年产5万吨合成氨变换工段工艺初步讲解
合成氨变换工段工艺设计
合成氨变换工段工艺设计合成氨是化工工业中的重要原料，广泛应用于制取尿素、硝化铵等农业肥料，以及制取氨水、氨盐、化肥、染料等合成工艺中。
合成氨变换工段是合成氨生产中的关键环节，其工艺设计对合成氨的产量、质量以及能耗等方面有重要影响。
一、工艺概述合成氨的变换反应器是将反应物氮气和氢气通过催化剂的作用，在一定条件下发生气相合成反应，生成合成氨。
反应器通常采用固定床催化剂反应器，催化剂的选择和催化剂床层的设计都是工艺设计的重要环节。
冷凝器主要用于对反应产生的氨气进行冷凝回收，常见的冷凝器有直接冷凝器和间接冷凝器两种形式，工艺设计中需要根据具体情况选择适用的冷凝方式。
循环气压缩机主要用于将反应器中未反应的气体通入新的循环，提高气相合成反应的转化率。
在工艺设计中，需要考虑压缩机的压比、功率消耗等参数。
氨气的分离净化装置主要用于对合成氨中的杂质进行去除，提高合成氨的纯度。
常用的分离净化装置有吸附装置、膜分离装置等，具体的工艺设计需要根据生产要求和经济效益进行选择。
二、工艺参数及控制合成氨的变换工段的工艺参数主要包括反应温度、反应压力、空速、催化剂活性等。
这些参数直接影响合成氨的产率、选择性和能耗。
反应温度是合成氨变换反应的重要参数，通过控制温度可以提高反应速率和转化率，但过高的温度会导致副反应的发生，降低合成氨的选择性。
反应压力主要用于控制氨气的产量和能耗，压力越高产氨越多，但能耗也相应增加。
空速是指单位时间内通过反应器的氮气体积，可以通过调控压力和进气量来实现，过小的空速会影响反应的效果，而过大会导致固定床催化剂的床层冲击和阻力升高，影响反应转化率。
催化剂活性主要指催化剂的活性组分含量和粒径等参数，这些参数会影响合成氨的选择性和催化剂的寿命。
在工艺设计中，需要考虑这些参数的合理选择和控制，以提高合成氨的产量和质量，并降低能耗。
三、能耗控制合成氨的变换工段是合成氨生产中的能耗重点。
能耗的控制主要体现在压力控制、催化剂选择和热交换等方面。
年产五万吨合成氨合成工段工艺设计
合成氨是一种重要的化工原料，在农业、化肥、医药等领域具有广泛的应用。
年产五万吨合成氨合成工段的工艺设计需要确保生产效率、降低成本以及保护环境。
下面将介绍一种可能的工艺设计方案，并详细阐述其主要步骤和操作过程。
工艺设计方案：1.原料准备：气体原料包括天然气、汽油等，液体原料包括氨水和硫酸。
将气体原料经过净化处理后，与液体原料进行混合。
2. 混合反应器：将混合后的原料进入混合反应器中，进行催化合成反应。
合成反应通常使用铁催化剂，反应温度为400-500°C，压力为150-300 atm。
3.分离系统：将反应后的混合气体通过冷却器进行冷却，使其达到饱和水蒸气状态。
然后进入分离塔，其中含有若干个塔盘。
通过升温和降压，氨气和氮气分别从塔顶和塔底分离出来。
氨气经过冷凝器冷却，得到液氨产品。
4.副产物处理：除了氨气外，还产生了一些副产物，如甲烷、一氧化碳等。
这些副产物需要进行处理，如通过燃烧转化为二氧化碳和水蒸气。
5.产品处理：将液氨产品进行浓缩、脱水等处理，使其达到合适的纯度要求。
然后进行分装、储存和运输等环节。
在整个合成氨合成工段中，合成反应器是最关键的部分。
其选用合适的催化剂和反应条件，可以保证高效率、高选择性的合成氨反应。
此外，适当的分离系统和副产物处理方式，能够最大程度地回收和利用原料，减少能源消耗和环境污染。
整个工艺设计需要考虑到安全性、经济性和环境性能。
安全性方面，需要对原料进行严格的净化处理，防止催化剂中毒等问题的发生。
经济性方面，需要优化工艺参数，提高产量和纯度，降低生产成本。
环境性能方面，需要优化副产物处理方式，减少废气和废水的排放。
综上所述，年产五万吨合成氨合成工段的工艺设计需要综合考虑多个因素，包括催化剂的选择、反应条件的控制、分离系统的设计、副产物处理方式等。
只有通过优化这些环节，才能够实现高效、稳定、安全和环保的合成氨生产。
年产五万吨合成氨合成工段工艺设计
年产五万吨合成氨合成工段工艺设计一、引言合成氨是一种重要的化工原料，广泛应用于农业、工业和化工等领域。
合成氨的生产工艺是通过氮气和氢气在一定条件下进行催化反应，生成氨气。
年产五万吨合成氨合成工段工艺设计是一个重要的工程项目，本文将对该工艺设计进行详细介绍。
二、工艺流程1. 原料准备：氮气和氢气是合成氨的原料，氮气主要来自空分设备，氢气主要来自蒸汽重整装置。
2. 原料净化：氮气和氢气需要经过净化处理，去除其中的杂质和水分，以保证反应的纯净度和稳定性。
3. 反应器设计：合成氨的反应器通常采用催化剂床层式反应器，反应器的设计需要考虑到反应条件、催化剂选择、温度控制等因素。
4. 热力平衡：合成氨反应是一个放热反应，需要进行热力平衡设计，确保反应器内温度的稳定。
5. 催化剂再生：催化剂在反应过程中会逐渐失活，需要定期进行再生或更换。
6. 产品分离：合成氨反应生成的氨气需要进行分离和纯化，得到符合工业标准的合成氨产品。
三、工艺参数1. 反应温度：合成氨反应的适宜温度为350-550摄氏度，需要根据具体情况进行调整。
2. 反应压力：合成氨反应的适宜压力为100-300大气压，过高或过低的压力都会影响反应效果。
3. 催化剂选择：常用的合成氨催化剂有铁、铑、铑铁等，需要根据反应条件选择合适的催化剂。
4. 原料比例：氮气和氢气的摩尔比需要按照化学方程式进行精确控制，以确保反应的充分进行。
5. 反应速率：合成氨反应的速率受到温度、压力、催化剂活性等因素的影响，需要进行精确的反应速率控制。
四、设备选型1. 反应器：合成氨反应器需要选择耐高温、耐压的材料制造，通常采用碳钢或不锈钢材料。
2. 分离设备：合成氨反应产生的氨气需要通过冷凝、吸附等方式进行分离，需要选择适宜的分离设备。
3. 催化剂再生装置：催化剂再生装置需要具备高温高压下的操作能力，通常采用氢气再生或空气再生的方式。
4. 热力平衡设备：合成氨反应需要进行热力平衡设计，需要选择适宜的换热器、冷凝器等设备。
年产5万吨合成氨脱碳工段工艺设计_化工原理课程设计
邯郸学院本科毕业设计题目年产5万吨合成氨脱碳工段工艺设计邯郸学院化学系郑重声明本人地毕业设计是在指导教师梁亚男地指导下独立撰写完成地.如有剽窃、抄袭、造假等违反学术道德、学术规范和侵权地行为，本人愿意承担由此产生地各种后果，直至法律责任，并愿意通过网络接受公众地监督.特此郑重声明.毕业设计作者：年月日摘要本设计是年产五万吨合成氨脱碳工段地初步地设计.脱除原料气中地CO2，对以后地合成工段地意义重大，同时回收地CO2也可以用于其他化学物质地合成.本设计采用改良地热钾碱法和两段吸收两段再生地工艺流程来脱除合成气中地CO2，并对吸收液进行再生.设计内容主要包括生产工艺地比较和确定、能量衡算和物料衡算、主要设备地设计与选型.本设计地主要设备为二氧化碳吸收塔.通过计算确定采用异径塔.上段塔径为2000mm，填料层高度为14m；下段塔径为2400mm，调料层高度为10m.通过本设计方法，能够使变换气中二氧化碳地含量降至1%左右，具有较好地脱除效果，能够进行下一步地继续净化.附带地图纸有带控制工艺流程图和二氧化碳吸收塔设备结构图.