合成氨系统工艺设计及计算

1、合成氨系统工艺设计及计算本文介绍了合成氨生产的用途、工艺流程、工艺合成的方法及计 算，并进行热量衡算和系统的物料衡算，对合成氨的强化措施以及设 备的工艺计算。【关键字】合成氨；系统工艺；设计方法；计算一、合成氨的性质及用途1、合成氨的性质合成氨指由氮气和氢气在高压催化剂存在下直接合成的氨，别名 氨气。世界上的氨除少量从焦炉气中回收副产外，绝大多数是合成的 氨。合成氨主要用作化肥、冷冻剂和化工原料。合成氨的主要元素是氮。氮是自然界里分布较广的一种元素。它 是蛋白质的主要组成部分按重量计约占蛋白质的六分之一。可见氮元 素对生命的重要性。空气中含氮含量很多，约79%（体积）。以氮为原料合成氨是目前世

2、界上用途最为广泛，也是最经济的一 种方法。氨的用途很广。以氨为原料可以制造各种氮肥，氮肥施用量 在化学肥量中占首位。氮本身就是一种高效肥料。合成氨工业是氮肥 的基础，对农业增产起着十分重要的作用，而用化学肥料是农业增产 的有效途径。二、合成氨的工艺流程（一）合成氨的工艺流程1-氨合成塔；2-水冷器；3-氨分离器；4-循环压缩机；5-滤抽器； 6-冷凝塔；7-氨冷器。（二）氨的合成工艺说明氨的合成是合成氨生产的最后一道工序，其任务是将经过精制的 氢氮混合气合成为氨。工业上合成氨的各种工艺流程一般以压力的高 低来分类。1、分类高压法：操作压力70100MPa，温度为550650度。优 点是氨合成效

3、率高，混合气中的氨易被分离。低压法：操作压力 10MPa 左右，温度为 400450 度。优 点是操作压力和温度都比较低，故对设备要求低，容易管理，且催化 剂活性较高。中压法：操作压力2060MPa，温度为450550度。其 优缺点介于高压法与低压法之间，目前此法技术比较成熟，经济性比 较好。2、原料气制备制备氢氮比为 3： 1 的半水煤气。即造气，将无烟煤(或焦炭) 由炉顶加入固定床层煤气发生炉中，并交替向炉内通入空气和水蒸汽 燃料气化后生成氢氮比为 3： 1 的半水煤气。固定床半水煤气制造过 程由吹风、上吹制气、下吹制气、二次上吹、空气吹净等5 个阶段构 成，为了调节氢氮比，在吹风末端要将

4、部分吹风气吹入煤气，这个过 程通常称为吹风回收。以上五个阶段完成了制造半水煤气的主过程，然后重新转入吹风 阶段，进入下一个循环。3、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，只要包 括变换过程，脱硫脱碳过程以及气体精致过程。(1)一氧化碳变换各种方法制取的原料气都含有CO其体积分数一般为12%40 %,先利用CO变换反应，在不同温度下分为高温变换以及低温变换。 将一氧化碳含量降到0.25%左右。因此，一氧化碳变换式原料的制造 的继续，又是净化过程。( 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碳

5、，以 天然气为原料的蒸气转化法，第一道工序是脱硫，用以保护转化催化 剂。一种有机煤为原料的部分转化，根据一氧化碳变换是否采用耐硫 的催化剂脱硫的位置。（3）气体 CO2 精制过程经 CO 变换和 CO2 脱出后原料中长尚含有少量的 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 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，既精制过程。三、工艺计算溶解在液氨中及漏损的气量约为新鲜气量的 3%取 94 标米 3，则消耗定额为：3265.99+91 = 4370 （标米3/吨氨）四、结论合成氨是化工专业学习设计的一个重要的环节，本文根据相关合 成氨资料，进行