1、四川化工职业技术学院毕业论文（设计） 目 录1 概述12氨合成反应的特点12.1氨合成的化学反应13氨合成反应的化学平衡23.1平衡常数23.2平衡氨含量24氨合成动力学24.1反应机理24.2反应速度34.3内扩散的影响35影响合成塔操作的各种因素45.1影响合成塔反应的条件：45.2合成反应的操作控制45.3下面是影响合成回路各个条件的一些因素：55.3.1.合成塔的压力55.3.2触媒的温度55.3.3氢氮比：55.3.4循环气中氨含量：65.4合成触媒的性能65.4.1触媒的活化65.4.2触媒的毒物：67氨合成主要设备77.1.合成塔77.1.1结构特点77.2.1什么是冷激式77.
2、2.2为什么要采用冷激式77.2.3工作原理77.4氨冷器（拓展）97.4.1构造97.4.2冷交内流程97.4.3作用97.6 蒸汽透平机118生产流程简述128.1合成系统128.2冷冻系统149环境保护与尾气回收169.1合成氨尾气的回收169.2环境保护1610知识拓展1610.2.1合成氨工艺流程分类原则1710.3.1踹振1710.3.2 喘振的预防1810.4.1氨合成塔的分类1810.5.1闪蒸的原理1810.5.2 闪蒸的作用1810.6.1合成段循环机压差大的原因1910.7.1透平机及工作原理1910.8.1卧式氨合成塔缩短平衡温距1910.9.1径向氨合成塔（托普索型）
3、21致谢23II四川化工职业技术学院毕业论文（设计） 1 概述 生产合成氨的主要原料有天然气、石脑油、重质油和煤（或焦炭）等。用途氨主要用于制造氮肥和复合肥料，氨作为工业原料和氨化饲料，用量约占世界产量的12%。硝酸、各种含氮的无机盐及有机中间体、磺胺药、聚氨酯、聚酰胺纤维和丁腈橡胶等都需直接以氨为原料。液氨常用作制冷剂。贮运商品氨中有一部分是以液态由制造厂运往外地。此外，为保证制造厂内合成氨和氨加工车间之间的供需平衡，防止因短期事故而停产，需设置液氨库。液氨库根据容量大小不同，有不冷冻、半冷冻和全冷冻三种类型。液氨的运输方式有海运、驳船运、管道运、槽车运、卡车运。 氨的合成是氨厂最后一道工序
4、，任务是在适当的温度、压力和有催化剂存在的条件下，将经过精制的氢氮混和气直接合成为氨。然后将所生成的气体氨从未合成为氨的混和气体中冷凝分离出来，得到产品液氨，分离氨后的氢氮气体循环使用。由循环机送出的循环气和高压机送来的新鲜气，在滤油器中混合，分离掉油和水后，温度为30-40度。首先进入冷凝塔上部热交换器内将气体冷却，然后又到氨蒸发器管内与管外液氨换热，继续冷却至-5-0度，再进入冷凝塔下部氨分离器，分离掉液氨，气体进入冷凝塔上部热交换管间与管内气体换热后，经主副阀门控制进入合成塔。在温度为460-500度下，借助催化剂的催化作用合成氨。由塔底出来的合成气体，温度在200度左右进入废热回收器回
5、收热量，气体进入水冷却器，进一步冷却到35左右进入氨分离器，分离出液氨，而氢气和氮气混合气进入循环机，提高压力依次反复循环利用。2氨合成反应的特点 2.1氨合成的化学反应 氨合成的化学反应式如下： 这一化学反应具有如下几个特点： 1.是可逆反应。即在氢气和氮气反应生成氨的同时，氨也分解成氢气和氮气。 2.是放热反应。在生成氨的同时放出热量，反应热与温度、压力有关。3.是体积缩小的反应。反应需要有催化剂才能较快的进行。3氨合成反应的化学平衡 3.1平衡常数 氨合成反应的平衡常数可表示为： = 式中p(NH3)、p(H2)、p(N2)-为平衡状态下氨、氢、氮的分压。由于按合成反应是可逆、放热、体积
6、缩小的反应，根据平衡移动定律可知，降低温度，提高压力，平衡向生成氨的方向移动，因此平衡常数增大。3.2平衡氨含量 反应达到平衡时按在混和气体中的百分含量，称为平衡氨含量，或称为氨的平衡产率。平衡氨含量是给定操作条件下，合成反应能达到的最大限度。 计算平衡常数的目的是为了求平衡氨含量。平衡氨含量与压力、平衡常数、惰性气体含量、氢氮比例的关系如下：4氨合成动力学4.1反应机理 氮与氢自气相空间向催化剂表面接近，其绝大部分自外表面向催化剂毛细孔的内表面扩散，并在表面上进行活性吸附。吸附氮与吸附氢及气相氢进行化学反应，一次生成NH、NH2、NH3。后者至表面脱附后进入气相空间。可将整个过程表示如下：