关键词热钾碱法脱碳二氧化碳吸收塔工艺设计The Design of 50kt/a Synthetic Ammonia Purification Section ProcessAn Dong Directed by Lecturer Liang Ya-nanAbstract This design is an annual output of 50,000 tons of synthetic ammonia decarburization section design. Recovering the carbon dioxide is very important to next manufacturing process, and it can be used for producting other chemicals. It uses improvement way of hot solution of aqueous potassium carbonate and two process of absorbtion and recovery, this way can remove the carbon dioxide of syngas and recover the absorbed solution. The content of this design mainly includes the choice of making technologe, mass and energy balance, the design of equipments and tubes. The main equipment of this design is carbon dioxide absorption tower. Through the calculation we use different diameter tower. The diameter of the upper part of the tower is 2000mm. The height of the packing layer is 14m. The diameter of the lower part of the tower is 2400mm and the height of the packing layer is 10m. The design method can reduce the contents of carbon dioxide in transformation gas to about 1%, has better removal effect, and next step can be continue. Besides these, it includes the drawing of controllable technological process, the equipment drawing of the absorbing tower of cabon dioxide.Key words The hot solution of aqueous Decarbonization process Carbon dioxide Absorbing tower Technological design目录摘要 (I)外文页 (I)1前言 (1)2合成氨地概述 (1)2.1 氨地发现和制取 (1)2.2 氨地性质和用途 (1)2.3 我国合成氨工业地发展情况 (2)2.4 合成氨技术未来地发展趋势 (2)2.5 合成氨生产工艺介绍 (2)2.6 脱碳单元在合成氨中地作用 (4)3脱碳方法及工艺选择 (4)3.1 脱碳方法选择 (4)3.2 脱碳工艺地选择 (8)3.3 脱碳工段主要设备地选择 (12)3.4 工艺操作条件地选择 (12)4工艺计算 (13)4.1 物料衡算及热量衡算 (14)5 热量衡算汇总表 (23)6主要设备计算 (24)6.1 二氧化碳吸收塔 (24)6.2 已知条件 (24)6.3 塔径计算 (24)6.4 填料层高度计算 (26)6.5 塔附属高度地确定 (27)6.6 液体分布器选择 (27)6.7 填料层压降计算 (27)6.8 二氧化碳吸收塔计算总结 (28)6.9 二氧化碳再生塔 (28)6.10 操作条件 (28)6.11 塔径计算 (28)6.12 填料层高度计算 (30)7工厂平面设计 (31)7.1 厂房设计要求 (31)7.2 厂房设计 (31)7.3 厂址地选择 (31)7.4 总布局主要应满足地要求 (31)8三废处理 (32)8.1 废水处理 (32)8.2 废气处理 (32)8.3 废渣处理 (32)9 总结 (32)10 附：带控制工艺流程图和二氧化碳吸收塔设备结构图 (32)参考文献 (32)致谢 (34)年产5万吨合成氨净化工段工艺设计1前言合成氨是传统地化学工业之一，诞生于二十世纪初期.氨气是最基本地化工产品之一，用途广泛，在国民生产中具有十分重要地地位.合成氨地工业生产过程主要包括造气、净化、压缩和合成三个步骤.其生产主要包括：脱硫、转化、变换、脱碳、甲烷化、氨地合成、吸收制冷及输入氨库和氨吸收八个工艺流程.在合成氨过程中，脱碳工段处于承前启后地关键位置，其作用不仅是净化合成气，防止经变换后地合成气中含有地大量二氧化碳使后期合成氨催化剂中毒，又能回收CO2用以制造尿素、纯碱、碳酸氢铵等.因此，二氧化碳地脱除和回收利用是脱碳过程地两项重要任务，也在合成氨中占有较重要地地位.本设计是年产5万吨合成氨脱碳工段初步设计.设计地目地是为了寻找出一套合理高效地脱碳工艺，获得纯度较高地净化气，并提高二氧化碳地回收率，简化工艺流程，降低能耗，达到较高地经济效益指标.设计地内容主要包括生产工艺地确定和比较，物料衡算和能量衡算，设备地选型与设计以及绘制带控制点地工艺流程图和一张主体设备结构图.本设计主要解决地关键问题是在二氧化碳吸收和再生这个可逆过程中溶液地浓度、循环量地确定、吸收塔和再生塔地设计及附属设备地合理选择.2合成氨地概述2.1 氨地发现和制取氨气是1754年由J.普里斯特利在加热氯化铵和石灰地混合物时发现地，其反应式为：CaCN2＋3H2O（g）→2NH3（g）＋CaCO31784年C.L.伯托利确定氨气是由氢和氮组成地.19世纪中叶，炼焦工业开始兴起，在生产焦炭过程中制得了氨[1].1909年德国化学家哈伯提出了工业氨地合成方法，即“循环法”，这是目前工业普遍采用地直接合成法.合成氨反应式如下：N2+3H2≈2NH32.2 氨地性质和用途2.2.1 氨地性质氨为无色气体，具特有地强烈刺激性气味.密度为0.771g/L(标准状况)，比空气轻.沸点-33.35℃，高于同族氢化物PH3、AsH3等，易液化.熔点-77.7℃.液氨密度为0.7253g/cm3，气化热大，达23.35kJ/mol，是常用地致冷剂.氨极易溶于水，20℃时1体积水能溶解702体积氨气.液氨是极性分子，似水，可发生电离，也可溶解一些无机盐，如NH4NO3、AgI等.空气中允许NH3最高含量规定为0.02mg/L，若达0.5%则强烈刺激粘膜，引起眼睛和呼吸器官地症状.NH3遇Cl2、HCl 气体或浓盐酸有白烟产生.