合成氨变换工段工艺设计项目可行性研究报告

12一、总论---------------------------------------- 1、项目提出背景----------- 2、项目建设的必要性与经济意义-------------------- 3、可行性研究工作的主要范围------------------- 4、项目建设的结论和建议--------------------------------二、项目建设的意义------------------------------------三、国际市场------------------------------------------ 1、现状------------------- 2、供求预测-------------------------------------- 3、产品价格-----------------------------------四、国内市场------------------------------------------ 1、供求关系--------------- 2、化肥价格--------------------------------------五、市场分析与预测-------------------------------六、原材料、燃料、动力供应--------------------------- 2、燃料、动力供应---------------------------------七、厂址选择及生产规模----------------------------------- 1、厂址选择---------------- 2、生产规模--------------------------------------- 2、CO变换工艺的主要设备设备型------- 3、氨变换工艺的主要设备选型-------------------- 4、催化剂的比较与选择-----------------------------------九、环境保护和对“三废”的治理方案-----------------------1、三废的处理--------------2、噪声处理--------------------------------------3十、劳动保护和安全生产--------------------------------- 1、劳动保护---------------- 2、安全生产--------------------------------------十一、结论--------------------------------------------参考文献--------------------------------------------4氨是一种重要的化工产品，在国民经济中具有举足轻重的作用，主要用于化学肥料的生产。合成氨生产经过多年的发展，现已发展成为一种成熟的化工生产工艺。为了适应农业发展的迫切需要，发挥中央和地方办化减少投资和原材料消耗量，改善能源消耗问题，提高生产能力，消除安全隐患，改善环境污染状况，降低生产成本，提高利润率。因此，解决现有催化剂的选择、工艺流程的比较与选择、主要设备的比较与选择、工通过上述几点分析和讨论，并结合实际发现该项目的研究设计有重要5口。农业历来是我国的立国安邦的大事，它直接关系国民经济的发展和国家的长治久安。据世界粮农组织统计，化肥对粮食生产的贡献率大约为40%。我国农业部门多年研究表明，在增加农作物产量的所有因素中（包第二,我国人口众多,粮食供应问题非常重要,目前我国超过13亿人口,来的高速发展,城市化过程逐步加快,农业耕地面积必然会不断减少,因此,要想靠增加粮食产量来满足社会的需求,就必需大量生产化肥。