合成氨变换工艺毕业设计

温州大学本科毕业设计目 录1.前言11.1概述21.2 产品性质与用途41.2.1 产品性质41.2.2 产品用途41.2.3 产品世界产业状况42项目名称、地址、承办单位及性质72.2 项目背景72.3 项目意义82.4 研究范围82.5 研究结论82.5.1 项目产品及生产规模82.5.2生产制度82.5.3 生产工艺83工艺介绍93.1工艺简述93.2煤气风机工段：93.3常压脱硫工段：93.4一氧化碳变换工段：103.5精脱硫工段：103.6脱碳工段：113.7 工艺优化热水循环114 设备选型114.1煤气风机工序设备一览表114.2常压脱硫工序设备一览表124.3一氧化碳变换工序设备一览表134.4精脱硫工序设备一览表134.5脱碳工序设备一览表145.物料衡算和热量衡算165.1全流程物料简算165.2计算基准及已知条件165.3一号变换炉物料及热量衡算175.4变换炉一段催化剂层及热量衡算175.5变换炉二段催化剂层及热量衡算195.6变换炉三段物料及热量衡算205.7饱和热水塔物料及热量衡算215.7.1热水塔出水温度的估算215.7.2饱和塔物料及热量衡算225.7.3热水塔物料及热量衡算245.8水加热器的物料和热量衡算256 列管式换热器设计267 厂址选择288 公用工程设施298.1 公用工程方案298.2 给排水299 节能2910 环境保护2910.1执行的环境保护法规2911 劳动安全卫生3011.1 设计依据3011.2 危险化学品分类储存全预防措施3112 经济概算3113. 结 论32参考文献34附 图34致 谢35361.前言氨是一种重要的化工产品，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。合成氨的生产主要分为：原料气的制取；原料气的净化与合成。粗原料气中常含有大量的CO，由于CO是合成氨催化剂的毒物，所以必须进行净化处理，通常，先经过CO变换反应，使其转化为易于清除的CO2和氨合成所需要的H2。因此，CO变换既是原料气的净化过程，又是原料气造气的继续。最后，少量的CO用液氨洗涤法，或是低温变换串联甲烷化法加以脱除。变换工段是指CO与水蒸气反应生成二氧化碳和氢气的过程。在合成氨工艺流程中起着非常重要的作用。目前，变换工段主要采用全低变的工艺流程，这是新型的反应工艺。所谓全低变流程，就是采用在三段变换中加入低变催化剂，使其反应条件温和，使操作系统的操作弹性大大增加，使变换系统便于操作，也大幅度降低了能耗。一氧化碳变换反应式为：CO+H2O=CO2+H2+Q (1-1) CO+H2 = C+H2O (1-2) 其中反应（1）是主反应，反应（2）是副反应，为了控制反应向生成目的产物的方向进行，工业上采用对式反应（11）具有良好选择性催化剂，进而抑制其它副反应的发生。一氧化碳与水蒸气的反应是一个可逆的放热反应，反应热是温度的函数。变换过程中还包括下列反应式：H2+O2=H2O+Q 压力方面：压力对变换反应的平衡几乎没有影响。但是提高压力将使析炭和生成甲烷等副反应易于进行。单就平衡而言，加压并无好处。但从动力学角度，加压可提高反应速率。从能量消耗上看，加压也是有利。由于干原料气摩尔数小于干变换气的摩尔数，所以，先压缩原料气后再进行变换的能耗，比常压变换再进行压缩的能耗底。温度方面： 变化反应是可逆放热反应。从反应动力学的角度来看，温度升高，反应速率常数增大对反应速率有利，但平衡常数随温度的升高而变小，即 CO平衡含量增大，反应推动力变小，对反应速率不利，可见温度对两者的影响是相反的。因而存在着最佳反应温对一定催化剂及气相组成，从动力学角度推导的计算式为：Tm=式中Tm、Te分别为最佳反应温度及平衡温度，最佳反应温度随系统组成和催化剂的不同而变化。11.1概述通过近几十年的发展，合成氨变换工艺的技术水平得到了较大的提高，为合成氨的节能降耗作出了突出贡献。合成氨变换工艺发展至今，先后经历中温变换、中串低、全低变及中低低等四种工艺。目前，中串低变换工艺由于能耗高，已被淘汰。由齐鲁石化公司研究院开发技推广的中低低工艺和由湖北化学研究所及湖北省化肥公司等单位开发的全低变工艺得到了广泛的应用。