合成氨转化工段 2

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合成氨生产作业变换岗位操作规程

合成氨生产作业变换岗位操作规程一、本岗位任务1、变换：压缩三段来半水煤气，在一定温度、压力催化剂的条件下使CO 与水蒸汽反应，将CO 转换为CO 2脱除至规定的指标（≤0.5%）范围内，同时生成合成氨生产所需的原料气H 2，并在中变触媒的作用下将90%以上的有机硫转变为无机硫。

负责向合成、岗位输送合格的除氧水、脱盐水。

二、反应原理:1、变换工段反应原理：CO 在一定条件下,半水煤气中的CO 与水蒸汽反应，转变为CO2、H 2 的工艺过程，其反应的化学方程式如下：CO+H 2O ＝CO 2+H 2+41KJ/MOL反应特点：这是一个可逆放热反应，从化学平衡来看，降低反应温度，增加水蒸汽的用量，有利于上述反应生成CO 2、H 2的方向移动，从而提高平衡转换率。

另外提高变换压力，可加快变换反应速度，提高催化剂的催化能力。

2、中变触媒还原反应原理：中变触媒装炉时状态为Fe 2O 3，其本身并不具有活性，必须将其进行还原后，才具有活性，具体反应为：3Fe 2O 3+CO ＝2Fe 3O 4+CO 2 3Fe 2O 3+H 2＝2Fe 3O 4+H 2O还原态的触媒极易与氧发生氧化反应，放出大量的氧化热，所以还原过程中要严格控制氧含量，严防因氧超标，烧坏触媒。

氧化反应为：4Fe 3O 4+O 2＝6Fe 2O 3低变触媒硫化反应原理：低变触媒使用前为氧化钴，氧化钼它本身不具有催化活性，必须将其硫化后才具有活性，硫化反应为：C O O+H 2S=C O S+H 2O M O O 3+2H 2S+H 2=M O S 2+3H 2O三、工艺流程 1、工艺流程简图⑴变换工序气相流程简图水煤气 dffhhjj变换气变换气⑵软水流程除油器压缩三出来气饱和塔分离器热交管内中变电加中变一二段中变三段热交段中间二段第二增湿器分离器冷却器软水加热器热水塔电厂来脱盐水机械除油器除氧器除氧泵热水塔一、二增湿器恩德中压蒸汽热交管间下第二增湿器低变一段调温水加低变二三段一水加去脱碳循环冷却水焦炭过滤器软水加热器合成废锅低压蒸汽2、工艺流程叙述⑴变换工序：变换工艺采用中低变换工艺。

