合成氨毕业设计doc

1、篇一：合成氨本科毕业设计摘要合成氨生产任务设计决定了生产合成氨的规模，设备的 要求以及工艺流程的状况。本设计所采用的方法是半水煤气 合成法，其主要原料是煤和氮气，利用煤来生成氢气，第一 步是造气，即制备含有氢、氮的原料气；第二步是净化，不 论选择什么原料，用什么方法造气，都必须对原料气进行净 化处理，以除去氢、氮以外的杂质；第三步是压缩和合成， 将纯净的氢、氮混合压缩到高压，在铁催化剂与高温条件下 合成为氨。目前氨合成的方法，由于采用的压力、温度和催化剂种 类的不同，一般可分为低压法、中压法和高压法三种。本设 计主要是对合成塔工段的设计，故所用原料直接采用氮气和 氢气，其以合成塔为主要设备，在

2、氨冷器、水冷器、气气 交换器、循环机、分离器、冷凝塔等辅助设备的作用下，以 四氧化三铁为触媒，在485500C的高温高压条件下来制得 氨气。本设计要求要掌握合成塔的工作原理，生产的工艺路线 并能根据工艺指标进行操作计算。在工艺计算过程中，包含 物料衡算，热量衡算及设备选型计算等，在合成效率方面也 有进一步研究。关键词:氮气； 氢气； 四氧化三铁催化剂； 氨合成 塔AbstractAmmonia production design determines the size of the production of synthetic ammonia, equipment requirements,

3、 as well as the status process. The design of the method used was semi-water gas synthesis, the main raw material is coal and nitrogen, the use of coal to generate hydrogen, while the design is a synthesis of the main section of the tower design, it is the direct use of raw materials used in nitroge

4、n and hydrogen, its synthesis tower as the main equipment, in the ammonia cooler, water coolers, gas - gas exchange, recycling machines, separators, auxiliary equipment, such as condensation of the tower under the four iron oxide catalyst, in the high-temperature conditions of 485-500 C obtained fro

5、m ammonia. The first step is to build gas,Preparation that contains hydrogen, nitrogen gas; second step is purification, regardless of what materials, what methods of gas must be carried out on the feed gas purification to remove hydrogen and nitrogen impurities outside; third step is to compress an

6、d synthetic, will be pure hydrogen, nitrogen, mixed-compression to high pressure and high temperature in the iron catalyst for ammonia synthesis conditions. The current method of ammonia s ynthesis, the use of pressure, temperature and different types of catalyst, the general law can be divided into

7、 low-voltage, medium voltage and high-pressure method three.Design requirements of the tower to get the working principle of synthesis, the process of production line, and can operate in accordance with the calculation process indicators. Calculation in the process, including material balance, heat

8、balance calculations and equipment selection. The use of ammonia production and the waste generated in this design has also mentioned that the efficiency of the synthesis have studied further.Key words:15万吨合成氨合成工艺计算第一章 总论概述氨是一种重要的含氮化合物。氮是蛋白质质中不可缺少 的部分，是人类和一切生物所必须的养料；可以说没有氮， 就没有蛋白质，没有蛋白质，就没有生命。大气中存在有

9、大 量的氮，在空气中氨占 78%（体积分数）以上，它是以游离 状态存在的。但是，如此丰富的氮，通常状况下不能为生物 直接吸收，只有将空气中的游离氮转化为化合物状态，才能 被植物吸收，然后再转化成人和动物所需的营养物质。把大 气中的游离氮固定下来并转变为可被植物吸收的化合物的 过程，称为固定氮。目前，固定氮最方便、最普通的方法就 是合成氨，也就是直接由氮和氢合成为氨，再进一步制成化 学肥料或用于其它工业在国民经济中，氨占有重要地位，特别是对农业生产有 着重大意义。氨主要用来制作化肥。液氨可以直接用作肥料， 它的加工产品有尿素、硝酸铵、氯化氨和碳酸氢氨以及磷酸 铵、氮磷钾混合肥等。氨也是非常重要的