变换各工艺流程的特点：中低低工艺：变换反应为放热反应，中低低工艺较好地满足了工艺设计中“高温提高反应速度，低温提高转化率”的基本原则，利用中变的高温来提高反应速度，脱除有毒杂质（如氧等），同时由于中变催化剂价格低，节约资金，利用两段低变来提高转化率实现节能降耗，这样充分发挥了中变催化剂和低变催化剂的特点。 全低变工艺：全低变工艺为一种节能新工艺，具有能耗低，在相同条件下其反应温度低，设备生产能力大的优点。但全低变工艺催化剂活性下降快，使用寿命相对较短。基于此，一般在一段入口前装填保护剂和抗毒催化剂，从而起到保护低变触媒的作用。这样可防止触媒老化，使用寿命缩短，系统阻力升高较快等问题的出现。全低变工艺目前大致可以分为喷水增湿型和调温水加热器。全低变工艺一般为三段，为一个或两个变换炉。如采用一低变出口喷水增湿降温，一般在变换炉前设置一个预变炉，上部装填保护剂和抗毒催化剂,夏布装填不锈钢材料，喷水在此段进行，后设置一个主反应器(变换炉)。这种工艺比较节能，几乎不需要外加蒸汽。若采用调温水加热器来调入口温度,一般不设预变炉，主反应器为一个或两个，这种工艺由于是间接换热,不如喷水型节能，吨氨消耗蒸汽150kg200kg。中低低工艺与全低变工艺的比较：从目前情况来看，中低低与全低变各有利弊：中低低实现了触媒活性温度的最佳组合，创造出能耗、阻力及操作的理想效果。而全低变则有能耗低、相同产能下设备小的优点，但操作相对复杂。鉴于目前合成氨企业规模日大，企业的管理水平、职工的操作水平也相应提高，故全低变工艺前景看好。2全低变工艺的技术特征：(1)低温变换有利于节省蒸汽:中温变换在变换气CO为3%3.5%时,吨氨汽耗曾高达11.5t。采用低变催化剂后,有利于CO变换放热反应的平衡,使吨氨汽耗得以降至0.25t以下。采用全低变工艺,可在较长时间内保持这一指标,同时变换气CO可维持1%1.8%。(2)低温变换有利于有机硫转化:低温变换对进系统气体的无机硫(H2S)浓度指标要求比较宽松(0.030.3g/Nm3),催化剂适应性较强,低温变换对有机硫(COS)水解转化为H2S也很有利。中温变换COS转化率约90%95%,而低温变换约98%99%,其主要原因是低变用的是钴钼催化剂,而中变用铁铬催化剂,前者反应温度低,对COS具有较高的催化活性。且从一些实验数据可以判断,低变催化剂对有机硫转化的催化活性比中变催化剂要好。全低变工艺的优点：(1)换热设备的热负荷低:相关的换热设备有两类,一类是为提高入炉温度而设的主热交换器和中间热交换器等;另一类是为回收余热而设的饱和塔、热水塔、水加热器等。采用低温变换技术与中温变换相比,热交换设备的换热面积可缩小四倍左右,余热回收设备的能力只需一半左右。由中串低流程改造为全低变流程,在主要设备不变,只调整或加粗部分管线的情况下,原装置的综合生产能力可提高一倍左右。(2)催化剂的性能优越:由于采用B303Q耐硫钴钼低变催化剂,其空速是中变催化剂的二倍多,用量减少一半以上,床层反应温度下降100200,降低了床层阻力,气体体积缩小约25%。提高了有机硫的水解转化能力,在相同的工况和条件下,全低变工艺比中串低工艺有机硫转化率可提高5个百分点左右。这种催化剂具有较宽的活性温区,一般为170480,这是能用于全低变工艺的基本保证。它还具有良好的耐低硫、抗高硫和抗毒性能。它强度高,经硫化后原始强度可提高0.51倍。对比中变催化剂,这种催化剂使用寿命较长,在全低变工艺中一般可达35年,并可在较宽的汽气比条件下正常使用。采用这种催化剂从根本上解决了中变催化剂的粉化给正常生产带来的各种问题,也杜绝了生成乙炔的反应,可减少铜液消耗,并防止铜洗塔带液。(3)生产操作条件较好：全低变工艺流程改善了变换系统的生产操作条件,降低了设备管道材质的要求,并延长了设备、管道及管件的使用寿命。全低变工艺放宽了一次脱硫的指标,从而降低了脱硫费用。 且该流程运行稳定易于操作,催化剂升温还原和硫化容易掌握。开车起动快,增加了有效生产时间。31.2 产品性质与用途1.2.1 产品性质氨（Ammonia，即阿摩尼亚），或称“氨气”，分子式为NH3，是一种无色气体，有强烈的刺激气味。物理性质：氨气通常情况下是有刺激性气味的无色气体，密度比空气小，极易溶于水，易液化，液氨可作制冷剂。以700：1的溶解度溶于水。摩尔质量：17.0306 密度：0.6942 熔点：-77.73 沸点：-33.34 在水中溶解度：89.9g/100 mL, 0偶极距：1.42 D化学性质：1）NH3遇HCl气体有白烟产生,可与氯气反应。