6万吨合成氨造气工段工艺设计——毕业设计6万吨合成氨造气工段工艺设计摘要摘要：本设计6万吨/年合成氨造气工段工艺设计采用块煤送入造气炉制气，该工艺技术成熟，结合湖北宜化丰富的生产和管理经验，在同行业中具有热量回收充分、消耗低、低成本等优势。

根据已知参数，利用所学知识对合成氨的工艺流程进行设计，工艺计算，并对设备进行了选型。

关键词：造气炉；已知参数；工艺衡算；设备计算目录摘要 (2)1．前言 (4)2.物料及热量衡算 (7)2.1.被损耗燃料各组分量的计算 (9)2.2.炉渣生成量的计算 (9)2.3.计算带出物及炉渣中各组分的总重量 102.4.燃烧气化后进入煤气中各元素的量 (11)3.空气吹分阶段的计算 (12)3.1.物料衡算 (12)3.2.热量衡算 (13)4.蒸汽吹送阶段的计算 (16)4.1.物料衡算 (16)4.2热平衡计算 (19)5总过程计算 (23)5.1燃料使用分配 (23)5.2吹风气产量 (23)5.3物料平衡 (23)5.4 热量平衡 (26)5.5 配气计算 (27)5.6 消耗定额（以吨氨为基准） (28)6主要设备工艺计算 (31)6.1空气鼓风机的计算 (31)6.2煤气发生炉的计算 (33)6.3废热锅炉的计算 (34)6.4洗气塔 (37)7结论 (42)参考文献 (43)致谢 (44)1．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。

本次设计采用间歇式固体煤气发生炉造气，余热回收，具有环保、节能的优势。

现对造气工段主要工艺做一下简介。

1.固定层煤气发生炉制造的煤气根据气化剂不同, 工业煤气一般分以下四种:空气煤气: 以空气为气化剂制取的煤气,合成氨生产中也称吹风气.水煤气: 以水蒸汽为气化剂制取的煤气.混合煤气: 以空气和适量的水蒸汽为气化剂制取的煤气.半水煤气: 组成符合(氢气+氧化碳)与氮气体积比为3.1---3.2的混合煤气,即合成氨原料气2.煤气发生炉自上而下分为干燥层,干馏层,还原层,氧化层,灰渣层.干燥层: 一般不产生气化反应,此区内的燃料因刚加入炉内,故温度低,主要是通过吹风时的吹风气,上吹时的煤气,以及下吹时的过热蒸汽,通过此区域时,将此区域的水蒸发掉,起干燥预热的作用.干馏层: 此区燃料受到热气体连续加热并分解放出低分子烃,在热分解时析出水份,醋酸,硫化氢,甲烷等,气化剂通过此区域时一般不发生反应.还原层: 此区域是气化层发生气化反应的主要区域之一,由氧化层来的CO2还原生成CO及水蒸汽分解为氢气,燃料依靠与热的气体换热被再次预热,此区域的化学反应是:CO2+C=2COH2O+C=CO+H22H2O+C=CO2+2H2CO+H2O=CO2+H2氧化层: 在煤气炉的整个燃料中此区域的温度最高,燃料中的C与空气中的O 2产生反应,其反应C+O2+3.76N2=CO2+3.76N22C+O2+3.76N2=2CO+3.76N2氧化层与还原层总称为气化层.灰渣层: 燃料经过气化后,剩余物质称为灰渣,灰渣与炉体最下部分称为灰渣层,在生产中起到预热气化剂,保护炉篦和承受燃料层骨架的作用.3.间歇式制气通常分为五个阶段进行:吹风阶段: 空气从炉底吹入,进行气化反应,提高燃料层的温度.上吹制气阶段:蒸汽和加氮空气从炉底送入,经气化反应生成煤气送入气柜.下吹制气阶段: 水蒸气自上而下通过燃料层生成的煤气也送入气柜，其目的是吸收炉内热量可降低炉顶温度,使气化层恢复到正常位置,同时使炭层温度增高,有利于燃尽残碳.二次上吹制气阶段: 蒸气由炉底入炉将炉底下部管道中的煤气排净,为吹风做准备俗称安全上吹.吹净回收阶段: 二次上吹后炉上部分空间出气管道及有关设备都充满煤气,如吹入空气立即放空或送三气将造成浪费,因此转入吹风之前,从炉底部吹入空气,与产生的空气煤气与原来残留的水煤气一并送入气柜加以回收。

