合成氨

兰州交通大学

毕业设计题目

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教研室主任

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兰州交通大学

毕业论文任务书

系专业班

题目

起止日期年月日起至年月日止指导老师

教研室主任（签名）

系主任（签名）

学生姓名

批准日期年月日

接受任务日期年月日

完成任务日期年月日

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）,《合成氨工学》、《化工制图》、《化工原理》、《化学工程》、《化工设计概论》以及关于合成氨的其他相关杂志。

日产600吨化为800吨合成氨塔的设计

摘要：介绍了合成氨各种原料制造气工艺路线，比较各种工艺路线及技术经济指标，提出合理的合成氨改造建议。

关键词：合成氨原料改造

Nissan 600 tons of 800 tonstower design of Synthetic Ammonia

Wangshengyin

A BSTRACT Introduced all kinds of material of Synthetic Ammonia, craft line with all kinds of craft line and economic indicators, reasonable reform proposals of Synthetic Ammonia.

KEYWORDS synthetic ammonia raw material reform

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CO

2和氨合成所需要的H

2

。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+H

2O=CO

2

+H

2

+Q (1-1)

CO+H

2 = C+H

2

O (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+O

2

=H

2

O+Q

1.各种合成氨原料造气工艺路线及制造成本的比较

A.以天然气为原料

工艺流程：

以天然气为原料合成氨工艺流程简图（1）

天然气进入转化工序之前，需将天然气中的硫化物脱去,天然气的精脱硫可采用氧化锌法（中温脱除法）或加氢转化串接氧化锌法。脱硫后接下来就开始将天然气转化为合成气，这道工序是整个合成氨的关键工序，投资占总投资的50%以上，而且转化工序的能耗在总能耗中也处于决定性地位，转化工序通常包涵两段，第一段为蒸汽转化，第二段是配入适量空气，提供合成氨所需要的氮，以及使氧与一段未转化的甲烷发生不完全燃烧，产生高温，供残余甲烷继续转化，就热力学平衡而言，天然气的蒸汽转化要在低压下进行，升高压力对转化不利。但事实上转化仍在较高压力下进行，目的是降低整个装置的能耗、缩小装置尺寸和提高催化剂床层的给热系数。压力的升高需要以提高温度来弥补对转化率不利的影响。

在转化过程中的水碳比（是蒸汽和甲烷的质量比）应超过化学计量要求，这不仅是为了加速反应更主要的是为了防止产生析碳反应，然而高的水碳比回事装置的能耗增加，为此需要改进催化剂的抗析碳性能。理想的天然气蒸汽转化催化

剂应具有以下性能：○

1 对转化反应具有高的活性，○

2 选择性好，尤其是抗析碳性好，○

3 优良的几何形状，可降低压降，提高床层给热系数，充分发挥活性组分的作用，○

4 要有足够的使用寿命。合成气中CO 变换需要使用催化剂，高温变换使用铁系催化剂，主要组分是Fe 2O 3，还原成Fe 3O 4而具有活性，低温变换常用Cu-Zn-Al 催化剂。合成气经过变换后就进行脱碳工序，主要是除去合成气中的CO 2。脱碳有碳酸丙烯酯法、低温甲醇洗发、用聚乙二醇二甲醚作息首页的工艺等物理吸收法和烷基醇氨溶液法、热钾碱溶液法、联合工艺等化学吸收法。然后再除去合成气中少量的CO 2、CO 、O 2和水分。压缩然后通入合成塔中进行氨的合成。

B.以煤为原料 工艺流程：

以煤为原料合成氨工艺流程简图（2）

以煤为原料制取氨的原料气，此过程称之为煤的气化，。它是以煤为原料，

以氧气和水蒸气等为气化剂，在高温条件下，在高温条件下，通过化学反应把煤或焦炭中的可燃部分转化为气体的过程，气化时所得的气体即为煤气，其有效成分包括一氧化碳，氢气和甲烷等。煤的气化过程十分复杂，主要化学反应有：

C+½O 2

CO

123/kJ mol Θ∆H =-

C+O 2 CO 2 298406/kJ mol Θ

∆H =- C+H 2O CO+H 2 298131/kJ mol Θ

∆H = C+2H 2O CO 2+H 2 29890.3/kJ mol Θ∆H = C+CO 2 2CO 298172.6/kJ mol Θ∆H = C+2H 2

CH 4 29874.9/kJ mol Θ

∆H =-

粗煤气经过脱硫后就进入下一道工序，脱硫气的变换，合成氨原料气中的CO 一