合成氨厂造气工艺改进

1、湄洲湾职业技术学院2014届毕业设计（论文） 化学工程系2014届毕业设计（论文） 课题: 丙烯酸的生产技术 班级: 应用化工技术111 姓名 黄江海 学号 1003010239 成绩 指导教师 蔡俊秀 黄江海 内装材料 :1、毕业设计（论文）1份2、开题报告1份 3、中期检查表1份 4、答辩记录表1份 5、成绩评定表1份 湄洲湾职业技术学院毕业设计（论文）课题名称 丙烯酸的生产技术 系 别 化学工程系 专 业 应用化工技术 年 级 111 姓 名 黄江海 学 号 1003010239 指导教师 蔡俊秀 黄江海 2014年 5月 30 日毕业设计（论文）任务书学生姓名： 黄江海 班级 应用化工

2、111 班级学号： 1003010239 题 目： 合成氨厂造气工艺改进内容要求：（包括规定阅读的文献、应完成的程序、图纸、实验、说明书等）1.合成氨吹风2.合成氨炉顶及炉底温度3.合成氨上吹、下吹比例及蒸汽用量4.合成氨循环时间5.合成氨炭层温度6.合成氨加炭下灰及炉条机7参考文献1小合成氨厂工艺技术与设计手册（上册）【M】，北京：化学工业出版社出版，1994.起止日期：2013年12月20日至2014年5月27日指导教师签名： 年 月 日发教研室主任： 年 月 日发目 录摘要.11.吹风.22.炉顶及炉底温度.43.上吹、下吹比例及蒸汽用量.44.循环时间.55.炭层温度.56.加炭与下灰

3、及炉条机.57.结语.64 .参考文献.65 .致谢词.7 合成氨厂造气工艺改进摘要：文章从如何提高合成氨厂煤气炉气化强度、提高蒸汽分解率、降低消耗、安全稳定运行等角度出发，介绍了造气工艺中，吹风炉顶及炉底温度、上下吹比例及蒸汽用量、循环时间、碳层高度、加碳与下灰几个主要控制方面的体会和看法。关键词：合成氨 造气 工艺引 言在造气工艺中，如何提高煤气炉气化强度、提高蒸汽分解率、降低消耗、安全稳定运行，控制的因素是很多的，本文着重谈一下吹风、炉顶及炉底温度、上下吹比例及蒸汽用量、循环时间、碳层高度、加碳与下灰等工艺改进方面的认识和体会。1 吹风谈到吹风，必须要明白风机的铭牌风量并不就是煤气的入炉

4、风量。煤气炉的入炉风量是由风机的铭牌风量和煤气炉吹风系统的阻力特性来共同决定的，即煤气炉的入炉风量要比风机铭牌风量小，且是变化的，当系统阻力小，入炉风量就会提高。因此，减少系统阻力是提高风量的一项很重要也很实惠的举措。吹风百分比在造气中是一个十分重要的操作指标。吹风过程是一个放热反应过程，它的目的是使炭层积蓄热量，为制气提供反应条件。从理论上说，最理想情况是：吹风过程的积蓄热量应该等于制气过程的排出热量。因此，如果单位时间送入炉子的总风量与造气炉内的气化反应相适应，就会得到较好的效果；如果超出了气化反应的能力，则额外的多余热量就要用过热的蒸汽去排除，否则就要造成炉子结疤。那么，在这种情况下，就

5、大大降低了蒸汽分解率，造成了蒸汽的浪费，同时使制气前后期的气化层温度波动大，完全不利于制气。要控制送入炉子的总风量，首先就得时刻知道风机的流量。安装空气流量计是十分必要的，它可以指示吹风机阀开启或关闭的机能好不好，一旦吹风阀出了毛病可以随时发现；它又可以随时反映出系统内部某个部位出现的问题，以便及时采取措施。例如：原料质量差了，上行管道耐火砖蹋了，管道内有异物堵了，废热锅炉漏了等等，都会造成入炉风量变小而在流量计上及时显示出来。要控制送入炉子的总风量，还得根据风机流量的大小、不同的原料煤种，及时地调节吹风机百分比，以选择合适的总风量。吹风百分比不能一成不变，要及时调节。风量变化了，煤种改变了，