氨水可腐蚀许多金属，一般用于盛放氨水地铁桶内测应涂抹沥青.NH3地催化氧化是放热反应，反应生成NO，工业上用于制HNO3，NH3也可以被氧化生成N2.NH3地另一个特性就是能使红色石蕊试纸变蓝.2.2.2 氨地用途NH3是重要地无机化工产品之一，在国民经济中应用非常广泛.合成氨是大宗化工产品之一，目前世界合成氨地年产量很大，已超过一亿吨.其中85%地合成氨用做生产化肥，农业上使用地尿素、硝酸铵、磷酸铵、氯水以及各种含氮混肥等氮肥，都是以氨作为原料地，并且液氨也可直接用作肥料.NH3也是制造炸药和各种化学纤维及塑料地重要原料.NH3可以制得硝酸，进而用硝酸再制造硝酸铵、硝化甘油、硝基纤维素等.在化纤和塑料工业中，合成氨可以用作氮源，生产人造丝和己二胺等.氨地其它工业用途也十分广泛，例如，NH3能当做制冷济，用于制冰、空调等系统.在冶金工业中可用NH3来提炼金属铜等，在生物化学和医药方面NH3可用作生产维生素、磺胺类药物和一些氨基酸等.综上所述，合成氨在国民经济中占有地地位十分重要.2.3 我国合成氨工业地发展情况我国是一个人口大国，农业在国民经济中起着举足轻重地作用，而农业地发展离不开化肥.氮肥是农业生产中需要量最大地化肥之一，合成氨则是氮肥地主要来源，因而合成氨工业在国民经济中占有极为重要地位置.解放前我国只有两家规模不大地合成氨厂，解放后合成氨工业有了迅速发展.1949年全国氮肥产量仅0.6万吨，到20世纪50年代，合成氨单系列装置地生产能力最大仅为4万吨/年，满足不了市场需求.70年代，我国建成了一批中型氮肥生产装置，合成氨单系列装置地生产能力达到6-12万吨/年.随着现代农业地快速发展，高浓度化肥地市场需求不断增加，我国先后引进了30套以油、天然气和煤为原料地30万吨/年合成氨装置.除此之外，还自行设计制造了以轻油为原料地地年产30万吨地合成氨生产装置.到1982年，年产量以达到1021.9万吨，成为世界上合成氨产量最高地国家之一.2.4 合成氨技术未来地发展趋势根据目前合成氨技术发展地现状分析，未来氨合成地生产原理不会放生本质上地变化，其技术发展将会继续以“提高运行周期、降低生产成本、改善经济效益”为目标，进一步集中在“大型化、低能耗、结构调整、清洁生产、长周期运行”等方面进行技术地研究开发.大型化、自动化、集成化与形成经济规模地生产中心、低能耗与更环保将是未来氨地合成装置地主要发展方向.单系列合成氨装置生产能力将有较大地上升空间；以油和煤为原料合成氨工艺，降低能耗将有很大发展空间，但以天然气为原料制氨工艺中，生产能耗已经接近理论水平，预计不会有更大幅度地下降.在合成氨装置地技术发展中，其研究焦点主要集中在关键性地工序和设备上，关键工序有合成气制备、合成气净化、氨合成技术；关键设备则主要是合成气压缩机[2].2.5 合成氨生产工艺介绍合成氨地主要原料可以分为气体、液体和固体三种.经过多年地发展，合成氨技术已经发展地相当成熟，基本都是由原料气制备、净化和氨合成三部分组成.原料气制备，是指将原料制成含H2和N2地粗原料气.对于煤和焦炭等固体原料，制取合成气通常采用气化法；渣油获得合成气地方法主要采用非催化部分氧化法；工业中还利用二段蒸汽转化法从石脑油和气态烃类中制取合成气.净化过程指地是对粗原料气进行净化处理，主要包括变换、脱硫脱碳以及气体精制三个过程，主要目地是除去原料气中地杂质.NH3地合成是指将纯净地氢、氮混合气压缩，在高压和催化剂地作用下反应生成NH3.下面从三个方面详细说明合成氨地工艺流程：（1）造气：因为空气中含有71%地氮气，目前已经有很多地技术从空气中分离出满足上述反应地氮气，所以造气就是提供维持该反应地氢气地过程.最早地造气工艺就是将煤或焦碳在高温下与水反应生成水煤气或半水煤气，这种混合气体就是原料气.这种工艺在二十世纪前半期一直是主流造气工艺，并且一直沿用至今.二十世纪六十年代出现了新地造气原料，例如天然气、石油重油、石脑油等.由于这些新型原料可以用管道输送，其设施投资成本比固态原料设施要低很多，所以该工艺自发明以来逐渐取代了煤炭造气工艺.但从目前能源地储量、开采和消耗走势来看，煤炭造气可能要重新得到重视.（2）净化粗合成气：该过程主要是对合成气中地硫化物、碳地氧化物等有害杂质进行脱除地过程.对于半水煤气，主要含无机硫（H2S），有机硫主要包括硫氧化碳（COS），二氧化硫（CO2），硫醇（RSH），硫醚（RSR）和噻吩（C4H4S）等；天然气中主要是无机硫（H2S）.天然气、石油重油、石脑油等中地硫化物地含量因产地不同而不同.这些硫化物不但使产品不纯净，更重要地是它们对生产设备有极强烈地腐蚀作用，而且特别容易使催化剂中毒失去活性.脱硫地方法主要分湿法和干法两类.湿法包括物理法、化学法、物理-化学法三种，但湿法脱硫精度不及干法.干法脱硫适合脱出低量或微量地硫化物，其也分为物理吸附和化学吸附.但通常干法脱硫装置设备庞大复杂.脱碳是净化合成气地另一个重要步骤，任何方法制取地原料气都含有CO和一定量地CO2，其体积分数一般为12%~40%.而CO在生产过程中还能被氧化为CO2，在后续工段中CO2容易使催化剂中毒，并且容易在某些低温工段固化成干冰堵塞管道设备，在甲烷化过程中还会消耗大量H2生成无用地气体CH4.而回收地CO2可以在尿素、碳酸氢铵等产品地生产中利用，可见脱碳地意义十分重大.因为本设计地题目为合成氨脱碳工段地工艺设计，所以不在此对其赘述，在后面有对脱碳工段地详细介绍.总地说来，对于粗合成气地净化是系统而且复杂地工作，它不仅关系产品质量，也对生产中能量地综合利用和环境地保护有重要地影响.脱硫脱碳后还需要对原料气进行最终净化，将原料气中剩余地少量CO和CO2除去，使其总量不超过10cm3/m3.最终净化有铜氨液吸收法、甲烷化法和深冷分离法等.（3）氨地合成：此工序是将纯净地H2、N2混合气压缩到高压，在催化剂地作用下合成NH3.氨地合成是提供液氨产品地工序，是合成氨生产过程地最重要地部分.由于反应后气体中氨含量不高，一般只有10%~20%，故采用未反应氢氮气再循环地流程.氨合成地反应式如下：N2+3H2→2NH3(g) =-92.4kJ/mol工业中反应压力一般在10~35MPa之间，根据能量利用合理来取值.近些年来，人们已经开发出一系列地催化剂，但使用比较广泛地是寿命比较长，活性良好而且价廉易得地铁系催化剂.该催化剂在早期制备时还加入了促进剂.而对于产品地分离，目前工业上主要有水吸收法和冷凝法两种.具体流程图如下：图2.1 合成氨工艺流程2.6 脱碳单元在合成氨中地作用在合成氨过程中，不论用什么原料及方法造气，经过变换后地合成气中都会有大量地CO2，原料中烃地分子量越大，合成气中CO2就越多.这些CO2如果不及时除净，不仅耗费气体压缩功，占用设备体积，而且对后续工序有害.此外，CO2还是重要地化工原料.因此合成氨生产中把脱除工艺气中CO2地过程称为“脱碳工段”，在合成氨尿素联产地化肥装置中，它兼有净化气体和回收纯净CO2两个作用.因此脱碳单元在合成氨中处于关键位置，起着承前启后地作用.脱碳运行地好坏，直接关系到整个装置地安全稳定与否.3脱碳方法及工艺选择3.1 脱碳方法选择3.1.1 脱碳方法简介由于CO2是一种酸性气体，对合成氨合成气中CO2地脱除，一般采用溶剂吸收地方法.根据CO2与溶剂结合地方式，脱除CO2地方法可分为三大类：化学吸收法、物理吸收法和物理化学吸收法.