合成氨一段转化和二段转化的原理

合成氨一段转化和二段转化的原理合成氨是通过一段转化和二段转化的过程来合成的。

一段转化又称为前驱物转化，它是将天然气中的甲烷（CH4）和氨气（NH3）通过一系列的反应转化为一氧化碳（CO）和氢气（H2），用以制备合成氨的原料。

一段转化的过程如下：1. 脱碳反应：首先，通过催化剂将甲烷脱碳为一氧化碳和氢气。

甲烷和氧气在高温和催化剂的作用下，发生部分氧化反应，生成一氧化碳和水蒸气。

CH4 + O2 →CO + 2H22. 变换反应：接下来，将一氧化碳和氨气通过铁催化剂的作用下进行反应，生成一种叫做合成气（合成氨的前体）的混合物。

CO + 2NH3 →CO2 + N2 + 3H2在这个反应中，氨气作为还原剂，反应生成一氧化碳和氮气。

一氧化碳作为氢气的来源之一，与氨气反应生成合成气。

二段转化又称为合成步骤，主要是将合成气进一步转化为合成氨。

二段转化的过程如下：1. 合成气净化：由于合成气中可能含有杂质，如水、一氧化碳、二氧化碳等，需要通过净化过程将其去除。

一般通过压缩、冷凝、吸附等方法来实现。

2. 吸附分离：净化后的合成气通过吸附剂，如活性炭、分子筛等进行处理，以去除其中的一氧化碳和二氧化碳等杂质。

3. 合成反应：净化后的合成气进入合成器，在催化剂的作用下进行合成反应。

合成反应一般分为低温合成和高温合成两种方法。

- 低温合成：使用铁催化剂，反应在低温（400-500C）下进行。

催化剂的作用是加速反应速率，使反应更容易发生。

在低温下，催化剂能使氮气和氢气进行反应生成氨气。

同时，一氧化碳和二氧化碳也可以被氢气还原为可再利用的一氧化碳。

N2 + 3H2 →2NH32CO + 2H2 →CH3OH- 高温合成：使用铁镍催化剂，反应在高温（600-700C）下进行。

高温条件下，反应速率更快，但会产生较多的副产物。

催化剂的作用是降低反应的活化能，促进反应的进行。

4. 分离和回收：合成氨经过反应后，需要经过分离和回收的步骤。

合成氨变换工段

30kt/a合成氨变换工段工艺初步设计摘要变换工段是指一氧化碳与水蒸气反应生成二氧化碳和氢气的过程。

一氧化碳变换既是原料气的净化过程，又是原料气制备的继续。

目前，变换工段主要采用中变串低变的工艺流程。

本设计针对中低温串联变换流程进行设计，对流程中各个设备进行物料、能料衡算、以及设备选型，并绘制了带控制点的流程图。

「年产三万吨合成氨厂变换工段工艺设计」

年产三万吨合成氨厂变换工段工艺设计一、工艺流程概述1.原料准备：将天然气（主要是甲烷）与空气作为主要原料，通过气体净化系统去除其中的杂质、硫化物和水分。

2.原料配送：将净化后的天然气和空气分别输送至气体净化系统进行进一步的处理和分析。

3.变换反应槽：将净化后的天然气和空气通过压缩机压缩至一定压力后，经过暖气交换器加热至高温（约500-600℃），再进入变换反应槽。

4.变换催化剂：在变换反应槽中，使用催化剂（通常是高温高压下的铁-钴催化剂）促进N2和H2的反应。

反应生成的合成氨会随气流从反应槽中流出。

5.除气系统：将反应槽中的气体通过除尘器，冷却器和吸附剂等设备进行处理，去除其中的固体颗粒、水分和其他杂质。

6.合成氨回收：经过除气系统处理后的气体中仍含有未反应的氮气和氢气，通过压缩机再次压缩进入蒸馏塔。

在蒸馏塔中，根据不同的沸点，将氨气和氮气分离开来，再通过冷凝器冷凝为液态氨。

7.废水处理：在工艺过程中产生的废水会经过处理系统去除其中的有机物和杂质，以保证排放的废水符合环保要求。

二、设备布置和操作要点1.变换反应槽的设计要考虑到温度、压力和气体流动速度的控制。

同时，需要定期更换催化剂，以维持优良的反应性能。

2.除气系统中的设备要进行定期维护和清洁，确保其正常工作和去除气体中的杂质、固体颗粒和水分。

3.合成氨回收装置要根据产品质量要求设置合适的操作参数，例如蒸馏塔的温度和压力。

此外，冷凝器的冷却水流需要保持稳定，以确保气体顺利冷凝为液态氨。

4.废水处理系统应配置适当的物理和化学处理单元，如过滤器、沉淀池和生物处理等，以达到废水排放标准。

5.需要建立相应的安全措施，如设立监测系统，确保气体和液体在整个工艺中的安全运输和使用。

三、工艺控制和性能优化1.在变换反应槽中，可以通过调节供气比例、压力和温度等参数来控制合成氨的产率和选择性。

同时，也可以根据反馈控制系统监测和调整催化剂的性能。

2.除气系统中的设备可以通过监测气体的组成和温度、压力等参数，来调整操作参数，以达到满足产品质量要求的除气效果。

合成氨二段炉反应

合成氨二段炉反应
合成氨是一种重要的化工原料，广泛用于制造化肥、塑料、炸药等。

合成氨的生产通常采用哈柏过程，其中二段炉反应是合成氨的关键步骤之一。

合成氨二段炉反应是指在哈柏过程中的第二个催化反应阶段，也称为二段反应器。

在二段炉中，气体混合物经过一系列的反应，转化为合成氨。

二段炉反应的主要化学反应是氢气与氮气的催化反应，生成氨气。

反应的化学方程式如下：
N2 + 3H2 ↔ 2NH3
这个反应通常在高温（400-500摄氏度）和高压（20-30兆帕）的条件下进行。

为了提高反应速率和氨气的产量，通常使用铁作为催化剂。

铁催化剂有助于降低反应活化能，促进氢气和氮气的反应。

二段炉反应是一个可逆反应，根据勒夏特列原理（Le Chatelier's principle），提高温度和降低压力可以促进反应向生成氨气的方向进行。

因此，二段炉通常采用高温高压的条件，以提高氨气的产量。

在实际的生产过程中，合成氨的二段炉通常是多个反应器的串联，以提高反应的转化率。

炉内的气体混合物通过多个催化床层，每个床层都有一定的催化剂负荷。

这种多段反应的设计可以提高反应的效率和氨气的产量。

总而言之，合成氨的二段炉反应是哈柏过程中的关键步骤之一，通过高温高压条件下的铁催化剂催化氢气和氮气的反应，生成合成氨。

这个反应对于合成氨的生产至关重要，为相关工业领域提供了重要的化工原料。

年产2万吨合成氨变换工段工艺设计设计

合成氨是一种重要的工业化学品，广泛用于农业肥料、化肥、塑料、炸药等领域。

为了满足市场需求，设计一个年产2万吨合成氨变换工段的工艺。

合成氨工艺通常包括三个主要步骤：气体净化、合成反应和分离纯化。

以下是一个基本的工艺设计方案。

1.气体净化从天然气中提取氢气（H2）和氮气（N2），一种常用的方法是通过蒸汽重整和高温转热反应。

天然气先经过脱硫除硫化氢（H2S）处理，然后进入蒸汽重整器，与水一起反应生成H2和CO。

再通过转热反应，将CO转化为CO2和H22.合成反应合成反应通常采用哈贝-博斯曼工艺（Haber-Bosch Process），即在高温（400-500摄氏度）和高压（200-300巴）下，将氢气与氮气催化反应生成氨。