6、都要及时调节。但不能任意作大幅度的变动，保持相对的稳定，以确保炉子生产的稳定性。要保持吹风百分比的相对稳定，必须要使入炉煤保持相对稳定。但是现在小化肥厂一般都是煤种混杂、批量小。权宜之计采用分品种、分炉搭配烧的方法，细水长流，使入炉煤在每只炉子有一个稍长时期，以保持原料的相对稳定。这样，一定要及时了解原料煤种的供应情况。要每天把煤场到煤的情况、入炉煤煤种、入炉煤原料分析数据，及时反馈造气岗位。新到煤种及时通知化验分析。煤场做到批批过磅、煤粉筛尽、碱石捡尽、晒干入库、分类堆放。要选择一个适合的吹风百分比确定是不容易的，要通过不断摸索。也可以通过从这两个方面来验证选择的吹风百分比合适不合适。一方面

7、，可以从炉子生产的工况好坏来验证。如炉子的产量高不高，炉内气化层好不好，碳层有否粘结、松紧程度如何，碳层下降是否正常，下灰情况好不好，蒸汽分解率高不高，半水煤气中CO高不高、CO2低不低，吹风气中CO含量低不低等等来验证。吹风气中CO的高低可以反映出煤气炉内气化层温度的情况。控制吹风气中较低的CO,也就证明了所取的吹风百分比是比较合适的。而且，控制吹风气中较低的CO，也就减少吹风中的化学潜热损失，降低了煤耗。因为，经常地、定时地对煤气炉进行吹风的分析，为正确地指导生产是很有必要的。吹风气中不同CO含量时的化学潜热损失（折标煤量）计算：其中：V吹吹风气量m3/t氨 Xco吹风气中CO含量，% Q

8、coCO燃烧热千焦/千克分子（282780）QH2H2燃烧热千焦/千克分子（24160）吹风气中，不同的CO含量时的化学潜热损失（折标煤量），以杭州龙化厂（1981年时的工况）为例，列于表1中。表格 1吹风气不同的CO含量时的化学潜热损失Xco/%681012M潜/(kg/t氨)116.5139.5162.5185.5可以看出，CO每升高2%，化学潜热损失折标煤耗，就要增加23kg/t氨。所以，应该控制吹风气中较低的CO是有利的。另一方面，可以从入炉的总风量与炉子的产气量来估算1m3半水煤气的空气消耗定额是多少，来验证选择的吹风气百分比合适不合适。据有关文章介绍，根据造气热平衡的计算，有夹套锅

9、炉的煤气炉，每产1m3的半水煤气约消耗0.951.05m3的空气。入炉的总风量是包括吹风、加氨和吹净各阶段的风量。据有关文章介绍，当吹风量增加10%，炉内蓄热量亦增加10%，当吹风总量过量10%时，为了防止结疤，只有利用加大蒸汽量的办法，使制气时的显热损失带出额外10%的热量，才能平衡，此时蒸汽用量约需增大近一倍之多。这样，浪费了大量蒸汽，致使蒸汽分解率降低，且造成制气前后阶段气化层温度波动增大，炉子的发气量当然不会很好。因此，怎样合理的调节吹风百分比，以控制适宜的入炉总风量，是十分重要的。2 炉顶及炉底温度往往有这样一个误解，认为炉顶温度高就是气化层温度高。其实恰恰是反象。在造气生产中，为了