2）氨水（混称氢氧化铵，NH4OH）可腐蚀许多金属，一般若用铁桶装氨水，铁桶应内涂沥青。3）氨的催化氧化是放热反应，产物是NO，是工业制硝酸的重要反应，NH3也可以被氧化成N2。4）NH3能使湿润的紫色石蕊试纸变蓝1.2.2 产品用途NH3用于制氨水、液氨、氮肥（尿素、碳铵等）、HNO3、铵盐、纯碱，广泛应用于化工、轻工、化肥、制药、合成纤维、塑料、染料等。如生产肥料、制作氨化饲料、用于医药行业、合成硝酸铵、合成各种染料、液态氨燃料电池、氨水制冷机、作为弱碱配置缓冲溶液、银饰或者黄金饰品翻新、用于酒精(发酵工艺)生产、用于油墨生产、利用废轮胎生产柴油、生产化肥硫酸铵、生产杀虫剂、铜铬催化剂的生产、生产4甲基咪唑、钼酸铵生产、制备纳米氧化锌、TiO2/SiO2气凝胶的生产、用于稀土金属的分离、适合冬季用乳化柴油的乳化剂、印花增稠剂、皮革涂饰等。41.2.3 产品世界产业状况据统计，世界合成氨产能已超过1.76亿吨/年，主要生产能力分布情况：美国1000万吨/年、加拿大520万吨/年、墨西哥291万吨/年、南美地区856万吨/年(其中特立尼达453万吨/年)、西欧1218万吨/年、东欧3333.4万吨/年、中东/非洲1560.2万吨/年、亚太地区8720万吨/年。合成氨按终端用途来分，约85%-90%的合成氨用作化肥：液态氨、硝酸铵、尿素或其他衍生物，仅13%用于其他商品市场。据美国SRI咨询公司指出，近年来部分产能关闭使世界合成氨供需平衡得到稳固。由于美国天然气价格持续居高位使合成氨行业盈利困难，美国一些公司均关闭了产能。总部位于纽约的J.P. Morgan公司咨询师David Silver指出，世界合成工业已经走出困境，仍在复苏之中，由于需求强劲增长，加上产能增加很少推进复苏，另外北美产能关闭使得全球合成氨开工率维持在85%以上，并使生产商有条件抬高价格。由于北美地区天然气原料价格走高，过去5年美国有相当数量的合成氨产能被永久关闭，合成氨生产正向天然气低价格地区转移，将集中在中东、北非和特立尼达。随着天然气价格不断上涨，欧洲已成为世界上生产成本最高地区，相当数量的产能也正经受考验。1.3 产品的市场需求预测由于因地球变暖而导致的气候异常现象、新兴国家内需增长、将粮食转用于生物燃料等原因，导致全球性粮食价格高涨。在这种背景之下，用于肥料原料的氨便被视为粮食供给中重要的战略物资。目前全球氨的生产量约为1亿5000万吨。一提到氨，人们首先想到的便是刺鼻的味道，除此之外对氨似乎并不了解。事实上，将近80%的氨被用于肥料原料，其余大约20%被用于生产合成树脂或纤维。肥料的三大要素是氮、磷、钾，将氮用于肥料时需要对空气中的氮气进行固化。唯一的工业生产方法便是使氮气与氢相结合生成氨，这种方法早在大约100年前被发明，而且一直沿用至今。换言之，只有氨才能提供氮成分，氨是化学肥料中必不可缺的原料。自不待言，肥料对农业生产而言是至关重要的。由于世界人口数量的增加、耕地面积的减少以及新兴国家饮食文化水平的提高，为了解决粮食不足的问题，就要提高单位面积的农作物的产量。为了实现这一目的，适宜地使用肥料至关重要。在上述背景之下，今后氨的年需求量增长比例预计将达到34%。尤其是面临粮食危机的亚洲、中南美以及非洲的需求量增长是毋庸置疑的。我国经济市场的逐渐复苏是市场发展的主要动力，2010年随着液氨下游市场的形式转好，主要是非化肥行业用氨情况的好转，液氨行业是一个快速发展的阶段。目前我国的农业用氨一年基本固定在（合成氨量）3500万吨，按我国基本的合成氨量在5000万吨左右，其中有1500万吨要应用在非化肥行业以及化肥出口的方面。一、化肥消耗液氨的情况：作为商品氨的主要发展基石，化肥用商品氨依然是液氨行业的基础，包括复合肥、尿素等外购氨。每年平均消耗液氨在550-600万吨之间。2007-2008年，我国的化肥出口政策呈现内紧的形式，国家一度对化肥出口征收150%的临时关税，这在客观上大大限制了化肥企业的生产情况，也对液氨市场造成了直接的影响，一度液氨价格降到了1500元/吨的水平。 2009年底，国家取消了化肥出口的关税限制。预计2010年我国化肥出口要有一个质的增长，这在客观上要大大带动液氨市场的快速流通。如果化肥行业的出口一经启动，液氨市场的基础会有一个稳定快速的增长。我国化肥在国际市场上价格还占一定的优势，尤其是东南亚的市场。