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 1 C＋O2（3.76N2）=CO2（+3.76N2） 2 C＋O=2（3.76N2）=2CO（+3.76N2） 3 C＋CO2（3.76N2）=2CO（+3.76N=2） 4 2C＋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 1 C＋H2O（汽）=CO＋H2 2 C＋2H2O（汽）=CO2＋2H2 3 CO＋2H2O（汽）=CO2＋H2 4 2H2＋O2=2H2O（汽） 5 C＋H2=CH4 6 CO＋3H2=CH4＋H2O 7 CO2＋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% C H O N S A W 合计 78.13 1.32 0.43 0.77 0.51 13.24 5.6 100 燃烧热值 28476kJ/㎏ 吹风气组成，体积% 表6 吹风气组成， 体积% CO2 O2 CO H2 CH4 N2 合计 H2S 16.55 0.35 6.56 3.34 0.76 72.45 100 0.85g/Nm3 半水煤气真正组成，体积% 表7 半水煤气组成， 体积% CO2 O2 CO H2 CH4 N2 合计 H2S 7.5 0.20 32.10 44 0.54 16.66 100 1.45g/Nm3 3.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 26 26 36 8 4 100 46.8s 46.8s 64.8s 14.4s 7.2s 180s 5.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，kg C 82.5. 2×0.8250=1.65 H 1.66 2×0.0166=0.03 O 0.47 2×0.0047=0.01 N 0.80 2×0.008=0.02 S 0.57 2×0.0057=0.01 灰分 14.00 2×0.14=0.28 合计 100 2 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 C 78.13－（1.65＋2.20）=74.28 H 1.32＋（5.6×2）/18－0.03=1.91 O 0.43＋（5.6×16）/18－0.01=5.40 N 0.77－0.02=0.75 S 0.51－（0.01＋0.05）=0.45