10、获得较高的制气强度和蒸汽分解率，采用略低于灰熔点的尽可能高的气化温度，除了合理的调节一定的吹风量外；还有很重要的一条，就是要使炉子能够处于良好的蓄热状态。其炉顶温度就是一个很重要的控制因素。在吹风总量不变的情况下（吹风气中各化学成份含量见表2），炉顶温度升高，并不意味着气化层温度的提高，相反意味着气化层温度低了。因为炉顶温度高了，带出的显热增加了，破坏了炉子的蓄热状态，气化层温度就必然下降。而且，带出显热的增加，使煤耗也随之增大，见表3。表格 2吹风气中各化学成份含量吹风气项目COCO2H2O2N2含量/%6.315.24.90.673表格 3不同炉顶温度下显热损失折煤耗炉顶温度/300400

11、500600显热损失折煤耗/（kg/t氨）3851.665.279.2可见，炉顶温度每升高100，由此带来的显热损失所折煤耗，随之增加13.6kg/t氨左右。因此，煤气炉炉顶温度作为重要的控制指标之一，一般维持在350左右，每趟车后期也450为宜。炉底温度也是必须控制的指之一。一个是下行煤气出口温度，均应控制在200一下为宜，尤以灰仓温度为重点控制。炉底温度升高，不但使大量显热带出，而且易使炉篦、灰盘、灰仓等烧裂，不利于煤气炉的长期运行，使设备维修费用增加。并且在炉底温度升高的情况下，往往是漏红炭所致，造成灰渣中残炭增加，原料煤耗增高，这是深有体会的。要达到控制炉底温度的目的，一般情况下可以从

12、调节上、下吹比例关系，炉条机操作等方面入手，在设备上必须采取适宜的灰犁插入长度，以给工艺操作予以保证。3上吹、下吹比例及蒸汽用量要使炉顶温度维持在一个适宜的温度范围内，也就是说，要使气化层稳定在一个适宜的区域，这块定于上吹和下吹的比例关系是否得当。当吹风不变的情况下，增加上吹、减少下吹，必须使气化层上移，炉顶温度提高；反之，增加下吹、减少上吹，炉顶温度就下降。因此，必须合理地调节上下吹比例关系。一般宜控制气化层在中部偏下，使炉子处于较好的蓄热状态。所以，在吹风百分比例没有改变的情况下，改变上下吹比例关系后所出现的炉顶温度变化，并不能代表气化层温度变化，而是恰恰相反。在此情况下，即使出现炉顶温度

13、降低了，并不是说气化层温度降低了，相反的说明气化层温度升高了。一般采用下吹蒸汽总量略大于上吹蒸汽总量，下吹蒸汽总量约为上吹蒸汽总量的1.1倍左右。要使气化层稳定在一个适宜的区域，使炉子处于良好的蓄热状态，除了合理的调节上下吹比例关系外，还必须使上下吹蒸汽量保持稳定，否则，一会儿改变上吹蒸汽量大小，一会儿改变下吹蒸汽量大小，造成气化区域不稳定，气化层温度也忽高忽低，炉子的气化反应就必然受到影响。严格控制进入炉子的蒸汽流量，流量稍有波动就及时调节，使得蒸汽量始终稳定在确定的指标范围内是非常重要的。蒸汽用量控制多少，这又是一个重要的控制指标。在一定的吹风总量确定后，蒸汽用量过大，会造成气化层温度过低

14、，蒸汽分解率低，气化效果差，消耗大；蒸汽量过小，再次气化层温度过高，引起炉子结疤。蒸汽用量控制的原则：蒸汽用量应在保持炉子不结疤的前提下，尽可能的小一些，以使煤气炉气化层在高限温度下操作，以获得较高的蒸汽分解率为准则。4循环时间循环时间到底是长还是短好？现在大家认识已经比较一致，为了减少循环时间内气化层中温度的波动，采用短循环是一个有效的方法。特别是对于劣质煤，气化层温度允许波动的范围较窄，不允许出现较长时间温度超限的情况，否则极易造成炉子结疤。采用短循环方法则可有效防止这种情况发生。早期采用3min一个循环，后来采用2.5min一个循环，感到是比较好的。5炭层高度炭层控制高度各厂不一，各持见

