氨合成系统优化设计研究

摘要

在能源短缺趋势日益严重的情况下，当前对于生产能耗非常高的小型合成氨，面临着国家保护政策取消、原材料成本增加、环保治理投入大等困难。由此，只有技术领先的装置才会有生存的机会。否则，技术落后的小型合成氨装置必将面临淘汰局面。
　　本文针对华鲁恒升两套10万吨/年产能的高压氨合成装置面临着技术落后、能耗高的问题，应用ASPEN化工过程模拟软件，对氨合成装置进行模拟计算，依据计算结果对现有20万吨氨合成装置进行深入分析，找出能耗高的瓶颈，再设计一套规模相同的氨合成装置来替代两套高能耗的装置，以实现降低装置能耗的目的。
　　研究结果表明，通过对新鲜气补入流程及弛放气回收流程的优化后，系统阻力降低了0.05MPa，新鲜气的消耗减少了299Nm3/h。通过取消蒸汽过热器，增大废热锅炉的面积，增加除氧水预热器流程的优化后，多回收2.5MPa蒸汽3.3t/小时。通过增加后冷器流程的优化，节省了一台125万大卡氨压机的制冷量，降低了电耗。通过增加油水及氨分离器等设备后，解决了旋流板结构形成的液相扰动问题，解决了氨分排氨带气现象。同时，提高了分离器的分离效果及氨合成触媒的性能，提高装置的稳定性。合成氨优化设计的实际运行结果也证实，整套合成氨改造装置的节能降耗效果显著。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 氨合成工艺简述

1．2．1 美国的Kellogg工艺

1．2．2 丹麦Topsφe工艺

1．2．3 瑞士CASALE工艺

1．2．4 几种氨合成工艺技术对比

1．2．5 国内氨合成工艺简介

1．3 氨合成反应的影响因素

1．3．1 压力对氢合成反应的影响

1．3．2 温度对氨合成反应的影响

1．3．3 空速对氨合成反应的影响

1．3．4 塔进口组成对氨合成反应的影响

1．3．5 催化剂对氨合成反应的影响

1．4 本论文的研究目的及研究内容

1．4．1 研究目的

1．4．2 研究内容

第二章 氨合成流程及能量的工艺优化设计

2．1 设计条件

2．2 流程描述及流程简图

2．2．1 流程简述

2．2．2 现有20万吨装置流程简图

2．2．3 现有20万吨装置存在的问题

2．2．4 本研究模拟计算

2．2．5 本研究流程描述

2．3 工艺流程优化设计

2．3．1 原料气补入流程优化设计

2．3．2 弛放气回收流程优化设计

2．3．3 蒸汽过热器流程优化设计

2．3．4 增加除氧水预热器流程优化设计

2．3．5 增加后冷器流程优化设计

2．4 能量优化分析

2．5 本章小结

第三章 氨合成的换热优化及其设备结构的设计研究

3．1 氨合成塔

3．1．1 氨合成塔内件型式

3．1．2 氨合成塔结构特点

3．1．3 氨合成塔反应温度曲线图

3．1．4 氨合成塔设计参数

3．1．5 氨合成塔结构图

3．2 传热系统设备优化途径分析

3．2．1 传热理论分析

3．2．2 换热器模拟计算

3．2．3 溴化锂制冷机组技术应用

3．2．4 蒸发式冷凝器技术应用

3．3 设备优化设计

3．3．1 氨吸收塔优化设计

3．3．2 油水及氨分离器优化设计

3．4 主要设备一览表

3．5 本章小结

第四章 氨合成系统优化设计的实际效果

4．1 单元操作设备变动影响

4．1．1 换热设备

4．1．2 油水及氨分离器

4．2 新老装置能耗对比

4．3 新鲜气阻力降及温度变化情况

4．4 弛放气回收情况

4．5 除氧水预热器运行情况

4．6 热交换器运行情况

4．7 后冷器运行情况

4．8 蒸发式冷凝器运行情况

4．9 氨分离器运行情况

4．10 本章小结

第五章 结论及建议

5．1 结论

5．2 建议

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

作者和导师简介