年产10万吨合成氨合成车间工艺设计任务书.doc

化工设计概论课程 （年产10万吨合成氨合成车间工艺设计） 年产10万吨合成氨合成车间工艺设计 目录 一、设计任务 2 1.1.1项目名称 2 1.1.2生产产品 2 1.1.3设计规模 3 1.1.4全年生产时间 3 1.1.5生产模式 3 1.1.6建厂地区 3 1.1.7水电气供应 3 1.1.8广西扶绥地区水文地质资料 3 二、概论 3 2.1.1氨的历史背景 3 2.1.2氨的性质 4 2.1.3氨的用途 4 三、合成氨工艺流程 5 3.1合成氨原料(氮气)的制备 5 3．1.1氮气的性质 5 3.1.2氮气的制备 6 3.1.3深冷空分制氮 6 3.1.4分子筛空分制氮 6 3.1.5膜空分制氮 7 3.1.6 PSA制氮装置 8 3.1.7几种空分方法的比较 8 3.2合成氨原料（氢气）的制备 10 3.2.1氢气的性质 10 3.2.2氢气的制备 12 3.2.3电解制氢技术 12 3.2.1制氨典型流程 12 3.2.2以焦炭（无烟煤）为原料的流程 12 3.2.3 以天然气为原料的流程 13 3.2.4 以重油为原料的流程 13 一、设计任务 1.1.1项目名称：年产10万吨合成氨合成车间工艺设计 1.1.2生产产品：合成氨（NH3）单质氮在常况下是一种无色无臭的气体，在标准情况下的气体密度是1.25g·dm-3，熔点63K,沸点75K，临界温度为126K，它是个难于液化的气体。在水中的溶解度很小，在283K时，一体积水约可溶解0.02体积的N2。氮气在极低温下会液化成白色液体，进一步降低温度时，更会形成白色晶状固体。通常市场上供应的氮气都盛于黑色气体瓶中保存。 H2的反应显弱氧化性：N2+ 3H2== 2NH3（工业合成氨） （2）与O2的反应显还原性：放电化合：N 2 +O2==2NO（无色，有毒，与血红蛋白结合） NO易被氧化：2NO + O2 == 2NO2（红棕色，有毒，刺激呼吸器官） NO2易溶于水：3NO2 + H2O ==2HNO3 + NO （NO2不是HNO3的酸酐） 2NO2 ? N2O4 （无色）（注①雷雨肥过后庄稼会对N2 、NO 、NO2 、HNO3 等硝酸盐进行吸收。 ②NO、NO2是大气污染物，NO2能造成光化学烟雾。） 3.1.2氮气的制备:在工业中有三种，即深冷空分法、分子筛空分法(PSA)和膜空分法。 3.1.3深冷空分制氮 深冷空分制氮是一种传统的制氮方法，已有近几十年的历史。它是以空气为原料，经过压缩、净化，再利用热交换使空气液化成为液空。液空主要是液氧和液氮的混合物，利用液氧和液氮的沸点不同(在1大气压下，前者的沸点为-183℃，后者的为-196℃)，通过液空的精馏，使它们分离来获得氮气。深冷空分制氮设备复杂、占地面积大，基建费用较高，设备一次性投资较多，运行成本较高，产气慢(12～24h），安装要求高、周期较长。综合设备、安装及基建诸因素，3500Nm3／h以下的设备，相同规格的PSA装置的投资规模要比深冷空分装置低20％～50％。深冷空分制氮装置宜于大规模工业制氮，而中、小规模制氮就显得不经济。 3.1.4分子筛空分制氮 以空气为原料，以碳分子筛作为吸附剂，运用变压吸附原理，利用碳分子筛对氧和氮的选择性吸附而使氮和氧分离的方法，通称PSA制氮。此法是七十年代迅速发展起来的一种新的制氮技术。与传统制氮法相比，它具有工艺流程简单、自动化程度高、产气快(15～30分钟)、能耗低，产品纯度可在较大范围内根据用户需要进行调节，操作维护方便、运行成本较低、装置适应性较强等特点，故在1000Nm3／h以下制氮设备中颇具竞争力，越来越得到中、小型氮气用户的欢迎，PSA制氮已成为中、小型氮气用户的首选方法。 3.1.5膜空分制氮 以空气为原料，在一定压力条件下，利用氧和氮等不同性质的气体在膜中具有不同的渗透速率来使氧和氮分离。和其它制氮设备相比它具有结构更为简单、体积更小、无切换阀门、维护量更少、产气更快(≤3分钟)、增容方便等优点，它特别适宜于氮气纯度≤98％的中、小型氮气用户，有最佳功能价格比。而氮气纯度在98%以上时，它与相同规格的PSA制氮机相比价格要高出15%以上。 制氮工艺流程： 变压吸附气体分离装置工作原理与工艺概述 变压吸附(Pressuer Swing? Adsorption，简称PSA)气体分离技术是一种利用气体不同组份对吸附剂的吸附能力不同，通过控制压力的增减实现气体分离的新技术。 3.1.6 PSA制氮装置 PSA空气制氮装置是以空气为原料，以碳分子筛为吸附剂，运用变压吸附原理，使充满微孔的碳分子筛对气体分子有选择性的吸附，从而达到氧、氮分离的目的，获得产品氮气。碳分子筛对空气中的氧和氮的分离原理为：这两种气