合成氨系统节能降耗改造及工艺流程模拟的研究

【摘要】：合成氨工艺是化工基础行业之一，对国民经济起着重要的促进作用。本文根据中国石化湖北化肥分公司合成氨改造项目，对节能降耗技术进行研究。该技术是通过降低压缩机循环段入口合成气流量，降低分离氨的冷冻量以达到节能降耗的目的。先对增设的分子筛进行节能措施的研究，再针对氨合成回路的改造，进行过程计算。主要运用过程系统模拟软件Aspen Plus对合成氨系统进行模拟计算，通过选取合适的物性方法和单元模型，确定断裂流股与收敛方式，再输入流股信息和单元模块的操作数据，对软件进行运行，模拟得出结果。并且与工厂生产值进行对比，发现误差较小，可以用于合成氨系统物料及能量平衡计算。计算结果表明，合成氨系统经过改造后，明显产能增加，且达到了节能降耗的目的。因此该改造工艺有利于企业的长久发展。 本文重点介绍了湖北化肥分公司的合成氨改造项目，该项目采用最新的Shell煤气化工艺，在丹麦TopsΦe公司的Insitu S-200技术上，对合成氨装置进行了增产节能改造。 本文的研究结果如下： （1）增设分子筛设备后，合成气含氧化物总量≤0.001%。分子筛吸附后，入塔气中H_2O、CO_2和CO含量显著下降，即气体质量提高，进而增加催化剂的活性，延长催化剂寿命；用分子筛后，使回路的“冷”“热”位置合理，弛放气位置在分氨之后，位置更合理，可以省下弛放气氨冷器125-C的冷量；新增分子筛干燥净化系统正常操作时，系统压力降较小，由此最大限度地减少了由于新增分子筛系统而造成的合成气压缩机高、低压缸之间的压力损失，节约了压缩机的功耗； （2）由于合成氨工艺复杂，选用流程模拟软件Aspen plus对合成氨技术合成系统进行流程模拟。选取RK-SMHV2物性方法，合成塔采用R-plug模块，选取Wegsstein法作为收敛方法，较好了反应了合成氨系统的实际生产情况。先将结果与工厂生产值进行对比，发现误差较小，结果较吻合。再进行合成氨系统改造前与改造后的物料及热量平衡计算。计算结果经过对比发现可知： （a）系统进行改造后，换热装置的热负荷减少7.78%，冷冻系统冷冻能力提高26.52%，出口氨浓度也提升0.8%，日合成氨生产能力了提高11%。合成氨生产能力得到提高，装置能耗进一步降低； （b）新鲜气与循环气一起不经氨冷器而直接进入合成塔，降低冷冻系统负荷，降低了氨冷及水冷的能耗。 （3）合成氨回路及分子筛节能技术改造使用后，2006年6月一次开车成功，在近一年的运行中，各项指标基本达到设计要求。 【关键词】：合成氨 分子筛 回路改造 流程模拟 节能降耗
【学位授予单位】：武汉工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TQ113.26
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 文献综述10-26
• 1.1 引言10-11
• 1.2 合成氨生产现状11-22
• 1.2.1 合成氨原料12-14
• 1.2.2 合成氨生产设备改进14-19
• 1.2.3 合成氨工艺技术改进19-21
• 1.2.4 流程模拟与优化21-22
• 1.3 课题来源与背景22-23
• 1.4 课题研究目的与意义23-24
• 1.5 本课题研究内容24-26
• 第2章 系统改造方案及节能措施研究26-34
• 2.1 改造方案的介绍26-31
• 2.1.1 工艺原理28-29
• 2.1.2 合成氨工段主要流程29-31
• 2.2 节能措施的研究31-34
• 2.2.1 分子筛节能措施的研究32
• 2.2.2 合成回路改造后的预期节能效果32-34
• 第3章 合成氨系统流程模拟34-52
• 3.1 合成氨热力学及动力学基础34-36
• 3.1.1 合成氨热力学34-35
• 3.1.2 合成塔反应动力学35-36
• 3.2 合成氨系统操作数据36-37
• 3.3 合成氨单元模型选择37-39
• 3.3.1 压缩机模型38
• 3.3.2 换热器模型38
• 3.3.3 反应器模型38
• 3.3.4 闪蒸器模型38
• 3.3.5 物流分割与混合模型38-39
• 3.4 物性方法39-40
• 3.5 断裂流股与收敛40-41
• 3.6 流程模拟部分结果与分析41-42
• 3.7 改造后合成氨系统模拟结果42-46
• 3.8 改造前合成氨系统模拟结果46-51
• 3.9 小结51-52
• 第4章 结论与展望52-54
• 参考文献54-60
• 附表60-62
• 致谢62

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