200万吨焦化厂硫铵工段论文大学学位论文.doc

中国矿业大学2009届本科生毕业设计 第 9 页 本科生毕业设计设计题目：200万吨/年焦化厂硫铵工段设计 中国矿业大学毕业设计任务书学院 专业年级 学生姓名 任务下达日期： 毕业设计日期： 毕业设计题目：200万吨焦化厂硫铵工段设计毕业设计专题题目：毕业设计主要内容和要求： 对200万吨年焦化厂进行主要物料计算，确定配套的氨回收工段的主要设计依据。确定氨回收的工艺流程，并根据硫铵生产的工艺，进行设计的工艺计算、设备的选型计算、进行工艺布置，并绘制工艺流程、工艺布置和主要非标设备的图纸，对整个工段的建设进行投资估算和效益分析 院长签字： 指导教师签字：中国矿业大学毕业设计指导教师评阅书指导教师评语（基础理论及基本技能的掌握；独立解决实际问题的能力；研究内容的理论依据和技术方法；取得的主要成果及创新点；工作态度及工作量；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩： 指导教师签字： 年 月 日中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书评阅教师评语（选题的意义；基础理论及基本技能的掌握；综合运用所学知识解决实际问题的能力；工作量的大小；取得的主要成果及创新点；写作的规范程度；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩： 评阅教师签字： 年 月 日 中国矿业大学毕业设计答辩及综合成绩答 辩 情 况提 出 问 题回 答 问 题正 确基本正确有一般性错误有原则性错误没有回答答辩委员会评语及建议成绩：答辩委员会主任签字： 年 月 日学院领导小组综合评定成绩：学院领导小组负责人： 年 月 日摘 要 本设计为年产焦炭200万吨焦化厂回收车间硫铵工段的工艺设计，该焦化厂拟建于徐州市西北郊区。本设计内容包括：生产原理、工艺流程、计算及设备的选型、工艺布置、操作规程、成本估算、经济分析等。 本设计采用技术较成熟的饱和器法中的半直接法来回收煤气中的氨，工艺流程如下：从冷凝工段来的煤气首先进入煤气预热器，然后进入饱和器，在饱和器内，煤气中的氨与硫酸反应生成硫铵，硫铵经后续操作分离，从饱和器出来的煤气送往粗苯工段。 计算部分包括物料衡算和热量衡算，通过对主要设备如饱和器、煤气预热器、沸腾干燥器等的计算来确定适宜的母液温度和煤气预热温度，同样可以确定本设计所需的三台饱和器及其它设备。 同时，根据设计规模，对工艺布置和操作流程做了简要说明，对非工艺部分提出了一些具体要求。 此外还给出了图纸目录说明和设备一览表。关键词：焦炭；饱和器；氨；硫铵。一、设 计 任 务 书1、设计项目名称：为年产200万吨焦碳的焦化厂设立硫铵工段。2、生产方法：3、生产能力：4、原料组成：5、辅助设备： 6、设计时间：二、设计的基础数据1、设计地点:徐州2、气象条件：本地区属海洋性气候，具有大陆性气候特点：年平均气温： 14极端最高气温： 40.6极端最底气温： 22.6 大气压力：冬季 767mmHg夏季 751mmHg降水量（年）： 869.9mm降水天数（年）： 91.7d平均相对温度： 71%最大积雪厚度： 25cm最高地下水位： 1.251.75mm最大风速： 23.4m/s最大平均风速： 19.3m/s最多风向几频率：全年 东、东北夏季 东、东南 3、设计的基础资料 1.地理位置 徐州焦化厂位于徐州的西面，用水主要用地下水、自来水和本厂的处理循环水。硫铵工段属于焦化厂的回收车间。它设立在回收车间的冷凝鼓风工段和粗笨工段之间。 4、设计的基础数据 假设年产200万吨的焦化厂用的是265孔的7.63米焦炉。