2010年我国化肥出口按保底的500万吨（N折纯计算），那要带动液氨市场的300万吨左右的市场增量，这个增量足以改变目前主要液氨产地液氨市场的变化格局。化肥市场的变化是呈现一个周期的变化，2010年是我国经济持续转好的关键一年，国家对经济的预测以及实际的刺激经济增长的力度都是很大的，农业是我国经济发展的基础，粮食的安全历来是我国上层领导极为重视的内容。作为和农业息息相关的化肥行业，一直是我国重要的基础行业。3500万吨的合成氨消耗量，在2010年只会增长。二、非化肥行业消耗液氨情况：液氨行业的基础是化肥行业，液氨行业的推进剂是非化肥行业。重点在氨基酸、谷氨酸、冶炼、制冷、小化工等行业当口。这些行业对液氨的需求是液氨行业的利润点以及增长点。这些行业受2008年以来的金融危机的影响，2009年一直处于复苏的过程。2010是这些行业真正恢复的年份，2009年以来国家在经济政策方面的大力度的政策刺激，在2009年底已经有了一个明显的趋势。例如2009年12月份的液氨平均价格。较8-11月份的价格，整整增加了20%。液氨下游市场的吸货量有了一个明显的提升。10 1.4 产品价格分析2010年是液氨市场全面恢复的一年，价格有受供需形势的可能有大幅度的波动，产量会有很大的增长。我国目前的液氨行情正恢复前些年的行情，随着我国经济形势的逐渐好转，合成氨行业也借助经济的复苏，发生着明显的变化。2010年一月份，我国液氨价格普遍上涨。四川地区一度上涨到3000元/吨，涨幅达到1000元左右.市场的行情随着下游化肥市场以及小化工市场的启动也逐步显示出强劲的提升趋势。价格的变化只是一个价值规律的体现，还不能实质表现出整体市场的变化。在价格提升的同时，液氨的产量也发生着明显的增长。下游市场对液氨的需求活跃程度日渐增加。去年，一年的时间液氨市场都在动荡中起伏，市场的最低价格达到1500元/吨；2010年第一季度各个方面都显示出液氨整体市场趋好的变化。41.5 原料采购 由于本车间的主要原料半水煤气是由造气车间转化后直接输送而来。所以我们主要考虑催化剂的购买，就节省运输费用而言，我们选择了忂州百川催化剂有限公司，该公司紧靠大型化工集团-巨化集团公司，专业生产变换、水解、脱硫、甲烷化等系列催化剂，品种齐全，质量优良，价格低廉，且售后服务周到。1.5.1原材料性质表1-1 原料半水煤气含量组成CO2COH2N2CH4H2SO2含量%8.3329.3438.1222.571.060.270.31原料来源是煤气化法生产的合成气即半水煤气。2项目名称、地址、承办单位及性质项目名称：年产20万吨合成氨变换车间地址：浙江省衢州市工业区性质：新建项目2.1 项目编制的依据和原则编制依据： （1）教材化工设计中的设计指导（2）当前国家重点鼓励发展的产业、产品和技术目录 （3）中华人民共和国环境保护法（4）中华人民共和国安全生产法编制原则：（1）从国内行情、企业实力出发，严格控制工程建设项目的生产规模和投资。（2）设计方案要特别注意生产的安全性和可靠性，经济的合理性，严格执行项目建设的有关规定、标准、规范。 （3）充分考虑环境保护和职业安全卫生要求。环保和安全卫生设施与设备装置同步建设，同时投用，确保项目投产后污染物处理和环境保护达标。（4）平面布置合理。在满足有关安全、防火的标准和规范条件下，尽可能节省用地，并考虑今后项目的发展建设要求。（5）设备、仪表全部立足国内解决，以节省投资。52.2 项目背景氨对地球上的生物相当重要，它是所有食物和肥料的重要成分。氨也是所有药物直接或间接的组成。合成氨是氮肥工业的主要原料，8590的合成氨用于化肥生产。美国约有30的液氨作为氮肥直接施用，但在世界范围内，通常是将合成氨加工成下游氮肥品种施用。氮肥的主要品种包括尿素、硝酸铵、硫酸铵及磷酸铵等。世界工业用氨量占合成氨总消费量的10-15。工业用氨主要用于动物饲料、炸药以及聚合物产品等，由于氨有广泛的用途，氨是世界上产量最多的无机化合物之一。2.3 项目意义本项目将设计一个年产20万吨合成氨化工厂中的变换车间，该项目的成功投产将有利于缓解国内外的氨供需矛盾。本项目采用全低温变换法，以由造气车间转化半水煤气为原料,通过原料预处理、一氧化碳加压变换和产物的分离净化得到产物氢气和副产物二氧化碳。且该项目的建设能有效推动地方经济发展，创造更多就业机会，达到经济效益，社会效益和环境效益相统一。