7、在上述反应过程中，当气流速度相当大，催化剂粒度足够小时，外扩散光和内扩散因素对反应影响很小，而在铁催化剂上吸附氮的速度在数值上很接近于合成氨的速度，即氮的活性吸附步骤进行的最慢，是决定反应速度的关键。这就是说按得合成反应速度是由氮的吸附速度所控制的。4.2反应速度 反应速度是以单位时间内反应物质浓度的减少量或生成物质浓度的增加量来表示。在工业生产中，不仅要求获得较高的氨含量，同时还要求有较快的反应速度，以便在单位时间内有较多的氢和氮合成为氨。根据氮在催化剂表面上的活性吸附是氨合成过程的控制步骤、氮在催化剂表面成中等覆盖度、吸附表面很不均匀等条件，捷姆金和佩热夫导得的速度方程式如下 ：4.3内扩
8、散的影响 当催化剂的颗粒直径为1mm时，内扩散速度是反应速度的百倍以上，故内扩散的影响可忽略不计。但当半径大于5mm时，内扩散速度已经比反应速度慢，其影响就不能忽视了。催化剂毛细孔的直径愈小和毛细孔愈长（颗粒直径愈大），则内扩散的影响愈大。 实际生产中，在合成塔结构和催化层阻力允许的情况下，应当采用粒度较小的催化剂，以减小被扩散的影响，提高内表面利用率，加快氨的生成速度。5影响合成塔操作的各种因素5.1影响合成塔反应的条件： 催化的合成反应可用下式表示： 在推荐的操作条件下，合成塔出口气中氨含量约13.9%（分子）没有反应的气体循环返回合成塔，最后仍变为产品。1. 温度：温度变化时对合成氨反应
9、的影响有二方面，它同时影响平衡浓度及反应速度。因为合成氨的反应是放热的，温度升高使氨的平衡浓度降低，同时又使反应加速，这表明在远离平衡的情况下，温度升高时合成效率就比较高，而另一方面对于接近平衡的系统来说，温度升高时合成效率就比较低，在不考虑触媒衰老时，合成效率总是直接随温度变化的，合成效率的定义是：反应后的气体中实际的氨的百分数与所讨论的条件下理论上可能得到的氨的百分数之比。2. 压力：氨合成时体积缩小(分子数减少)，所以氨的平衡百分数将随压力提高而增加，同时反应速度也随压力的升高而加速，因此提高压力将促进反应。3. 空速：在较高的工艺气速(空间速度)下，反应的时间 比较少，所以合成塔出口的
10、氨浓度就不象低空速那样高，但是，产率的降低百分比上是远远小于空速的增加的，由于有较多的气体经过合成塔，所增加的氨产量足以弥补由于停留时间短，反应不完全而引起的产量的降低，所以在正常的产量或者在低于正常产量的情况下，其它条件不变时，增加合成塔的气量会提高产量。通常是采取改变循环气量的办法来改变空速的，循环量增加时(如果可能的话)，由于单程合成效率的降低，触煤层的温度会降低，由于总的氨产量的增加，系统的压力也会降低，MIC-22关小时，循环量就加大，当MIC-22完全关闭时，循环环量最大。4. 氢氮比：送往合成部分的新鲜合成气的氢氮比通常应维持在3.0：1.0左。5. 惰性气体：如果不进行放空，它
11、们将在合成回路中积累使合成效率降低，系统压力升高及生产能力下降。6. 新鲜气的：单独把新鲜气的流量加大可以生产更多的氨并对上述条件有以下影响：a. 系统压力增长； b. 触媒床温度升高；c. 惰性气体含量增加； d. H2：N2比可能改变。 反之，合成气量减少，效果则相反。5.2合成反应的操作控制 合成系统是从合成气体压缩机的出口管线开始的，气体(氢氮比为3：l的混合气)的消耗量取决于操作条件、触媒的活性以及合成同路总的生产能力，被移去的或反应了的气体是由压缩机来的气体不断进行补充。为了改变合成回路的操作，可以改变一个或几个条件，且较重要的控制条件如下：1. 新鲜气量2. 合成塔的入口温度3.