每孔有效容积 78.84m3，结焦时间25小时，配煤的挥发份为26%，氨产量为加煤的0.3%；剩余氨水的含氨量为3.5g/l；装炉干煤的表面水为10%；煤气在初冷器冷却的温度为30度，进入硫铵工段的温度为45度。中国矿业大学2009届本科生毕业设计 目 录1.绪论- 1 页1.1. 2008年焦炭市场形势预测分析- 1 页1.2. 焦化产品的回收与加工- 4 页1.3. 氨的用途、质量标准及各类生产方法- 5 页1.3.1 关于产品硫酸铵- 5 页1.3.2 硫酸铵质量标准- 5 页1.3.3 硫酸铵生产的方法- 6 页1.4. 四种硫铵生产工艺- 7 页1.4.1 老式的饱和器法- 7 页1.4.2 酸洗法- 7 页1.4.3 喷淋饱和器法生产硫铵- 7 页1.4.4 间接饱和器法生产硫铵的工艺- 8 页1.5. 各类饱和器- 8 页1.5.1 较传统的饱和器- 8 页1.5.2 泡沸伞式饱和器- 9 页1.5.3 喷淋泡费型饱和器- 9 页1.5.4 喷淋式饱和器- 10 页1.6 喷淋式饱和器的优点- 10 页.饱和器法生产硫铵原理- 12 页2.1. 物理性质- 12 页2.2. 硫铵用途- 12 页2.3. 生产的工艺流程- 13 页2.4. 硫酸氨的结晶过程- 15 页2.5. 原料来源及其选择- 15 页2.6. 硫桉结晶影响因素- 16 页.饱和器法生产硫铵工艺流程及主要设备- 19 页3.1. 硫酸氨的结晶过程- 19 页3.2. 原料来源及其选择- 21 页3.3. 硫桉结晶影响因素- 22 页.设备计算- 23 页4.1. 焦炉选型及计算- 23 页4.2. 饱和器的物料平衡、热平衡和结构尺寸的确定- 24 页4.3. 热平衡及煤气预热器出口温度的计算- 28 页4.4. 饱和器的基本尺寸- 32 页4.5. 除酸器的计算和选型- 33 页4.6. 离心机- 34 页4.7. 沸腾床干燥器- 35 页4.7.1原始数据- 35 页4.7.2沸腾床最底流态化速度G计算- 35 页4.7.3干燥器直径的确定- 36 页4.8. 煤气预热器的计算与选型- 37 页4.8.1原始数据- 37 页4.8.2热量恒算- 37 页4.9. 蒸氨塔及附属设备的计算- 39 页4.9.1蒸氨塔的计算- 39 页4.10. 氨分凝器- 43 页4.11. 氨水换热器- 44 页4.12. 干燥系统有关设备- 45 页4.12.1 旋风分离器计算选型- 45 页4.12.2通风机的计算与选型- 46 页4.13. 其他设备- 47 页4.13.1结晶槽- 47 页4.13.2硫铵高位槽- 47 页4.13.3废氨水槽- 48 页4.13.4母液槽- 48 页4.13.5泵的选型- 48 页.工艺布置- 50 页5.1.1 工段布置- 50 页5.1.2 饱和器机组设置布置- 50 页5.1.3 离心干燥系统设备布置- 50 页5.1.4 蒸氨系统设备的布置- 51 页5.1.5 其他- 51 页5.2 布置说明- 51 页5.2.1 工段布置- 51 页5.2.2 楼体前包和器机组的布置- 51 页5.2.3 离心干燥系统布置- 51 页5.2.4 蒸氨系统及其它- 52 页.