2.4 研究范围（1）对产品进行市场调查和需求预测，确定本项目的生产规模和产品方案；（2）综合比较生产工艺技术，确定技术先进、安全可靠、经济合理的工艺技术路线；（3）根据国家有关法规，对项目的环境保护、节能、工业安全卫生、消防等内容进行论证；（4）作出项目的投资估算和财务评价，提出研究报告结论。2.5 研究结论2.5.1 项目产品及生产规模本项目采用一氧化碳全低温变换反应制取氢气来合成氨，充分利用了浙江省衢州市的地理，交通，原料优势。考虑产品的市场需求，工艺技术的情况，本项目的设计生产规模为年产20万吨合成氨变换工段。62.5.2生产制度 本项目年工作时间7200 小时（300 天），合成氨的生产过程属连续生产，变换工段也属于连续生产。2.5.3 生产工艺采用以造气车间转化的半水煤气通过一氧化碳全低温变换来制取氢气净化气后，与氮气高温高压催化反应生产氨。3工艺介绍3.1工艺简述本厂是将原料半水煤气先于煤气风机工段升压、降温、除尘来克服原料带来的阻力，再通过常压脱硫，一氧化碳变换工段，精脱硫工段，二氧化碳的脱除工段，后产出含氮气的氢气作目的产物，副产物二氧化碳气体供尿素等生产使用，回收副产物硫磺，并回收循环使用脱硫、脱碳的副产物。3.2煤气风机工段：工艺流程：半水煤气进口水封煤气柜出口水封风机进口总管进口水封风机煤气冷却塔煤气总管脱硫进口总管 主流程煤气总管气水分离器煤气风机进口总管 副流程主流程为原料气所经过的流程，本工段将原料半水煤气先于煤气风机工段升压、降温、除尘来克服原料带来的阻力，再送至压缩机进口。3.3常压脱硫工段：湿法脱硫原理：Na2CO3+H2SNaHS+NaHCO3 （以PH8.5-9.2的稀碱液吸收H2S） 2NaHS+4NaVO3+H2ONa2V4O9+4NaOH+2S(硫氢化钠于偏钒酸钠反应析出单质硫) Na2V4O9+2Q(氧化态)+2NaOH+ H2O4NaVO3+2Q(还原态) （氧化态栲胶氧化焦钒酸钠为偏钒酸钠）2Q(还原态)+O22Q(氧化态) +2H2O（还原态栲胶被空气中O2氧化成氧化态）工艺流程：进口总管脱硫塔分离器洗涤塔进口水封电除尘半水煤气去压缩 半水煤气脱硫流程脱硫塔水封富液槽富液泵喷射再生槽泡沫槽硫泡沫泵泡沫槽 溶液加热器 贫液泵 贫液槽 熔硫釜 脱硫液流程 回收硫 半水煤气脱硫流程为风机工段送来的半水煤气通过逆流接触含NaVO3、氧化态栲胶的Na2CO3碱液来脱去H2S，为气相流程脱硫液流程为吸收了H2S的溶液，经喷射再生槽与空气氧化使溶液再生并浮选出单质硫，溶液循环使用，为液相流程。本工段是将从煤气风机工段来的半水煤气。脱除硫化氢、交友、粉尘制得干净的半脱气，送至压缩工段。3.4一氧化碳变换工段：反应原理：CO+H2OCO2+H2+QCOS+H2OCO2+H2S+Q半水煤气中的一氧化碳和水蒸气通过变换催化剂层时，放映生成氢气和二氧化碳，并将大部分有机硫转化为硫化氢。工艺流程：四段加压水冷器焦炭过滤器饱和塔水分离器主热交变换炉一段增淋器变换炉二段主热交调温水加热器变换炉三段一水加热水塔二水加冷却分离器 主流程本工段是将来至压缩机三段的半水煤气与水蒸气通过CO全低温三段变换反应生成二氧化碳和氢气，并除去部分硫化氢。3.5精脱硫工段：反应原理：H2S+Fe2O3H2O+S+FeS+FeSx（预脱塔中的反应） H2S+ 1/2O2H2O+S（精脱塔中的反应）工艺流程：变换气变脱塔塔后分离器水冷器预脱塔脱碳工序精脱塔 变脱气流程变脱塔再生槽循环槽循环泵变脱塔 脱硫液流程变脱气流程为预脱塔中的干法脱硫反应和精脱塔中的特种活性炭精吸附脱硫。脱硫液流程为脱硫液流程为吸收了H2S的溶液，经喷射再生槽与空气氧化使溶液再生并浮选出单质硫，溶液循环使用，为液相流程。本工段是进一步脱除变脱气中的有机无机硫，并回收硫磺。3.6脱碳工段：原理是用NHD（聚乙二醇二甲醚）高压低温时选择性物理吸收二氧化碳来得到合格的净化气，并降压回收使用NHD工艺流程：预脱塔三元换热器变换气分离器脱碳塔净化器分离器三元换热器精脱塔 变脱气流程 预脱塔高闪槽低压闪蒸槽富液泵气提塔贫液泵氨冷器脱碳塔 高闪气分离器 低闪气分离器 送锦纶、电化 送化肥车间 脱碳液流程变脱气流程为NHD的高压低温时选择性物理吸收变脱气中的CO2。脱碳液流程为吸收了CO2的溶液，通过高闪槽、低压闪蒸槽和气提再生塔等后，使溶液循环使用，为液相流程。本工段是脱除二氧化碳得到净化气，回收副产物二氧化碳。