12、 循环气量 4. 氢一氮比5. 高压吹出气量 新鲜气的纯度6. 触媒层的温度注意：这里没有把系统的压力作为控制条件，因为压力的改变常常是其他条件变化的结果5.3下面是影响合成回路各个条件的一些因素： 5.3.1.合成塔的压力 能单独地或综合地使用合成回路压力增加的主要因素有：1. 新鲜气量增加；2. 合成塔的温度下降；3. 合成回路中的气体组成偏离了最适宜的氢氮比（2.53.0：1）4. 循环气中氨含量增加；5. 循环气中隋性气体含量增加：6. 循环气量减少；7. 由于合成气不纯引起触媒中毒8. 触媒衰老。 反过来明，与上述这些作用相反就会使压力降低。5.3.2触媒的温度 能单独地或综合地使触
13、媒温度升高的主要因素有：1. 新鲜气量增加；2. 循环气量减少；3. 氢氮比比较接近于最适比值2.5-3.0：1；4. 循环气中氨含量降低；5. 合成系统的压力升高；6. 进入合成塔的冷气近路(冷激)流量减少；7. 循环气中惰性气的含量降低；8. 由于合成气不纯引起触媒暂时中毒之后，接着触媒活性又恢复。 返过来说，与上述这些作用相反就会使触媒的温度下降。 稳定操作时的最适宜温度就是使氨产量最高时的最低温度，但温度还是要足够高以保证压力波动时操作的稳定性，超温会使触媒衰老并使触媒的活性很快下降。5.3.3氢氮比： 能单独地或者综合地使循环气中的H2：N 2比变化的主要因素有：1. 从转化及净化系
14、统来的合成气的组成有变化；2. 新鲜气量变化：3. 循环气中氨的含量有变化；4. 循环气中惰性气的含量有变化。 进合成塔的循环气中氢氮比应控制在2.5-3.0：1.0左右，氢氮比变化太快会使温度发生急剧变化 5.3.4循环气中氨含量： 能单独地或综合地使合成塔进气氨浓度变化的因素有：1. 高压氨分离器106- F前面的氨冷器中冷却程度的化；2. 系统的压力 循环气中惰性气体会逐步地积累起来而使系统的压力升高，从而降低了合成气的有效分压，反映出来的就是单程的合成率下降，所以对这部分气体进行适当的放空。5.4合成触媒的性能5.4.1触媒的活化 合成触媒是由融熔的铁的氧化物制成的，它含有钾、钙和铝的
15、氧化物作为稳定剂与促进剂，而且是以氧化态装到合成塔中去的，在进行氨的生产以前，触媒必须加以活化，把氧化铁还原成基本上是纯的元素铁。 还原的温度应当始终保持在触媒的操作温度以下，避免由于以下的原因而脱活，即： (1)循环气中的水汽浓度过高， (2)过热，但是温度太低，触媒的还原就进行得太慢，如果温度降得过分低，还原就会停止。 触媒的还原可以相当低的空速下进行，但是空速愈高，还原的时间愈短，而且在较高的空速下可以消除沟流。 触媒还原期间，合成气是循环通过合成塔的，当合成反应已经开始进行时，循环气要尽可能地加以冷却(但设备中不能结冰的危险)，把气体中的水份加以冷凝开除去以后再重新进入合成塔，否则，水
16、汽浓度高的气体将进入已经还原了的触媒床，水蒸汽会使已经还原过的触媒和活性降低或中毒。 精心控制触媒活化时的条件，可以使还原均匀地进行，这就有助于延长触媒的使用寿命。5.4.2触媒的毒物：合成气中能够使触媒和活性或寿命降低的化合物称为毒物。合成氨触媒最主要的毒物是氧的化合物。水蒸汽、CO2，及分子02。其它的重要的毒物有H2S（永久性的）及油雾的沉积物，后者并不是真正的毒物，但是由于触媒表面被复盖和堵塞，它能使触媒的活性降低。触媒的机械强度：合成触媒的机械强度很好。但是错误的操作会引起十分急速的温度波动，从而使触媒碎裂。6合成气中无水液氨的分离 在合成塔中生成的氨会很快地达到不利于反应的程序，所