硫铵工段生产主要操作及定员- 52 页6.1 硫酸铵工段主要控制指标- 52 页6.1.1 设计指标- 52 页6.1.2 操作条件- 52 页6.1.2.1 温度制度- 52 页 6.1.2.2 压力制度- 52 页6.1.2.3 其它- 53 页6.2 正常操作- 53 页6.2.1 饱和器系统岗位操作（饱和器工）- 53 页6.2.2 循环系统岗位操作(泵工)- 53 页6.2.3 离心分离系统（离心泵工）- 54 页6.2.4 干燥系统（干燥工）- 54 页6.2.5 成品工- 54 页6.2.6 试剂库工- 54 页6.3 饱和器的开、停工、倒机操作- 55 页6.3.1 开车前准备工作- 55 页6.3.2 饱和器开工操作- 55 页6.3.3 饱和器的停工操作- 55 页6.3.4 饱和器的换机操作- 56 页6.4 特殊操作- 56 页6.4.1 突然停电- 56 页6.4.2突然停蒸汽- 56 页6.4.3 突然停水- 56 页6.5 劳动定员- 56 页6.5.1 定员的依据- 56 页6.6 岗位责任制- 57 页6.6.1 饱和器工- 57 页6.6.2泵工- 57 页6.6.3离心机工- 57 页6.6.4 沸腾干燥器工- 57 页6.6.5包装工- 57 页7.非工艺部分- 57 页7.1 土建部分- 57 页7.2 供排水- 58 页7.2.1 供水- 58 页7.2.2排水- 58 页7.2.3 供电- 58 页7.3采暖通风- 59 页7.4仪表,电气连锁及检化验项目- 59 页7.4.1仪表项目- 59 页7.4.2 电气连锁项目- 60 页7.4.3 检化项目- 61 页7.5 设备维修- 62 页7.6 其他部分- 62 页7.6.1 供气- 62 页7.6.2放火防爆等级- 62 页7.6.3 其他- 62 页8.设备一览表- 63 页9.综合概算与经济分析- 65 页9.1 综合概算- 65 页9.1.1 编制依据- 65 页9.1.2 概算过程- 66 页9.1.3 工程概算表- 69 页9.2 成本估算与经济分析- 70 页9.2.1 生产成本估算- 70 页9.2.2 经济分析- 72 页10.图纸说明- 74 页11.参考文献- 75 页中国矿业大学2009届本科生毕业设计 第 81 页 1绪论. 2008年焦炭市场形势预测分析由于今年国内钢材市场上升走势强劲，在很大的程度上带动了铁矿石、煤、焦、生铁、废钢和铁合金以及耐材等原燃辅料价格也连续上涨，其中国内主要的冶金焦市场价格截至11月中旬累计比年初市场价格上涨了40以上，这使国内钢厂降低焦比的努力显得更加微不足道，因为尽管今年前9各月国内重点钢铁企业的入炉焦比比上年同期降低了4.85KG，但同期冶金焦的价格却也累计上涨了400-450元/吨。除了给钢厂的生产成本和利润带来压力以外，国内焦炭的出口也面临着两难的选择，一方面出口焦炭价格走出了2006年的价格低谷开始迅速回升至2005年的价格水平；另一方面2008年出口焦炭又将遭到国内进一步的配额控制。展望2008年冶金焦市场形势，对钢厂而言不容乐观。 一、国内焦炭价格增长迅猛，钢厂采购成本大幅度增加。预计2008年在钢市高位运行的态势下，焦炭价格将保持平稳略降的运行态势，但不会出现05年那样的大幅度下跌走势。一方面，国内粗钢增速进一步放缓，降低了焦炭需求增长；另一方面，国家对高污染、高能耗的产业控制政策逐渐收紧，对国内供应和出口都会产生较大的影响。 1、根据中国钢铁工业协会的统计数字，今年前9个月国内大中型钢企累计冶金焦平均采购成本为1108元/吨，同比增长了21.61。其中9月份单月平均冶金焦采购成本为1222元/吨，同比增长了26.99，比年初数字上升了22.8。冶金焦价格自2006年年初以来至今，基本保持了上涨的走势，华北地区唐山市场和华东地区上海市场2006年年度内累计涨幅分别在16.1和5.7，而在2007年前11个月中，上述两个市场的焦炭价格累计涨幅分别达到了41.6和41.4。焦炭价格在今年内加速上涨态势明显，主要得益于国内粗钢生产产量的迅速增长，9月份单月国内粗钢累计产量就达到了4271万吨，同比增长了17.5。