反应器通常采用固定床催化剂，催化剂常用的是铁（Fe）或铁钼（Fe-Mo）催化剂。

反应器主要分为顶座和底座两部分，用以升温和降温，以保持恒定的反应温度。

3.分离纯化合成氨的产物中除了氨外还含有一些杂质，如副产物氮氧化物（NOx）和未反应的氢气。

因此，需要对产物进行分离纯化，以获得高纯度的合成氨。

分离纯化一般采用蒸馏、吸附和压缩等方法。

首先，通过蒸馏将氨与轻杂质分离。

然后，使用吸附剂去除重杂质，如CO、CO2和H2O。

最后，利用压缩机将氨气压缩，得到最终产品。

此外，为了实现连续生产，工艺中还需要一些辅助设备，如冷却器、加热器、循环泵和控制阀等。

以上是一个简单的年产2万吨合成氨变换工段的工艺设计方案。

实际设计中还需要考虑各种因素，如安全性、能源消耗、成本等。

同时，工艺设计还应根据具体情况进行优化和改进，以提高产量和效率。

2万吨合成氨变换系统第二热交换器毕业设计前言

换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体，实现化工生产过程中热量交换和传递不可缺少的设备。

本次设计主要以合成氨变换工段第二热交换器为研究对象，在查阅国内外众多文献的基础上，对换热器的用途和结构进行研究，从而对换热器进行完整的设计。

本文主要以湿混合煤气和湿变换气为介质，按实际设计步骤依次进行工艺计算、结构设计和强度校核，并画出CAD结构图。

工艺设计主要是通过介质的物性参数以及它们所处的工作状态进行热负荷和换热面积的计算，在完成任务的基础暂定换热器的一些尺寸。

结构设计主要是进行换热管、筒体、封头、管板、法兰、接管、支座的选型与设计，其思路是在设计条件的规范下，从材料的选择和结构设计入手，辅以合理的强度计算与校核得到设备所用结构。

关键词换热器工艺计算结构设计合成氨毕业设计外文摘要Title The Design of the Second Heat Exchanger in 20,000 Tons ofSynthetic Ammonia Factory Alternates SystemAbstractThe heat exchanger is the process of heat to the cold fluid, chemical production process of heat exchange and transmission of essential equipment. The design is mainly to the second heat exchanger of the ammonia conversion section as the research object, based on access to many domestic and foreign literatures, study the purpose and structure of the heat exchanger, complete the design of heat exchanger. This paper mainly in the wet mixed gas and wet shift gas as the dielectric, according to the actual design steps of process calculation, structure design an strength check, and draw the heat exchanger CAD structure. Process design is mainly through the medium of the physical parameter and working condition to calculate the thermal load and heat-exchange area，in task is the basis of some of the heat exchanger size. Structure design is the main heat exchange tube, barrel, sealing head, tube plate, flange, takeover, type selection and design of the bearings. the idea is under design conditions and based on the choice of materials and structure of the design, with reasonable strength calculation and checking to get equipment used structure.Key Words Heat exchanger process design structure design ammonia1 引言1.1 合成氨工业合成氨主要用于制造氮肥和复合肥的制造工业中，氨作为工业原料和氨化饲料，用量约占世界产量的12％。

合成氨变换工段工艺过程设计

合成氨变换工段工艺过程设计
合成氨是一种氮肥的主要原材料，广泛应用于农业生产中。

合成氨的生产工艺比较复杂，需要经过多个过程的变换才能得到最终的产品。

以下是合成氨变换工段工艺过程的设计。

第一步：氨气合成
氨气合成是合成氨工艺的核心环节，是通过一系列反应将纯净的氢气和氮气合成氨气。

氮气主要来自于空分装置，而氢气主要来自于蒸汽重整装置。

氮气和氢气混合进入催化转化器，经过高温高压催化剂的作用，在催化剂的表面上发生一系列反应，生成氨气。

第二步：氨气变换
氨气变换是将氨气和过量的氮气通过低温催化转化器进行反应，生成高纯度的合成气体。

合成气体主要由氨气、氢气和少量的氮气组成。

合成气体进入变换反应器，在催化剂的作用下，发生一系列反应，将多余的氮气转化为氨气，提高合成气体的纯度。

为了提高合成氨的产率和纯度，还需要进行一系列辅助工艺，如排水处理、冷凝除尘等。

排水处理是为了去除合成氨中的水分，保证合成氨的纯度。

在排水处理过程中，合成氨中的水分会通过分离器分离出来，再经过干燥塔吸附去除水分，最后得到干燥的合成氨。

冷凝除尘是为了去除合成氨中的杂质，保证合成氨的纯度。

在冷凝除尘过程中，合成氨通过冷凝器冷却，使其中的杂质凝结成固体颗粒，然后经过除尘器除去颗粒物，最后得到纯净的合成氨。

综上所述，合成氨变换工段工艺过程的设计包括氨气合成和氨气变换两个主要步骤，同时还需要进行排水处理和冷凝除尘等辅助工艺。

这些步骤的设计要考虑反应温度、反应压力、催化剂的选择和管理，以及对产物的分离、干燥和净化等。

通过合理的工艺设计和操作管理，可以提高合成氨的生产效率和产品质量。

合成氨变换工段 (2)