17、以必须连续地从进塔的合成循环气中把它除去，这是用系列的冷却器和氨冷器来冷却循环气，从而把每次通过合成塔时生成的净氨产品冷却下来，循环气进入高压氨分离器时的温度为-21.3，在-11.7MPa的压力下，合成回路中气体里的氨冷凝并过冷到-2 33以后，循环气中的氨就降至2.42，冷凝下来的液氨收集在高压氨分离器(106-F)中，用液位调节器(LC-13)调节后就送去进行产品的最后精制。7氨合成主要设备7.1.合成塔 7.1.1结构特点氨合成塔是合成氨生产的关键设备，作用是氢氮混和气在塔内催化剂层中合成为氨。由于反应是在高温高压下进行，因此要求合成塔不仅要有较高的机械强度，而且应有高温下抗蠕变和松弛
18、的能力。同时在高温、高压下，氢、氮对碳钢有明显的腐蚀作用，使合成塔的工作条件更为复杂。构造：合成塔由高压外筒和内件两部分组成：主要有触媒筐、下部换热器、这里我们采用的是外部烘炉加热。合成塔采用轴向冷激式合成塔7.2冷激式合成塔（凯洛格型）7.2.1什么是冷激式冷激式。将催化剂分为多层，气体经过每层绝热反应温度升高后，通入冷的原料气与之混合，温度降低后再进入下一层催化剂。冷激式结构简单，但加入未反应得冷原料气，降低了氨合成率，一般多用于大型氨合成塔。7.2.2为什么要采用冷激式由于氨合成反应最适宜温度随氨含量的增加而逐渐降低，因而随着反应得进行要在催化剂层采取降温措施 。本仿真中采用三段冷激式7
19、.2.3工作原理 有底部进入混合气，向上经内外筒环隙以冷却外筒。气体穿过催化剂 筐进入催化剂床层一，再进入催化剂床层二时由冷激管加入冷激气（少量的混合气）。达到控制各床层温度的目的。下一床层依次类推。见下图A7.3径向氨合成塔（托普索型）拓展 用于大型合成氨厂。反应气体由塔顶接口进入向下流经内外筒之间的环隙，再进入换热器的管间，冷副线由塔底封接口进入，两者混合后沿中心管进入第一段催化剂层后进入环形通道，在此与塔顶接口出来的冷激气混合，在进入第二段催化剂床层，从部沿径向向内流动。最后由中心管外面的环形通道下流，经换热器内从塔底接口流出塔外。上图B7.4氨冷器（拓展）7.4.1构造 构造：外壳、换
20、热器、中心管、集气盒、NH3分离套筒、旋流板。7.4.2冷交内流程 氨冷器来的气体，由底部进入塔内，沿升气管上升后从上部出口出来，经过旋流板分离掉部分液氨后继续向上进入氨分离套筒，从套筒内部通过套筒上的矩形孔依次向外流动，进行液氨分离，出套筒后向上进入换热器管间，与管内气体进行换热，最后从上部出口出冷交。冷排来的热气体由上部入冷交，进入换热器管内，与管间冷气体换热后进入下部集气盒，然后由中心管从顶部出冷交。 内件从上到下依次是列管式换热器、集气盒、带矩形孔的分离套筒、旋流板、三层套筒（其内有升气管）。7.4.3作用 用氨冷器出口的冷气体冷却将要进氨冷的热气体，以回收部分冷量，从而减轻氨冷的负荷
21、，同时，又使进合成塔的气体温度升高。分离出氨冷器气体中夹带的液氨。7.5闪蒸罐 闪蒸罐的主要结构有筒体、封头、接管。筒体与封头组成的壳体为闪蒸提供空间，而接管则负责闪蒸罐壳体内的气液交换。7.6 蒸汽透平机透平机由外筒和内件组成，内筒包括两步分：电动机和透平压缩机。透平压缩机的主要部件是转子，由主轴、叶轮、气封套筒、平衡盘和连轴节等组成。蒸汽来自燃用矿物燃料的锅炉，或是来自核动力装置加热的蒸汽发生器。它们产生的高温高压蒸汽以高速度经喷管送到蒸汽透平，驱动转子旋转，输出动力。8生产流程简述8.1合成系统 从甲烷化来的新鲜气（40、2.6Mpa、H2/N2=3：1）先经压缩前分离罐(104-F)进
