30万吨合成氨工厂中甲烷化工艺的设计与研究

目 录
1 总论 1
1.1 设计依据、方案及生产规模 1
1.2 设计的指导思想 1
1.3 厂址选择 1
2 发展评述 1
3 甲烷化工艺流程的选择和设计 3
3.1 铜氨液吸收法 3
3.2 液氮洗涤法 5
3.3 甲烷化法 6
4 甲烷化工艺流程说明 8
4.1 甲烷化生产流程 8
4.2 甲烷化炉的操作条件 8
5 工艺计算 9
5.1 物料衡算 9
5.1.1 甲烷化炉的物料衡算 12
5.1.2水冷器的物料衡算 12
5.1.3水分离器的物料衡算 12
5.2 热量衡算 16
5.2.1 甲烷化换热器热量衡算 16
5.2.2甲烷化炉热量衡算 17
5.2.3水冷器热量衡算 18
5.3 热量衡算传热面积计算 19
5.3.1 甲烷化换热器传热面积计算 19
5.3.2甲烷化炉传热面积计算 20
5.3.3水冷器传热面积计算 20
5.4 主要设备选型 21
5.4.1 甲烷化换热器 21
5.4.2甲烷化炉 22
5.4.3水冷器 23
6 安全技术与环保 24
6.1 物料性质与安全环保措施 24
6.1.1 氢气 24
6.1.2 氮气 25
6.1.3 一氧化碳 25
6.1.4 甲烷 25
6.2 三废处理 26
6.2.1 废气处理 26
6.2.2 废水处理 26
6.2.3 废渣处理 26
7 技术经济概算与项目管理 27
7.1 生产消耗核算 27
7.2 车间人员编制级工资计算 27
7.3 核算结果 28
总 结 29
致 谢 30
参 考 文 献 31
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总论
1.1 设计依据与方案
工业上常采用天然气、石脑油和煤等原料制取CH4，由氨生成的一系列化工产品在工业、农业、国防科技上的用途广泛。在合成氨的工艺中，为了让Fe作为合成氨催化剂时的使用寿命更长，脱除微量碳的工艺占比较重要的作用。在设计中，采用的是甲烷化工艺。
在合成氨工艺中，从上一个工段出来的净化气中仍然含有少量的一氧化碳和二氧化碳。这些微量的CO和CO2能使合成氨催化剂中毒失活，所以在净化气进入合成氨工段之前，应该现将净化气中的CO和CO2脱除，使其总含量小于10PPm。甲烷化工艺是将一氧化碳和二氧化碳转化为CH4，从而达到脱除的目的。
1.2 设计的指导思想
本设计以任务书为主，结合实际要求，设计出符合生产需要的工艺过程。在此过程中，要综合考虑经济、环保等诸多因素。在设计时，要进行下列任务：
（1）了解生产工艺要求和目的
（2）物料衡算、热量衡算
（3）主要设备设计和选型
（4）安全环保技术与三废处理
（5）经济核算
（6）设计图纸
1.3 厂址选择
对于合成氨等制化肥的工厂选址是非常严格的，也是一项非常重要的工作。
（1）空气中的含尘量低，应该选在农村或者偏远的郊区。
（2）选择水源丰富，水质好的地区，减少制备工艺用水的投资和运行费用。
（3）选择交通运输便利之处。
（4）选择由能源保障，电力供应稳定并且与电力部门有供电协议的地区。
2 发展评述
人类最早对合成氨反应的探索最早是在20世纪初，法国科学家Le Chatelier（勒夏特列）把在高压的条件下，把氮和氢两种气体混合生成了氨气。之后，能斯特[2]和哈伯[3]两位德国的科学家在进行了一列的研究之后，探索出了合成氨该反应对于全世界的价值，并且得出了该反应在发生反应是所需要的反应条件；全世界第一家生产合成氨的工厂是在1912年建立的 [4]。随着技术的发展，合成氨的技术逐渐成熟并且普及，如今，合成氨的工业生产已经遍布全球。
国外合成氨工业生产技术全面崛起应该是从1918年德国战败之后，合成氨技术和工艺价值向全世界公开之后，每个国家都根据各自的需求对合成氨技术在原料、合成塔设备等各个方面都进行了不同的改进 [6]。20世纪六七十年代之后，合成氨工业发展主要集中在大型化、自动化、节约型这几个方面，特别是在如今能源紧缺的严峻的国际形势之下，节约能耗是生产时的重点对象。
我国的合成氨工业却是从20世纪五十年代才开始发展，并且因为那时的生产技术等问题，生产规模很小，无法满足生产生活的需要。
70年代之后，为了能够发展合成氨技术，政府引进一批先进的技术，在我国建造了各型合成氨的生产装置，生产能力显著得到了提高 [7]。使用这些技术生产合成氨的生产原料可以使天然气、石脑油或煤 [8]；另外，我国也在自行研究关于它的生产装置，并且产能不低，该装置是以轻油为原料的。如今，在不断地努力之下，我国已然将合成氨技术发展至成熟，并且攻克了很多问题，使生产达到节能环保、经济效益高等目标。

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