物理吸收法地原理是通过交替改变CO2和吸收剂（通常是有机溶剂）之间地操作压力和操作温度以实现CO2地吸收和解吸，从而达到分离处理CO2地目地.在整个吸收过程中不发生化学反应，因而消耗地能量比化学吸收法要少，通常物理吸收法中吸收剂吸收CO2地能力随着压力增加和温度降低而增大，反之则减小[3].物理吸收法中常用地吸收剂有丙烯酸酯、聚乙二醇、甲醇、乙醇以及噻吩烷等高沸点有机溶剂.目前，工业上常用地物理吸收法有Fluor法、Rectisol法、Selexol 法等[4]，南化公司研究院于80年代初开发成功一种较为先进地脱碳技术—NHD法[5]，它与国外地Selexol工艺类似，只是二者所用溶剂地组分不同.NHD溶剂地主要成分是聚乙二醇二甲醚地同系物，脱除CO2效率在物理吸收法中较高.物理吸收法由于CO2在溶剂中地溶解服从亨利定律，因此仅适用于CO2分压较高地条件.化学吸收方法是利用CO2是酸性气体，能与碱性化合物反应地特性将其吸收.原料气和化学溶剂在吸收塔内发生反应，CO2进入溶剂形成富液，富液进入脱吸塔经加热分解出CO2，吸收与解吸交替着进行，从而实现CO2地分离和回收.目前工业中广泛采用地方法有两种：热碳酸钾法和醇胺法.热碳酸钾法包括苯非尔德法、坤碱法、卡苏尔法等.以乙醇胺类作吸收剂地方法有MEA法（一乙醇胺）、DEA法（二乙醇胺）及MDEA（N-甲基二乙醇胺）法等[6].其中苯菲尔法和活性MDEA 法应用最多[7].常用地化学吸收剂有氨水、乙醇胺、催化热钾碱液等.化学吸收法是传统地脱除CO2地方法，脱除后产品气纯度高并且处理量大，目前已经得到广泛深入地研究和应用.物理-化学吸收法是综合了两种吸收地方法，将其结合在一套生产工艺中.比如说常用地环丁砜法，它地吸收剂是环丁砜和烷基醇胺水溶液，两者分别是物理吸收和化学吸收.还有德国地BASF 公司开发地活化MDEA法采用地N-甲基二乙醇胺脱碳也属于此种方法.3.1.2 脱碳方法地比较物理吸收法：早期地合成氨厂多采用加压水洗法进行脱碳.加压水洗脱碳通常在填料塔或筛板塔中进行.此法设备简单，但CO2地净化能力差，且水洗法地喷淋密度大，动力消耗高，因此近年来合成氨厂地新建脱碳工艺已为其他方法所取代.吡咯烷酮法是以N-甲基吡咯烷酮作为吸收剂.吡咯烷酮具有对CO2蒸汽压较低、粘度较小、沸点较高、溶解度高等优点.该方法特别适用于气压大于7MPa地场合，但由于N-甲基吡咯烷酮价格比较贵，因此应用不是很广泛.以聚乙二醇二甲醚为吸收剂地脱碳过程称为Selexol法.聚乙二醇二甲醚具有无特殊气味、无毒、沸点高、冰点低、腐蚀性低、化学性质稳定等特点，是一种理想地物理溶剂.但由于聚乙二醇二甲醚价格昂贵，投资及操作费用均较高，因此该法很少在国内应用.低温甲醇法是由德国林德和鲁奇公司联合开发地，以甲醇作为吸收剂，在1~2MPa，温度为-75~0℃地范围内可同时脱除CO2和H2S.CO2可脱至1~2E-5，H2S可脱至0.1E-6.该法地特点是不会使原料气变湿，再生能耗低.此法在国内外应用都比较广泛.碳酸丙烯酯法是以碳酸丙烯酯为吸收剂地脱碳方法.碳酸丙烯酯对CO2、H2S地溶解度较大,具有化学性质稳定、无毒、无腐蚀、蒸汽压低、溶解热低、粘度小等特点.该法对CO2地回收率比较高,能耗比较低,但是投资费用也比较高.此法在国内也有一定地应用.总地来说，物理吸收法存在诸多不足，例如水洗法操作费用高，工艺较老.物理吸收法吸收选择性也稍差一点，一般适合高含量地CO2.化学吸收法：苯菲尔法地吸收剂是在K2CO3水溶液中加入二乙醇胺(DEA)作为活化剂，加入V2O5来防腐.碳酸钾水溶液具有强碱性，能与CO2反应生成KHCO3.生成地KHCO3在受热和减压时，又可重新放出CO2，生成K2CO3，因此可循环使用.为了提高反应速度，吸收需在较高温度(90~110℃)下进行，因此吸收与再生地温度相近，可简化流程，同时降低了再生能耗，增加了吸收能力.苯菲尔法可以在高温下运行，再生热低，添加V2O5用以防腐，但该工艺需要对设备进行钒化处理，对工人地操作水平要求较高.活性MEDA法是指以一乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)吸收CO2后生成稳定地胺基甲酸盐，反应热大，加热再生较困难，蒸汽消耗较高；N-甲基二乙醇胺(MDEA)与CO2反应生成不稳定地碳酸氢盐，反应热小，加热后容易再生，蒸汽消耗较低.MDEA水溶液与CO2反应受液膜控制，反应速度较慢.为加快反应速度，德国BASF公司开发了改良地MDAE脱碳工艺，在MDEA水溶液中加入少量活化剂组成吸收液，CO2先与活化剂快速反应，其生成物再与MDEA溶液进行反应，提高了MDEA溶液对CO2地吸收速度.一般以甲基乙醇胺、哌嗪、咪唑或甲基取代咪唑作为活化剂.因此，化学吸收法相对来说较好，其明显地特点是选择性好、收率高.如催化热钾碱液法地工艺日益完善、成熟，设备也较为先进，能够满足脱碳净化地要求，安装成本也适合各种规模地生产，装置和操作也都不太复杂，以在工业中得到广泛应用.其工艺地先进度主要取决于活化剂地选择.物理-化学吸收法兼备物理法和化学法地优点，如德国地BASF公司开发地活化MDEA法采用地N-甲基二乙醇胺脱碳，其既有物理法地优点又有化学法地优点，并且加入活化剂，可以调节吸收性能.所以说此种方法具有很大地发展潜力.另外，MDEA工艺溶解度大，酸气负荷高，闪蒸放出地CO2量多，CO2回收率高，溶液循环量相对较小，能耗较低.同时，MDEA热稳定性好，不易降解，溶剂挥发性小，溶液对碳钢设备腐蚀性弱.并且该工艺成熟，操作简便，对工人地素质要求相对较低，近年来在国内得到广泛地应用，是优先选取地化学吸收工艺.3.1.3 工艺比较（1）溶液吸收二氧化碳地能力低温甲醇法> 环丁砜法>N.2-甲基吡咯烷酮法>含砷热钾碱法=聚乙二醇二甲醚法>乙醇胺法>有机胺硼酸盐催化热钾碱法=二乙醇胺催化热钾碱法[8].（2）消耗能源比较蒸汽：乙醇胺法>环丁砜法>含砷热钾碱法>有机胺硼酸盐催化热钾碱法>二乙醇胺催化热钾碱法>低温甲醇法.电：含砷热钾碱法>有机胺硼酸盐催化热钾碱法>二乙醇胺催人热钾碱法> -乙醇胺法> 环丁砜法>聚乙二醇二甲醚法> 低温甲醇法>N.2-甲基吡咯烷酮法.水：水洗法> 含砷热钾碱法> 有机胺硼酸盐催化热钾碱法> - 乙醇胺法> 环丁砜法> 二乙醇胺催化热钾碱法> 低温甲醇法>N.2-甲基吡咯烷酮法.3.1.4 脱碳方法地确定热钾碱吸收法是合成氨工业上一种典型地化学吸收脱碳方法，目前国内外都广泛地采用此工艺，相对于其他地吸收方法，该工艺能够满足脱碳净化地要求，装置和操作不太复杂，安装成本也比较适合各种规模地生产.由于添加地活化剂不同，热钾碱吸收法可以分为多种方法，目前合成氨厂主要采用得有：一是苯菲尔法（又称二乙醇胺改良热钾碱法），以二乙醇胺为活性剂；二是氨基乙酸催化热钾碱法，以氨基乙酸为活性剂.两者都是以五氧化二钒为缓蚀剂.其中DEA改良热钾碱法（又称二乙醇胺法）是世界上广泛应用地胺类处理酸性物质或气体地方法.因为DEA不易被CO2或CS2降解，其气相损失少，反应速度快，循环率高.由于该方法达到了一定经济性和脱碳要求，所以本设计采用此方法.下面详细介绍此法.（1）概述：该方法是利用碳酸钾溶液在高温下吸收CO2，反应式为CO2＋K2CO3＋H2O=2KHCO3.从经济效益出发，本设计采用地操作温度为110℃.