22、合成气压缩机(103-J)低压段，在压缩机的低压缸将新鲜气体压缩到合成所需要的最终压力的二分之一左右，出低压段的新鲜气先经106-C用甲烷化进料气冷却至93.3，再经水冷器(116-C)冷却至38,最后经氨冷器(129-C)冷却至7,后与氢回收来的氢气混合进入中间分离罐(105-F)，从中间分离罐出来的氢氮气再进合成气压缩机高压段。 合成回路来的循环气与经高压段压缩后的氢氮气混合进压缩机循环段，从循环段出来的合成气进合成系统水冷器(124-C)。高压合成气自最终冷却器124-C出来后，分两路继续冷却，第一路串联通过原料气和循环气一级和二级氨冷器117-C和118-C的管侧，冷却介质都是冷冻用液
23、氨，另一路通过就地的MIC-23节流后，在合成塔进气和循环气换热器120-C的壳侧冷却，两路会合后，又在新鲜气和循环气三级氨冷器119-C中用三级液氨闪蒸槽112-F来的冷冻用液氨进行冷却，冷却至-23.3。冷却后的气体经过水平分布管进入高压氨分离器（106-F），在前几个氨冷器中冷凝下来的循环气中的氨就在106-F中分出，分离出来的液氨送往冷冻中间闪蒸槽(107-F)。从氨分离器出来后，循环气就进入合成塔进气-新鲜气和循环气换热器120-C的管侧，从壳侧的工艺气体中取得热量，然后又进入合成塔进气-出气换热器(121-C)的管侧，再由HCV-11控制进入合成塔(105-D)，在121-C管侧的
24、出口处分析气体成分。 SP-35是一专门的双向降爆板装置，是用来保护121-C的换热器，防止换热器的一侧卸压导致压差过大而引起破坏。 合成气进气由合成塔105-D的塔底进入，自下而上地进入合成塔，经由MIC-13直接到第一层触媒的入口，用以控制该处的温度，这一近路有一个冷激管线，和两个进层间换热器付线可以控制第二、第三层的入口温度必要时可以分别用MIC-14、15和16进行调节。气体经过最底下一层触媒床后，又自下而上地把气体导入内部换热器的管侧，把热量传给进来的气体，再由105-D的顶部出口引出。 合成塔出口气进入合成塔-锅炉给水换热器123-C的管侧，把热量传给锅炉给水，接着又在121-C的
25、壳侧与进塔气换热而进一步被冷却，最后回到103-J高压缸循环段(最后一个叶轮)而完成了整个合成回路。 合成塔出来的气体有一部分是从高压吹出气分离缸108-F经MIC-18调节并用Fl-63指示流量后，送往氢回收装置或送往一段转化炉燃料气系统。从合成回路中排出气是为了控制气体中的甲烷化和氩的浓度，甲烷和氩在系统中积累多了会使氨的合成率降低。吹出气在进入分离罐108-F以前先在氨冷器125-C冷却，由108-F分出的液氨送低压氨分离器107-F回收。 合成塔备有一台开工加热炉(102-B)，它是用于开工时把合成塔引温至反应温度，开工加热炉的原料气流量由FI-62指示，另外，它还设有一低流量报警器F
26、AL-85与FI-62配合使用，MIC-17调节102-B燃料气量。8.2冷冻系统 合成来的液氨进入中间闪蒸槽(107-F)，闪蒸出的不凝性气体通过PICA-8排出作为燃料气送一段炉燃烧。分离器107-F装有液面指示器LI-12。液氨减压后由液位调节器LICA-12调节进入三级闪蒸罐(112-F)进一步闪蒸，闪蒸后作为冷冻用的液氨进入系统中。冷冻的一、二、三级闪蒸罐操作压力分别为:0.4MPa(G)、0.16MPa(G)、0.0028MPa(G)，三台闪蒸罐与合成系统中的第一、二、三氨冷器相对应，它们是按热虹吸原理进行冷冻蒸发循环操作的。液氨由各闪蒸罐流入对应的氨冷器，吸热后的液氨蒸发形成的气
