年产30万吨合成氨工艺设计

年产30万吨合成氨工艺设计作者姓名000专业应用化工技术11-2班指导教师姓名000专业技术职务副教授（讲师）目录摘要 (4)第一章合成氨工业概述 (5)1.1氨的性质、用途及重要性 (5)1.1.1氨的性质 (5)1.1.2 氨的用途及在国民生产中的作用 (6)1.2 合成氨工业概况 (6)1.2.1发展趋势 (6)1.2.2我国合成氨工业发展概况 (7)1.2.3世界合成氨技术的发展 (9)1.3合成氨生产工艺 (11)1.3.1合成氨的典型工艺流程 (11)1.4设计方案确定 (13)1.4.1原料的选择 (13)1.4.2 工艺流程的选择 (14)1.4.3 工艺参数的确定 (14)第二章设计工艺计算2.1 转化段物料衡算 (15)2.1.1 一段转化炉的物料衡算 (16)2.2 转化段热量衡算 (24)2.2.1 一段炉辐射段热量衡算 (24)2.2.2 二段炉的热量衡算 (32)2.2.3 换热器101-C、102-C的热量衡算 (34)2.3 变换段的衡算 (35)2.3.1 高温变换炉的衡算 (35)2.3.2 低温变换炉的衡算 (38)2.4 换热器103-C及换热器104-C的热负荷计算 (41)2.4.1 换热器103-C热负荷 (41)2.4.2 换热器104-C热负荷 (42)2.5 设备工艺计算 (42)2.6 带控制点的工艺流程图及主要设备图 (46)2.7 生产质量控制 (46)2.8 三废处理 (47)摘要氨是重要的基础化工产品之一，在国民经济中占有重要地位。

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。

本设计是以天然气为原料年产三十万吨合成氨的设计。

近年来合成氨工业发展很快，大型化、低能耗、清洁生产均是合成氨设备发展的主流，技术改进主要方向是开发性能更好的催化剂、降低氨合成压力、开发新的原料气净化方法、降低燃料消耗、回收和合理利用低位热能等方面上。

设计采用的工艺流程简介：天然气经过脱硫压缩进入一段转化炉，把CH4和烃类转化成H2，再经过二段炉进一步转化后换热进入高变炉，在催化剂作用下大部分CO和水蒸气反应获H2和CO2，再经过低变炉使CO降到合格水平，去甲烷化工序。

关键词：合成氨天然气ABSTRACTAmmonia is one of the important basic chemical products, occupies an important position in national economy. Ammonia production after years of development, has now developed into a mature chemical production process.This design is the design of the natural gas as raw material to produce three hundred thousand tons of synthetic ammonia. Synthetic ammonia industry develops very fast in recent years, large scale, low energy consumption, clean production is the mainstream in the development of synthetic ammonia equipment, technical improvement is the main direction of development of better performance of catalyst, reducing ammonia synthesis pressure, the development of new materials gas purification methods, reduce fuel consumption, recovery and rational utilization of low heat, etc.Introduction to the design process used: compressed natural gas after desulfurization enter reformer, the CH4 and hydrocarbons into H2, and then further transformed after Sec furnace heat exchanger into the hypervariable furnace, most CO and watervapor in the catalyst reaction for H2 and CO2, and then through the low variant oven down to an acceptable level of CO, to the methanation processes.Key words：Ammonia gas第一章合成氨工业概述1.1氨的性质、用途及重要性1.1.1氨的性质，在标准状态下是无色气体，比空气轻，具有特殊的刺激性臭味。

人氨分子式为NH3们在大100c m3/m3氨的环境中，每天接触八小时会引起慢性中毒。

主要化学性质：（1）、NH₃（挥发性）遇HCl（挥发性）气体有白烟产生,可与氯气反应。

电离方程式：（2）、氨水（一水合氨，NH3·H2O）可腐蚀许多金属，尤其铜，氨区内一般要求不准用铜材质设备，一般若用铁桶装氨水，铁桶应内涂沥青。

（3）、氨的催化氧化是放热反应，产物是NO，是工业制硝酸的重要反应，NH₃也可以被氧化成N₂。

（4）、NH₃能使湿润的红色石蕊试纸变蓝。

在水中产生少量氢氧根离子，呈弱碱性.（5)、氨与酸反应生成铵盐：NH₃+HCI=NH₄CI氨在英文中有时会被称作anhydrous ammonia（译为无水氨），以和在英文中与它名称类似的氨水区别。

