液氮洗最终净化
不同的制氨工艺流程由各种不同的制气工艺和净化工艺组合构成，其中具有代表性的有以下几种：
大型合成氨工艺：Topsoe 、 Kellogg 、 Braun
低能耗工艺流程：Kellogg、Braun 、 ICIAMV 。 [5]
图1.1原料（轻质烃）蒸汽法制氨流程图 图1.2原料（煤和油渣）制氨流程图
1.2 以天然气为原料制合成氨工艺
1.2.1 工艺流程简述
天然气经过压缩后进行脱硫，脱硫后的天然气和蒸汽一起进入一段转化，反应生成一氧化碳、氢气和二氧化碳；空气经过压缩后和一段转化生成的气体一起进入二段转化，将一氧化碳和水蒸气反应，得到氢气和二氧化碳，经高温变换、低温变换后脱碳除去二氧化碳，空分得到氢气；进入甲烷化炉进行甲烷化，甲烷化后的气体经过压缩机压缩后至合成塔中，氮气和氢气反应合成得到氨；氨经过放空气分离器后进入液氨储罐，分离出的气体做为驰放气排出, 这种生产占世界天然气消费量的大约2％[6]。
其中驰放气是化工生产中不参与或不被利用但是会积聚在设备中和管道内的气体。在合成氨的工艺流程中，驰放气主要是一些夹杂进原料气的惰性气体，除了会影响反应速率和进度外，也会对反应产生一定影响。但驰放气有时也是可以利用的，为降低生产成本，应尽量使各种能量和物料完全利用。
1.2.2 工艺流程图
图1.3 天然气合成氨工艺流程图
1.3 合成氨回收工艺工段技术状况与工艺比较
不同的流程组合和吸收塔结构带来不同的氨回收效果。目前常用的方法有三塔串联余氨回收工艺、等压水吸收氨工艺、无动力氨回收或低温氨回收、低压闪蒸氨回收工艺。工艺对比如下表：
表1.3 不同合成氨回收工艺比较
工艺名称
原理
优点
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