所以，不国外低价化肥将进入国内市场，虽然加入WTO后中国的总体关税水平将降我国既是化肥生产大国，也是化肥消费大国。目前，我国的化肥消费量居经济作物增长很快，其需肥量一般是粮食作物复合肥；农作物新品种的施肥量是老品种的106上升；使用化肥的新领域不断扩大，森林、水产、苗圃、牧草、畜牧等都能力的63.5%，其余的依次为北美、前苏联、东欧66．7洲7年代末到90年代初，中东战争和前苏联及东欧的经济萧条等政治和经济情况严重地影响了世界尿素市场的供求关系。由于昂贵的天然气原料价8素消费量会有所增加。潜在的尿素消费增长地区为亚洲社会主义国家、西尿素的平均离岸价达184美元/吨，刺一些亚洲社会主义国家和西南亚国家尿素的生产已基本能够满足国内需会主义国家和西南亚国家这两地区尿素进口量急剧上升，此后又急剧下9本、国家地区政策影响。据世界有关机构受用多种模型综合预测，在没有（1）人口增加。生活水平提高和社会发展需要这是靠单产增加来实现的，而增施化肥是重要因素之一。同期经济作物面积迅速扩大，而经济作物施用化肥比同面积粮食作物多，因此化肥用量增据统计，按原料划分，我国尿素生产企业中间，煤头企业尿素生产成本每吨普遍增加50元以上的影响就在于加剧小化肥企业停产甚至倒闭。据统计，在我国小氮肥企业本来日子就不好过，煤炭价格的上涨对这些小氮肥企业来说更是雪上加霜；再加上从去年起大小型氮肥企业也享受免征增值税优惠政策，使得小氮肥原来的税优惠不复存在，使大多小氮肥企业亏损严重。目前，全国小氮肥中有相当一部分处于停产甚至倒闭状态。这些氮肥企业的停产和倒闭都将减少市场氮肥源的供给，从而推动尿素市场价格的上涨，这对大氮肥市场价格变化趋势与国际价格相比有较大反差，这种反差是推动我国尿素随着世界人口不断增长，用于制造化学肥料和其他化工产合成氨生产技术的改进在很大程度上是以降低能耗为目标的。以天然气为工艺、英国帝国化学工业公司AM-V工艺和美国凯洛格公司MEAP工艺。有氨厂，最高年产不过50kt(1941年)，此外在上海还有一个电解水生产合成氨的小车间。新中国成立后，经过数十年的努力，已形成了遍布50年代初，在恢复与扩建老厂的同时，从前苏联引进以煤为原料、年产机和氨合成塔后，标志着我国具有自力更生发展合成氨的工业条件，于是着石油、天然气资源的开采，又从英国引进以天然气为原料的加压蒸汽转化法、年产50kt合成氨装置，从而形成了煤、油、气料并举的中型氨厂生产体系。迄今为止，我国已建成50多座中型氨厂。为了适应农业发展于大型合成氨装置的优越性，我国陆续从国外引进并建成了29套年产300kt合成氨联产尿素的大型装置。这些大型合成氨装置的建成投产，不仅较快地增加我国合成氨产量和提高生产技术水平，而且也缩小了与世界耗与环境型的方向发展。并形成具有一定规模生产中心。单系列合成氨装下技术可能实现突破并工业化：①气体分布更均匀，阻力降更小、更合理的合成塔内件；②无毒、无害、吸收能力更强、再生能耗更低的净化技术；③采用低压（3.0——6.0MPa）高成；④合成回路增设变压吸附系统，即在接近合成温度和压力条件下，选择一种对氨比对H2,N2更具有吸附能力和更强选择性的吸附剂循环即获得纯氨产品以及未反应H2,N2再循环利用；⑤建立合成氨另外，生物固氮技术也有望在21世纪取得突破性燃料主要为天然气，其主要的动力供应为电力，所以需配备相应的电重庆市晏家工业园区是重庆市人民政府批准的省（市）级特色工业园市长寿区，具有完善的基础设施、便捷的交通网络、良好的自然条件、周重庆市晏家工业园区位于重庆地区性中心城市——长寿区，地处重庆腹心地带，是重庆主城区通往三峡库区、华东、华中、湘西地区的必经之路，是重庆市人民政府批准的市级特色工业园区和重庆市“示范园区渝长高速公路晏家互通式立交桥在园区内。