27、液混合物又回到各闪蒸罐进行气液分离，气氨分别进氨压缩机(105-J)各段气缸，液氨分别进各氨冷器。由液氨接收槽(109-F)来的液氨逐级减压后补入到各闪蒸罐。一级闪蒸罐(110-F)出来的液氨除送第一氨冷器(117-C)外，另一部分作为合成气压缩机(103-J)一段出口的氨冷器(129-C)和闪蒸罐氨冷器(126-C)的冷源。氨冷器(129-C)和(126-C)蒸发的气氨进入二级闪蒸罐(111-F)，110-F多余的液氨送往111-F。111-F的液氨除送第二氨冷器(118-C)和弛放气氨冷器(125-C)作为冷冻剂外，其余部分送往三级闪蒸罐(112-F)。112-F的液氨除送119-C外，还
28、可以由冷氨产品泵(109-J)作为冷氨产品送液氨贮槽贮存。 由三级闪蒸罐(112-F)出来的气氨进入氨压缩机(105-J)一段压缩，一段出口与111-F来的气氨汇合进入二段压缩，二段出口气氨先经压缩机中间冷却器(128-C)冷却后，与110-F来的气氨汇合进入三段压缩，三段出口的气氨经氨冷凝器(127-CA、CB)，冷凝的液氨进入接收槽(109-F)。109-F中的闪蒸气去闪蒸罐氨冷器(126-C)，冷凝分离出来的液氨流回109-F，不凝气作燃料气送一段炉燃烧。109-F中的液氨一部分减压后送至一级闪蒸罐(110-F)，另一部分作为热氨产品经热氨产品泵(1-3P-1,2)送往尿素装置。 9环境
29、保护与尾气回收9.1合成氨尾气的回收 合成氨工业在氨合成的同时, 以甲烷气体为主的未反应气体不断增加, 为保证合成反应的顺利进行, 必须控制不反应气体的浓度, 当积累到一定程度时, 就需要在氨分离器出口放出一部分气体, 这就是弛放气。同时, 少量循环气中H2、N2、Ar、CH4 等气体溶解于液氨中, 从氨分中排放到液氨贮罐中后, 经减压闪蒸出来, 这部分气体称贮罐气。弛放气、贮罐气统称为尾气。合成氨尾气中含有大量的H2、NH3 等有用成分, 将这些有用成分提取出来, 回收利用, 是合成氨生产节能降耗和提高企业经济效益的重要措施。9.2环境保护 合成氨合成工段生产中的废气主要有：合成放空气、弛放
30、气、压缩放空气、锅炉烟气等；废水分为合成冷却废水及锅炉排出污水两大部分，主要污染物是氨氮。氨厂环境保护的重要内容是做好三废治理，即对生产过程中的废气、废液、废渣进行物化处理，使之达到国家有关法规规定的排放标准，消除对环境的污染或把这种污染降到最低限度；且不向厂外转移污染。1 化学沉淀A/ O 工艺处理合成氨废水 预处理阶段采用化学沉淀法, 即在废水中加入硫酸亚铁, 将氰化物转化为无毒的铁氰络合物(pH = 7. 510. 5) 。监测进水pH 值为8. 26 (在7. 510. 5 之间) ,符合要求。 生化处理阶段采用了传统的生物脱氮方法, 常用的有后置生物脱氮法和前置生物脱氮法(A/O工艺
31、)。后置生物脱氮法占地面积比前置生物脱氮法的大, 因而增加了工程的基建投资, 并且需要外加碳源, 这样不但增加了废水的处理成本而且不易控制外加碳源的量, 易造成出水COD 值升高。而前置生物脱氮法则具有占地少、不需外加碳源等优点, 因此该项目的主体工艺采用了前置反硝化的生物脱氮法。 10知识拓展10.1.1降低能耗的意义 1. 减少温室气体的排放 2. 尽可能减少对资源的浪费 3. 减少对环境的破坏 4. 节约成本，提高企业的竞争能力10.1.2合成氨降低能耗的新技术具有代表性的低能耗制氨工艺有4种: 1. Kellogg公司的KREP工艺、 2. Braun公司的低能耗深冷净化工艺、 3.