合成氨变换工段简介合成氨是一种重要的化学原料，广泛应用于农业、化工、医药等领域。

合成氨变换工段是合成氨生产过程中的一个关键环节。

本文将介绍合成氨变换工段的工艺流程、设备及操作要点。

工艺流程合成氨变换工段是将合成气体中的氮气（N2）和氢气（H2）转化为氨气（NH3）的过程。

其工艺流程一般包括以下几个步骤：压缩经过合成气压缩工段后的合成气体进入合成氨变换工段前，需要进行进一步的压缩处理，以适应变换反应的要求。

压缩一般采用多级压缩方式，以提高压缩效率和能量利用率。

变换反应压缩后的合成气体进入变换反应器，其中装填有合适的催化剂。

变换反应是一个放热的反应，因此需要进行冷却，以控制反应温度在合适范围内。

反应器一般采用多床反应器并联运行，以确保反应的高转化率和低副反应产物含量。

分离变换反应生成的气体中含有未反应的氮气、氢气和产生的氨气，并伴有少量惰性气体。

为了获得纯度高的氨气，需要对气体进行分离。

常用的分离方法有吸收、膜分离和压力摩擦等。

吸收法是最常用的方法，一般采用水溶液吸收来分离氨气。

设备合成氨变换工段所需设备主要包括压缩机、反应器和分离塔等。

压缩机压缩机是将合成气体压缩到变换反应的所需压力的主要设备。

常用的压缩机有离心式压缩机和轴流式压缩机。

压缩机的选型应根据合成气体流量、压力和压缩比等参数来确定。

反应器反应器是合成氨变换工段的核心设备，其设计应考虑反应热平衡、传热效果和催化剂的使用寿命等因素。

常见的反应器类型有管状反应器、固定床反应器和流化床反应器等。

分离塔分离塔用于对变换反应生成的气体进行分离，以获取高纯度的氨气。

常见的分离塔类型有吸收塔和膜分离塔。

分离塔的选型应考虑气体流量、分离效率和运行成本等因素。

操作要点合成氨变换工段的操作要点包括以下几个方面：温度控制变换反应是一个高温反应，需要保持适宜的反应温度。

过高的温度会导致催化剂失活，过低的温度会降低反应速率。

因此，在操作过程中需要严格控制反应器的温度，并根据催化剂的性质和寿命进行调整。

合成氨工业-软件仿真转化工段教案

（5）开空气升温阀LLV41，充压；（6）当PI63升到0.2-0.3MPa时,渐开MIC26，保持PI63<0.3Mpa；（7）开阀LLV39，开SP-3旁路，加热103-D；（8）当温升速度减慢，点火嘴 1.在辅操台上按“101-B燃料气复位”按钮 2.开阀LLV102 3.开炉顶烧嘴燃料气控制阀MIC1～MIC9 4.开一到九排点火枪 5.开一到九排顶部烧嘴考克阀（9）当TR1-105达200℃、TR1-109达140℃后，准备MS升温 6 . MS升温（二段转化）升温（升温二段转化）（1）到辅操台按“SP-6开”按钮；（2）渐关空气升温阀LLV41；（3）开阀LLV42，开通MS进101-B的线路；（4）开FRCA2，将进101-B蒸汽量控制在10000-16000M3/H；（5）控制PI-63<0.3MPa；（6）当关空气升温阀LLV41后，到辅操台按“停101-J”；
1.开入口阀LVV25/LVV36 2.开平衡阀LVV27/LVV37 3.开回流阀LVV26/LVV30 4.开104-J的透平 MIC-27/28，启动104-J/JB 5.开104-J出口小旁路阀LVV29/LVV32，控制LR1（既LRCA76 50% 投自动）在50%，可根据LICA23和LRCA76的液位情况而开启 LVV28/LVV31；（9）开156-F的入口阀LVV04；（10）将LICA102投自动，设为50%；（11）开DO164，投用换热器106-C、134-C、103-C、123-C； 3. 开101-BJ、101-BU点火升温（一段转化图、点火图）点火升温（、点火升温一段转化图、点火图）（1）开风门MIC30；（2）开MIC31_1～MIC31_4；（3）开AICRA8，控制氧含量（4%左右）；（4）开PICA21，控制辅锅炉膛101-BU负压（-60Pa左右）；（5）全开顶部烧嘴风门LVV71、LVV73、LVV75、LVV77、LVV79、LVV81、 LVV83、LVV85、LVV87（点火现场）；（6）开DO095，投用一段炉引风机101-BJ；（7）开PRCA19，控制PICA19在-50Pa左右；（8）到辅操台按“启动风吹”按钮；（9）到辅操台把101-B工艺总联锁开关打旁路；（10）开燃料气进料截止阀LVV160；（11）全开PCV36（燃料气系统图）；

合成氨变换工段设计

合成氨变换工段设计一、工艺简介合成氨（NH3）是一种重要的化学原料，广泛应用于肥料、化工、冶金等领域。

合成氨通常是通过哈伯-博士过程进行合成的，该过程主要有三个阶段：气化反应、变换反应和分离装置。

其中，变换反应是合成氨反应的核心环节。

二、工艺流程1.进料系统：将氮气（N2）和氢气（H2）以一定的比例通入反应器。

进料系统应包括氮气和氢气的净化装置，以确保进入反应器的气流中不含有不利于反应的杂质。

2.反应器：反应器是合成氨变换的关键装置，需要选择适当的催化剂，并控制合适的反应温度和压力。

反应器的设计应满足以下要求：具有高的转化率和选择性、较小的压力损失、对催化剂具有良好的分布和稳定性。

3.除尘装置：合成氨反应会产生一些固体杂质，如烟尘颗粒等。

除尘装置主要用于去除这些固体杂质，以确保产品的纯度。

4.产品收集系统：将合成氨收集并进行后续的分离和提纯。

收集系统应包括冷凝器、吸收塔等设备，以确保合成氨的回收率。

三、工艺参数1.反应温度：合成氨变换反应通常在300-500°C的温度范围内进行，具体温度的选择应考虑催化剂的活性和热力学平衡等因素。

2.反应压力：合成氨变换反应的压力通常在10-30MPa之间，压力的选择应使反应的平衡位置有利于产生高的氨气浓度。

3.氮气和氢气的比例：氮气和氢气的比例对合成氨反应的转化率和选择性有重要影响，一般通过调节氮气和氢气的流量比例来控制。

4.催化剂的选择：催化剂的选择应考虑其活性和稳定性，促使反应的进行，并提高催化剂的利用率。

四、工艺设备1.反应器：选用合适的反应器，如固定床反应器或流化床反应器，确保催化剂的分布均匀和反应的高转化率。

2.净化装置：包括氮气和氢气的净化装置，用于去除进料中的杂质。

3.冷凝器：用于冷却和冷凝反应器出口的气体，以便进行后续的分离和提纯。

4.吸收塔：用于收集合成氨气体，并进行后续的分离和提纯。

五、工艺控制1.温度控制：根据反应的热力学特性，控制反应温度在适当的范围内，以提高反应的转化率和选择性。

8万吨年合成氨变换工段第二换热交换器

8万吨/年合成氨变换工段第二换热交换器第1章绪论1 .1 课题简介本次毕业设计的课题（山西焦化集团合成氨厂8万吨/年合成氨变换工段第二热交换器）来源于山西焦化集团洪洞化肥厂，重点进行了合成氨变换工段第二热交换器的设计，该厂氮肥生产的任务是进行合成氨与尿素的生产。