73.7 工艺优化热水循环工艺流程：热水塔热水泵一水加调温水加热器 水封 饱和塔 本工段是热量充分利用的体现，减少了能耗。4 设备选型4.1煤气风机工序设备一览表表4-1 煤气风机工序设备一览表序号名称规格型号工作温度工作压力备注1煤气风机D700-22-16512.8kpaQ=700m3/min电压6000V转速2965r/min功率450kw2煤气柜250.004MPaV=10000m3直升湿式3冷却塔E0027600.019MPa4煤气风机D300-45650.065MPaQ=18000m3/min转速2973r/min4.2常压脱硫工序设备一览表表4-2 常压脱硫工序设备一览表序号设备名称工作温度工作压力MPa材质规格1脱硫塔450.03Q235A350031500Q=3600m3/h2溶液水封450.03Q235A800868003贫液槽40常压Q235A6000853004富液槽40常压Q235A6000853005溶液加热器250/400.42/0.59Q235AF = 21.4 m26泡沫槽40常压1Cr18Ni9Ti3000628257熔硫釜内150/套200 0.591Cr18Ni9Ti900、100010.535978分离器450.02Q235A40241093109洗涤塔450.02Q235A41689378聚丙烯鲍尔环填料H=1000383810洗涤塔水封450.02Q235A6168350011电除尘器进口水封450.02Q235A142010412012电除尘器450.02Q235A344010700气量：30000N m3/h13贫液泵400.6Q=486 m3/hH=65.4M14富液泵401.0组合Q=900-1332 m3/h4.3一氧化碳变换工序设备一览表4-3一氧化碳变换工序设备一览表序号设备名称工作温度工作压力MPa材质规格1主热交管程：177-310壳程：370-480管程：2.05壳程：2.05304140011424A=510m22调温水加热器管程：210-370壳程：161-190管程：2.05壳程：2.330410008104A=400m23一水加管程：168-191壳程：148-153管程：2.05壳程：2.330410006504A=210m24二水加管程：168-191壳程：148-153管程：2.05壳程：0.6304900/14009759A=420m25冷却分离器管程：168-40壳程：25-40管程：2.05壳程：0.3304/204R900/140012746A=350m261号变换炉4802.0516MnR44001614072号变换炉425/2802.0516MnR4400159908饱和热水塔2002.0516MnR2600/2800218409焦炭过滤器402.0516MnR2400870010冷凝水槽101常压0Cr18Ni9Ti2000323011蒸汽分离器2302.7316MnR800465012水封1652.0516MnR800995413热水循环泵150排出压力2.4流量：225m3/h扬程：55m4.4精脱硫工序设备一览表表4-4精脱硫工序设备一览表序号名称规格型号工作温度工作压力MPa材质1变脱塔447236，H=37850，装栅板填料，243.2 m3402.0516MnR2再生槽512412/602010，H=6953，V=159 m3Q235-A3循环槽602010，H=1025，V=175 m3450.5Q235-A4塔后分离器264020，H=783216MnR5中间槽30168，H=4960，V=23m3450.02Q235-A6溶液循环泵Q=550 m3/h，H=280m7硫泡沫泵Q25m3/h，H=32m8过滤器9208，H=900450.02碳钢9预脱塔36603019700，装脱硫剂35-15，97.66 m340216MnR10精脱塔36603019100，装脱硫剂35-10，92 m345 216MnR11预热器720103590F=64.8m2壳程：158管程：100壳程：0.5管程：216MnR12水冷器920106244F=240.8m2壳程：158管程：100壳程：0.3管程：216MnRF4.5脱碳工序设备一览表表4-5 