年产19万吨合成氨合成工段工艺设计(附件)
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。本设计为年产19万吨合成氨合成工段的设计，目前，国内生产氨方法有很多种，考虑合成工段的工艺和设备问题时，必须遵循三个原则：一是有利于氨的合成和分离；二是有利于保护催化剂，尽量延长使用寿命；三是有利于余热回收降低能耗，综合几个方面本设计是本次设计选用中压法（压力为32MPa）合成氨流程，在选型的基础上绘制了带控制点的工艺流程图，物料流程图以及车间平面布置图。关键词 合成氨，中压法，工艺设计 目录
1 绪论 6
1.1 合成氨的发展简史 6
1.2 氨的物理性质 6
1.3 氨的主要化学性质 7
1.4 氨的用途 7
1.5氨的市场需求 7
2 设计任务的依据 8
2.1概述 8
2.1.1设计题目：年产19万吨合成氨合成工段工艺设计 8
2.1.2 设计具体内容范围及设计阶段 8
2.2简述产品的几种生产方法及特点 9
3生产流程及生产方法的确定 9
3.1合成氨生产的特点 9
3.2 氨合成过程的基本工艺步骤 10
3.3氨合成工艺的选择 11
4 生产流程简述 12
4 工艺计算 13
4.1 原始条件 13
4.2 物料衡算 13
4.2.1 合成塔物料衡算 13
4.2.2氨分离器气液平衡计算 14
4.2.3冷交换器气液平衡计算 15
4.2.4液氨贮槽气液平衡计算 16
4.2.5液氨贮槽物料计算 17
4.2.6合成系统物料计算 18
4.2.7合成塔物料计算 19
4.2.8水冷器物料计算 20
4.2.9氨分离器物料计算 20
4.2.10冷交换器物料计算 21
4.2.11氨冷器物料计算 21
4.2.12 冷交换器物料 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
氨贮槽气液平衡计算 16
4.2.5液氨贮槽物料计算 17
4.2.6合成系统物料计算 18
4.2.7合成塔物料计算 19
4.2.8水冷器物料计算 20
4.2.9氨分离器物料计算 20
4.2.10冷交换器物料计算 21
4.2.11氨冷器物料计算 21
4.2.12 冷交换器物料计算 22
4.2.13液氨贮槽物料计算 24
4.2.14 物料衡算结果汇总 26
4.3 热量衡算 29
4.3.1冷交换器热量衡算 29
4.3.2氨冷器热量计算 30
4.2.3 循环机热量计算 32
4.2.4 合成塔热量计算 33
4.2.5 废热锅炉热量计算 35
4.2.6 热交换器热量计算 36
4.2.7 水冷器热量计算 36
4.2.8 氨分离器热量核算 38
5 主要设备选型 38
5.1 废热锅炉设备工艺计算 38
5.1.1 计算条件 38
5.1.2 管内给热系数α计算 38
5.1.3 管内给热系数αi计算 41
5.1.4 总传热系数K 计算 41
5.1.5 平均传热温差m Δt 计算 41
5.1.6 传热面积 41
5.2主要设备选型汇总表 42
6 环境保护与安全措施 42
6.1环境保护 42
6.1.1 化学沉淀—A/ O 工艺处理合成氨废水 43
6.1.2 合成氨尾气的回收 43
6.2安全措施 44
6.2.1 防毒 44
6.2.2 防火 44
6.2.3 防爆 45
6.2.4防烧伤 45
6.2.5防触电 45
6.2.6防机械伤害 46
结论 47
致谢 48
参考文献 49
附：带控制点工艺流程图、设备平立面布置图、部分管道布置图
1 绪论
1.1 合成氨的发展简史
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) ,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。
1.2 氨的物理性质
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]。
1.3 氨的主要化学性质
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
1 绪论 6
1.1 合成氨的发展简史 6
1.2 氨的物理性质 6
1.3 氨的主要化学性质 7
1.4 氨的用途 7
1.5氨的市场需求 7
2 设计任务的依据 8
2.1概述 8
2.1.1设计题目：年产19万吨合成氨合成工段工艺设计 8
2.1.2 设计具体内容范围及设计阶段 8
2.2简述产品的几种生产方法及特点 9
3生产流程及生产方法的确定 9
3.1合成氨生产的特点 9
3.2 氨合成过程的基本工艺步骤 10
3.3氨合成工艺的选择 11
4 生产流程简述 12
4 工艺计算 13
4.1 原始条件 13
4.2 物料衡算 13
4.2.1 合成塔物料衡算 13
4.2.2氨分离器气液平衡计算 14
4.2.3冷交换器气液平衡计算 15
4.2.4液氨贮槽气液平衡计算 16
4.2.5液氨贮槽物料计算 17
4.2.6合成系统物料计算 18
4.2.7合成塔物料计算 19
4.2.8水冷器物料计算 20
4.2.9氨分离器物料计算 20
4.2.10冷交换器物料计算 21
4.2.11氨冷器物料计算 21
4.2.12 冷交换器物料 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
氨贮槽气液平衡计算 16
4.2.5液氨贮槽物料计算 17
4.2.6合成系统物料计算 18
4.2.7合成塔物料计算 19
4.2.8水冷器物料计算 20
4.2.9氨分离器物料计算 20
4.2.10冷交换器物料计算 21
4.2.11氨冷器物料计算 21
4.2.12 冷交换器物料计算 22
4.2.13液氨贮槽物料计算 24
4.2.14 物料衡算结果汇总 26
4.3 热量衡算 29
4.3.1冷交换器热量衡算 29
4.3.2氨冷器热量计算 30
4.2.3 循环机热量计算 32
4.2.4 合成塔热量计算 33
4.2.5 废热锅炉热量计算 35
4.2.6 热交换器热量计算 36
4.2.7 水冷器热量计算 36
4.2.8 氨分离器热量核算 38
5 主要设备选型 38
5.1 废热锅炉设备工艺计算 38
5.1.1 计算条件 38
5.1.2 管内给热系数α计算 38
5.1.3 管内给热系数αi计算 41
5.1.4 总传热系数K 计算 41
5.1.5 平均传热温差m Δt 计算 41
5.1.6 传热面积 41
5.2主要设备选型汇总表 42
6 环境保护与安全措施 42
6.1环境保护 42
6.1.1 化学沉淀—A/ O 工艺处理合成氨废水 43
6.1.2 合成氨尾气的回收 43
6.2安全措施 44
6.2.1 防毒 44
6.2.2 防火 44
6.2.3 防爆 45
6.2.4防烧伤 45
6.2.5防触电 45
6.2.6防机械伤害 46
结论 47
致谢 48
参考文献 49
附：带控制点工艺流程图、设备平立面布置图、部分管道布置图
1 绪论
1.1 合成氨的发展简史
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) ,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。
1.2 氨的物理性质
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]。
1.3 氨的主要化学性质
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
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