这个产量增速实际上是自今年4月份以来最快的产量增速。当然冶金焦价格的上涨还有其他的因素，炼焦煤价格也是价格上涨的动力因素之一。生产焦炭的原材料炼焦煤在中国属稀有煤种，中国目前是炼焦煤的净进口国，根据海关总署统计数据，今年前9个月，国内累计净进口炼焦煤20.3亿吨。根据中国钢铁工业协会的统计数字，今年前9个月，国内大中型钢企的炼焦煤平均采购成本同比增加了53.33元/吨，增长7.95。 2、国内粗钢和焦炭产量年内累计同比增速均呈大幅度回落的趋势，但焦炭产量增速的下降幅度较粗钢增速降幅更为明显。 国际钢协预测2008年全球钢材需求增长6.8，国内2008年的也将有10左右的增长速度。预计2007年全年我国粗钢产量4.8亿吨左右，比上年增长14，2008年增长保持在10左右；预计2007年焦炭产量将突破3亿吨，同比增长18，2008年焦炭产量将达到3.5亿吨。截至今年前10个月，国内粗钢产量累计为3.63亿吨，同比增长17.6，其中年初增速26.08，9月增速为17.5；同期焦炭累计产量为2.42亿吨，同比增长了19.4，其中年初增速25，9月增速为15.7，10月分为12.3。焦炭产量增速的降低，与国家的有关宏观调控措施有直接的关系。 （1）、焦炭产量增速的大幅度回落，国家的调控措施起了主要的作用。虽然近年来国内经济保持了高速增长态势，但也遇到了西方国家工业化进程中的环保问题。焦炭生产对环境的破坏很大，而国内生产工艺以高炉炼铁的长流程为主，决定了国内钢厂对焦炭的需求量难以下降。并且由于发达国家限制本区域焦炭生产，依靠进口包括中国在内的焦炭以满足需求。由于日益临近奥运会开幕，国内生态环境形势愈发凸显，尽管京都议定书没有规定中国作为发展中国家要减排的情况下，但中国主动承担起自己的责任，自愿提出到2010年底单位GDP能耗和主要污染物排放总量分别比2005年减少20和10。因此预计2008年国家针对焦炭行业的调控措施力度还会有所加强。 （2）、华北地区的焦炭产量比重虽有所增长，但增量比重却明显降低。主要焦炭产地山西地区产量增速大幅度的回落，05年前10个月，山西地区焦炭产量增速在25.6，06年同期降低为21.3，至07年再降至16.3。2006年1-10月华北地区的焦炭累计增量比重为54.4，而今年同期增量比重为52.7，增量比重较上年同期降低了1.7个百分点。04-05年均在50左右。山东和河南地区焦炭增量很大，今年前10个月产量增长分别为20.5和28.6，增量比分别为9.4和8.6，分别比上年同期累计增长了1.9个百分点和3.2个百分点。 二、出口焦炭价格回升明显，但出口企业面临强大的压力。 1、今年前9个月，国内累计出口焦炭1173万吨，比上年同期多出口103万吨，同比增长了9.6。9月份平均出口价格比年初累计上升了77美元/吨。另据海关总署公布最新数据显示，1-10月中国出口煤4326万吨，同比减少17.6；出口焦炭及半焦炭1315万吨，同比增长9.4。 （1）、经济全球化和国际产业分工使中国承接了欧洲、亚洲和北美在内的许多发达国家的高排放产业，炼焦业在欧洲特别是欧洲发达地区已经基本没有了，但欧盟每年都从中国进口大量的焦炭，2006年中国出口焦炭1450万吨，其中欧洲地区就占了31，主要采购国包括比利时、意大利、法国、荷兰、德国和英国等发达国家。亚洲地区的日本和北美地区的美国每年也从中国进口大量的焦炭，他们进口中国焦炭分别占中国全部出口量的16和17。上述地区对中国焦炭有所依赖。从商务部2007年出口配额的发放来看，截至7月1日共发放了两批焦炭出口配额，其中第一批980万吨，第二批235万吨，外资企业获得114.2万吨，共计1329.2万吨，接近2005、2006年1400万吨的总配额量。