10、工业原料，在化学纤维、塑料工业中， 则以氨、硝酸和尿素作为氮元素的来源生产己内酰胺、尼龙 -6、丙烯腈等单体和尿醛树脂等产品。由氨制成的硝酸，是各种炸药和基本原料，如三硝基申 苯，硝化甘油以及其它各种炸药。硝酸铵既是优良的化肥， 又是安全炸药，在矿山开发等基本建设中广泛应用。氨在其他工业中的应用也非常广泛。在石油炼制、橡胶 工业、冶金工业和机械加工等部门以及轻工、食品、医药工 业部门中，氨及其加工产品都是不可缺少的。例如制冷、空 调、食品冷藏系统大多数都是用氨作为制冷剂。氨的性质氨的物理性质 氨在常温下是无色气体，比空气轻，具有刺激性臭味，能刺激人体感官粘膜空气中，含氨大于0.01%时即会引起

11、人 体慢性中毒。气态氨易溶于水，成为氨水，氨水呈弱碱性。氨在水中 的溶解度随压力增大而降低。氨水在溶解时放出大量热。氨 水中的氨极易挥发。常压下气态氨需冷却到-3335C(沸点)才能液化。而 在常温下需加压到0. 87MPa时才能液化。液氨为无色液体, 气化时吸收大量的热。氨的化学性质 氨与氧在催化剂作用下生成氮的氧化物 ,并能进一 步与水作用,制得硝酸：4NH3+5O2 4NO+6H2O 氨与酸或酐反应生成盐类,是制造氮肥的基本反应：2NH3+H2SO4 = (NH4)2SO4NH3+HNO3= NH4NO3NH3+HCl= NH4ClNH3+H3PO4 =NH4H2PO4 氨与二氧化碳作用

12、生成氨基甲酸铵 ,进一步脱水成为尿素：2NH3+CO2 =NH4COONH2NH4COONH2 =CO(NH2)2+H2O 氨与二氧化碳和水作用,生成碳酸氢铵：NH3+CO2+H2O=NH4HCO3氨可与盐生成各种络合物，如CuCl2?6NH3、CuS04?4NH3氨与空气(或氧)的混合气,在一定浓度范围内能发生剧 烈的氧化作用而爆 炸.在常温常压下,氨与空气爆炸界限为 非作15%28%(NH3)100C,0.1 MPa下，爆炸界限为14.5% 29.5%(NH3)。1.3 原料气来源原料气主要有两部分：氮气、氢气。氮气主要是从空气中提取。氢气是从半水煤气中提取的 以煤为原料，在一定的高温条件

13、下通入空气、水蒸气或富养 空气-水蒸气混合气，经过一系列反应生成含有一氧化碳、 二氧化碳、氢气、氮气、及甲烷等混合气体的过程。在气化 过程中所使用的空气、水蒸气或富养空气-水蒸气混合气等 称为汽化剂。这种生成的混合气称为煤气。煤气的成分取决于燃料和汽化剂的种类以及进行汽化 的条件。根据所用汽化剂的不同，工业煤气可分为下列四种。空气煤气：以空气为汽化剂制取的煤气，又称为吹风气。 水煤气：以水蒸气（或水蒸气与氧的混合气）为汽化剂 制取的煤气。混合煤气：以空气和适量的水蒸气为汽化剂制取的煤气 一般作燃料用。半水煤气：是混合煤气中组成符合（H2+CO） /N2=3.13.2的一个特例。可用蒸气与适量的

14、空气或蒸气与 适量的富养空气为汽化剂制得，也可用水煤气与吹风混合配 制。本设计采用半水煤气，半水煤气经过净化后得到纯净的 氢气，再配制适量的氮气，成为合成氨的原料气。半水煤气生产的工艺流程：在吹风阶段中，空气由煤气 发生炉的底部吹入，由炉顶排出吹风气。吹风气送入燃烧蓄 热室，在此通入助燃空气使吹风气中的一氧化碳燃烧。再将 吹风气送入废热锅炉以产生水蒸气。吹风气被冷却至200C 左右，由烟囱排入大气。在上吹阶段中，由煤气发生炉炉底吹入空气 -水蒸气混 合气，半水煤气由炉顶排出。半水煤气经过燃烧室加热蓄热 砖（此时不加助燃空气），再依次经过废热锅炉、洗气箱、 洗气塔送入气柜。在下吹阶段中，水蒸气与

