整體鍛焊式氨合成塔設(shè)計設(shè)想

1、整體鍛焊式氨合成塔設(shè)計設(shè)想我們知道，空氣中含有 78%（體積）的氮。但是大多數(shù) 植物不能直接吸收這種游離狀態(tài)的氮只有當(dāng)?shù)c其它元素 化合以后，才能為植物所利用。這種使空氣中游離態(tài)氮轉(zhuǎn)變 成化合態(tài)氮的過程，稱為“氮的固定” 。上世紀(jì)初，人們研究成功并在工業(yè)上實現(xiàn)了三種固定氮 的方法：電弧法、氰氨法和合成氨法。由于電弧法和氰氨法 在能耗和經(jīng)濟(jì)性方面都有較大欠缺，因此，從 1913 年工業(yè) 上實現(xiàn)氨的合成以后，合成氨法發(fā)展很快，到三十年代已成 為固定氮生產(chǎn)中的最主要方法。本次設(shè)計是在合成氨工業(yè)的基礎(chǔ)上，對合成氨工業(yè)中的 核心設(shè)備氨合成塔進(jìn)行設(shè)計。要求設(shè)計的氨合成塔，直 徑為 2200 毫米，筒體為整

2、體鍛焊式，內(nèi)部換熱器類型為固 定管板式換熱器。本次設(shè)計的最大特點為在常規(guī)設(shè)計的基礎(chǔ) 上筒體采用分析設(shè)計的方法，更好的節(jié)約了材料，降低了生 產(chǎn)成本，且更加安全可靠1.1 氨的發(fā)現(xiàn)與合成氨，是 1754 年由普里斯特利( Priestly )加熱氯化銨和 石灰時發(fā)現(xiàn)的。 1784 年，伯托利 (C.L.BerthoHet )通過分析， 確定氨是由氮和氫組成的。隨后一百多年人們在試驗室內(nèi)進(jìn) 行直接合成氮的研究工作， 但都未能成功。 到十九世紀(jì)末葉， 物理化學(xué)得到蓬勃發(fā)展，建立了化學(xué)熱力學(xué)、反應(yīng)動力學(xué)的 概念，大力開展基礎(chǔ)理論研究后，才使氨的合成在正確的理 論指導(dǎo)下進(jìn)行。1901年呂查得利(Le Ch

3、atelier)第一個提出氨的合成 條件是高溫、高壓，并采用一定的催化劑。 1912 年第一個日 產(chǎn)30噸的合成氨裝置在德國奧堡 (Oppau)建成，并在1913 年開始運(yùn)轉(zhuǎn)， 1 91 4年滿負(fù)荷生產(chǎn)， 這樣合成氨工業(yè)進(jìn)入了一 個新的時代。合成氨法的研究成功，不僅為獲取化合態(tài)氮開辟了廣闊 的道路，而且也促進(jìn)了許多科學(xué)技術(shù)部門(例如高壓技術(shù)、 低溫技術(shù)、催化、特殊金屬材料、固體燃料氣化、烴類燃料 的合理利用等)的發(fā)展1.2 合成氨生產(chǎn)的發(fā)展生產(chǎn)合成氨，首先必須制備氮、氫原料氣。氮?dú)鈦碓从?空氣，可以在低溫下將空氣液化、分離而得，或者在制氫過 程中直接加入空氣來解決。氫氣來源于水或含有烴類的各種

4、燃料，它取決于用什么 方法制取。最簡便的方法是將水電解，但此法由于電能消耗 大、成本高而受到限制?，F(xiàn)在工業(yè)上普遍采用以焦炭、煤、 天然氣、重油等原料與水蒸汽作用的氣化方法。除電解水方法以外，不管用什么原料得到的氮、氫原料 氣中都臺有硫化合物、一氧化碳、二氧化碳等，而這些不純 物都是氨合成催化劑的毒物。因此，在把氮、氫原料氣送去 氨合成以前，需將這些雜質(zhì)徹底除去。這樣，合成氨的生產(chǎn) 過程就包括三個主要步驟：第一步是造氣，即制備含有氮、氫的原料氣。第二步是凈化，無論選擇什么原料，用什么方法造氣， 都必須對原料氣進(jìn)行凈化處理，以除去氮、氫以外的雜質(zhì)。第三步是壓縮和合成，將純凈的氮、氫混合氣壓縮到高壓

5、，在催化劑與高溫條件下合成為氮。基于不同的原料和不同的凈化方法，可以派生出許多種合成氨生產(chǎn)流程。現(xiàn)將具有代表性的三種流程列舉如下：1. 無煙煤（焦炭）制合成氨的流程：圖1-1無煙煤（焦炭）制合成氨的示意流程2. 天然氣（輕油）加壓蒸汽轉(zhuǎn)化法制合成氨的流程:圖1-2天然氣（輕油）蒸汽轉(zhuǎn)化法制氨的示意流程3. 重油部分氧化法制合成氨的流程：重油造氣又有熱法凈化和冷法凈化兩類流程。前者為我國以重油為原料的中型氨廠所普通采用。但目前中型氨廠的 熱法凈化流程用于重油造氣并不合理，原料氣要經(jīng)過兩次變 換、兩次脫碳、三次脫硫和多次加熱冷卻，不但流程太長而 且能量損耗很大。比較合理的是冷法凈化流程，該流程將空

6、 分、氮洗、低溫甲醇洗三個低溫工序結(jié)合在一起，使冷量得 到合理利用，氣體精制度高，氮洗后精制氣不含甲烷，還可 大大減少合成吹出氣損失。音農(nóng)I 氟圖1-3重油造氣冷法凈化流程示意圖我國合成氨工業(yè)是在建國后才發(fā)展起來的，解放前我國 只有兩座合成氨廠，一是 1937年建立的南京永利寧廠，為 美國設(shè)備；另一座是1935年建立的大連化學(xué)廠，為日本和 德國的設(shè)備，這兩座廠解放前最高年產(chǎn)量（1941年）僅為4.8萬噸。建國后，經(jīng)過三十年的艱苦努力，我國才真正有了合成 氨工業(yè)?，F(xiàn)在已經(jīng)擁有多種原料、不同流程的大、中、小型合成氨廠一千多個，年產(chǎn)量已躍居世界第一位，而且有了一支從事合成氨生產(chǎn)的科研、設(shè)計、制造與施工的技術(shù)隊伍。早在六十年代中期，我國開始引進(jìn)一個以天然氣為原料的中 型氨廠；到七十年代初，又陸續(xù)從美國、法國、日本引進(jìn)了 13 套以天然氣、輕油以及重油和煤制氨的年產(chǎn) 30 萬噸氨的 大型裝置；再到八十年代又建成了四套年產(chǎn) 30 萬噸的合成 氨裝置，這不僅對增加氨的產(chǎn)量起了較大作用，而且也較快 地提高了我國合成氨的生產(chǎn)技術(shù)水平。今年來合成氨工業(yè)發(fā)展很快，大型化、低耗能、清潔生 產(chǎn)是合成氨工業(yè)發(fā)展的主流，技術(shù)改進(jìn)的主要方向是以降低 合成氨工業(yè)能耗，提高能量效