毕业设计论文：年产10万吨合成氨变换工段工艺设计

合成氨厂变换车间工艺设计

摘要：本设计主要是对合成氨工厂变换工段的设计，此设计选用中变串低变工艺流程。工艺计算过程主要包括物料衡算，能量衡算以及设备选型计算等。

关键词：合成氨；变换；计算

The Technological Design on transform System for

Ammonia Plant

Abstract：This design was mainly for the synthetic ammonia plant shift conversion section. The technological process used the middle temperature change first ，and then used the low temperature change .Process calculation mainly included material balance, energy balance and equipment selection.

Key words:ammonia synthesis, transform , calculation.

目录

第1章绪论 (1)

1.1 概述 (1)

1.2 目的和意义 (1)

1.3 合成氨工业概况 (2)

1.3.1 基本现状 (2)

1.3.2 发展趋势 (2)

1.3.3 应用领域 (2)

1.4 变换工艺介绍 (3)

1.4.1 中温变换工艺 (3)

1.4.2 中串低变换工艺 (3)

1.4.3 中低低变换工艺 (3)

1.4.4 全低变工艺 (4)

1.5 变换工艺的选择 (4)

1.5.1 工艺原理 (4)

1.5.2 工艺条件 (4)

1.5.3 工艺流程确定 (5)

1.5.4 主要设备的选择说明 (6)

第2章物料与热量衡算 (7)

2.1 已知生产条件 (7)

2.2 水气比的确定 (7)

2.3 中变炉CO的实际变换率的求取 (8)

2.4 中变炉催化剂平衡曲线 (9)

2.5 最佳温度曲线的计算 (10)

2.6 中变炉一段催化床层的物料衡算 (10)

2.6.1 中变炉一段催化床层的物料衡算 (11)

2.6.2 对出中变炉一段催化床层的变换气的温度进行估算 (13)

2.6.3 中变炉一段催化床层的热量衡算 (13)

2.7 中变一段催化剂操作线的计算 (16)

2.8 中间冷凝过程的物料和热量计算 (17)

2.9 中变炉二段催化床层的物料与热量衡算 (19)

2.9.1中变炉二段催化床层的物料衡算： (19)

2.9.2 中变炉二段催化床层的热量衡算： (21)

2.10 中变炉物料、热量恒算结果列表 (24)

2.11 低变炉的物料与热量衡算 (25)

2.11.1 低变炉的物料衡算 (25)

2.11.2 低变炉的热量衡算 (27)

2.12 低变炉催化剂平衡曲线 (29)

2.13 最佳温度曲线的计算 (30)

2.14 废热锅炉的热量和物料衡算 (31)

2.15 水蒸汽的加入 (33)

2.16 主换热器的物料与热量的衡算 (34)

2.17 调温水加热器的物料与热量衡算 (35)

第3章设备的选型 (37)

3.1 中变炉的计算 (37)

3.1.1触媒用量的计算 (37)

3.1.2第一段床层触媒用量 (37)

3.1.3 第二段床层触媒用量 (38)

3.1.4 触媒直径的计算 (40)

3.2主换热器的计算 (42)

3.2.1传热面积的计算 (42)

3.2.2 设备直径与管板的确定 (43)

3.2.3 传热系数的验算 (43)

3.2.4 壳侧对流传热系数计算 (45)

3.2.5 总传热系数核算 (46)

3.2.6传热面积的核算 (46)

3.3 其他主设备 (47)

第4章设备一览表 (48)

参考文献 (49)

致谢 (50)

第1章 绪 论

1.1 概述

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[1]。

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。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。在合成氨工艺流程中起着非常重要的作用。

1.2 目的和意义

氨是重要的无机化工产品，在国民经济中占有重要地位。随着世界人口的不断增加，用于制造尿素、硝酸铵、磷酸铵、硫酸铵以及其他化工产品的氨用量也在增长。在化学工业中，合成氨工业已经成为了重要的支柱产业。据统计，世界每年合成氨产量已达到1亿吨以上，其中约有80%的氨用来生产化学肥料，20%作为其它化工产品的原料。

合成氨变换工段是指CO 与水蒸气反应生成CO 2和H 2的过程。在合成氨工艺流程

中起着非常重要的作用。在合成氨生产中，各种方法制取的原料气都含有CO ，其体积分数一般为12%~40%[2]。合成氨需要的两种组分是H 2和N 2，因此需要除去合成气中

的CO 。变换反应如下：222CO H O = CO H ++。由于CO 变换过程是强放热过程，必须

分段进行以利于回收反应热，并控制变换段出口残余CO 含量。第一步是高温变换，使大部分CO 转变为CO 2和H 2；第二步是低温变换，将CO 含量降至0.3%左右。因此，

CO 变换反应既是原料气制造的继续，又是净化的过程，为后续脱碳过程创造条件。

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[1]。所谓中变串低变流程，就是在B106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，使变换系统便于操作，也大幅度降低了能耗。

变换过程需在高温高压使用催化剂条件下进行，因此变换工序是合成氨生产的高