中文中很少有人会把氨气和氨水混为一谈。

氨气溶于水得到氨水，氨水的主要成分是一水合氨，但是不能认为一水合氨就是氨水。

而且氨水成碱性的原因就是一水合氨在水中电离出氢氧根离子。

市售氨水浓度为25%-28%。

NH₃· H₂O ⇌ NH₄++OH-其性质和氨气完全不一样。

实验室的稀氨水一的浓度一般为1M至2M。

氨的饱和水溶液（大约18M）的密度是0.880g cm，故可称之为.880 Ammonia。

主要物理性质：（1）有刺激性气味的气体氨对人体的眼、鼻、喉等有刺激作用，吸入大量氨气能造成短时间鼻塞，并造成窒息感，眼部接触以造成流泪，接触时应小心。

如果不慎接触过多的氨而出现病症，要及时吸入新鲜空气和水蒸气，并用大量水冲洗眼睛。

（2）密度小氨气的密度为0.771g/L（标准状况下）（3）沸点较高氨很容易液化，在常压下冷却至-33.5℃或在常温下加压至700KPa至800KPa，气态氨就液化成无色液体，同时放出大量的热。

液态氨汽化时要吸收大量的热，使周围物质的温度急剧下降，所以氨常作为制冷剂。

以前一些老式冰棍就是利用氨气制作的（4）易溶于水（5）氨极易溶于水，在常温、常压下，1体积水能溶解约700体积的氨。

1.1.2氨的用途及在国民生产中的作用氨是基本化工产品之一，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，合成氨工业的发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基础，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。

合成氨工业的迅速发展，也促进和带动了许多科学技术部门的发展，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基础上发展起来的。

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[4]。

1.2合成氨工业概况·1.2.1发展趋势氨是最为重要的基础化工产品之一，其产量居各种化工产品的首位；同时也是能源消耗的大户，世界上大约有10%的能源用于生产合成氨。

氨主要用于农业，合成氨是氮肥工业的基础，氨本身是重要的氮素肥料，其他氮素肥料也大多是先合成氨、再加工成尿素或各种铵盐肥料，这部分约占70%的比例。

未来合成氨技术进展的主要趋势是“大型化､低能耗､结构调整､清洁生产､长周期运行”。

①原料路线的变化方向。

从世界燃料储量来看，煤的储量约为石油、天然气总和10倍，自从70年代中东石油涨价后,从煤制氨路线重新受到重视,但因以天然气为原料的合成氨装置投资低、能耗低、成本低的缘故,预计到20世纪末,世界大多数合成氨厂仍将以气体燃料为主要原料。

②节能和降耗。

合成氨成本中能源费用占较大比重，合成氨生产的技术改进重点放在采用低能耗工艺、充分回收及合理利用能量上，主要方向是研制性能更好的催化剂、降低氨合成压力、开发新的原料气净化方法、降低燃料消耗、回收和合理利用低位热能等。

如今已提出以天然气为原料的节能型合成氨新流程多种，每吨液氨的设计能耗可降低到约29.3GJ。

③与其他产品联合生产。

合成氨生产中副产大量的二氧化碳，不仅可用于冷冻、饮料、灭火，也是生产尿素、纯碱、碳酸氢铵的原料。

如果在合成氨原料气脱除二氧化碳过程中能联合生产这些产品，则可以简化流程、减少能耗、降低成本。

中国开发的用氨水脱除二氧化碳直接制碳酸氢铵新工艺，以及中国、意大利等国开发的变换气气提法联合生产尿素工艺，都有明显的优点。

1.2.2我国合成氨工业发展概况中国合成氨产量位居世界第一位，现已掌握了以焦炭、无烟煤、焦炉气、天然气及油田伴生气和液态烃多种原料生产合成氨、尿素的技术，形成了特有的煤、石油、天然气原料并存和大、中、小生产规模并存的生产格局。

2013年，中国合成氨总生产能力为7,400万吨左右，氮肥工业已基本满足了国内需求；在与国际接轨后，具备与国际合成氨产品竞争的能力，今后发展重点是调整原料和产品结构，进一步改善经济性。