因为在高温条件下K2CO3溶解度增大，可以加大CO2地吸收量率，CO2吸收速度较快；同时这个温度与CO2再生温度相近，可以节约能量，降低生产成本.此外还给溶液中加入活性剂DEA和缓蚀剂，因为高温下地CO2溶解度降低，反应速度减慢.而较低地反应速度下，K2CO3对设备和管道地腐蚀作用会加快.因此加入活性剂以加快反应速度，增大CO2溶解量.加入缓蚀剂则可以减缓其对设备和管道地腐蚀.添加活化剂DEA不仅可以提高反应速度，而且还会改变地CO2平衡分压，如表3.1.表3.1 DEA含量对溶液吸收能力地影响DEA含量(%)0123相对吸收系数0.413 1.000.629 1.00相对CO2分压(MPa) 1.94 1.61 1.00 1.00 DEA含量不同，其溶液地吸收能力不同，如不同含量地DEA法地溶液吸收能力如下：普通地DEA 法：使用20%－25%地DEA 溶液，其对酸性气体地吸收能力为12~19m3CO2/ m3溶液.高吸收能力地DEA 法使用25%－27%地DEA 溶液，其对酸性气体地吸收能力为30~32 m3立方MCO2/ m3溶液.SNPA 法，使用25%—30%地DEA 溶液，其对酸性气体地吸收能力32~38.4 m3CO2/ m3溶液.（2）纯碳酸钾反应机理及催化热钾碱法反应机理 纯碳酸钾反应机理： 反应式：323222KHCO O H CO K CO =++ （3-1）这一反应可以分为下列几步完成：-++=OH H O H 2 （3-2）-++=23322CO K CO K （3-3）--=+32HCO OH CO （3-4）--+=+323HCO CO H （3-5）33KHCO HCO K =+-+ （3-6）碳酸钾水溶液吸收CO2是一个复杂地过程，可以大致分为以下四个步骤. 气相中CO2扩散到溶液界面. CO2溶解于界面地溶液层中.溶液中地CO2在界面液层中与碳酸钾溶液发生反应. 反应产物向液相扩散，而反应从液相向液面扩散.上述各步中除第三步式（3-4）是化学过程外，其余均为物质传质过程.整个过程中化学反应速度最慢，是整个吸收过程地控制步骤.含有二乙醇胺（DEA ）地纯碳酸钾水溶液与CO2地反应二乙醇胺（DEA ）地分子式：（CH2CH2OH ）2NH ，简写为R2NH. 结构式为： HOHCH 2CH 2—N —CH2CH 2OH当碳酸钾溶液中含有少量DEA 时，与CO2反应里程如下：-++=23322CO K CO K （3-7）NCOOH R CO NH R 222=+ （3-8）+-+=H NCOO R NCOOH R 22 （3-9）--+=+3222HCO NH R O H NCOO R （3-10）--+=+323HCO CO H （3-11）33KHCO HCO K =+-+ （3-12）经研究发现，该过程中反应最慢地是式（3-8）这一步，因此这一步就是该过程地控制步骤. （3）K2CO3溶液地再生：K2CO3溶液吸收CO2后转变为KHCO3溶液pH 值降低，活性下降不能再吸收CO2，于是要将溶液再生以恢复其活性.再生就是驱逐出CO2使溶液恢复吸收能力，以循环使用.再生地反应式为：O H CO K CO KHCO 232232++= （3-1）。
产5万吨合成氨脱碳工段工艺设计 文档全文免费阅读、在线看
进度安排
准备开题报告 开题报告答辩 毕业设计实习 计算 绘图 设计说明书编写 设计答辩
2014.3. 1～2014.3.8 2014.3.9
2014.3. 10～2014.4. 10 2014.4. 11～2014.4.25 2014.4.26～2014.5.20 2014.5.21～2014.5.26 2014.5.29～2014.5.31
· 我国的氮肥工业不断发展以跃居世界第一位 。现 已掌握了多种合成氨、尿素的技术 。形成了特有 的煤、石油、天然气原料并存的生产规模 。但与 外国相比仍存在一些严重问题 ，集中表现为装置 规模小、生产能力不足 ，使整体竞争能力差。
合成氨技术未来的发展趋势
· 大型化、 集成化 、 自动化
· 以“油改气 ”和“油改煤 ”为核心的原料结 构调整
· 合成氨装置脱碳工艺可分为 3 大类 : 物 理吸收法, 化学吸收法, 物理化学吸收法。
NHD脱碳技术是一种新型的低能耗净 化工艺。NHD 溶剂的主要成分为聚乙
二醇二甲醚的混合物, 属于物理吸收溶
剂 。NHD 溶剂不仅对 H2S 、CO2 、
COS 等酸性气体有较强的吸收能力, 而 且能选择性地脱除合成气中 H2S。
年产52万吨合成氨脱碳 工段工艺设计的背景及意义 ➢ 合成氨的研究现状及国内外发展趋势 ➢ 脱碳工段在合成氨生产中的重要作用 ➢ 课题预期的目标 ➢ 进度安排
➢ 主要参考文献
背景及意义
· 我国是一个人口大国 ，农 业在国民经济中起着举足 轻重的作用 ，而农业的发 展离不开化肥 。氮肥是农 业生产中需要量最大的化 肥之一 ，合成氨则是氮肥 的主要来源 ， 因而合成氨 工业在国民经济中占有极 为重要的位置 。随着世界 人口的不断增加 ，用于制 造尿素、 甲醇、硫酸等化 工产品的氨用量也不断增 加。
产五万吨合成氨合成工段工艺设计方案
目录中文摘要 (1)英文摘要 (2)1 引言 (3333)1.1 氨的基本用途 (3333)1.2 合成氨技术的发展趋势 (4444)1.3 合成氨常见工艺方法 (4444)1.3.1 高压法 (5555)<1.3.2 中压法 (5555)1.3.3 低压法 (5555)1.4 设计条件 (5555)1.5 物料流程示意图 (6666)2 物料衡算 (7777)2.1 合成塔入口气组成 (7777)2.2 合成塔出口气组成 (7777)2.3 合成率计算 (8888)《2.4 氨分离器出口气液组成计算 (8888)2.5 冷交换器分离出的液体组成 (11111111)2.6 液氨贮槽驰放气和液相组成的计算 (12121212)2.7 液氨贮槽物料衡算 (14141414)2.8 合成循环回路总物料衡算 (15151515)3 能量衡算错误!未定义书签。
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3.1 合成塔能量衡算错误!未定义书签。
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3.2废热锅炉能量衡算错误!未定义书签。
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~3.3 热交换器能量衡算错误!未定义书签。
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3.4 软水预热器能量衡算错误!未定义书签。
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3.5 水冷却器和氨分离器能量衡算错误!未定义书签。
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3.6 循环压缩机能量衡算错误!未定义书签。
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3.7 冷交换器与氨冷器能量衡算错误!未定义书签。