沿高速公路西去重庆主城和江南岸将新建一条经长寿、涪陵、丰都下万州接湖北年前将在原有二环路的基础上，再增一条环线高速公路。新增的“三环”路将把合川、铜梁、璧山、永川、綦江、南川、万盛、长寿、涪陵、武隆路长寿客货火车站和四川维尼纶厂铁路专线货运站，已投入使用。园区距稳定，无滑坡、塌陷等不良地质用地，整个园区为城市建设适用地。贯通3.2.1.3、返还进口关税的政策：2007年前落户库区补贴标准为：国家级新产品三年内、市级新产品两年内按新产品新增增值3.2.3.2、企业研究开发新产品、新技术、新工艺所发生的各项费试仪器，单台价值在10万元以下的，可一次或分次摊入管理费用，其中3.2.3.4、企业进行技术转让，以及在技术转让过程中发生的商品化规模生产关键技术而进行的中间试验，中试设备的折旧在国家规定3.2.3.6、国家认定的企业技术中心在合理范围内进口国内不能生产学研究用品，直接用于科学研究的免征进口关税和进口环节增值税、消费3.2.3.7、符合国家产业政策的内资企业技术改造项目，购3.3.3、增值税自实现销售之日起，第一年按总额的10%、第二至第三年年3.4.1、园区已与交通银行、招商银行等多家银行达成了厂房按揭模式。园区土地可实行等值贷款或超值贷款，确保企业购地成本最低并且3.4.2、国家开发银行重庆分行和重庆市商业银行在长寿开展了中小企业千万元以内的贷款。通过重庆晏家信用担保公司可获得重庆市商业银行在4.2、基建成本。长寿区修建普通标准厂房及办公用房建设成本每平方米），以上，如修建4万平方米厂房建设可节约投资400万元。5.2.2、园区已有中国长江航运集团公司、重庆钢铁集团的大型物流企业进入园区，可为入园企业提供优化服务，降低运输设备的投入和长期运行长寿主城区正在由重庆协信集团和上海百年广场公司全力打造渝东地区品位最高的、面积最大、购物环境最好的大型购物广场，可满足在长各方人员的购物需要。同时，园区的生活服务区也由上市公司—渝开发公司进行规划建设，首期商住楼将于六月底动工兴建。该服务区建成后可成为变换工艺流程设置，主要根据合成氨生产中的原料种类及各项工艺指标的要求、催化剂特性和热能的利用及脱除残余一氧化碳方法等综合考温变换，这是因为中温变换催化剂操作温度范围较宽，而且价廉易得，使是根据进入系统的原料气温度和湿含量，考虑气体的预热和增湿，合理利方法允许CO残余量较高，则仅用中温变换即可，否则，采用中变与低变加压中温变换工艺主要特点是：采用低温高活性的中变催化剂，降低了工艺上对过量蒸汽的要求；采用段间喷水冷激降温，减少了系统的热负荷和阻力，减小外供蒸汽量；合成与变换，铜构成第二换热网络，合理利用热能。其中有两种模式，一是“水流程”模式，二是“汽流程”模式。前者指在合成塔后设置水加热器以热水形式向变换系统补充热能，并通过变换工段设置的两个饱和热水塔使自产蒸汽达到变换反应所需的汽气比。后者在合成塔设后置式锅炉或中置式锅炉产生蒸汽供变换用，变换工段则设置第二热水塔回收系统余热供精炼铜液再生用；采用锅炉升温，革新了变换半水煤气经脱硫后由压缩机加压后进入焦油过滤器除去半水煤气中的煤焦油等杂质，送入饱和塔下部，与自上而下的热水逆流接触，气体被加热，并被水蒸气饱和从塔顶出来，经蒸汽混合器，补加部分蒸汽，依次进入第一、第二热交换器，与反应后变换气换热，进入变换炉一段进行CO变换反应，再依次经过第二、第三段进行变换反应，使出变换炉的变换气低各段反应后气体的温度。出变换炉的变换气，依次进入第一、第二交换器，经第一水加热器加热由热水泵来的水，进入热水塔，在塔内变换气与自上而下的热水逆流接触，第二水加热器，加热送锅炉软水，最后经冷激系统中的热水在饱和塔、热水塔及第一水加热器中循环，定期排污及若最后精制采用甲烷化流程，则经中温变换的2硫，使气体中总硫降至1mL/m3以下，再进行低温变换，使低变所中CO含2去。