换热器在工业生产中，尤其是在石油、化工、轻工、制药、能源等工业生产中，常常需要补低温流体加热或把高温流体冷却，把液体气化或把蒸汽冷凝。

这些过程均和热量传递有着密切联系，因而均可以通过换热器来实现完成。

可以说换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备。

1.2工艺流程简述1.2.1总工艺流程图合成氨及尿素的主要化学反应方程为：3H2+N2=2NH3+Q2NH3+CO2=NH2COONH4+QNH2COONH4=CO（NH2）2+H2O-Q1.2.2变换工段流程简述由造气车间来的半水煤气压力为9.81KPa、H2S＜20mg/Nm3经低压机加压到2.06MPa，进入本岗位的油水分离器，除去夹带的油水后，进入预脱硫槽，上部氧化铁吸收部分无机硫，下部活性碳吸收部分有机硫，然后进入第一热交换器与第三热交换器来的变换气进行换热，使半水煤气的温度由35℃提高到220℃左右，进入氧化锌脱硫槽，将半水煤气中的有机硫转变为无机硫，同时被氧化锌吸收至总硫含量为微量。

脱硫后的半水煤气进入第二热交换器与变换炉二段出口的变换气换热，（在第二热交换器半水煤气入口加入2.45MPa、390℃的过热蒸汽，汽/气0.7—0.9）使入变换炉气体温度达到330℃左右。

在变换炉第一、二层之间有冷激煤气和蒸汽加入管。

上段变换气出口温度达429℃进入第二热交换器管内与半水煤气换热，温度降到400℃，进入淬冷器，温度降至360℃左右，并提高下段汽/气比，用低变气冷凝液淬冷后，进入下段变换炉继续CO变换反应，使出口CO≤3%，气体温度升到405℃进入第三交换器管内与碱洗气换热，出第三热交换器的变换气温度降到365℃，然后进入第一热交换器与半水煤气换热，温度降到280℃左右，进入旧系统氧化锌脱硫槽和焦炉气系统并气生产。