造气炉图示4.本次工艺设计计算的根据说明(1).原料采用无烟块煤。

（2）.基本数据主要是参照湖北宜化以及煤炭科学研究所的实测结果，并作了相应的适当调整。

加氮方法是采用上吹加氮，即开始上吹的同时，吹风暂不关闭，继续由空气管路向炉内送空气，一并回收到系统中去。

加氮时间可根据半水煤气成份要求随时调整。

显然，这种方法不如上、下吹全过程均匀加氮的效果好，但简单方便，亦可以满足生产需要。

为简化计算，按照蒸汽吹送阶段均匀加氮来进行计算。

2.物料及热量衡算计算基准：以100kg块状无烟煤为原料。

本设计中块煤来源于山西，根据鄂尔多斯联合化工有限公司造气工艺指标分析参数以及相关调整制定已知条件如下：表2-1燃料组成及热值序号成份 C H O N S A1 W 合计1 重量（%）湿78.011.44 0.45 0.76 0.4813.765.1 1002 重量（%）干82.2 1.52 0.4740.80.50614.5 —100燃料热值：28164.6KJ/kg其中：A1为灰份W为水份表2-2吹风气组成成份H2CO CO2N2CH4O2合计H2S体积（%） 2.90 5.45 16.9673.570.5060.40 1000.8281g/m3(标)表2-3水煤气组成成份H2CO CO2N2CH4O2合计H2S体积（%）41.531.757.8017.820.78 0.35 100 1.353g/m3(标)表2-4炉渣组成成份 C S A 合计重量% 14.8 0.2 85 100表2-5 各种物料进炉的温度名称温度空气30℃吹风气450℃上行煤气400℃下行煤气250℃炉渣250℃蒸汽压力（0.10MPa）220℃查过热蒸汽过热焓値表得焓値：=2914.01KJ/kg表2-6生产循环时间序号操作名称吹风上吹下吹二次上吹空气吹净合计1 % 20 31 40 6 3 1002 时间 ,S 30 46.5 60 9 4.5 1502.1.被损耗燃料各组分量的计算燃烧在炉中被带出的损失量按照4kg计算，其为干燃料，根据表1-1燃料组成及热值计算求得。

其中被损耗燃料中各组分之重量为：表2-7被损耗燃料中各组分之重量序号元素组成，重量% 各组分重量，kg1 C 82.2 4×0.822=3.2882 H 1.52 4×0.0152=0.06083 O 0.474 4×0.0474=0.0194 N 0.8 4×0.08=0.0325 S 0.506 4×0.0506=0.02026 A214.5 4×0.145=0.58合计100 42.2.炉渣生成量的计算按照标准100kg燃料计算12313.760.5815.50590.85A A L kg A --===其中12313.760.5815.50590.85A A L kg A --=== 1A 为100kg 块状无烟煤中灰份量（湿基）。

2A 为燃烧在炉中被带出的损失量按照4kg 计算时灰份量。

3A 为炉渣组成中灰份量。

由此可以炉渣中各组分的生成量为： C: 15.50490.148 2.2949c L kg =⨯= S: 15.50490.0020.00310s L kg =⨯= A: 15.50490.8513.18A L kg =⨯= 由此可得：A C S L L L L =++2.29490.003113.1815.5059A C S L L L L kg =++=++=2.3.计算带出物及炉渣中各组分的总重量根据表1-7被损耗燃料中各组分之重量计算和上式炉渣生成量的计算求带出物及炉渣中各组分的总重量。

C: 3.288 2.2949 5.5829C kg =+= H: 0.0608H kg = O: 0.019O kg = N: 0.032N kg =S: 0.02020.03100.0512S kg =+= A: 0.5813.1813.76A kg =+= 总计：19.5059kg2.4.燃烧气化后进入煤气中各元素的量根据上式计算的带出物及炉渣中各组分的总重量和式2-1求得：C:78.01 5.582972.4271C kg=-=H:21.44 5.100.0608 1.945918H kg=+⨯-=O:160.045 5.100.019 4.964318O kg =+⨯-=N:0.760.0320.728 N kg =-=S:0.480.05120.4288 S kg=-=总计：80.4941kg计算误差：100(19.505980.4941)0%100-+==3.空气吹分阶段的计算3.1.物料衡算3.1.1.每标准吹风气中各元素的含量计算C: 12(0.05450.16960.0072)0.123922.4C kg =++=H: 22(0.0290.00722)0.00082810.0039222.434H kg=⨯+⨯⨯⨯=O: 32(0.0040.16960.50.0545)0.286922.4O kg =++⨯=N: 280.73570.919622.4N kg =⨯=S:320.00082180.00079434S kg =⨯=3.1.2.由碳平衡计算吹风气产量 372.4271584.56090.1239m ==（标准） 3.1.3.由氮平衡计算空气用量 3584.56090.91960.728543.63280.7922.4m ⨯-==⨯（标准）计算由空气带入水汽量空气 （相对湿度：80%） 30℃由物化手册查得空气中水汽含量为：0.0213kg(水汽)/kg （干气） 空气带入水汽量为：543.63 1.2930.021314.9720kg=⨯⨯=3.1.4.氮的平衡进：燃料带入氢1.9459kg （2.4计算已得）空气中水汽带入氢 214.972 1.663518kg=⨯=合计： 1.9459 1.6635 3.6094kg =+=出：吹风气中的氢584.56090.00392 2.2916kg =⨯=吹风气中水汽含氢3.6094 2.2915 1.3179kg =-=合计为： 2.2915 1.3179 3.6094kg=+=吹风气中水汽含量181.317911.96112kg ⨯=故可得每标准吹风气中水汽含量为： 11.86110.0203584.5609kg =3.1.5.氧的平衡进：燃料带入氧4.9643kg （2.4计算已得）空气中带入氧 32543.630.21163.09922.4kg=⨯⨯=空气中水汽带入氧 1614.97213.308418kg=⨯=合计： 4.9643163.08913.3084181.3617kg =++=出：吹风气中的氧:584.56090.2869167.711kg =⨯= 吹风气中水汽含氧1611.861110.543218kg =⨯=合计为： 167.71110.5432178.2542kg =+=误差：181.3617178.2542100% 1.71%181.3617-=⨯=1.1.2. 硫的平衡进：燃料带入硫0.4288kg （2.4计算已得）出：吹风气中带入硫 0.0007794584.56090.4559kg ⨯=3.2.热量衡算3.2.1进项燃料发热量：10028164.62816460KJ ⨯= 燃料显热：10030 1.04673140.1KJ ⨯⨯=式中1.0467为燃料的比热容：/()o KJ kg C ⋅ 根据燃料情况估算。