若中温变换串耐硫低温变换,就不需脱硫，可省去二次脱碳低温变换催化剂。由于铜锌催化剂对硫敏感，所以以煤或重油为原料制取的原料气在进行中温变换后，一般要经过湿法脱硫、一次脱碳、氧化锌脱硫后，才能进行，低温变换，最后还要二次脱碳，流程长、设备多、能耗大。对于以天然气为原料制气氨厂，由于在蒸汽转化前脱硫已很彻底，而天然气蒸汽转化制氨变换系统采用中温变换串低温变换工艺流程如图所碳贫液再沸器进一步回收利用。为了提高传热效果，可向气体中喷入少量水，使其达到饱和状态，这样，当气体进入脱碳贫液再沸器时，水蒸气很快冷凝，使传热系数增大。气体出变换系统后送往脱碳工段脱除CO2。产生高压蒸汽，而中、小型合成氨厂产生中压蒸汽或预热锅炉给水。由于人员在研制成功钴钼耐硫变换催化剂的基础上，开发了中变串低变工艺流程。所谓中变串低流程，即在铁铬催化剂后串一段钴钼耐硫变换催化剂，耐硫变换催化剂被用作低变催化剂放在中变炉最后一段，或者另设一低变与传统的中温变换流程相比，由于串入耐硫低变催化剂，使操作条件有所改变，主要是入炉半水煤气汽气比有较大幅度降低，为实现蒸汽自给全低变流程是指不用中变催化剂而全部采用宽温区的钴钼系耐硫变换催化剂，进行一氧化碳变换的工艺过程。国内从19全低变流程的优点是：变换炉入口温度及床层内的热点温度均比中变低入炉蒸汽量，使全低变流程比中变及中变串低变流程蒸汽消耗降低。催化剂用量减少一半，使床层阻力下降。由于钴钼系催化剂耐高硫，对半水煤气脱硫指标放宽，但因氧化、反硫化及硫酸根、氯根、油等污染，使催化剂活性下降快，使用寿命相对较短，一般需在一段入口前装填脱氧、脱半水煤气首先进入系统的饱和热水塔，在饱和塔内与塔顶流下的热水逆流接触，两相间进行传热、传质，使半水煤气提温增湿。出饱和塔气体进入气体分离器分离夹带的液滴，并补充从主热交换器来的蒸汽，使汽气在段间换热器与热水换热，降温后进入二段催化剂层反应，反应后的气体在主热功当量交换器与半水煤气换热，并经水加热器降温后进入三段催化变换催化剂，利用中温变换的高温来提高中反应速率，脱除有毒杂质，利用两段低温变换提高变化率，实现节能降耗。这样充分发挥了中变催化剂和低变催化剂的特点，实现了最佳组合，达到了能耗低、阻力小、操作方便的理想效果。该流程与中变串低变相比，关键是增加了第一低变，填补了280-250℃这一中变串低变所没有的反应温区，充分利用了低变催化剂在这一温区的高活性。比全低变工艺操作稳定在于中低低工艺以铁铬系中变催化剂为净化剂，过滤煤气中氧和油污，起到了保护钴钼系耐硫催化剂水逆流接触进行热量与质量的传递，提高半水煤气的温度和湿度后进入蒸汽混合器，使汽气比达到0.4-0.45，经热交换器升温，进入一段中变催化加1，温度降至180-240℃,进入二段耐硫低变催化剂，反应后温度为260-300℃,再经调温水加2，降温至180-220℃,进入第三段耐硫低变催热水塔回收热量后，送入后工段。从热水塔底出来的热水由热水泵送入水装有催化剂的变换器是变换反应的中心环节。根据原料气的组分，催化剂的性能，确定反应的段数及最适宜的温度，根据反应平衡的条件确定过量水蒸汽的数量。变换炉结构设计的合理与否，直接影响到合成氨原料半水煤气和蒸汽的混合物由顶部进入，经多也孔筛板均匀分布后，进入第一、第二层催化剂。冷凝液自设备中部进入蒸发层。为了防止冷凝液滴进入第三层催化剂，在蒸发层下部设有分离水的托盘。多余的冷凝液可通过管道排至器外。气体由托盘下的多孔板均匀分布，并通过第三、第四层催化剂后离开变换炉。中间间接换热的变换炉，中间不设水蒸发层，而将上下两段催化剂用钢板隔开，并将上段气体出口和下段气体的入口加要求严格控制喷洒用的冷凝液的质量，如含氯化物较多，可能积聚在第二（3）在饱和塔-热水塔系统中增设了一个水加热器，以充分回收变换变换炉为圆柱形，外壳由钢板制成。