由于面临巨大的减排压力，国家显然已经改变了鼓励焦炭出口的政策，从2006年底开始对焦炭开征5的出口关税，到今年5月21日将焦炭出口关税提高10个百分点至15，都是这一思路的体现。目前看来这一思路将在2008年得到延续。商务部11月初公布的2008年焦炭出口配额申报条件，进一步提高了焦炭出口企业配额申报的门槛。在出台的2008年焦炭出口配额申报条件和申报程序中，对申请来年焦炭出口配额企业的资质作出了新规定，这显然符合焦炭等资源性产品应以满足国内需求为主的国家政策倾向。商务部明确表示，提高焦炭的出口门槛，有助于提高企业出口经营集中度，同时减少出口企业数量。商务部规定简要变动如下： 申请出口配额的焦炭生产企业： A、必须符合焦化行业准入条件，以国家发改委公告的企业名单为准； B、2006年焦炭出口供货数量在25万吨上，或近3年（20042006年）年均焦炭出口量在20万吨以上； C、产品质量达到现行国家标准，并取得ISO9000质量体系认证； 申请焦炭出口配额的流通企业： A、必须满足注册资本在5000万元以上； B、近3年（20042006年）年均焦炭出口量在20万吨以上，或具有内贸经营范围，且20042006年年均出口供货在40万吨以上。 同时，新的出口资质规定，凡2007年1月1日以后注册登记的企业，其所属或关联企业间的焦炭出口业绩合并将不予认定。 从上述政策观察，商务部对申报焦炭出口配额的企业资质要求不断提高，显示国家通过贸易政策影响国内焦炭等高能耗产品出口的意图。 （2）、出口流向发生较大的变化，出口欧洲地区的焦炭呈下降的趋势，而出口亚洲地区的焦炭比重大幅度增加。从2002年-2006年的出口情况分析，在2002年的时候，欧洲地区进口中国焦炭占中国出口量的36，此后这个比例逐年减少，至2006年已经降为31，出口数量是自2002年以来第二低的数字。出口亚洲地区的焦炭数量变化也是如此。只有北美地区是大幅度增长的。今年出口情况有所变化，前9个月出口亚洲地区的焦炭总量已经就达到了515万吨，基本上与05年和06年全年的出口量水平相当。在全年出口焦炭总量大致不变的前提下，出口欧洲地区和北美地区的焦炭数量几乎肯定会明显少于去年。具有讽刺意味的是，欧洲一方面对中国减排和大量出口焦炭不满，另一方面却不能明显降低自身对中国焦炭的依赖。 2、出口焦炭的平均价格持续回升，今年前9个月平均价格已经回升至05年平均价格水平。由于预计2008年出口焦炭配额大致同2007年相当，因此预计出口价格不大会出现大幅度下降。 实际上焦炭出口平均价格自05年下半年大幅度下跌以来，在2006年就已经止跌回升了，2006年年内最大涨幅曾经达到过33美元/吨。进入2007年以来更是逐月环比上涨，在涨幅最大的第三季度平均价格达到了203美元/吨，比上年同期144美元/吨，累计上涨了近60美元/吨。国内出口焦炭价格自05年-06年的下降趋势后，在07年内开始逐月上升，至9月份国内出口焦炭产品的单月金额达到了3.33亿美元，出口焦炭146.8万吨，折合平均出口价格为227美元/吨，比年初价格高77美元/吨；1-9月平均价格为183美元/吨，比06年全年平均水平高45美元/吨，而与05年年平均水平持平.焦化产品的回收与加工 炼焦化学品的回收工艺在近几十年里得到了迅猛的发展，产品越来越多，品种越来越丰富，环保设计日趋成熟，虽然由于石油和天然气的化学加工和合成技术的发展，炼焦化学品受到竞争。但我国是煤炭利用大国，焦炭仍然是重要的工业产品，随着能源危机的近一步扩展以及环境保护的压力，炼焦化学品的回收成为煤炭工业关注的重要对象，为了获得实际的经济回报，各企业不断优化设备，加强环境保护，提倡能源充分利用，使炼焦产品的回收与加工水平迅速提高，更快的实现了煤的高效利用。