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485—500℃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
Abstract
Ammonia production design determines the size of the production of synthetic ammonia, equipment requirements, 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 nitrogen 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 ℃ obtained from 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 and 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
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 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
1.1 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。
1.2 氨的性质
1.2.1 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-33.35℃（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。
1.2.2 氨的化学性质
⑴ 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
⑵ 氨与酸或酐反应生成盐类,是制造氮肥的基本反应：
2NH3+H2SO4 = (NH4)2SO4
NH3+HNO3= NH4NO3
NH3+HCl= NH4Cl
NH3+H3PO4 =NH4H2PO4
⑶ 氨与二氧化碳作用生成氨基甲酸铵,进一步脱水成为尿素：
2NH3+CO2 =NH4COONH2
NH4COONH2 =CO(NH2)2+H2O
⑷ 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、CuSO4?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)。100℃,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=3.1～3.2的一个特例。可用蒸气与适量的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200℃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。
1.4.1 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
2. 系统物料、能量衡算
3. 系统主要设备能力及触媒装填量核算
4. 该工段设备多，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
1. 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，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。
2. 工艺流程
含32.5% CO、温度为40℃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120～140℃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300～350℃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320℃进入变换炉。进第一段催化反应后温度升高到460～500℃，冷激后依次通过二、三段，气体离开变换炉的温度为400～410℃，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100～110℃。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70～80℃，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
1. 年产8万吨合成氨
2. 如工序气体流量：35000Nm3/h，（干基）压力：2.0MPa，温度：40℃
3. 入口气体成分：CO%=27.78%，CO2%=8.85%，H2%=38.47%，N2%=23.3%，CH4%=1.2%，O2%=0.4%（体积比）
4. 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
1.1 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103.9Mt。预计2010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2007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1.3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钢铁。合成氨工业在国民经济中举足轻重。
1.2 合成氨生产的新进展
世界需求氮肥（折氮量）2003年1112×108t增加到2007年1250×108。2005年前，全世界有约65×106t/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2005年投产，该装置能力为3000t/d（约1×106t/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2005 年共生产合成氨4629.85万吨，生产氮肥3200.7万吨(折纯氮)，其中尿素4147.13万吨(实物量) ，已成为全球最大的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；但近年来，由于天然气价格上涨，煤制氨比例有所上升。
当今世界新技术革命深入发展，科学技术日新月异，科技更新进一步加快，经济发展从主要依靠物质资源逐渐向主要依靠科学技术迅速转化为生产力的时代过渡。我国百万合成氨工业科技工作者及生产大军，应对占世界人口近1/4的中国，应用科学技术更好地发挥土地、资源、环境条件的作用，为人类丰衣足食、绿化环境的美好生活，在合成氨工业生产科学创造出辉煌业绩，以载入人类史册。
1.3 变换工艺概述
1.3.1 简述
在合成氨生产中，制取氢气，在生产中占有很大比重，因此要尽一切可能设法获得最多氢气。同时CO对氨合成催化剂有严重毒害，也必须除去。最好的办法使提高CO变换率。近几十年来，各国学者都做了不少工作，对催化剂不断改善，到目前为止，可使变换后气体中CO含量降到0.2%～0.4%。通过变换工序将CO变为H2使产品成本降低，工厂经济效益提高。
由于制取合成氨原料气所用的原料不同，所选择的工艺也不一样，所以原料气中CO含量也不同。CO变换，视其原料和所采取的生产方法不同，也有不同的工艺流程。上世纪50年代以前，在常压下制取合成氨原料气，其变换大多是在常压下进行。此后，特别是上世界60年代以后，合成氨原料改用天然气、油田气、石油加工气和轻油等，生产方法大多采用加压的蒸汽转化法，变换则在加压下进行，一般在4.0Mpa以下。以煤、焦为原料的常压造气工厂，很多也改用
篇三：合成氨毕业设计任务书
本 科 毕 业 设 计
任 务 书
题 目 年产20万吨合成氨变换工段及换热器的设计
学 院 化学与材料工程 专 业 班 级 学生姓名
06化工 范重泰
温州大学教务处制
学 号 指导教师
化学工程与工艺 0611401110 乔迁
温州大学本科毕业设计任务书
注：任务书必须由指导教师和学生互相交流后，由指导老师下达并交学院本科毕业设计领导小组审核后发给学生，最后同学生毕业论文等其它材料一起存档。