15、空气混合，经燃烧室回收蓄热 砖的热量后，从煤气发生炉顶部吹入（空气较水蒸气略迟通 入），从炉底排出半水煤气。下吹煤气直接经洗气箱及洗气塔送入气柜。在二次上吹阶段中，空气 -水蒸气混合气由炉底吹入， 流向与上吹阶段完全相同。在空气吹净阶段，从炉底吹入空气，产生吹风气将半水 煤气经燃烧室、废热锅炉、洗气箱及洗气塔送入气柜。1.4 文献综述合成氨工业是氮肥工业的基础，也是一些工业部门的重 要原料，它的迅速发展促进了一系列科学技术和化学合成工 业的发展，随着科学技术的发展，合成氨工业在国民经济中 的作用必将日益显著。合成氨工业的发展合成氨工业在 20 世纪初期形成，开始用氨作火炸药工 业的原料，为战争

16、服务;第一次世界大战结束后,转向为农业、工业服务。随 着科学技术的发展，对氨的需要量日益增长，近 30 年来合 成氨工业发展很快。目前，全国有规模以上基 篇二：合成氨工艺毕业设计陕西能源职业技术学院毕业设计变换工艺设计说明书设计题目 年产 10 吨小合成氨厂中温变换工段工艺设 计课题来源 年产 10 吨小型合成氨厂变换工段 变换工段化学工艺设计标准 变换工段在合成氨生产起的作用既是气体净化工序，又 是原料气的再制造工序，经过变换工段后的气体中的 CO 含 量大幅度下降，符合进入甲烷化或者铜洗工段气质要求。要求：1. 绘制带控制点的工艺流程图系统物料、能量衡算系统主要设备能力及触媒装填量核算该工

17、段设备多，工艺计算复杂，分变换炉能力及触 媒装填量核算、系统热量核算和系统水循环设备及能力核算 变换工段化学工艺设计主要技术资料变换技术方案CO2 变换反应是放热反应，从化学平衡来看，降低反应 温度，增加水蒸汽用量，有利于上述可逆反应向生成CO2和 H2 的方向移动，提高平衡变换率。但是水蒸气增加到一定值 后，变换率增加幅度会变小。温度对变换反应的速度影响较 大，而且对正逆反应速度的影响不一样。温度升高，放热反 应即上述反应速度增加得慢，逆反应（吸热反应）速度增加 得快。因此，当变化反应开始时，反应物浓度大，提高温度， 可加快变换反应，在反应的后一阶段，二氧化碳和氢的浓度 增加，逆反应速度加快

18、，因此，需降低反应温度，使逆反应 速度减慢，这样可得到较高的变化率。但降温必须与反应速 度和催化剂的性能一并考虑，反应温度必须在催化剂的使用 范围内选择。在本设计中我们选择三段中温变化工艺流程。工艺流程含32.5% CO、温度为40C的半水煤气，加压到2. 0Mpa, 经热水洗涤塔除去气体中的油污、杂质，进入饱和塔下部与 上部喷淋下来的120140C的热水逆流接触，气体被加热而 又同时增湿。然后在混合器中与一定比例的300350C过热 蒸汽混合， 25%30%的气体不经热交换器，作为冷激气体。 其他则经热交换器进一步预热到320C进入变换炉。进第一 段催化反应后温度升高到460500C，冷激后

19、依次通过二、 三段，气体离开变换炉的温度为 400410C，CO变换率达 90%，残余 CO 含量为 3%左右。变换气经热交 换器加热原料气，再经第一热水加热器加热热水，然后进入 热水塔进一步冷却、减湿，温度降到100110C。为了进一 步回收余热，气体进入第二热水加热器（即锅炉给水预热器） 温度降到7080C,最后经冷凝塔冷却到常温返回压缩机加 压。变换工段化学工艺设计原则年产 8 万吨合成氨如工序气体流量：35000Nm3/h,（干基）压力：2.0MPa， 温度：40C入 口 气 体 成 分 ： CO%=27.78% ， CO2%=8.85% ，H2%=38.47%, N2%=23.3%,