炼焦化学品种类很多，如炼焦车间的荒煤气，经冷却和吸收处理，可以提取出焦油，氨、萘、硫化氢及粗苯等产品，并且得到净焦炉煤气。焦炉煤气中的氨可以用于制取硫铵，无水氨和浓氨水，硫酸铵是重要的农用肥料，市场有较大的需求量，所以现今大部分焦化厂都采用硫铵工段来回收煤气中的氨。20世纪80年代以前，氨处理工艺有水洗氨生产浓氨水工艺和饱和器法生产硫銨工艺，由于水洗氨生产浓氨水工艺水耗量太大，浓氨水难以存储等缺陷，现已淘汰。随着我国的改革开放，先进的氨处理工艺逐步被引进，宝钢的空喷塔法（又叫无饱和器法）生产硫铵工艺，石家庄焦化厂的氨焚烧工艺，攀钢的无水氨尿素工艺等，但引进投资太大，工艺复杂而未广泛采用。饱和器法生产硫铵工艺虽然存在很多缺陷，但其结构简单、工艺成熟、投资较少、原料易购、产品易储、销路广，所以在大、中型焦化厂被广泛采用。1.3 氨的用途、质量标准及各类生产方法1.3.1 关于产品硫酸铵硫酸铵俗称肥田粉，分子式为（NH4）2SO4，相对分子质量：132.141（根据1989年国际相对原子质量），白色粉状结晶，密度1.769（20），熔点为5312，235分解。硫铵的水溶液为酸性，1%溶液的PH值为5.7。硫酸铵的结晶热为82.5KJ/Kg，溶解热为62.8KJ/Kg。硫酸铵与碱类（烧碱、石灰）作用放出氨，通常不稳定，在100时开始分解。纯品是无色斜方晶体，水溶液带有辛辣的碱味。工业用硫酸铵为白色结晶。农业用硫酸铵晶体因生产中带入杂质的原因带黄色或棕色，硫酸铵带有碱味。易溶于水，是酸性肥料。纯态硫酸铵为无色菱形晶体，含一定水分的硫酸铵堆积重度随结晶颗粒的大小波动于780830kg/m之间。化学纯的硫酸铵含氮量为21.2%。硫酸铵结晶能吸收空气中的水分而结成块状，在空气湿度大，结晶颗粒小和含水量高时尤甚。潮湿的硫酸铵对钢铁水泥和麻袋等有腐蚀性。焦化厂生产的硫酸铵，由于杂质的影响往往带有绿色、蓝色或灰色，结晶多为针状、片状或粉末状，成型的颗粒小。产品用途：农业作为化肥，工业可作印染剂、食品催化剂、缓冲剂，皮革脱灰剂，是化工、印染、医药工业的原料。储存运输注意事项：防潮，储存于通风、干燥处。硫酸铵是一种比较常用的农用化肥，由于我国是农业大国，需用大量的农用化肥，因此硫酸铵作为一种有效的氮肥以及化工生产原料具有很大的市场空间。1.3.2 硫酸铵质量标准 按照质量标准GB535-88，其质量等级按以下划分： 指 标 名 称工业品农 业 品一 级 品二 级 品氮含量（以干基计） % 21.0 21.0 20.8水分（H2O）含量 % 0.2 0.5 1.0游离酸（H2SO4）含量 % 0.05 0.08 0.20铁（Fe）含量 % 0.007 砷（As）含量 % 0.00005 重金属含量（以Pb计） % 0.005 睡不溶物含量 % 0.05 注：硫酸铵作农业用时可不检验铁、砷、重金属和水不溶物含量等指标。但按照质量标准GB535-1995，（本标准适用于由合成氨与硫酸中和所制得的硫酸铵、炼焦所制得的副产硫酸铵和其他副产硫酸铵。）硫酸铵质量应符合下表要求。项 目指 标优等品一级品合格品 外 观白色结晶，无可见杂质氮（N）含量（以干基计）21.021.020.5水分（H2O）0.20.31.0游离酸（H2SO4）含量 0.030.050.20铁（Fe）含量 0.007砷（As）含量 0.00005重金属（以Pb计）含量 0.005水不溶物含量 0.01可见对硫酸铵质量的标准在近年已略有提高，故改进工艺，提高硫酸铵产品质量就成了各生产厂家的迫切要求。1.3.3 硫酸铵生产的方法生产硫铵的方法及途径很多，除了焦化厂中回收氨硫铵工艺，还有如以合成氨