年产50万吨合成氨中变换工段设计

合成氨的变换工段是氨的生产过程中的重要环节，其设计与优化对于氨的产量和质量有着重要影响。

下面是一个关于年产50万吨合成氨中变换工段设计的1200字以上的介绍。

1.变换工段的作用和原理变换工段是合成氨工艺中的核心环节，其主要作用是将气态的合成气（由氮气和氢气组成）转化为合成氨。

这一过程是通过在催化剂的作用下，将氮气和氢气通过一系列反应逐步转化为合成氨。

其中最主要的反应是氮气与氢气的催化剂反应，也称为哈伯—波克反应。

2.变换反应的热力学和动力学特性合成氨的变换反应是一个热力学上的放热反应，即在常温下会产生大量的热量。

这一特性对于反应器的设计和操作有着重要影响。

同时，反应速率也是变换反应的重要特性之一、在变换工段中，反应速率的控制是通过反应器的温度、压力和催化剂的选择来实现的。

3.反应器的选择和设计在变换工段中，常用的反应器有固定床反应器和流化床反应器两种。

固定床反应器是将催化剂填充在反应器内，通过气流将气体输入反应器进行反应。

而流化床反应器则是将催化剂以固体颗粒的形式悬浮在气流中进行反应。

两种反应器都有各自的优点和适用范围，具体的选择需要考虑到反应条件、催化剂的活性和成本等因素。

4.反应条件的优化反应条件是指反应器中温度、压力和气体流速等因素的控制。

这些条件对于反应速率和产物质量有着重要的影响。

通常，较高的反应温度和压力可以促进反应速率，但同时也会增加能耗和催化剂磨损等问题。

因此，需要在考虑反应速率的基础上综合考虑能耗和催化剂寿命等因素，寻找最优的反应条件。

5.催化剂的选择和优化催化剂是变换反应中的关键因素，其选择和优化对于反应速率和产物质量有着至关重要的影响。

合成氨的变换反应通常采用铁基催化剂或铁铬双金属催化剂。

催化剂的活性和稳定性是选择催化剂的两个主要指标。

而在实际操作中，催化剂的中毒和失效问题也需要考虑。

综上所述，年产50万吨合成氨中变换工段的设计是一个复杂而重要的工作。

需要综合考虑反应速率、能耗、催化剂选择和产物质量等多个因素，并通过合理的反应器设计和反应条件的优化来实现高效的合成氨生产。

合成氨变换工段车间布置图==

摘要变换工段是指一氧化碳与水蒸气反应生成二氧化碳和氢气的过程。

一氧化碳变换既是原料气的净化过程，又是原料气制备的继续。

目前，变换工段主要采用中变串低变的工艺流程。

本设计针对中低温串联变换流程进行设计，对流程中各个设备进行物料、能料衡算、以及设备选型，并绘制了带控制点的流程图。

关键词：合成氨,变换,工艺设计，设备选型30kt/a Retention Of Ammonia Synthesis Process Preliminary DesignAbstactTransform section refers to the reactions that produce carbon dioxide carbon monoxide and hydrogen and water vapor in the process. Carbon monoxide transformation is the gas material purification process, and the preparation of gas material to continue. At present, the transformation mainly by grow string sections of variable process low. This design of low-temperature series transformation process of process design, materials, each device can material calculation, and the equipment selection, and plotted take control in the flow chart and variable furnace equipment assembly drawing.Keywords：ammonia, transformation, process design,equipment choice目录摘要 (Ⅰ)ABSTRACT (Ⅱ)1绪论 (1)1.1前言 (1)1.2 氨的性质和用途 (1)1.2.1 氨的物理性质 (1)1.2.2氨的化学性质 (1)1.2.3氨的用途 (2)1.3变换工艺原理 (2)1.4工艺条件 (3)1.4.1 压力 (3)1.4.2 温度 (3)1.4.3汽气比 (4)1.5工艺流程确定 (4)1.5.1工艺流程简图 (5)1.5.2流程工序简述 (5)1.5.3主要设备的选择说明 (5)2物料与热量衡算 (6)2.1已知条件 (6)2.2中变炉的物料与热量衡算 (7)2.2.1水气比的确定 (7)2.2.2中变炉CO的实际变换率的求取 (7)2.2.3中变炉的物料衡算 (7)2.2.4对出中变炉的变换气的温度进行估算 (10)2.2.5中变炉的热量衡算 (10)2.2.6中变炉催化剂平衡曲线 (11)2.2.7最佳温度曲线的计算 (12)2.2.8 中变催化剂操作线的计算 (13)2.3低变炉的物料与热量衡算 (14)2.3.1低变炉CO的实际变换率的求取 (14)2.3.2.低变炉的物料衡算 (14)2.3.3对出低变炉的变换气温度进行估算 (16)2.3.4低变炉的热量衡算 (17)2.3.5低变炉平衡曲线、最适宜温度曲线及操作线计算 (18)2.4废热锅炉的热量和物料衡算 (20)2.4.1物料衡算 (20)2.4.2热量衡算 (21)2.5水蒸汽的加入 (22)2.6主换器的物料与热量的衡算 (22)2.6.1物料衡算 (22)2.6.2热量计算 (23)2.7调温水加热器的物料与热量衡算 (24)3设备的计算 (26)3.1中变炉的计算 (26)3.1.1触媒用量的计算 (26)3.1.2中变催化床层触媒用量 (26)3.1.3触媒直径的计算 (28)3.1.4中变炉工艺计算汇总 (29)3.1.5中变炉壁厚的计算 (29)3.1.6封头的选择 (30)3.1.7群座 (31)3.1.8地脚螺栓 (32)3.1.9人孔 (32)3.1.10排气孔 (32)3.1.11接管 (32)3.1.12引出通道管 (33)3.1.13法兰 (33)3.1.14筋板 (34)3.1.15中变炉材料与零部件一览表 (34)3.2低温变换炉计算 (34)3.2.1已知条件 (34)3.2.2 催化剂用量计算 (35)3.2.3 催化剂床层直径计算 (36)3.2.4封头的选择 (37)3.2.5塔高的计算 (38)3.3主换热器的计算 (38)3.3 .1已知条件 (38)3.3 .2设备直径与列管数量确定 (39)3.3.3传热系数的验算 (40)3.3.4壳侧对流传热系数计算 (42)3.3.5总传热系数核算 (44)3.3.6传热面积的核算 (44)4汇总 (46)4.1物料汇总表 (46)4.2热量汇总表 (47)4.3主要设备一览表 (49)5设计评述 (50)参考文献 (51)致谢 (52)1绪论1.1前言中国合成氨是在20世纪30年代开始的，合成氨生产经过多年的发展，现已发展成为一种成熟的化工生产工艺。

