毕业设计论文年产8万吨合成氨变换工段工艺设计.doc

职业技术学院 毕 业 设 计〔论 文〕(冶金化工系)题 目 年产8万吨合成氨变换工段工艺设计 专 业 应用化工技术 班 级 姓 名 学 号 指导教师 完成日期 2021年6月25日～2021年10月10日 目录摘要 1第一章 概述 2 2 2 2 3 3 4 4 5 5 6 7 7 7 8 8 8 8第二章 变换工段物料及热量衡算 102.1 中温变换物料衡算及热量衡算 10 10确定 10 11 13 15 17 19 19 20 22 25致谢 29参考文献 30年产8万吨合成氨变换工段工艺设计摘要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开展，现已开展成为一种成熟的化工生产工艺合成氨的生产主要分为：原料气的制取；原料气的净化与合成粗原料气中常含有大量的C，由于CO是合成氨催化剂的毒物，所以必须进行净化处理，通常，先经过CO变换反响，使其转化为易于去除的CO2和氨合成所需要的H2因此，CO变换既是原料气的净化过程，又是原料气造气的继续最后，少量的CO用液氨洗涤法，或是低温变换串联甲烷化法加以脱除本设计介绍了年产8万吨合成氨变换工段的工艺设计，论文主要讲述合成氨的性质、合成氨的生产工艺、合成氨变换的原理和合成氨的开展以及设备的物料和热量计算关键词：合成氨 变换 工艺设计 第一章 概述 氨的性质 物理性质氨分子为三角锥型分子，是极性分子N原子以sp3杂化轨道成键无色气体,有刺激性恶臭味分子式NH3相对密度自燃点℃蒸气密度蒸气压〔℃〕蒸气与空气混合物爆炸极限16～25%〔最易引燃浓度17%〕氨在20℃水中溶解度34%,25℃时,在无水乙醇中溶解度10%,在甲醇中溶解度16%,溶于氯仿、乙醚,它是许多元素和化合物的良好溶剂水溶液呈碱性水溶液PH值为液态氨将侵蚀某些塑料制品,橡胶和涂层遇热、明火,难以点燃而危险性较低; 但氨和空气混合物到达上述浓度范围遇明火会燃烧和爆炸,如有油类或其它可燃性物质存在,那么危险性更高[1]。

化学性质〔1〕NH3遇HCl气体或浓盐酸有白烟产生化学方程式：〔2〕氨水可腐蚀许多金属，一般假设用铁桶装氨水，铁桶应内涂沥青〔3〕氨的催化氧化是放热反响，产物是NO，是工业制HNO3的重要反响，NH3也可以被氧化成N2〔4〕NH3是能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体〔5〕跟酸反响反响实质是氨分子中氮原子的孤对电子跟溶液里具有空轨道的氢离子通过配位键而结合成离子晶体假设在水溶液中反响，离子方程式为： 8NH3+3Cl2=N2+6NH4Cl〔黄绿色褪去，产生白烟〕反响实质： 总反响式：〔6〕NH3的制取工业制法 实验室制法 简易制法 直接加热浓氨水[2]氨的用途氨是根本化工产品之一，用途很广化肥是农业的主要肥料，而其中的氮肥又是农业上应用最广泛的一种化学肥料，其生产规模、技术装备水平、产品数量，都居于化肥工业之首，在国民经济中占有极其重要的地位各种氮肥生产是以合成氨为主要原料的，因此，合成氨工业的开展标志着氮肥工业的水平以氨为主要原料可以制造尿素、硝酸铵、碳酸氢铵、硫酸铵、氯化铵等氮素肥料还可以将氨加工制成各种含氮复合肥料此外，液氨本身就是一种高效氮素肥料，可以直接施用，一些国家已大量使用液氨。

