氨合成工艺设计2014

氨合成工艺设计

工艺流程—中置式锅炉流程氨合成工艺设计

工艺流程—中原大化氨合成工艺氨合成工艺设计

工艺流程—新乡心连心氨合成工艺V4V0V1V2V3氨合成工艺设计氨合成基本工艺步骤

实现氨合成的循环，必须包括如下几个步骤：氮氢原料气的压缩并补入循环系统；循环气的预热与氨的合成；氨的分离；热能的回收利用；对未反应气体补充压力并循环使用，排放部分循环气以维持循环气中惰性气体的平衡等。(1)气体的压缩和除油

为了将新鲜原料气和循环气压缩到氨合成所要求的操作压力，就需要在流程中设置压缩机。当使用往复式压缩机时，在压缩过程中气体夹带的润滑油和水蒸汽混合在一起，呈细雾状悬浮在气流中。气体中所含的油不仅会使氨合成催化剂中毒、而且附着在热交换器壁上，降低传热效率，因此必须清除干净。除油的方法是压缩机每段出口处设置油分离器，并在氨合成系统设置滤油器。若采用离心式压缩机或采用无油润滑的往复式压缩机，气体中不含油水，可以取消滤油设备，简化了流程。氨合成工艺设计(2)气体的预热和合成压缩后的氢氮混合气需加热到催化剂的起始活性温度，才能送入催化剂层进行氨合成反应。在正常操作的情况下，加热气体的热源主要是利用氨合成时放出的反应热，即在换热器中反应前的氢氮混合气被反应后的高温气体预热到反应温度。在开工或反应不能自热时，可利用塔内电加热炉或塔外加热炉供给热量。(3)氨的分离进入氨合成塔催化层的氢氮混合气，只有少部分起反应生成氨，合成塔出口气体氨含量一般为10～20％，因此需要将氨分离出来。氨分离的方法有两种，一是水吸收法；二是冷凝法，将合成后气体降温，使其中的气氮冷凝成液氨，然后在氨分离器中，从不凝气体中分离出来。氨合成工艺设计

目前工业上主要采用冷凝法分离循环气中的氨。以水和氨冷却气体的过程是在水冷器和氨冷器中进行的。在水冷器和氨冷器之后设置氨分离器，把冷凝下来的液氨从气相中分离出来，经减压后送至液氮贮槽。在氨冷凝过程，部分氢氮气及惰性气体溶解在液氨中。当液氨在贮槽内减压后，溶解的气体大部分释放出来，通常称为“贮罐气”。(4)气体的循环

氢氮混合气经过氨合成塔以后，只有一小部分合成为氨。分离氨后剩余的氢氮气，除为降低情性气体含量而少量放空以外，与新鲜原料气混合后，重新返回合成塔，再进行氨的合成，从而构成了循环法生产流程。由于气体在设备、管道中流动时，产生了压力损失。为补偿这一损失，流程中必须设置循环压缩机。循环机进出口压差约为20～30大气压，它表示了整个合成循环系统阻力降的大小。

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(5)惰性气体的排除

氨合成循环系统的情性气体通过以下三个途径带出：1,一小部分从系统中漏损；2,一小部分溶解在液氨中被带走；3,大部分采用放空的办法，即间断或连续地从系统中排放。

在氨合成循环系统中，流程中各部位的惰性气体含量是不同的，放空位置应该选择在惰性气体含量最大而氨含量最小的地方，这样放空的损失最小。由此可见，放空的位置应该在氨已大部分分离之后，而又在新鲜气加入之前。

有些工厂设置二循环合成系统，合成系统放空气进入二循环系统的合成塔，继续进行合成反应，分离氨后部分情性气体放空，其余部分在二循环系统继续循环。这样，提高了放空气中惰性气体含量，从而减少了氢氮气损失。

氨合成工艺设计(6)反应热的回收利用

氨的合成反应是放热反应，必须回收利用这部分反应热。目前回收利用反应热的方法主要有以下几种：1)预热反应前的氢氮混合气。在塔内设置换热器，用反应后的高温气体预热反应前的氢氮混合气，使其达到催化剂的活性温度。这种方法简单，但热量回收不完全。目前小型氨厂及部分中型氨厂采用此法回收利用反应热。2)预热反应前的氢氮混合气和副产蒸汽。既在塔内设置换热器预热反应前的氢氮混合气，又利用余热副产蒸汽。按副产蒸汽锅炉安装位置的不同，可分为塔内副产蒸汽合成塔(内置式)和塔外副产蒸汽合成塔(外置式)两类。目前一般采用外置式，该法热量回收比较完全，同时得到了副产蒸汽，目前中型氮厂应用较多。氨合成工艺设计3)预热反应前的氢氮混合气和预热高压锅炉给水。反应后的高温气体首先通过塔内换热器预热反应前的氢氮混合气，然后再通过塔外的换热器预热高压锅炉给水。此法的优点是减少了塔内换器的面积，从而减小了塔的体积，同时热能回收完全。目前大型合成氨厂一般采用这种方法回收热量。用副产蒸汽及预热高压锅炉给水方式回收反应热时，生产一吨氨一般可回收0.5～0.9吨蒸汽。氨合成工艺设计设计任务：年产18万吨合成氨厂合成工段工艺设计设计前应确定的内容：工艺流程选择与确定氨合成压力选择与确定原料组成要求工艺控制指标要求关键点的气体组成系统关键点温度年操作日

相关热力学、动力学数据等18-30可研氨合成.doc氨合成工艺设计设计任务：年产18万吨合成氨厂合成工段工艺设计设计条件：工艺流程系统各点压力原料组成工艺控制指标关键点的气体组成温度年操作日

热力学、动力学数据等氨合成工艺设计

新乡心连心18万吨/年合成氨厂氨合成工段设备合成塔：Φ2000；H=160001台冷交：Φ1600×161台热交：Φ1200；F=14001台氨分：Φ1400×8000；F=12m21台油分：Φ1200、Φ1400各1台水冷：1000m21台废锅：400m21台氨冷：800m2

、1000m2

各1台补气氨冷Φ2000400m2；1台闪蒸槽26m2、V1/V2=16/10m31台循环机8m3/min630×4=2520kw4台氨合成工艺设计新鲜气组成：组成：H2N2CH4Ar%：73.6524.761.300.293.压力：系统压力为30MPa废热锅炉产蒸汽压力为2.5MPa计算循环机进出口气体温升时，其进出口压差取2.5MPa工艺计算时系统压力降忽略不计氨合成工艺设计温度：新鲜气温度为35℃合成塔环隙出口气体温度约为100℃左右合成塔出口（至废热锅炉）气体温度约为300~340℃废热锅炉出口气体温度应约为200℃废热锅炉进口软水温度为118℃出换热器约80℃水冷器出口气体温度为35℃冷却水温度约为30℃左右，冷却下水温度约为40℃左右氨库来液氨温度约为20℃左右氨合成工艺设计气体组成：合成塔进口气体中氨含量为3.0%合成塔出口气体中氨含量为16%循环气中H2/N2为3循环气中（CH4+Ar）含量为12~16%各气体组分在液氨中的溶解量忽略不计催化剂生产强度：15~25吨/（d、m3）

......年操作日：300天氨合成工艺设计

设计计算内容：1.工艺计算：物料衡算热量衡算管径计算及选管设备计算与选型