脱碳工序设备一览表序号设备名称操作温度/操作压力/MPa规格材质1三元换热器脱硫气：418净化气：-230低闪气：1.130脱硫气2：净化气：2低闪气：0.13板翅式铝合金2氨冷器管内：40-8管间：-22管内：0.36管间：2.652400/1600H:9846,1224m2碳钢3空气冷却器空气：60-20气提排气：5-35空气：0.13气提排气：0.13铝合金4溶液换热器热测：142-45冷侧：5-120热测：0.3冷侧：0.7不锈钢5脱水塔水冷器管内：32-40管间：100-60管内：0.5管间：0.126003226，A=44m2不锈钢6变换气分离器18-4022600，H=8374碳钢7净化器分离器-1.950220007072碳钢8高闪气分离器5-100.58004635碳钢9高闪槽5-100.4-0.63600,L=15140碳钢10低闪槽3-70.02-0.23200,L=12908碳钢11低闪气分离器2-70.1522007683碳钢12解吸气分离器1.5-100.1230009256碳钢13空气水分离器20-400.13268552碳钢14溶液过滤器2-100.87002743碳钢15溶液贮槽10-40常压84509353碳钢16地下槽常压24603000不锈钢17冷凝液槽600.15800,L=2262碳钢18二氧化碳塔-2102400056555,装5层聚丙烯阶梯环，层高7m，50251.5碳钢不锈钢19气提塔常温0.152800/460055928，5层聚丙烯阶梯环，层高6m碳钢20脱水塔塔顶：70-14塔底：100-140下塔煮沸器1580.2煮沸器：0.6140013435，塔顶：A=31m2，煮沸器：A=45m2不锈钢21贫液泵P入=0.115750m3/h，H=278m22富液泵P入=0.1591500m3/h，H=82m23贮槽泵80m3/h，H=50m24液下泵P入=常压30m3/h，H=50m25鼓风机P=31.4kPaQ=480 m3/h5.物料衡算和热量衡算5.1全流程物料简算表5-1 原料半水煤气含量组成CO2COH2N2CH4H2SO2含量%8.3329.3438.1222.571.060.270.31在0摄氏度，101.33kPa状态下：空气密度=1.293 kg/ m3，CO2密度=1.976 kg/ m3，CO密度=1.250 kg/ m3，H2密度=0.0899 kg/ m3，N2密度=1.251 kg/ m3，H2S密度=1.539 kg/ m3，O2密度=1.429 kg/ m3为了每年生产20万吨氨，若100%转化率时即相当于生产35294.118吨的氢气，则需原料半水煤气进料体积流量为80828.37 m3/h原料半水煤气进料体积流量为80828.37 m3/h硫化氢：VH2S=80828.37 m3/h0.27%=218.2366 m3/hGH2S=80828.37m3/h0.27%1.539 kg/ m3=335.8661 kg/h产生的硫磺：GS=335.8661kg/h 32/34 =316.11 kg/h产生的二氧化碳：VCO2=80828.3737.67%=30448.05 m3/hGCO2=80828.3737.67%1.429=43510.26kg/h产生的氢气：VH2=80828.3767.46%=54526.8m3/hGH2=80828.3767.46%0.0899=4901.96kg/h85.2计算基准及已知条件1、计算基准以1吨氨产品为计算基准;设备能力以25t氨/h为基准。2、设生产每吨氨所消耗的半水煤气量为3300Nm33、半水煤气组成（干）表5-2 半水煤气组成组分CO2COH2N2CH4H2SO2合计含量%8.3329.3438.1222.571.060.270.31100m3 (标)274.89968.221257.96744.81434.988.9110.233300kmol12.34543.2241156.545333.2771.5680.4030.457147.581kg543.1831210.275113.091931.75725.08113.71214.61914.6192851.7174、压力进工段煤气压力为2.0MPa（表）；进工段蒸汽压力为2.2MPa（表）5、温度进系统半水煤气温度 35进一段催化剂层气体温度 320出系统变换气（干）中CO含量 0.9%5.3一号变换炉物料及热量衡算1、干变换气量及变换率的计算设氧与氢在变换炉一段催化剂内完全燃烧生产水，即：2H2+O2=2H2O则实际参与CO变换反应的半水煤气量：3300-3V氧=3300-3*10.23=3269.3m3 (标)则干变换气量应为：V变=V+V*yCO*x ，V为半水煤气体积yCO 混合气中CO含量x=96.93%则V变=3269.3+3269.3*29.34%*96.93%=4199.06 m3 (标)CO总变换量： 3269.3*29.34%*96.93%=929.76 m3 (标)=41.51kmol变换气中CO量：3269.3*29.34%-929.76=29.45 m3 (标)=1.31kmol5.4变换炉一段催化剂层及热量衡算（1）物料衡算选定一段出口温度为330，温距为25，则平衡温度te=355，CO在一段催化剂层转化64.8%。且O2在一段催化剂层与氢气反应成水，则CO反应量为： CO=29.34*64.8%=19.01 Nm3/100Nm3干半水煤气CO总反应量：3300*19.01/100=627.33 Nm3=28.01kmol则出一段催化剂层干气量：3300+627.33-3*10.23=3896.64 Nm3表5-3 出一段催化剂层干气的组成组分CO2COH2N2CH4H2S合计含量%23.158.7547.8619.110.900.23100m3 (标)902.07340.961864.93744.6535.078.963896.64kmol40.5115.2283.8333.271.570.41174.62kg1782.49426.20167.66931.5525.1513.793346.84知汽/气=49.4756:100，得需总蒸汽量为1632.695 m3 (标)出一段催化剂层剩余蒸汽量：1632.695-627.33+2*10.23=1025.82Nm3表5-4出一段催化剂层湿气的组成组分CO2COH2N2CH4H2SH2O合计含量%18.336.9337.8915.130.710.1820.84100m3 (标)902.07340.961864.93744.6535.078.961025.824922.46kmol40.5115.2283.8333.271.570.4145.79220.41kg1782.49426.20167.66931.5525.1513.79824.224171.06（2）热量衡算设该气体由220升到380，反应取平均温度300时的热效应，由变换反应的反应热量表查得H=38.82*103 KJ/Kmol，所以 Q1=(43.224-15.22)* 38.82*103 =.28 KJQ2燃烧热： Q2=0.457*11560=5282.92kcal=.9 KJ所以：Q入= Q1+ Q2=.28+.9=.18 KJ在300个组分的平均热熔（KJ/kmol*）如下CpH2=29.23 CpN2=29.68 CpCO=29.88CpH2O=35.21 CpCO2=43.80 CpCH4=45.93Cp平均=29.23*0.3789+29.68*0.1513+29.88*0.0693+35.21*0.2084&+43.80*0.1833+45.93*0.89=33.41所以Q出=n* Cp平均*t=220.41*33.41*（380-220）=.7KJQ损=Q入-Q出=.18-.7=.48KJ95.5变换炉二段催化剂层及热量衡算（1）物料衡算二段催化剂层出口气体温度为331，平均温距为25。二段出口时N2、CH4含量不变，且CO转化率为71.8%，计算CO、H2O、CO2、H2含量：CO总反应量为：968.22*0.718=695.182Nm3CO + H2O CO2 + H2在一段，O2全部反应成H2O，2H2 + O22H2O故H2消耗：2*10.23=20.46Nm3 生产H2O：20.46Nm3故有H2：3300*0.3812+695.182-20.46=1932.68 Nm3H2O：1632.695-695.182+20.46=957.97 Nm3表5-5出二段催化剂层湿气的组成组分CO2COH2N2CH4H2SH2O合计含量%23.166.5246.150.840.210.2422.87100m3 (标)970.07273.041932.6834.988.9110.23957.974187.88kmol43.3112.1986.281.560.400.4642.77186.