合成氨的生产工艺.doc

合成氨的生产工艺设计

合成氨的生产工艺设计
一生产原理概述
氨是一种重要的化工原料，特别是生产化肥的原料，它是由氢和氮合成。合成氨工业是氮肥工业的基础。为了生产氨，一般均以各种燃料为原料。首先，制成含H2和CO等组分的煤气，然后，采用各种净化方法，除去气体中的灰尘、H2S、有机硫化物、CO、CO2等有害杂质，以获得符合氨合成要求的洁净的1：3的氮氢混合气，最后，氮氢混合气经过压缩至15Mpa以上，借助催化剂合成氨。

二半水煤气制气原理
固体燃料的气化过程实际上主要是碳与氧的反应和碳与蒸汽的反应，这两个反应称为固体燃料的气化反应。
表1以空气为气化剂主要反应方程
序号反应方程式1C＋O2（3.76N2）=CO2（+3.76N2）2C＋O=2（3.76N2）=2CO（+3.76N2）3C＋CO2（3.76N2）=2CO（+3.76N=2）42C＋3.76N2＋O2＋3.76N2=CO2＋7.52N2表2以水蒸汽为气化剂主要反应方程式
序号反应方程式1C＋H2O（汽）=CO＋H22C＋2H2O（汽）=CO2＋2H23CO＋2H2O（汽）=CO2＋H242H2＋O2=2H2O（汽）5C＋H2=CH46CO＋3H2=CH4＋H2O7CO2＋4H2=CH4＋2H2O（汽）在气化炉燃烧层中，炭与空气几水蒸汽的混合物相互作用时的产物称为半水煤气，其化学反应按下列方程式进行：2C＋O2＋3.76N2=2CO2＋3.76N2
C＋H2O（汽）=CO＋H2
这种煤气的组成由上列两反应的热平衡条件决定。由于半水煤气是生产合成氨的原料气，因此，要求入炉蒸汽与空气（习惯上称为氮空气）比例恰当以满足半水煤气中（CO＋H2）：N2=3要求，但是在实际生产中要求半水煤气（CO＋H2）：N2≧3.2。
三流程图
造气->半水煤气脱硫->压缩机1，2工段->变换->变换气脱硫->压缩机3段->脱硫->压缩机4，5工段->铜洗->压缩机6段->氨合成->产品NH3

四工艺计算及工艺条件
4.1煤气发生炉（含燃烧室）的物料及热量衡算
方法：实际数据计算法
实际计算法是以实测煤气组成为依据的计算法，采用此法计算时，首先将气化煤进行试烧，以得到准确的煤气组成分析数据。
已知条件的确定:
表5入炉煤组成，重量%
CHONSAW合计78.131.320.430.770.5113.245.6100燃烧热值28476kJ/㎏
吹风气组成，体积%
表6吹风气组成，体积%
CO2O2COH2CH4N2合计H2S16.550.356.563.340.7672.451000.85g/Nm3半水煤气真正组成，体积%
表7半水煤气组成，体积%
CO2O2COH2CH4N2合计H2S7.50.2032.10440.5416.661001.45g/Nm33.各物料进出炉的温度
空气25℃;相对湿度80%，空气含水汽量0.0213kg（水汽）/kg（干汽）；
吹风气，上行煤气流600℃；下吹煤气200℃；灰渣200℃；
上行蒸汽120℃；饱和蒸汽的焓2730kJ/kg；
下吹蒸汽550℃；过热蒸汽的焓3595kJ/kg；
4生产循环时间%，时间（S）
表8生产循环时间
吹风上吹下吹二次上吹吹净合计2626368410046.8s46.8s64.8s14.4s7.2s180s5.计算基准：100kg入炉燃料
6.带出物数量及其组分
带出物数量：2kg绝对干料
带出物组分及各组分重量
表9带出物数量及其组分
元素组成，重量%各组分重量，kgC82.5.2×0.8250=1.65H1.662×0.0166=0.03O0.472×0.0047=0.01N0.802×0.008=0.02S0.572×0.0057=0.01灰分14.002×0.14=0.28合计1002带出物热值30030kJ/㎏摘自钟蕴英、关梦嫔、崔开仁、王惠中编.煤化学.
7.燃料气化后转入煤气中的元素量，kg
C78.13－（1.65＋2.20）=74.28
H1.32＋（5.6×2）/18－0.03=1.91
O0.43＋（5.6×16）/18－0.01=5.40
N0.77－0.02=0.75
S0.51－（0.01＋0.05）=0.45
合计：82.8
4.2物料及热量衡算
吹风阶段的计算：（物料衡算）1.每Nm3吹风气中含有的元素量，kg
C[12×（0.1655＋0.0656＋0.0076）]/22.4=0.128
H[2×（0.0334＋0.0076×2）]/22.4＋0.00085×2/34=0.00438
O[32×（0.0035＋0.1655＋0.0656×0.5）]/22.4=0.288
N28/22.4×0.7245=0.906
S0.00085×32/34=0.0008
2.由碳平