学位论文-合成氨装置能量优化研究

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1、XX专业学位论文论文题目：合成氨装置能量优化研究硕士生：指导教师(校内)：指导教师(企业)：合成氨装置能量优化研究摘要针对大庆石化公司45万吨合成氨装置采用美国凯洛格工艺，以天然气、空气、水为原料生产氨。主要包括天然气转化、净化、压缩、合成等工序。本研究采用通用的国际流程模拟研究软件系统对中国石油大庆石化公司45万吨合成氨装置氨合成工段进行物料平衡、能量平衡的优化研究，分析目前生产装置的节约能源消耗的方法及可行性，通过优化研究，找到节能降耗的途径，解决实际问题。研究发现，在目前装置上通过向系统中补加氢气和空气的方法来

2、提高合成工段的有效气含量，进而提高合成塔内催化剂效率的方法来提高合成塔的产能，可达到节能、增产的目的。通过对大庆石化公司内部各个装置的调研发现，化工一厂裂解装置中有部分剩余氢气没有用途，需要作为燃料使用或者经火炬燃烧后向大气排空，形成极大地浪费。通过模拟研究发现，将该部分气体回收并补加到合成氨装置内部，同时在二段转化工段向体系补充所需要的空气，可以实现提高合成工段有效气含量的目的，进而提高合成塔内催化剂效率（提高合成塔出口气中氨浓度），可降低合成气循环比、使压缩机的负荷降低，使冷却器、加热器的负荷降低，提高热量回收效

3、率。最终可达到在天然气原料消耗基本不增加的情况下，年增产1.7万吨，吨氨能耗降低0.5GJ的效果，经济效益和社会效益明显。关键词：合成氨能量优化补加氢气目录学位论文独创性声明1学位论文使用授权声明1合成氨装置能量优化研究2摘要2目录3第一章　合成氨生产技术现状21.1我国合成氨工业现状21.2我国合成氨生产的技术现状31.3先进的合成氨生产技术41.4合成氨装置技术发展方向51.5大庆石化45万吨合成氨装置技术特点6第二章　建立合成氨流程模拟模型82.1装置流程概述82.2工艺流程图及物料平衡表142.3建立流程模拟

4、模型232.3.1ASPENPLUS软件简介232.3.2建立流程模拟模型的目的232.3.3模拟流程建立23第三章合成氨装置能量优化283.1合成氨装置能源消耗影响因素及能源消耗的核算283.2合成氨装置能源优化方法和过程293.3合成氨装置能源优化解决方案303.4解决方案的实际应用情况343.4.1项目实施投用343.4.2实际增产及节能效果35结论37EnergyOptimizingResearchForAmmoniaPlant39致谢40引言合成氨厂是化学工业的耗能大户，世界上大约1%的能源用于合成氨的生产

5、，围绕着节能降耗和能量的合理利用，国内外进行了大量的研究工作[1][2]。研究的重点有新型催化剂的研发、先进大型设备的使用、先进工艺的开发等三个方面，合成的生产也向着单系列、大型化的方向发展[3]。国内的大型合成氨装置都是60年代引进的，经过不断扩能改造，装置能耗逐渐降低，已经由42GJ//tNH3降低到27GJ//tNH3。大庆石化公司化肥厂45万吨/年合成氨装置是1976年引进美国凯洛格公司的技术，以天然气、空气、水为原料生产氨，副产二氧化碳。合成氨装置中一段转化炉、二段转化炉、三级冷冻、15MPa氨合成为美国凯

6、洛格公司专利，脱二氧化碳为美国苯菲尔公司专利。装置建成以来一共进行过5次大的技术改造，涉及到装置的各个工段。主要包括：（1）一段转化炉管更新为大口径薄壁HP50管改造；（2）一段转化炉对流段空气预热器盘管改造；（3）脱碳在四级闪蒸的基础上进一步改造；（4）合成塔改为S200型合成塔改造；（5）装置增加小合成塔，生产能力扩大到1500吨/天改造。经过不断改造，装置设计能耗由42GJ//tNH3，降低到35GJ/tNH3。而合成氨的理论能耗在21GJ//tNH3，所以该装置仍然有节能降耗的空间。本研究直接以大庆石化公司4

7、5万吨合成氨装置为对象，进行能量优化研究，前期利用ASPENPLUS模型软件，根据大庆石化公司合成氨装置以往生产实际数据，建立以优化能源为目标的模拟流程模型，应用模拟流程模型对装置生产情况进行研究，寻找节能优化方案。将模拟流程模型在各种工况下得到的数据与相同工况生产实际数据进行对比分析，研究数据的拟和性，从而得到模拟流程模型提供的研究优化方案和措施是否科学可行，可以直接对生产起到指导作用。39第一章　合成氨生产技术现状1.1我国合成氨工业现状合成氨工业是氮肥工业的基础，在国民经济中占有重要的地位，氨的生产过程需要消耗

8、大量能源，因此节能技术的研究和新型制氨工艺的开发一直是世界上极为关注的重要课题。可以说，合成氨工业是在节能技术的推动下不断向前发展的[4]。60年代美国凯洛格公司率先开发了以天然气为原料，采用单系列和蒸汽透平为驱动力的大型合成氨装置，使吨氨能源消耗降到41.87GJ，成为合成氨工业发展史上第一次大革命。70年代，由于受世界性能源危机和天然气价格