合成氨氨合成资料讲解.ppt

径向冷激式合成塔 图 1.40 图 1.39 反应热回收利用 提高合成塔进气温度 加热热交换器，提高进气温度，余热回收量大 热能回收方式 加热锅炉给水（大厂常用） 副产蒸汽 锅炉位置：前置、中置、后置 4.7氨合成的工艺计算 一、合成工段的物料计算 1、氨分解基衡算法 系统体积减少的mol量=生成的氨的mol量 将任一点物料分解成元素状态，其数量必然相等，将氨分解为氢气和氮气所对应的量称为氨分解基气量，反应前后不变。 N0=Ni(1+yNH3,i), 系统体积减少数=生成的NH3的摩尔数 进塔气体摩尔数=出塔气体摩尔数+生成的NH3的摩尔数 利用零氨基表示，则为： 对合成塔内任意一点，上式都成立。故对塔进出口有： 2、氨合成产量和催化剂生产强度 合成反应的氨含量何以由反应前后的流量和氨含量的变化，通过物料衡算得到。 （1）氨产量（ kmol/h） （2）催化剂生产强度 定义：单位体积催化剂单位时间的产氨量。单位体积一般为m3，单位时间一般以每天或每小时计。 也可以用空速来表示催化剂的生产强度。 3、补充气的消耗量 由于合成新鲜气含有一定量的惰气，且实际生产中存在泄漏、溶解、和排放等损失，氨合成补充气的消耗不是一个定值，一般在2700~3000Nm3/t之间，具体数值可由物料衡算确定。，对合成系统物料： 合成系统 补充气 放空气 驰放气 成品液氨 当系统处于稳定状态的时候，补充的惰气应该与排除系统的惰气平衡，由此列出惰气平衡式： （1） 列分解基总气量衡算式 （2） 上式中： 和 —分别为补充气量和排放气量（含泄漏）Nm3/h; —分别是补充气和排放气惰气摩尔含量； —分别是液氨夹带的惰气量和总气量； —成品液氨量，t/h; —排放气中氨含量； 系数2635—合成每吨氨所需理论原料气消耗量。 联立以上二式，可得每小时新鲜气补充量 如果以每吨产品液氨的补充气消耗来计，则可表示为 每吨氨的排放气量为 当排放气中的氨回收时，上述的每吨氨的补充新鲜气的消耗Vm应除以系数 可见，降低补充气中的惰性气体含量，提高排放气中惰性气体含量和减少排放气中的氨损失，都可以使得吨氨新鲜补充气消耗降低。 4、氨合成率计算 合成率：反应中转化为氨的氢氮气与进塔总氢氮气的比值。 二、合成热量衡算 1、合成反应的绝热温升计算 氨合成反应为放热反应，在绝热情况下，随着反应的进行，温度在不断升高，而过程焓变为零。 N1，t1，yNH3,1 N2，t2，yNH3,2 △H N2，t1，yNH3,2 △H1 等温反应过程 △H2 升温过程 在一般合成塔进出口条件下，氨净值每升高1%，温升数增加约15℃ 2、冷管式合成塔的一般热量衡算 冷管式合成塔在催化剂层装有冷管装置，过程不再绝热，总焓变为负值，其数值正好等于冷管移走的热量，所以反应层的温度变化为 式子中 —分别为每摩尔进口态、出口态气体所排出的热量。 例1 以30.4MPa操作的kellogg流程为例，试计算吨氨补充气消耗和放空气量。已知新鲜气中CH40.7%,Ar0.291%，设放空气中CH411.13%,Ar5.57%，NH314%,每吨液氨溶解及夹带气体量为80Nm3/tNH3，其中惰性气体为10Nm3/tNH3。 解： 已知：S= 80Nm3/tNH3，Si= 10Nm3/tNH3, yim=0.007+0.00291=0.00991 yip=0.1113+0.0557=0.167 yNH3,p=0.14 带入数据得 Vm=2858Nm3/tNH3 排气量 带入数据得Vp=109.7Nm3/tNH3 若排放气中的氨回收，补充气消耗应该除以系数 =1.012 所以吨氨补充气量为 2858/1.012=2824Nm3/tNH3 例2 某30.398MPa操作的氨合成流程，补充气中CH40.7%,Ar0.291%，放空气中CH411.13%,Ar5.57%, NH310.5%，水冷氨分和冷凝塔氨分所分离的液氨量比值为35：65，水冷所得液氨温度为40 ℃，在27.358MPa下与放空气组成相平衡，氨冷所得的液氨温度为-5 ℃，在29.891MPa下与9.04%,Ar4.53%,