依靠设备外部的保温层，防止散热。在每层催化剂下面均有支承结构。在水蒸发器中装有钢制的填料。为了装卸填料与催化剂，设备的各层均用法兰连接。也有些变换炉不用法兰连接而从人孔进行装卸填料与催化剂。为了便于测量炉内各处温度，在炉加压变换炉与常压变换炉在结构上相似。主要不同之处是保温层改在炉内，以降低炉壁温度。保温层有两种结构：一种用耐热混凝土；另一种靠炉壁钢板处衬石棉板，外砌一层硅藻土砖，再砌一层轻质粘土砖。催化剂靠支架支承，支架上铺篦子板、钢丝网及耐火材料球。为了便于测量炉内各处温度，炉壁上多处装有热电偶。另外，炉壁上还配置有人孔与装卸蒸汽。因此，将其导入热水塔以回收其热量。热水塔的水送入饱和塔。热水塔在饱和塔之上，并用钢板隔开。塔为圆筒形。热水由顶部进入，通过分布板上许多斜口的溢流管向下喷淋，热水由底部经过一个水封流入饱和率是由下而上逐渐减小的。这主要是因为饱和塔中进行的是半水煤气增湿过程，气体由下而上逐渐被水蒸汽增湿，体积增大。而热水塔中，气体由下而上时，有足够的穿孔速度，从而形成良好的液体泡沫层，以强化气液波纹板与填料塔相比，具有生产强度大、气液接触良好、阻力小等优123毫米化剂具有更细的微孔结构和更大的比表面积,从而提高催化剂的活热性,延长使用寿命。添加剂KO可提高催化剂的活性，MgO和AlO能增加催化剂的耐热性，MgO还具有良好的耐硫性能。22被一步还原成Fe，发生过度还原现象。当催化剂中含有硫酸根时，会被还在变换生产中，主要是原料气中的硫化物引起催化剂的中毒，使其活HS毒害，然而，反应是一个可逆放热反应，属于暂时性中毒，当增大水2蒸气用量、降低原料气中HS含量，催化剂的活性即能逐渐恢复。但是，2这种暂时中毒如果反复进行，也会引起催化剂微晶结构发生变化，而导致活性下降。原料气的灰尘及水蒸气中的无机盐等物质，均会使催化剂的活是指催化剂经过长期使用后活性逐渐下降的现象。使催化剂衰老的原因有：长期处于高温下，逐渐变质；温度波动，使催化剂过热或熔融；气流不断冲刷，破坏了催化剂表面状态；操作不当，半水煤气中氧含量高和带组分是细小的铜微晶。但单纯的铜微晶在操作温度下极易烧结，导致微晶增大，比面积减小，活性下降和寿命缩短。为此，在催化剂中加入氧化锌、氧化铝、氧化铬等添加物。作用是将铜微晶有效的分隔起来，提高其稳定性。根据添加物不同，低温变换催化剂可分为铜锌、铜锌铝和铜锌铬三种。其中，铜锌铝型性能好，生产成本低，且无毒。低温变换催化剂CuO+H=Cu+HO(g)2如果与大量空气接触，放出的反应热将使催化剂超温烧结，因此，停车取出催化剂前，应先通入少量氧气逐渐将其氧化，在催化剂表面形成一层氧化铜保护膜，才能与空气接触。这一过程成为催化剂的钝化。钝化方法用氮气或蒸汽将催化剂层的温度降至150℃,然后在氮气或蒸汽中配入低温变换催化剂对毒物十分敏感。引起催化剂中毒或活性降低的物质有冷凝水、硫化物和氯化物。变换系统气体中，含有大量水蒸气，为避免氯化物是对低变催化剂危害最大的毒物，当催化剂中时，就明显中毒；当氯含量为0.1%时，催化剂的活性基本丧失。氯主要来源于水蒸气，为了保护催化剂，要求水蒸气中氯含量小于0注：空间速度是以煤为原料制得的半水煤气的数据实际生产中，反应不可能达到平衡，变换工艺参数的选择除了考虑平根据化学平衡移动原理，升高温度可促使反应平衡向左方移动，降低但降低反应温度必须与反应速度和催化剂的性能一并考虑。对于一氧化碳含量较高的半水煤气，开始反应时，为了加快反应速度，一般在较高的温度下进行，而在反应的后一阶段，为了要使反应比较完全，就必须使反应温度降低一些，工业上一般采用两段或三段中温变换就是根据这一概念确左右，用低温变换催化剂进行一段变换。反应温度与催化剂的活性温度有很大的关系，一般工业用的变换催化剂低于某一温度反应便不能正常进行