合成氨变换工段

合成氨变换工段简介合成氨是一种重要的化工原料，被广泛应用于化肥、染料、药品等行业。

合成氨的生产过程中，合成气通过催化剂进行反应生成合成氨。

合成氨变换工段是合成氨生产过程中的核心环节之一，它负责将合成气转化为合成氨。

本文将对合成氨变换工段进行详细介绍。

工艺流程合成氨变换工段的工艺流程一般包括以下几个步骤：1.压缩空气：首先，从空气中去除水分和杂质，然后通过压缩机将空气压缩至一定压力。

2.空气预热：将压缩空气通过预热器进行预热，以提高进入变换器的温度。

3.氨合成催化剂床：进入变换器的压缩空气通过氨合成催化剂床，与合成气反应生成合成氨。

4.变换气冷却：将产生的合成氨与未反应的合成气进行冷凝，使其转化为液体。

5.氨液分离：通过分离器，对冷凝后的液体进行分离，分离出合成氨液体。

6.氨液提纯：对合成氨液体进行进一步的提纯处理，以去除杂质。

7.氨液蒸发：通过蒸发器，对提纯后的合成氨液体进行蒸发，使其变为气体。

8.氨气冷却：将蒸发出的氨气进行冷却，使其降至适宜的温度。

设备介绍合成氨变换工段涉及到的主要设备有：•压缩机：用于将空气压缩至所需压力。

•预热器：对压缩空气进行预热，提高进入变换器的温度。

•变换器：包含氨合成催化剂床，用于将压缩空气与合成气反应生成合成氨。

•冷却器：用于对合成氨和未反应的合成气进行冷凝，转化为液体。

•分离器：分离冷凝后的液体中的合成氨。

•提纯装置：对合成氨液体进行提纯处理。

•蒸发器：对提纯后的合成氨液体进行蒸发，转化为气体。

•冷却设备：用于对蒸发的氨气进行冷却。

操作要点在合成氨变换工段的操作过程中，需要注意以下几个要点：1.控制变换器温度：变换器温度对合成氨的产率和选择性有重要影响，需要控制在适宜的范围内。

2.控制压力和流量：合成氨变换反应的压力和流量也是影响反应效果的重要参数，需要进行精确的控制。

3.定期更换催化剂：催化剂是合成氨反应的核心，需要定期检查和更换，确保反应活性和选择性。

4.控制冷却器温度：冷却器温度对冷凝效果有重要影响，需要根据实际情况进行调整和控制。

合成氨变换工段

合成氨变换工段简介合成氨是一种重要的化学原料，广泛应用于农业、制药、化肥等领域。

合成氨变换工段是合成氨生产过程中的关键环节之一，其主要功能是将合成气体通过催化剂转化为合成氨。

本文将介绍合成氨变换工段的工艺流程、设备配置以及相关操作要点。

工艺流程合成氨变换工段的工艺流程一般包括以下几个步骤：1.合成气体进料：合成气体主要由氢气和氮气组成，通常以一定的比例混合供给变换装置。

合成气体进入变换装置前需要进行净化处理，去除其中的杂质和不良成分。

2.变换装置：变换装置是合成氨变换工段的核心设备，通常采用催化转化的方式将合成气体转化为合成氨。

变换装置一般由多层反应器组成，每个反应器中都装有合成氨催化剂。

合成气体经过多次催化反应，逐渐转化为合成氨。

3.副产物处理：合成氨变换过程中会产生一些副产物，如水和二氧化碳等。

这些副产物需要进行分离和处理，以保证合成氨的纯度和质量。

4.合成氨产品收集：经过变换装置后，合成氨会以气体形式产生。

合成氨需要通过一系列的冷凝和分离过程，将其收集、压缩和液化，最终得到合成氨产品。

设备配置合成氨变换工段所需的关键设备包括：•合成气体净化装置：用于去除合成气体中的杂质和不良成分，以保证变换反应的效果。

•变换装置：包括多个反应器和催化剂，用于将合成气体转化为合成氨。

反应器通常采用高温高压的操作条件，催化剂的选择和调整对反应效果至关重要。

•副产物处理装置：用于分离和处理合成氨变换过程中产生的副产物，如水和二氧化碳等。

•合成氨收集装置：用于将合成氨从气体状态转化为液体状态，并将其收集、压缩和储存。

除了以上主要设备，合成氨变换工段还需要配备相应的控制系统、安全防护设施和检测仪器等。

操作要点在进行合成氨变换工段操作时，需要注意以下几个要点：1.催化剂的选择和管理：催化剂是合成氨变换工段的核心，应根据具体的生产条件和要求选择适合的催化剂，并且定期检测和管理催化剂的活性和寿命。

2.反应条件的控制：合适的反应条件对于合成氨变换的效果至关重要。

合成氨转化工段 2

烃类和水蒸气的混合气在反应管内镍催化剂的作用下烃类和水蒸气的混合气在反应管内镍催化剂的作用下进行转化反应管外有燃料气燃烧供给反应所需热量出一段炉转化进行转化反应管外有燃料气燃烧供给反应所需热量出一段炉转化气温度控制在温度控制在800800左右
合成氨的转化的工艺过程和设备为主，对于公用工程和附属系统不进行过程定量模拟，只做事故定性仿真(如：停冷却水，停蒸汽等)，具体包括如下过程在内：原料气脱硫、原料气的一段转化、转化气的二段转化、变换、蒸汽系统、燃料气系统。
• 2、压力 • 一氧化碳变换是一个等分子反应，如为理想气体时，压力对平衡没有影响。目前的工业操作条件，压力大多在5.0Mpa以上，温度在200～500℃时，压力对变换反应没有显著影响。
• 3、水气比
• 水气比即变换原料气中水蒸汽与干粗合成气的摩尔数(或体积)之比。水气比是影响CO变换反应的主要因素之一。提高水蒸汽比例，有利于提高CO变换率，降低CO残留量。另外，过量的水蒸汽还起到热载体的作用，减少催化剂床层的温升。但是，过高的水气比使得变换过程的消耗增加，床层阻力增加，并使余热回收设备负荷加重。所以，选择一个合适的水气比显得尤为重要。水气比的高低还受催化剂的制约。根据催化剂的特性和各段反应出口CO浓度及最终CO浓度的要求，该工程CO变换流程水气比定为1.4。一般情况下可采用提高水气比的方法来提高CO的变换率，但提高水气比也有一定限度，这是因为水气比再往上提高，效果越来越小。当水气比大于一个数值时，以干气为基础的变换率反而下降。工业生产要求最终干气中CO有较低的浓度，同时消耗较少的能量。
3、二段转化
• 二段转化反应方程式如下： • 1.催化床层顶部空间的燃烧反应 • 2H2 + O2 2H2O（g）+ 484 kj/mol • CO+ O2 CO2 + 566 kj/mol • 2. 催化床层的转化烧反应 • CH4+H2O CO+3H2 – 206.4 kj/mol • CH4+ CO2 2CO+2H2 – 247.4 kj/mol • 二段炉的出口气中含有大量的CO，这些未变换的CO大部分在变换炉中氧化成CO2，从而提高了H2的产量。变换反应方程式如下： • CO+ H2O CO2 +H2 + 566 kj/mol