可见，合成氨工业是氮肥工业的根底，对农业增产起着重要的作用氨也是重要的工业原料，广泛用于制药、炼油、纯碱、合成纤维、合成树脂、含氮无机盐等工业部门将氨氧化可以制成硝酸，而硝酸又是生产炸药、染料等产品的重要原料现代国防工业和尖端技术也都与氨合成工业有密切关系，如生产火箭的推进剂和氧化剂，同样也离不开氨此外，氨还是常用的冷冻剂合成氨工业的迅速开展，也促进和带动了许多科学技术部门的开展，如高压技术、低温技术、催化技术、特殊金属材料、固体燃料气化、烃类燃料的合理利用等同时，尿素和甲醇的合成、石油加氢、高压聚合等工业，也是在合成氨工业的根底上开展起来的所以合成氨工业在国民经济中占有十分重要的地位，氨及氨加工工业已成为现代化学工业的一个重要部门[3]合成氨的工艺流程原料气制备 将煤和天然气等原料制成含氢和氮的粗原料气对于固体原料煤和焦炭，通常采用气化的方法制取合成气；渣油可采用非催化局部氧化的方法获得合成气；对气态烃类和石脑油，工业中利用二段蒸汽转化法制取合成气净化 对粗原料气进行净化处理，除去氢气和氮气以外的杂质，主要包括变换过程、脱硫脱碳过程以及气体精制过程〔1〕一氧化碳变换过程在合成氨生产中，各种方法制取的原料气都含有CO，其体积分数一般为12%~40%。

合成氨需要的两种组分是H2和N2，因此需要除去合成气中的CO变换反响如下： 由于CO变换过程是强放热过程，必须分段进行以利于回收反响热，并控制变换段出口剩余CO含量第一步是高温变换，使大局部CO转变为CO2和H2；第二步是低温变换，将CO含量降至0.3%左右因此，CO变换反响既是原料气制造的继续，又是净化的过程，为后续脱碳过程创造条件〔2〕脱硫脱碳过程各种原料制取的粗原料气，都含有一些硫和碳的氧化物，为了防止合成氨生产过程催化剂的中毒，必须在氨合成工序前加以脱除，以天然气为原料的蒸汽转化法，第一道工序是脱硫，用以保护转化催化剂，以重油和煤为原料的局部氧化法，根据一氧化碳变换是否采用耐硫的催化剂而确定脱硫的位置工业脱硫方法种类很多，通常是采用物理或化学吸收的方法，常用的有低温甲醇洗法〔Rectisol〕、聚乙二醇二甲醚法〔Selexol〕等粗原料气经CO变换以后，变换气中除H2外，还有CO2、CO和CH4等组分，其中以CO2含量最多CO2既是氨合成催化剂的毒物，又是制造尿素、碳酸氢铵等氮肥的重要原料因此变换气中CO2的脱除必须兼顾这两方面的要求一般采用溶液吸收法脱除CO2根据吸收剂性能的不同，可分为两大类。

一类是物理吸收法，如低温甲醇洗法〔Rectisol〕，聚乙二醇二甲醚法〔Selexol〕，碳酸丙烯酯法一类是化学吸收法，如热钾碱法，低热耗本菲尔法，活化MDEA法，MEA法等[4] 〔3〕气体精制过程经CO变换和CO2脱除后的原料气中尚含有少量剩余的CO和CO2为了防止对氨合成催化剂的毒害，规定CO和CO2总含量不得大于10cm3/m3(体积分数)因此，原料气在进入合成工序前，必须进行原料气的最终净化，即精制过程目前在工业生产中，最终净化方法分为深冷别离法和甲烷化法深冷别离法主要是液氮洗法，是在深度冷冻〔<-100℃〕条件下用液氮吸收别离少量CO，而且也能脱除甲烷和大局部氩，这样可以获得只含有惰性气体100cm3/m3以下的氢氮混合气，深冷净化法通常与空分以及低温甲醇洗结合甲烷化法是在催化剂存在下使少量CO、CO2与H2反响生成CH4和H2O的一种净化工艺，要求入口原料气中碳的氧化物含量〔体积分数〕一般应小于0.7%甲烷化法可以将气体中碳的氧化物〔CO+CO2〕含量脱除到10cm3/m3以下，但是需要消耗有效成分H2，并且增加了惰性气体CH4的含量甲烷化反响如下：氨合成 将纯洁的氢、氮混合气压缩到高压，在催化剂的作用下合成氨。