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3.8 合成全系统能量平衡汇总错误!未定义书签。
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4 设备选型及管道计算错误!未定义书签。
合成氨变换工段工艺设计
合成氨变换工段工艺设计1. 引言合成氨是一种重要的化工原料，在农业、化工和医药等行业广泛应用。
合成氨的生产过程中，合成氨变换工段是一个关键的工艺环节。
本文将介绍合成氨变换工段的工艺设计。
2. 工艺流程合成氨变换工段的工艺流程包括进料处理、反应器设计、温度控制和产品回收四个重要环节。
2.1 进料处理合成氨的主要原料是氮气和氢气，进料处理环节主要包括氮气和氢气的纯化和混合。
氮气和氢气需要通过特定的纯化设备去除杂质，以确保反应的纯度和效果。
然后，纯化后的氮气和氢气按照一定比例进行混合。
2.2 反应器设计反应器是合成氨变换工段的核心设备，根据反应器设计的不同，可以分为固定床反应器和流化床反应器两种。
固定床反应器是一种较为常见的反应器形式，氮气和氢气催化反应产生合成氨。
固定床反应器需要考虑催化剂的选择、填充物的设计以及反应器的传热设计等因素。
流化床反应器是近年来逐渐应用的一种反应器形式，其优点包括更好的热传递性能和更好的反应效果。
流化床反应器需要考虑反应器的气固分离、催化剂的循环和再生等因素。
2.3 温度控制温度对合成氨反应的影响非常重要，合适的反应温度可以提高反应速率和选择性。
在合成氨变换工段中，需要通过控制进料气体的温度和反应器的温度来实现对反应的控制。
温度控制还需要考虑热量的平衡问题，包括进料气体的预热和产物蒸汽的回收利用等。
2.4 产品回收合成氨变换工段的最终目标是获得高纯度的合成氨产品。
在产品回收环节中，需要进行氨的冷凝和气液分离。
冷凝过程中需要考虑温度和压力的控制，以确保氨的高效冷凝。
气液分离过程中，可以采用吸收液的方式将氨从气相中吸收出来，再进行后续处理和精制。
3. 设备选择合成氨变换工段的设备选择主要包括反应器、纯化设备、冷凝器和分离器等。
反应器的选择需要考虑反应速率、选择性和热传导等因素。
常用的反应器材料有不锈钢、镍基合金等。
纯化设备的选择需要考虑氮气和氢气的纯度要求以及生产规模等因素。
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。
五万吨合成氨变换工段工艺初步设计
五万吨合成氨变换工段工艺初步设计合成氨（NH3）是一种广泛应用于肥料生产、化工工业和能源领域的重要中间体。
在这个问题中，我们将进行五万吨合成氨的变换工段工艺初步设计。
1.工艺选择合成氨的常见工艺路线包括谷氨酸法、煤气化法、重整法和协同催化法等。
鉴于规模和技术可行性，我们将选取协同催化法作为工艺路线。
2.原料准备合成氨的主要原料是氮气（N2）和氢气（H2）。
N2可通过空分设备分离出来，而H2可通过天然气蒸汽重整装置或制氢装置生产。
原料气体经过净化步骤去除杂质，确保质量符合要求。
3.催化反应催化反应采用协同催化剂，具体是煤基催化剂和铁基催化剂的组合。
反应器采用固定床反应器，进料气体在催化剂上进行反应。
反应条件包括压力、温度和气体配比等，根据实际情况进行确定。
常用的反应条件为高压（3-10MPa）、高温（350-550℃）和适当的氮氢比例。
4.产品分离反应生成的氨气通过冷却、减压和吸附等步骤进行分离。
氨气与水通过冷却器进行热交换，降低温度。
然后通过分离器进行减压，使氨气从溶液中析出。
氨气回收后，通过吸附剂去除残余的杂质，以达到纯度的要求。
最后，通过压缩机将氨气压缩到适当的压力，以供应下游工艺。
5.傍热回收在冷却和减压过程中，需要高能量输入。
为了节约能源，可以采用傍热回收技术，将部分废热回收利用。
具体的方案包括采用换热器进行热交换和采用适当的废热锅炉等。
6.废水处理合成氨过程中会产生废水，其中含有氨氢离子和少量的有机物。
为了达到环保要求，需要进行废水处理。
常见的废水处理方法包括中和、沉淀、过滤和氨气脱除等步骤。
7.安全措施在合成氨生产过程中，需要采取一系列安全措施，包括定期检查设备，防止泄漏和爆炸，储存和运输氨气等。
同时，要培训和教育操作人员，提升他们的安全意识。
8.自动化控制合成氨生产是一个复杂的过程，需要精确的控制和监测。
可以采用自动化控制系统，实时监控反应温度、压力、流量等参数，并进行相应的调整，以保证产品质量和工艺的稳定运行。
6万吨合成氨变换工段工艺设计
6万吨合成氨变换工段工艺设计合成氨变换工段是合成氨生产过程中的关键环节，它将通过合成产生的氨气进行变换，使其转化为氮气和水。
本文将对6万吨合成氨变换工段的工艺设计进行详细介绍。
1.工艺原理合成氨变换工段采用的是低温变换法，主要基于以下反应：2NH3⇌N2+3H2该反应是一个平衡反应，具有可逆性。
为了提高反应速率和收率，需满足一定的条件，包括适宜的温度、压力和催化剂。
2.工艺流程合成氨变换工段的工艺流程一般包括进料、加热、反应、冷却和分离等步骤。
(1)进料：合成氨气从合成回收装置进入变换工段。
(2)加热：合成氨气在加热炉中加热至适宜的反应温度。
常用的加热方式包括电阻加热和燃气加热。
(3)反应：加热后的氨气进入变换器中进行反应。
变换器一般采用多层催化剂填料，以提高反应效率。
反应温度和压力需根据反应动力学和平衡原理进行优化选择。
(4)冷却：反应后的气体在冷却器中冷却，以控制温度，防止反应逆向进行。
(5)分离：冷却后的气体经过分离装置进行分离，将氮气、水和未反应的氨气分离开。
一般采用冷凝器和吸附器等装置进行分离。
3.工艺参数合成氨变换工段的工艺参数包括反应温度、压力、催化剂选择和反应时间等。
(1)反应温度：反应温度对合成氨的变换速率和收率有着重要影响。
通常选择适宜的反应温度，一般在300-500℃之间。
(2)反应压力：反应压力也是一个重要的工艺参数，它会影响变换速率和收率。
一般选择适宜的反应压力，大致在15-35MPa之间。
(3)催化剂选择：催化剂选择直接关系到反应效果。
常用的催化剂有铁、镍、钼等。
催化剂要具有高效催化性能和较好的稳定性。
(4)反应时间：反应时间需要根据生产规模和设备容量进行确定。
一般情况下，生产规模越大，反应时间越长。
4.工艺优化为了提高工艺效果和经济性，还可以采取以下优化措施。
(1)催化剂再生：催化剂在反应过程中会发生失活，需要定期进行再生。
通过再生可以延长催化剂寿命，减少生产成本。
合成氨变换工段工艺设计
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智能化：自动化控制，提高生产 效率，降低人工成本
挑战：技术研发投入大，市场竞 争激烈，环保要求不断提高
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合成氨变换工段工艺设计
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添加目录项标题 合成氨变换工段概述 合成氨变换工段工艺流程 合成氨变换工段设备与操作 合成氨变换工段安全与环保 合成氨变换工段优化与改进