32、UHDE-ICI-AMV工艺、 4. Topsoe工艺。 10.1.3合成氨降低能耗的新技术工艺 1、 Kellogg先进的合成氨工艺(KAAP) 英国石油公司(BP)研究开发了触媒，凯洛格(Kellogg)公司设计了新工艺，钉触媒采用促进剂使其活性大大提高，顺利地实现了600吨/日的生产，生产率增加了40%。 2、 钌系触媒的有以下特点： 对于载体和促进剂非常敏感肖添加碱金属和氧化物时，活性提高非常大；氮原子的吸附作用弱，不会由于生成氨导致的触媒中毒，而由于氢所致的触媒中毒严重。钌(Rn)触媒在低的H/N比条件下是有利的，在高产NH3条件下其活性也高。 b. L9 v+ O 3、 Kello
33、gg工艺补充气和循环气经合成气压缩机压缩后通过进/出物料换热器入有4个床层的径向流KAAP合成塔。合成塔出来的气体压力约9MPa(表压)、氨含量为20%。通过产生高压蒸汽回收热量。回收热后，合成塔出料送到氨回收工序，冷凝得到氨;不凝性气体一小部分送到弛放气回收系统回收氢和氮后再与其余大部分气体汇合，组成循环气。 4、 KAAP合成塔是直立的有4个床层的内冷型径向流合成塔。由于操作压力和温度较低，可以采用“热壁”设计和轻质钢结构。第一床层装填铁催化剂，另3个床装活性较高的KAAP催化剂。KAAP催化剂在低温低压条件下活性较高，虽然合成塔操作压力较低，合成塔出口氨含量仍较高。KAAP系统的成功之处
34、在于其独特的催化剂，它由比表面积较大的石墨载体浸渍锗组成，该催化剂活性是铁催化剂的1020倍。 凯活格公司新的合成氨工艺(KAAP法)与旧的工艺相比有两大不同特点： 在旧工艺中，为了一次重整炉的加热，要用其他燃料 而在新工艺中，将二次重整炉的热量移到一次重整炉中； 在旧工艺中，反应器上面的H/N比约为3，而在新工艺中低达12，在反应器下游中(氢回收装置)除了被浓缩的未反应N2外，使其再循环。这两点对于新触媒为高活性的有利条件，在工艺上就把受氢的触媒中毒的不利条件被转化为有利条件4。 在触媒活性高的情祝下.可以在合成系统低压而高转化率下开动生产，不需要高压循环的大量能源。10.2.1合成氨工艺流
35、程分类原则 1. 当以气态烃或轻质烃为原料时，采用蒸汽转化法； 2. 以重质烃为原料时采取部分氧化法工艺 3、而以煤为原料时采用加压煤气化法。10.3.1踹振 泵或压缩机运转中可能出现的喘振过程是： 1. 流量减小到最小值时出口压力会突然下降，管道内压力反而高于出口压力，于是被输送介质倒流回机内，直到出口压力升高重新向管道输送介质为止；当管道中的压力恢复到原来的压力时,流量再次减少,管道中介质又产生倒流，如此周而复始。 2. 喘振的产生与流体机械和管道的特性有关，管道系统的容量越大，则喘振越强，频率越低。10.3.2 喘振的预防其实喘振实质是流量低引起得。现在通常有两种控制方法， 1. 用电机
36、电流来控制出口放空阀（循环阀）。 电机电流 小，说明压缩机流量偏低，可能会导致喘振。英格索兰的离心压缩机用得比较多。 2. 用喘振距离来控制。喘振距离指的是f（实际流量发生喘振的流量）/发生喘振的流量，若f0，则就是实际流量发生喘振的流量，就会发生喘振了。所以可以设置一个10左右的控制余量，来控制放空阀。Cooper，和 MAN 的压缩机用得比较多 。10.4.1氨合成塔的分类由于氨合成反应最适宜温度随氨含量的增加而逐渐降低，因而随着反应得进行要在催化剂层采取降温措施。按降温方法不同，分为三类。 1. 冷管式。在催化剂层中设置冷却管，用反应前温度较低的原料气在冷管仲流动，移出反应热，降低反应温
37、度，同时将原料气预热到反应温度。根据冷管结构不同，又可分为双套管、三套管、单管等不同形式。冷管式合成塔结构复杂，一般用于小型合成氨塔。 2. 中间换热式。将催化剂分为几层，在层间设置换热器，上一层反应后的高温气体进入换 热器降温后，再进入下一层进行反应。 3. 冷激式。本仿真采用冷激式10.5.1闪蒸的原理 闪蒸就是高压的饱和水进入比较低压的容器中后由于压力的突然降低使这些饱和水变成一部分的容器压力下的饱和水蒸气和饱和水。 10.5.2 闪蒸的作用 1. 汽液分离。通过降低流体压力的方式，使得流体中一部分组分迅速汽化，达到汽液分离的作用。对于这种用途，一般使用闪蒸塔，这样可以达到比较理想的分离
