年产30万吨合成氨合成工段工艺设计
摘要：氨是一种重要的化工产品，在国民经济中有重要的作用。对合成氨工艺进行设计研究，并对其过程进行设计优化。氨合成工段包括氨的合成、分离、气体再循环、惰性气体排放等基本过程，其中氨合成是合成氨工艺的中心环节。本设计主要目的是对合成氨的合成工段进行设计，根据已给组成的原料气的组成，进行工艺系统计算，包括物料衡算、热量衡算、设备的数据计算及选型等。合成工段中的主要设备为氨合成塔，结合设计数据及技术现状，本设计选择的氨合成塔的内件为三段绝热冷激--内冷式内件，该内件具有结构合理、氨净值高、产量大等优点。根据物料及热量衡算的数据,计算出内件中绝热床层及换热器的有关尺寸数据，并对一些辅助设备进行设计选型。根据计算数据，绘制出主要设备及带控制点的工艺流程图等。
关键词：合成氨 物料衡算 热量衡算 合成塔
Process Design of the Section Which Synthetizes Liquid
Ammonia of 300000t/a
Abstract: Ammonia is an important chemical product,plays an important role in the national economy.It is very necessary to explore and design the process of synthetic ammonia,then to optimize the process and the equipment.Ammonia synthesis process includes the separation of ammonia,the gas recirculation, the ammonia synthesis,the emission of inert gas and so on,and during the process,the ammonia synthesis is the most important link.The main purpose of this design is to devise the synthesis process of ammonia synthesis.According to the composition of raw gas that has known,we carry on the calculation of the craft system,including material balance,heat balance,the calculation and selection of the equipment.The ammonia synthesis tower is the crucial equipment of the process,combining with the design data and technical status,this design chooses three adiabatic cold shock -internal cooling type internal parts,the inner parts have the advantages of reasonable structure,high ammonia value ,large-tonnage yield etc.According to the material and heat balance data, we can calculate the relevant size date of the adiabatic bed and heat exchanger during the internal parts,and design and select some auxiliary equipment.
Key Words: Synthetic ammonia; materal balance; heat balance; synthesis
tower
引 言
氮元素是生物生存所需的基本元素之一，而合成氨则是进行固氮的最有效的方法。合成氨工业是重要的化工生产部门，迄今已有80多年的历史，它是一个耗能大户，世界上大约有10%的能源用于氨的合成，其生产的氨是重要的化工原料，广泛用于制取尿素、树脂、橡胶、炸药、橡胶等。早期合成氨主要以焦炉气、水电解氢气及焦炭气化产生的水煤气为原料，70年代开始转向以天然气、石脑油为原料[1]。由于中国煤炭资源丰富、石油和天然气稀缺，合成氨生产主要以煤为主要原料。
以煤为原料的合成氨生产工艺主要包括原料气的制备、原料气的净化(脱硫、变换、脱碳、精制)、气体压缩、氨的合成、氨的分离、未反应气体的循环等部分。本设计就根据已给组成的精制气，设计合适的流程来合成氨，并对主要设备氨合成塔进行选型设计。
合成氨工业经过近80多年的发展，技术相对比较成熟。目前，大多合成氨装置都选择中、低压合成工艺。目前在国际上用于氨合成中具有代表性的低能耗制氨工艺有：美国的原Kellogg工艺(现为KBR)、丹麦托普索工艺、瑞士卡萨利工艺、德国伍德工艺等。这几种氨合成工艺流程类似，都是为了提高氨净值。合成塔的主要部分为内件。随着科技的发展，人们研究出了各种类型的内件。以反应床论，可分为绝热式和内冷式，即床层内含有移热装置，如单冷管等；以移热方式论，可分为冷激式、层间换热式、内冷式以及冷激间换热复合式；以反应气体流向论，可分为轴向型和径向型以及轴径向混流型，其各有所长[2]。轴向流塔操作稳定，催化剂装量多；径向流塔效率高，压力降小，操作敏感性强，要求高效催化剂。根
据催化剂床层中是否设置冷管(内冷)方式可划分为：①单层轴向内冷式内件；②冷管改进型内件；③多层绝热冷激式内件；④多层绝热复合换热式内件；⑤副产蒸汽式内件[3]。本设计则采用多段绝热冷激式内件。
合成氨反应是利用含有氮气和氢气的原料气，在一定的温度压力下，在有催化剂的作用下进行的，此反应为一可逆反应。其中催化剂在合成氨反应中有重要的作用。合成氨的催化剂有三条技术路线：传统的路线，英国BP公司的钌基催化剂及我国的基催化剂体系[4]。本设计则根据已有的技术，选用已经在合成氨工业中使用较长时间的A106型催化剂。