01
添加目录项标题
02
合成氨变换工段概述
合成氨变换工段定义
合成氨变换工段是 合成氨生产过程中 的一个重要环节
冷却目的：降低变换气的温度，提高反应效率 冷却方式：采用水冷或气冷方式 分离目的：将变换气中的氨和氮气分离，提高氨的纯度 分离方式：采用冷凝、吸收或膜分离等方式
04
合成氨变换工段设备与操作
设备组成及功能
压缩机：用于提高气体压力， 提高反应速率
冷凝器：用于气体冷凝，回 收热量和氨气
换热器：用于热量交换，提 高反应效率
净化效果：提高原料气纯度，降低有害物 质含量
净化后原料气输送：输送至合成氨变换工 段进行反应
变换反应
反应原理：氮气和氢气在催化剂作用下生成氨气 反应条件：高温、高压、催化剂 反应产物：氨气、氮气、氢气 反应过程：氮气和氢气在催化剂作用下发生反应，生成氨气和氮气，同时释放出热量和压力。
变换气冷却与分离
防火防爆：设置 防火防爆设施， 防止火灾爆炸事 故
环保措施：采用 环保技术，减少 废气、废水、废 渣排放，保护环 境
环保要求及排放控制
废水处理：采用先进处理技 术，实现废水循环利用
废气处理：采用高效净化设 备，减少废气排放
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。
年产五万吨合成氨合成工段工艺设计
年产五万吨合成氨合成工段工艺设计目录中文摘要 (1)英文摘要 (2)1 引言 (3)1.1 氨的基本用途 (3)1.2 合成氨技术的发展趋势 (5)1.3 合成氨常见工艺方法 (6)1.3.1 高压法 (6)1.3.2 中压法 (6)1.3.3 低压法 (6)1.4 设计条件 (6)1.5 物料流程示意图 (7)2 物料衡算 (9)2.1 合成塔入口气组成 (9)2.2 合成塔出口气组成 (9)2.3 合成率计算 (11)2.4 氨分离器出口气液组成计算 (11)2.5 冷交换器分离出的液体组成 (15)2.6 液氨贮槽驰放气和液相组成的计算 (16)2.7 液氨贮槽物料衡算 (18)2.8 合成循环回路总物料衡算 (20)3 能量衡算 (33)3.1 合成塔能量衡算 (33)3.2废热锅炉能量衡算 (36)3.3 热交换器能量衡算 (37)3.4 软水预热器能量衡算 (38)3.5 水冷却器和氨分离器能量衡算 (40)3.6 循环压缩机能量衡算 (41)3.7 冷交换器与氨冷器能量衡算 (43)3.8 合成全系统能量平衡汇总 (45)4 设备选型及管道计算 (47)4.1 管道计算 (47)4.2 设备选型 (50)结论 (50)致谢 (52)参考文献 (53)年产五万吨合成氨合成工段工艺设计摘要：本次课程设计任务为年产五万吨合成氨工厂合成工段的工艺设计，氨合成工艺流程一般包括分离和再循环、氨的合成、惰性气体排放等基本步骤，上述基本步骤组合成为氨合成循环反应的工艺流程。
其中氨合成工段是合成氨工艺的中心环节。
新鲜原料气的摩尔分数组成如下：H2 73.25%，N225.59%，CH41.65%,Ar 0.51%合成操作压力为31MPa，合成塔入口气的组成为NH3(3.0%),CH4+Ar(15.5%),要求合成塔出口气中氨的摩尔分数达到17%。
通过查阅相关文献和资料，设计了年产五万吨合成氨厂合成工段的工艺流程，并借助CAD技术绘制了该工艺的管道及仪表流程图和设备布置图。
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。
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毕业设计题目年产五万吨合成氨变换工段工艺初步设计系别化学工程与工艺专业指导教师教研室主任学生姓名接受任务日期完成任务日期四川理工学院毕业论文任务书指导老师教研室主任（签名）系主任（签名）学生姓名批准日期2005 年 2 月25 日接受任务日期2005 年 2 月25 日完成任务日期2005 年 6 月 1 日一、设计（论文）的要求：1、说明书包括前言，合成氨变换工段工序原理，工艺条件及工艺流程确定，以及主要设备的选择说明，对本设计的评述。
2、计算部分包括物料衡算，热量衡算，有效能利用率计算，主要设备计算。
3、图纸带控制点的工艺流程图。
二、设计（论文）的原始数据：天然气成分：以鸿化厂的实际工作数据为依据来进行。
年工作日330天,其余数据自定。
三、参考资料及说明：《化工工艺设计手册》（上、下册）、《氮肥工艺设计手册》理化数据、《化肥企业产品能平衡》、《小合成氨厂工艺技术与设计手册》、《合成氨工学》、《化工制图》、《化工原理》、《化学工程》、《化工设计概论》以及关于氮肥的其他相关杂志。
目录1.前言 (4)2.工艺原理 (4)3.工艺条件 (5)4.工艺流程的确定 (6)5.主要设备的选择说明 (6)6.对本设计的综述 (6)第一章变换工段物料及热量衡算 (8)第一节中变物料及热量衡算 (8)1．确定转化气组成 (8)2．水汽比的确定 (8)3．中变炉一段催化床层的物料衡算 (9)4．中变炉一段催化床层的热量衡算 (11)5．中变炉催化剂平衡曲线 (13)6. 最佳温度曲线的计算 (14)7．操作线计算 (15)8．中间冷淋过程的物料和热量计算 (16)9．中变炉二段催化床层的物料衡算 (17)10.中变炉二段催化床层的热量衡算 (18)第二节低变炉的物料与热量计算 (19)第三节废热锅炉的热量和物料计算 (24)第四节主换热器的物料与热量的计算 (26)第五节调温水加热器的物料与热量计算 (28)第二章设备的计算 (29)1. 低温变换炉计算 (29)2. 中变废热锅炉 (31)参考文献及致谢 (35)前言氨是一种重要的化工产品，主要用于化学肥料的生产。
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。
合成氨的生产主要分为：原料气的制取；原料气的净化与合成。
粗原料气中常含有大量的C，由于CO是合成氨催化剂的毒物，所以必须进行净化处理，通常，先经过CO变换反应，使其转化为易于清除的CO2和氨合成所需要的H2。
因此，CO变换既是原料气的净化过程，又是原料气造气的继续。
最后，少量的CO用液氨洗涤法，或是低温变换串联甲烷化法加以脱除。
变换工段是指CO与水蒸气反应生成二氧化碳和氢气的过程。
在合成氨工艺流程中起着非常重要的作用。
目前，变换工段主要采用中变串低变的工艺流程，这是从80年代中期发展起来的。
所谓中变串低变流程，就是在B107等Fe-Cr系催化剂之后串入Co-Mo 系宽温变换催化剂。
在中变串低变流程中，由于宽变催化剂的串入，操作条件发生了较大的变化。
一方面入炉的蒸汽比有了较大幅度的降低；另一方面变换气中的CO含量也大幅度降低。
由于中变后串了宽变催化剂，使操作系统的操作弹性大大增加，使变换系统便于操作，也大幅度降低了能耗。
工艺原理：一氧化碳变换反应式为：CO+H2O=CO2+H2+Q (1-1)CO+H2 = C+H2O (1-2)其中反应（1）是主反应，反应（2）是副反应，为了控制反应向生成目的产物的方向进行，工业上采用对式反应（1—1）具有良好选择性催化剂，进而抑制其它副反应的发生。
一氧化碳与水蒸气的反应是一个可逆的放热反应，反应热是温度的函数。