15、解。在风机能力富裕的情况下，适当提高炭层，可使气化层厚度适当拉长，使制气过程中，蒸汽与炭的接触时间增长，有利于蒸汽分解率和制气强度的提高。炭层高度一经确定，就要尽可能的保持其稳定，不能忽高忽低。否则，会严重影响气化区域的稳定，造成炉顶、炉底温度波动。这样势必使煤气炉气化强敌降低，消耗及设备损坏率提高。6加炭与下灰及炉条机要使炉内炭层高度保持稳定，加炭和下灰及炉条机的操作是重要的控制因素。加炭和下灰必须要定时地进行，不能没有规律。否则，会出现或者炉子烧枯、或者炉膛填满，炭层忽高忽低的现象严重影响制气。煤气炉连续加料装置的应用，有效的控制了炭层的稳定性，对提高煤气炉制气强度产生了较明显的效果。下灰

16、也不是单纯的下灰，还得观察灰量、灰色、灰渣大小、返煤情况，以随时掌握炉内工况，及时采取调节措施。另外，炉条机的操作也是影响炭层高度的重要因素。在炉子运行的时候，不主张炉条机开开停停，用时开、时停炉条机的办法来控制炭层下降速度，这是不足取的。这样势必会造成炉子炭层的不稳定，造成灰渣层厚度忽高忽低，气化层位置波动，炉子的正常工况就会遭到破坏。在炉子运行的时候，以炉条机常开、用调节炉条机转速来炭层下降的快慢。换句话说，就是炉子开，炉条机也开；炉子停，炉条机也停。至于炭层下降的快慢，则用调节炉条机转速的办法。这样才能使炉内炭层的各个区域始终保持相对的稳定。7结语总之，要提高煤气炉的气化强度和蒸汽分解率

17、、降低消耗、安全稳定运行，措施是多种多样的，影响的因素是很多的，也是相互关联的。造气生产大有潜力可挖，尚有待同行继续共同探索、研究和开发。参 考 文 献【1】小合成氨厂工艺技术与设计手册（上册）【M】，北京：化学工业出版社出版，1994.致谢词 本文是在蔡俊秀老师精心指导和大力支持下完成的，蔡老师以其严谨求实的治学态度、高度的敬业精神、兢兢业业、孜孜以求的工作作风和大胆创新的进去精神对我产生了重要的影响。他渊博的知识、开阔的视野和敏锐的思维都给了我深深的启迪，这次实习过程中我学到了很多合成氨的生产知识，以及企业领导、同事的帮助和鼓励，对此我由衷的向你们表示感谢。 三年时光匆匆而逝，短暂而又漫长

18、，即将踏入社会离开母校，脑海中浮现起三年里与同学一起学习，与老师一切探讨的画面。再次，再一次对母校说：谢谢！湄洲湾职业技术学院毕业设计（论文）开题报告学生姓名黄江海班 级应用化工111学 号1003010239指导教师蔡俊秀论文题目合成氨厂造气工艺改进设计（论文）综述（1000字）氨是重要的无机化工产品，在国民经济中占有重要地位。随着世界人口的不断增加，用于制造尿素、硝酸铵、磷酸铵、硫酸铵以及其他化工产品的氨用量也在增长。在化学工业中，合成氨工业已经成为了重要的支柱产业。据统计，世界每年合成氨产量已达到1亿吨以上，其中约有80%的氨用来生产化学肥料，20%作为其它化工产品的原料。合成氨的生产主

