合成氨变换工段设计说明

工商职业技术学院

毕业论文

题目：合成氨变换工段设计

作者：焦鹏丽学号：**********系别：化工工程系

专业：应用化工技术

指导教师：晋萍专业技术职务讲师

2012 年1月1

工商职业技术学院

毕业设计说明书

题目：合成氨变换工段设计

作者：焦鹏丽学号：**********

系别：化工工程系

专业：应用化工技术

指导教师：晋萍专业技术职务讲师

2012 年1月1

摘要:本文是关于煤炭为原料一氧化碳变换工段初步设计。在合成氨的生产中，一氧化碳变换反应是非常重要的反应。用煤炭制造的原料气中，含有一部分一氧化碳，这些一氧化碳不能直接做为合成氨的原料，而且对合成氨的催化剂有毒害作用，必须在催化剂的催化作用下通过变换反应加以除去。一氧化碳变换反应既是原料气的净化过程，又是原料气的制造过程。本设计主要包括工艺路线的确定、中温变换炉的物料衡算和热量衡算、触媒用量的计算、中温变换炉工艺计算和设备选型、换热器的物料衡算和热量衡算以及设备选型等。

关键词：煤炭；一氧化碳变换；中温变换炉；流程图

结论中提到完成了设计宗指，但你的设计宗指到底是什么?没有表达出来。结论中也没有对你的设计做一个总结，你到底做这个设计的做用是什么?解决了什么问题?目录中二级目录应比一级目录再缩进两格，下级目录同理。

目录

第一章绪论 0

1.1 氨的性质和用途 0

1.1.1 氨的性质 0

1.1.2 氨的用途 0

1.2 我国合成氨生产现状 (1)

1.3 一氧化碳变换在合成氨中的意义 (1)

第二章变换流程及工艺条件 (2)

2.1 变换工艺原理 (2)

2.1.1变换反应的热力学分析 (2)

2.1.2 变换反应的动力学分析 (2)

2.2变换工艺的选择 (3)

2.3 工艺条件 (4)

2.3.1 温度 (4)

2.3.2 压力 (5)

2.3.3 水汽比 (5)

第三章工艺计算 (6)

3.1 基本工艺数据的确定 (6)

3.1.1水气比的确定 (6)

3.2中变炉一段催化床层的物料衡算 (7)

3.2.1 中变炉一段催化床层的物料衡算 (7)

3.2.2中变炉一段催化床层的热量衡算 (8)

3.2.3 中变一段催化剂操作线的计算 (11)

3.3中间冷凝过程的物料和热量计算 (12)

3.4中变炉二段催化床层的物料与热量衡算 (13)

3.4.1中变炉二段催化床层的物料衡算： (13)

3.4.2中变炉二段催化床层的热量衡算 (15)

3.4.3中变二段催化剂操作线计算 (16)

3.5 主换热器的物料与热量的衡算 (18)

3.6 调温水加热器的物料与热量衡算 (19)

3.7低变炉的物料与热量衡算 (20)

3.7.1低变炉的物料衡算 (20)

3.7.2低变炉的热量衡算 (22)

3.7.3 低变催化剂操作线计算 (23)

3.7.4 最佳温度曲线的计算 (24)

第四章设备计算 (25)

4.1中变炉的计算 (25)

4.1.1催化剂用量的计算 (25)

4.1.2设备直径与管板的确定 (27)

结论 (28)

致 (29)

参考文献 (30)

第一章绪论

氨是一种重要的化工产品，主要用于化学肥料的生产，它不仅是所有食物和肥料的重要成分，也是所有药物直接或间接的组成。由于氨的广泛用途，氨是世界上产量最多的无机化合物之一。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。

1.1 氨的性质和用途

1.1.1 氨的性质

氨的分子式NH

，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。

3

人们在大约100cm/m氨的环境中，每天接触8H会引起慢性中毒。

物理性质：氨极易溶于水，溶解时放出大量的热，可产生含NH

15%~30%的氨水，氨水

3

溶液是碱性，易挥发。液氨或干燥的氨气对大部分物质没有腐蚀性，但在有水的条件下，对铜、银、锌等金属有腐蚀作用。

氨与空气或氧的混合物在一定浓度围能发生爆炸，有饱和水蒸气存在时，氨－空气混合物的爆炸界限较窄。

化学性质：氨在常温时非常稳定，在高温、电火花或紫外线光的作用下可分解为氮和氢，其分解速度在很大程度上与气体接触的表面性质有关。

氨是一种可燃性物质，自燃点为630℃，一般较难点燃。

氨与空气或氧的混合物在一定围能够发生爆炸。常压，常温下的爆炸围分别为15.5%~82%（氧气）。

氨易与很多物质发生反应，例如在铂催化剂作用能与氧反应生成NO。

1.1.2 氨的用途

氨在国民经济中占有重要的地位。现在大约有80%的氨用来制造化学肥料，其余作为生成其它化工产品的原料。

除液氨可直接作为肥料外，农业上使用的氮肥，例如尿素，磷酸氨，硝酸氨，硫酸氨，氨水以及含氮混肥和复肥为原料的。

氨在工业上主要用来制造炸药和各种化学纤维及塑料。从氨可以制取硝酸，进而

再制造硝酸铵，硝化甘油，三硝基甲苯和硝基纤维素等。在化纤和塑料工业中，则以氨、硝酸和尿素等作为氮源，生产己酰胺、尼龙6单体、人造丝、丙烯晴、酚醛树脂和尿醛树脂等产品。

氨的其它工业用途也十分广泛，例如，作用制冰、空调、冷藏等系统的制冷剂，在冶金工业中用来提炼矿石中的铜、镍等金属，在医药和生物化学方面用做生产磺胺类药物、维生素、蛋氨酸和其它氨基酸等等。

1.2 我国合成氨生产现状

2002年，我国合成氨实际产量36750 k/ta，2003年生产能力为41600k/ta，总生产能力和产量均居世界第一位，但单系列装置规模较小，合成氨装置平均规模为50kt/a。目前我国共有合成氨装置800余套，其中300k/ta以上大型成氨生产装置34套(其中一套为400k/ta)，设计总生产能力为109000k/ta，实生产能力为100000k/ta，约占中国大陆合成氨总生产能力的22%。300k/ta以上大型合成氨生产装置，我国共有小合成氨设备700多套，生产能力为28000k/ta，约占中国大陆合成氨总生产能的66%。

乌鲁木齐石油化工建设的450k/ta合成氨装置，是目前国单套生产能力最大的合成氨装置。

1.3 一氧化碳变换在合成氨中的意义

用不同燃料制得的合成原料气，均含有一定量的一氧化碳。一般固体燃料制得的水煤气中含CO35%—37%，半水煤气中含CO25%—34%，天然气蒸汽转化制得的转化气中含CO较低，一般为12%—14%，一氧化碳不是合成氨生产所需要的直接原料，而且在一定条件下还会与合成氨的铁系催化剂发生反应，导致催化剂失活。因此，在原料气使用之前，必须将一氧化碳清除。

清除一氧化碳分两步进行，第一步是大部分CO先通过变换反应:

CO + H

2O（g）= CO

2

+ H

2

这样既能把一氧化碳变为易于清除的二氧化碳而且又制得等量的氢，而所消耗的只是廉价的水蒸气。因此，一氧化碳变换既是原料气的净化过程，又是原料气制造的