20、 CH4%=1.2%, O2%=0.4% （体积比）出口气体成分：CO%=2.0% （体积比）教研室意见 该设计符合化工工艺设计要求,同意接受此设计！ 第 1 章 引言氨在国民经济中的地位与作用合成氨工业使基础化学工业之一。其产量居各种化工产 品的首位。氨本身是重要的氮素肥料,除石灰石氮外,其它 氮素肥料都是先合成氨,然后再加工成各种铵盐或尿素。将 氨氧化制成硝酸,不仅可用来制造肥料,亦是重要的化工原 料,可制成各种炸药。氨、尿素和硝酸又是氨基树脂、聚酰 胺树脂、硝化纤维素等高分子化合物的原料。以其为原料可 制得塑料、合成纤维、油漆、感光材料等产品。作为生产氨 的原料 CO+H2 合成气,可进

21、行综合利用,以联产甲醇及羰基 合成甲酸、醋酸、醋酐等一系列化工产品。以做到物尽其用, 减少排放对环境的污染,提高企业生产的经济效益。已成为 当今合成氨工业技术发展的方向。国际上对合成氨的需求, 随着人口的增长而对农作物增产的需求和环境绿化面积的 扩大而不断增加。据资料统计:1997年世界合成氨年产量达1039Mt。预 计XX年产量达180. 8Mt。其化肥用氮分别占氮产量的81.7% 和82. 6%。我国XX年合成氨产量已达35Mt,专家预测2020 年将增至45Mt。即今后10年间将增加到现在的13倍。因 而合成氨的持续健康发展还有相当长的炉要走。未来我国合 成氨氮肥的实物产量将会超过是由和

22、钢铁。合成氨工业在国 民经济中举足轻重。12 合成氨生产的新进展世界需求氮肥（折氮量）XX年1112X1081增加到XX年 1250X108。XX年前，全世界有约65X106t/a合成氨能力投 产。沙特阿拉伯化肥公司兴建的世界最大单系列合成氨已于 XX 年投产，该装置能力为 3000t/d （约 1X106t/a）。 我国 氮肥工业经过多年的技术进步和技术改造，现已成为全球最 大的氮肥生产国和尿素生产国。从召开的全国化工行业循环 经济现场交流会上获悉，我国 XX 年共生产合成氨 462985 万吨，生产氮肥 32007 万吨（折纯氮），其中尿素 414713 万吨（实物量） ，已成为全球最大的

23、氮肥生产国和最大的尿 素生产国，并实现了氮肥的自给。我国现有氮肥生产企业 564 家，不仅数量多，分布也比较广。近年来，在中央和各级地 方政府的关心和支持下，我国氮肥行业认真落实国家资源节 约、综合利用和环境保护的方针政策，积极推进清洁生产和 循环经济，大幅度减少污染物的排放，为行业的发展打下了 一定基础。一些先进企业现在生产每吨合成氨的排水量，已从过去的 50 至 60 吨降到 3 至 5 吨，吨氨电耗降幅也达 60 千瓦时左右。据中国石油和化学 工业协会化工防治污染技术协会介绍，我国氮肥工业生产技 术水平与市场竞争力虽然有了很大提高，但是氮肥工业仍然 是我国耗能和用水大户，全行业年耗天然气

24、高达 110 亿立方 米，占全国总消费量的22%，耗标准煤5450.8 万吨，占全国 耗煤总量的 3.6%，耗电585.5 亿度，占全国耗电总量的 2.4%， 耗水 27 亿吨，平均吨氨耗水达 58 吨，因此在降耗节能和发 展循环经济上，仍有巨大潜力可挖。为了使我国氮肥工业从 生产大国继续向生产强国迈进，中国氮肥工业协会等有关部 门目前正在加大废水、废气、废渣回用以及一些先进节能技 术等在这一行业的推广。正在推广的这些技术中，仅“吨氨 节电 200 度技术”，有关专家预计我国以煤为原料，年产合 成氨 8 万吨以上的企业即使只有半数得到推广，年节电量也 将达到 19.6 亿度。国外合成氨情况与国内有很大不同，从原料上看，目前 主要产氮国中，美、英、法、荷兰等国几乎全部采用天然气， 德国和日本液态烃占相当比重；上世纪 80 年代的资料显示， 国外合成氨原料中，煤的比重已下降到 2%以下；