合成氨转化工段 2

2、原料气的一段蒸汽转化
• 经脱硫后的原料气的总硫含量降至0.1ppm以下，与水蒸汽混合后进行转化反应，生成氢气和CO （CO 将在下一变化中去除）： • CH4+H2O CO+3H2 – 206.4 kj/mol
•
•
CH4+2H2O
CO2+4H2 - 165.1 kj/mol
CnH2n+2+nH2O ＝ nCO +（2n+1）H2
3、二段转化
• 二段转化反应方程式如下： • 1.催化床层顶部空间的燃烧反应 • 2H2 + O2 2H2O（g）+ 484 kj/mol • CO+ O2 CO2 + 566 kj/mol • 2. 催化床层的转化烧反应 • CH4+H2O CO+3H2 – 206.4 kj/mol • CH4+ CO2 2CO+2H2 – 247.4 kj/mol • 二段炉的出口气中含有大量的CO，这些未变换的CO大部分在变换炉中氧化成CO2，从而提高了H2的产量。变换反应方程式如下： • CO+ H2O CO2 +H2 + 566 kj/mol
• 2、压力 • 一氧化碳变换是一个等分子反应，如为理想气体时，压力对平衡没有影响。目前的工业操作条件，压力大多在5.0Mpa以上，温度在200～500℃时，压力对变换反应没有显著影响。
• 3、水气比
• 水气比即变换原料气中水蒸汽与干粗合成气的摩尔数(或体积)之比。水气比是影响CO变换反应的主要因素之一。提高水蒸汽比例，有利于提高CO变换率，降低CO残留量。另外，过量的水蒸汽还起到热载体的作用，减少催化剂床层的温升。但是，过高的水气比使得变换过程的消耗增加，床层阻力增加，并使余热回收设备负荷加重。所以，选择一个合适的水气比显得尤为重要。水气比的高低还受催化剂的制约。根据催化剂的特性和各段反应出口CO浓度及最终CO浓度的要求，该工程CO变换流程水气比定为1.4。一般情况下可采用提高水气比的方法来提高CO的变换率，但提高水气比也有一定限度，这是因为水气比再往上提高，效果越来越小。当水气比大于一个数值时，以干气为基础的变换率反而下降。工业生产要求最终干气中CO有较低的浓度，同时消耗较少的能量。

合成氨工业——双一段转化

第一章双一段转化岗位一、岗位任务以天然气为原料和燃料，在铁锰脱硫剂和氧化锌脱硫剂作用下，将天然气中的有机硫和无机硫脱除到0.5ppm 以下，通过配入一定量的蒸汽和空气在一、二段转化触媒和一定的温度条件下将甲烷转化为氢气、一氧化碳、二氧化碳，制取合成氨所需要的氢气和氮气，在一定的温度和变换触媒的催化作用下，使一氧化碳变换成二氧化碳和氢气，为尿素车间提供富余的中压蒸汽，同时净化脱碳气中残余的二氧化碳和一氧化碳，为后工段输出合格的低变气和净化气。

保持本工段操作条件符合工艺指标要求，负责直转系统的开停车、事故处理及正常操作和维护，并及时做好原始记录，实现安全、环保、优质、低耗、经济、文明生产。

二、工艺原理2.1脱硫转化工序2.1.1脱硫来自天然气压缩机的原料天然气中，总硫含量≤120mg/m 3，本装置采用干法脱硫来处理原料气中的硫份。

为了脱除有机硫，采用铁锰脱硫催化剂在约340－400℃高温下发生下述反应：RH S H H RSH +→+22O H M n S M n O S H 22+→+ 在铁、锰催化剂的作用下，大约还剩≤５PP ｍ的硫化氢，在氧化锌催化剂作用下发生下述脱硫反应而被吸收。

O H ZnS ZnO S H 22+→+O H H C Z n S Z n O SH H C 24252++→+在氧化锌催化剂作用下吸收速度极快，因而脱硫沿气体流动方向逐层进行，最终硫被脱除至0.5PP ｍ以下。

2.1.2转化脱硫后的原料气在镍催化剂作用下，按下列反应式进行反应以制取合成氨所用的原料气。

主要的反应式如下：2243)(H CO g O H CH +→+－Ｑ KJ H 29.206982=∆/mol222)(H CO g O H CO +→+＋Ｑ KJ H 19.41982=∆/mol转化工序分为两段进行，在方箱炉和换热式转化炉里，烃类和水蒸汽在反应管内的镍触媒上反应，由管外供给反应所需热量。

出口气体残余甲烷浓度约为8～20％，两个一段转化后的气体进入二段转化炉，在二段炉顶部空气分布器加入空气燃烧放热，同时又在二段镍触媒的催化作用下，继续进行剩余甲烷的转化反应，二段炉出口温度在810～900C 0之间，经二段转化后，可使转化气达到下列两项要求：（１）氢氮比（分子比）：２.２－２.８（２）残余甲烷（干基）：０.３～０.６％转化气中的氢气与空气中的氧发生燃烧反应：KJ O H O H 16.2412/1222+=+/mol在二段炉内除氢以外一氧化碳及甲烷也能燃烧，但Ｈ2燃烧反应的速度比其他可燃气体快３－４个数量级，所以在二段炉内催化剂上部的非催化剂空间里，首先是空气中的氧与一段转化气中的氢气进行燃烧，放出大量的热用于一段转化气中的残余甲烷继续转化。