氨的合成是提供液氨产品的工序，是整个合成氨生产过程的核心局部氨合成反响在较高压力和催化剂存在的条件下进行，由于反响后气体中氨含量不高，一般只有10%~20%，故采用未反响氢氮气循环的流程氨合成反响式如下： 合成氨工业的开展情况解放前我国只有两家规模不大的合成氨厂，解放后合成氨工业有了迅速开展1949年全国氮肥产量仅万吨，而1982年到达万吨，成为世界上产量最高的国家之一近几年来，我国引进了一批年产30万吨氮肥的大型化肥厂设备我国自行设计和建造的上海吴泾化工厂也是年产30万吨氮肥的大型化肥厂这些化肥厂以天然气、石油、炼油气等为原料，生产中能量损耗低、产量高，技术和设备都 很先进世界合成氨技术的开展经历了传统型蒸汽转化制氨工艺、低能耗制氨工艺、装置单系列产量最大化三个阶段根据合成氨技术开展的情况分析, 未来合成氨的根本生产原理将不会出现原那么性的改变, 其技术开展将会继续紧密围绕“降低生产本钱、提高运行周期, 改善经济性〞的根本目标, 进一步集中在“大型化、低能耗、结构调整、清洁生产、长周期运行〞等方面进行技术的研究开发〔1〕大型化、集成化、自动化, 形成经济规模的生产中心、低能耗与环境更友好将是未来合成氨装置的主流开展方向。

以Uhde公司的“双压法氨合成工艺〞和Kellogg 公司的“基于钌基催化剂KAAP 工艺〞,将会在氨合成工艺的大型化方面发挥重要的作用氨合成工艺单元主要以增加氨合成转化率〔提高氨净值〕 ,降低合成压力、减小合成回路压降、合理利用能量为主，开发气体分布更加均匀、阻力更小、结构更加合理的合成塔及其内件; 开发低压、高活性合成催化剂, 实现“等压合成〞〔2〕以“油改气〞和“油改煤〞为核心的原料结构调整和以“多联产和再加工〞为核心的产品结构调整,是合成氨装置“改善经济性、增强竞争力〞的有效途径实施与环境友好的清洁生产是未来合成氨装置的必然和惟一的选择生产过程中不生成或很少生成副产物、废物,实现或接近“零排放〞的清洁生产技术将日趋成熟和不断完善提高生产运转的可靠性,延长运行周期是未来合成氨装置“改善经济性、增强竞争力〞的必要保证有利于“提高装置生产运转率、延长运行周期〞的技术,包括工艺优化技术、先进控制技术等将越来越受到重视[5]合成氨生产的市场需要据资料统计:1997 年世界合成氨年产量达t预计2000 年产量将达其化肥用氨分别占氨产量的81.7%和82.6%我国1996 年合成氨产量已达t，专家预测2000 年将达36Mt,2021 年将增加至45Mt。

即今后20 年间将增加到现在的1.5 倍因而合成氨的持续健康开展还有相当长的路要走未来我国合成氨氮肥的实物产量将会超过石油和钢铁合成氨工业在国民经济中举足轻重农业生产，“有收无收在于水，收多收少在于肥〞所以,合成氨工业是农业的根底它的开展将对国民经济的开展产生重大影响因此,我国现有众多的化肥生产装置应成为改造扩建增产的根底我国七十至九十年代先后重复引进30 多套大化肥装置，消耗巨额资金，在提高了化肥生产技术水平的同时，也受到国外的制约今后应利用国内开发和消化吸收引进的工艺技术，自力更生,立足国内,走出一条具有中国特色的社会主义民族工业的开展道路过去引进建设一套大型化肥装置，耗资数十亿元当今走老厂改造扩建的道路，可使投资节省1/2～2/3节省的巨额资金，用作农田水利建设和农产品深加工，将在加速农村经济开展， 提高农民生活水平,缩小城乡差距起着重要用[6]合成氨变换的工艺原理　一氧化碳变换反响式为： 〔1-1〕 〔1-2〕。