38、效果。而且，在闪蒸的过程中，物料汽化需要吸热，对于热源的选择涉及到能量的利用。一般来说，都是高压常温物料的闪蒸，这样可以选择用冷冻盐水的回路来做热源，可以达到回收冷量的节能效果。 2. 能量回收。对于使用中高压蒸汽加热的设备，而且反应过程中吸热量大吸热速度比较快的，一般使用比较大口径的疏水阀。这样势必会造成蒸汽浪费比较严重。可以在疏水阀后面接上闪蒸罐，通过降低水汽混合物的压力来达到水汽分离的效果。分离的蒸汽可以继续做使用低品位蒸汽的设备加热用，分离出来的热水，可以继续做使用水浴加热的设备热源使用，或者送会锅炉，可以在很大程度上回收热量。在能量回收上面，闪蒸的利用，可以很大程度上节约蒸汽，达到清
39、洁生产的目的 10.6.1合成段循环机压差大的原因 判断合成循环机压差大的原因，需要将所有偏离正常的工艺指标统计起来进行判断。可能的原因有： 1. 阀门、管线、换热器的阻力增大-可用校验普通压力 表的高精度压力表测量各设备的入出口压力，逐项排查。 2. 触媒的阻力：如活性下降、中毒，导致氨净值下降，必须加大循环量大才能满足产量要求。 3. 氢氮比例不合适，导致循环量大，阻力增加。10.7.1透平机及工作原理 1. 透平是将流体工质中蕴有的能量转换成机械功的机器，又称涡轮或涡轮机。透平的工作条件和所用工质不同，所以它的结构型式多种多样，但基本工作原理相似。透平的最主要的部件是一个旋转元件,即转子
40、,或称叶轮，它安装在透平轴上，具有沿圆周均匀排列的叶片。流体所具有的能量在流动中，经过喷管时转换成动能，流过叶轮时流体冲击叶片，推动叶轮转动，从而驱动透平轴旋转。透平轴直接或经传动机构带动其他机械，输出机械功。 2. 透平机械的工质可以是气体，如蒸汽、燃气、空气和其他气体或混合气体，也可以是液体，如水、油或其他液体。以水为工质的透平称为水轮机;以蒸汽为工质的透平称为汽轮机；以燃气为工质的透平称为燃气透平。 3. 透平机由外筒和内件组成，内筒包括两步分：电动机和透平压缩机。 4. 透平压缩机的主要部件是转子，由主轴、叶轮、气封套筒、平衡盘和连轴节等组成。 5. 汽轮机它的工质是蒸汽，具有热能。蒸
41、汽来自燃用矿物燃料的锅炉，或是来自核动力装置加热的蒸汽发生器。它们产生的高温高压蒸汽以高速度经喷管送到蒸汽透平，驱动转子旋转，输出动力。蒸汽流速很高，透平转子尺寸较小,所以转速可达10000转分。汽轮机主要用于火力发电厂，驱动发电机发电；也用于远洋大型船舶和潜水艇作为主机驱动螺旋桨，推进船舶10.8.1卧式氨合成塔 1. 氨合成反应是气固相催化反应。氨合成塔是合成氨装置中一个关键设备，目前氨合成塔的主要形式有轴向塔、径向塔、卧式塔。卧式氨合成塔的主要优点是：流体的流通截面大，流道短，压降小，节约了压缩能耗；可以采用小颗粒催化剂，从而提高催化剂内表面利用率，提高宏观反应速率，使合成氨净值增加，合
42、成回路的循环率降低；由于床层阻力小，允许加大空速，提高氨产量。 2. 卧式氨合成塔各床层的流道长度约为床层直径，比径向塔的流道（床层半径）长，因此流体均布情况较径向塔好。10.8.2卧式氨合成塔缩短平衡温距 1. 反应器出口物料的组成和达到平衡的物料组成之间总是有一定的差距，反映这两个物料组成的平衡温度之差叫做“平衡温距”。 当转化出口气体的组成分析，包括蒸汽已准确地知道时（或已知进口的水碳比和出口干气的组成时），则和压力结合起来，便可算出平衡温距T。) 2. 平衡温距是衡量反应产物对应的平衡温度与实际温度的差距的一个物理量,是决定触媒用量或反应器体积大小的数据,如是催化反应,平衡温距为0时,
43、催化剂用量为无穷大。卧式氨合成塔10.9.1径向氨合成塔（托普索型） 用于大型合成氨厂。反应气体由塔顶接口进入向下流经内外筒之间的环隙，再进入换热器的管间，冷副线由塔底封接口进入，两者混合后沿中心管进入第一段催化剂层后进入环形通道，在此与塔顶接口出来的冷激气混合，在进入第二段催化剂床层，从外部沿径向向内流动。最后由中心管外面的环形通道下流，经换热器内从塔底接口流出塔外。参考文献 1王慧伦.化工工人技术培训读本，北京，化学工业出版社，20102张子锋.合成氨生产技术，北京：化学工业出版社，20113无机化工生产技术编写组.郑广俭,张志华，北京，化学工业出版社20124杨春升.小型合成氨生产操作问答，北京，化学工业出版社，2002 5海川化工论坛 6百度文库 22致谢 三年的大学生活，给了我快乐。踏实三年的读
陕公网安备 61072602000132号 违法和不良信息举报：0916-4228922