变换过程中还包括下列反应式：H 2+O2=H2O+Q工艺条件1.压力：压力对变换反应的平衡几乎没有影响。
但是提高压力将使析炭和生成甲烷等副反应易于进行。
单就平衡而言，加压并无好处。
但从动力学角度，加压可提高反应速率。
从能量消耗上看，加压也是有利。
由于干原料气摩尔数小于干变换气的摩尔数，所以，先压缩原料气后再进行变换的能耗，比常压变换再进行压缩的能耗底。
具体操作压力的数值，应根据中小型氨厂的特点，特别是工艺蒸汽的压力及压缩机投各段压力的合理配置而定。
一般小型氨厂操作压力为0.7-1.2MPa,中型氨厂为1.2~1.8Mpa 。
本设计的原料气由小型合成氨厂天然气蒸汽转化而来，故压力可取1.7MPa. 1.温度：变化反应是可逆放热反应。
从反应动力学的角度来看，温度升高，反应速率常 数增大对反应速率有利，但平衡常数随温度的升高而变小，即 CO 平衡含量增大，反应推动力变小，对反应速率不利，可见温度对两者的影响是相反的。
因而存在着最佳反应温对一定催化剂及气相组成，从动力学角度推导的计算式为Tm=1212ln 1E E E E RT T e e-+式中Tm 、Te —分别为最佳反应温度及平衡温度，最佳反应温度随系统组成和催化剂的不同而变化。
1．汽气比：水蒸汽比例一般指H 2O/CO 比值或水蒸汽/干原料气.改变水蒸汽比例是工业变换反应中最主要的调节手段。
增加水蒸汽用量，提高了CO 的平衡变换率，从而有利于降低CO 残余含量，加速变换反应的进行。
由于过量水蒸汽的存在，保证催化剂中活性组分Fe 3O 4的稳定而不被还原，并使析炭及生成甲烷等副反应不易发生。
但是，水蒸气用量是变换过程中最主要消耗指标，尽量减少其用量对过程的经济性具有重要的意义，蒸汽比例如果过高，将造成催化剂床层阻力增加；CO 停留时间缩短，余热回收设备附和加重等，所以，中（高）变换时适宜的水蒸气比例一般为：H 2O/CO=3～5，经反应后，中变气中HO/CO可达15以上，不必再添加蒸汽即可满足低温变换的要求。
2工艺流程确定目前的变化工艺有：中温变换，中串低，全低及中低低4种工艺。
本设计参考四川省自贡市鸿鹤化工厂的生产工艺，选用中串低工艺。
转化气从转化炉进入废热锅炉，在废热锅炉中变换气从920℃降到330℃，在废热锅炉出口加入水蒸汽使汽气比达到3到5之间，以后再进入中变炉将转换气中一氧化碳含量降到3%以下。
再通过换热器将转换气的温度降到180℃左右，进入低变炉将转换气中一氧化碳含量降到0.3%以下，再进入甲烷化工段。
主要设备的选择说明中低变串联流程中，主要设备有中变炉、低变炉、废热锅炉、换热器等。
低变炉选用C6型催化剂，计算得低变催化剂实际用量10.59m3。
以上设备的选择主要是依据所给定的合成氨系统的生产能力、原料气中碳氧化物的含量以及变换气中所要求的CO浓度。
对本设计评述天然气变换工段工序是合成氨生产中的第一步，也是较为关键的一步，因为能否正常生产出合格的压缩气，是后面的所有工序正常运转的前提条件。
因此，必须控制一定的工艺条件，使转化气的组成，满足的工艺生产的要求。
在本设计中，根据已知的天然气组成，操作条件，采用了中变串低变的工艺流程路线。
首先对中，低变进行了物料和热量衡算，在计算的基础上，根据计算结果对主要设备选型，最终完成了本设计的宗旨。
设计中一共有中温废热锅炉，中变炉，主换热器，调温水换热器，低变炉几个主要设备。
由于天然气变换工段工序是成熟工艺，参考文献资料较多，在本设计中，主要参考了《小合成氨厂工艺技术与设计手册》和《合成氨工艺学》这两本书。
由于时间有限，设计可能不完善，请各位老师指出。
谢谢！第一章变换工段物料及热量衡算第一节中温变换物料衡算及热量衡算1．确定转化气组成：已知条件中变炉进口气体组成：计算基准：1吨氨计算生产1吨氨需要的变化气量：（1000/17）×22.4/（2×22.56）=2920.31 M3(标) 因为在生产过程中物量可能回有消耗，因此变化气量取2962.5 M3(标)年产5万吨合成氨生产能力：日生产量：50000/330=151.52T/d=6.31T/h要求出中变炉的变换气干组分中CO％小于2％进中变炉的变换气干组分：假设入中变炉气体温度为335摄氏度，取出炉与入炉的温差为30摄氏度，则出炉温度为365摄氏度。
P=1.75Mpa.进中变炉干气压力中2．水汽比的确定：考虑到是天然气蒸汽转化来的原料气，所以取H2O/CO=3.5故V=1973.52m3(标) n(水)=88.1kmol（水）因此进中变炉的变换气湿组分:中变炉CO 的实际变换率的求取：假定湿转化气为100mol ，其中CO 基含量为8.16％，要求变换气中CO 含量为 2％，故根据变换反应：CO+H 2O ＝H 2+CO 2，则CO 的实际变换率为：X ％=()a a a a Y Y Y Y '+'-1×100=74％ 式中Ya 、'a Y 分别为原料及变换气中CO 的摩尔分率（湿基） 则反应掉的CO 的量为：8.16×74％=6.04 则反应后的各组分的量分别为： H 2O ％=28.56％-6.04％+0.48％=23％ CO ％=8.16％ -6.04％=2.12％ H 2％ =39.8％+6.04％-0.48％=45.36％ CO 2％=6.86％+6.04％=12.9％ 中变炉出口的平衡常数：K= （H 2％×CO 2％）/（H 2O ％×CO ％）=12查《小合成氨厂工艺技术与设计手册》可知K=12时温度为397℃。
中变的平均温距为397℃-365℃=32℃ 中变的平均温距合理，故取的H 2O/CO 可用。
3.中变炉一段催化床层的物料衡算假设CO 在一段催化床层的实际变换率为60％。
因为进中变炉一段催化床层的变换气湿组分：假使O 2与H 2 完全反应，O 2 完全反应掉 故在一段催化床层反应掉的CO 的量为：60％×563.86=338.318M 3(标)=15.1koml出一段催化床层的CO 的量为：563.86-338.318=225.545 M3(标)=10.069koml故在一段催化床层反应后剩余的H2的量为:2750.68+338.318-2×16.29=3056.41 M3(标)=136.447koml故在一段催化床层反应后剩余的CO2的量为：474+338.318=812.318 M3(标)=36.26koml出中变炉一段催化床层的变换气干组分：剩余的H2O的量为：1973.52-338.318+2×16.29=1667.79M3(标)=74.45koml 所以出中变炉一段催化床层的变换气湿组分：对出中变炉一段催化床层的变换气的温度进行计算：已知出中变炉一段催化床层的变换气湿组分的含量（％）：对出变炉一段催化床层的变换气温度进行估算：根据：K=(H2％×CO2％)/（H2O％×CO％)计算得K=6.6查《小合成氨厂工艺技术与设计手册》知当K=6.6时t=445℃设平均温距为30℃，则出变炉一段催化床层的变换气温度为：445℃-30℃=415℃4．中变炉一段催化床层的热量衡算以知条件：进中变炉温度：335℃出变炉一段催化床层的变换气温度为：415℃反应放热Q：在变化气中含有CO，H2O，O2，H2这4种物质会发生以下2种反应：CO +H2O=CO2+H2（1-1）O 2 + 2H2= 2 H2O （1-2）这2个反应都是放热反应。