合成氨生产工艺.docx
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合成氨生产工艺.docx
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合成氨生产工艺
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。
因为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 N2=3要求,但是在实际生产中要求半水煤气 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/㎏ 1.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 2.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 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 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.由碳平衡计算吹风气量: 74.28/0.128=580Nm3 3.由氮平衡计算空气用量: [580×0.906-<0.77-0.02)]/<0.79×28/22.4)=530m3 空气带入水汽量: 530×1.293×0.0213=14.6<1.293为空气密度) 4.氢平衡<以千克计) 进项: a。 燃料带入氢量: 1.91 b.空气中水蒸汽带入氢量: 14.6×2/18=1.62 合计: 3.53 出项: a.吹风气中含氢量: 580×0.00438=2.54 b.吹风气中水汽含量: 3.53-2.54=0.99 合计: 3.53 5.氧平衡<以kg计) 进项: a.燃料带入氧量;空气中氧量: 5.40 b.空气中含氧量: 530×0.21×32/22.4=159 c.空气中水汽含氧量: 14.6×16/18=12.98 d.合计: 177.38 出项: a.吹风气中氧量: 580×0.288=167.04 b.吹风气中水汽含氧量: 8.91×16/18=7.92 c.合计: 174.96 误差: <177.38-174.96)/177.38×100%=1.36% 6.硫平衡<以kg计) 进项: 燃料带入硫量: 0.45 出项: 吹风气中含硫量: 580×0.0008=0.46 误差: <0.45-0.46)/0.45×100%=2.2% 4.3制气阶段的计算<以100kg入炉燃料为基准) 4.3.1物料衡算1.每Nm3半水煤气中含有的元素量,kg C=12/22.4×<0.075+0.321+0.0054)=0.215 H=2/22.4×<0.43+2×0.005)+2/34×0.00145=0.0390 O=32/22.4×<0.002+0.075+0.321×0.5)=0.340 N=28/22.4×0.1666=0.2083 S=32/34×0.00145=0.00136 2.由碳平衡计算半水煤气产量: 74.28/0.215=344Nm3 3.由氮平衡计算氮空气用量: <344×0.2083-0.75)/<0.79×28/22.4)=72Nm3 氮空气中含水汽量: 72×1.293×0.0213=1.982 4.氢平衡 已知和假设数据 上行半水煤气产量为XNm3 上行半水煤气中含水蒸汽量为0.25kg/Nm3 上、下吹蒸汽用量相等各为Wkg 下行半水煤气产量为<344-X)Nm3 下行半水煤气中含水蒸汽量为0.42kg/Nm3 为方便计算,假设上、下吹气体成分相同,上、下吹氮空气作为均匀加入计。 上行制气阶段氢平衡<以kg计) 进项:
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