19、要分为原料气的制取和原料气的净化与合成。粗原料气中常含有大量的C，由于CO是合成氨催化剂的毒物，所以必须进行净化处理，通常，先经过CO变换反应，使其转化为易于清除的CO2和氨合成所需要的H2。因此，CO变换既是原料气的净化过程，又是原料气造气的继续。最后，少量的CO用液氨洗涤法，或是低温变换串联甲烷化法加以脱除。合成氨，除原料为天然气、石油、煤炭等一次能源外，整个生产过程还需消耗较多的电力、蒸汽等二次能源，而用量又很大。现在合成氨能耗约占世界能源消费总量的3%，中国合成氨生产能耗约占全国能耗的4%。因而能耗是衡量合成氨技术水平和经济效益的重要指标。变换工段是指CO与水蒸气反应生成CO2和H2的

20、过程。在合成氨工艺流程中起着非常重要的作用。在合成氨生产中，各种方法制取的原料气都含有CO，其体积分数一般为12%40%。合成氨需要的两种组分是H2和N2，因此需要除去合成气中的CO。变换反应如下：。由于CO变换过程是强放热过程，必须分段进行以利于回收反应热，并控制变换段出口残余CO含量。第一步是高温变换，使大部分CO转变为CO2和H2；第二步是低温变换，将CO含量降至0.3%左右。因此，CO变换反应既是原料气制造的继续，又是净化的过程，为后续脱碳过程创造条件。目前，变换工段主要采用中变串低变的工艺流程，这是从80年代中期发展起来的。所谓中变串低变流程，就是在B106等Fe-Cr系催化剂之后串

21、入Co-Mo系宽温变换催化剂。在中变串低变流程中，由于宽变催化剂的串入，操作条件发生了较大的变化。一方面入炉的蒸汽比有了较大幅度的降低；另一方面变换气中的CO含量也大幅度降低。由于中变后串了宽变催化剂，使变换系统便于操作，也大幅度降低了能耗。变换过程需在高温高压使用催化剂条件下进行，因此变换工序是合成氨生产的高成本工序,其成本降低对合成氨成本的降低有重要意义。根据合成氨技术发展的情况分析,估计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

22、术的研究开发。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。单系列合成氨装置生产能力将从2000t/d提高至40005000t/d;以天然气为原料制氨吨氨能耗已经接近了理论水平,今后难以有较大幅度的降低,但以油、煤为原料制氨,降低能耗还可以有所作为。在合成氨装置大型化的技术开发过程中,其焦点主要集中在关键性的工序和设备,即合成气制备、合成气净化、氨合成技术、合成气压缩机；在低能耗合成氨装置的技术开发过程中,其主要工艺技术将会进一步发展；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

23、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。 预期的研究目标与创新点 预期目标：通过研究，来了解到生产工业流程，控制生产工艺参数，从而得到高纯度丙烯酸，实施方案所需要的条件：生产设备、工艺参数、原料。拟解决的关键问题：反应器的温度控制，丙烯与氧气浓度比控制，精制过程中参数控制。尾气回收的合理利用。本课题的难道分析：丙烯与氧气严格控制在爆炸曲线以内预期的研究成果及创新点：得到高纯度丙烯酸毕业设计（论文）进

24、度计划表起止时间工 作 内 容20131120-20131231做好论文选题、课题任务书、开题报告20140101-20140209写好论文提纲，收集相关的文献资料20140210-2014015做好课题数据采集、整理，写好论文初稿，上交指导老师20140416-20140515对论文初稿修订，补充相关数据，上交指导老师20140516-20140526对论文最后定稿，打印，准备论文答辩指导教师意见指导教师签名年 月 日13 湄 洲 湾 职 业 技 术 学 院毕业设计（论文）中期检查表 填表时间：2014 年 3月20日姓 名黄江海学号1003010239专业 应用化工技术方向化工设计（论文）题目合成氨厂造气工艺改进工作进度情况（对照任务书及计划进程表，列出所提供检查的资料清单）：1.已做好论文选题，上交开题报告，完成资料的收集。2.分析合成氨造气工艺改进流程，以及各个工艺的注意事项，生产步骤。3.。.完全初步的论文，格式修改，并上交指导老师工作态度情况（检查学生毕业设计周记以及阶段性成果）： 能够事先做好计划规定，合理安排时间，及时