合成氨
目录
前言 (2)
第一章总论 (4)
1.1生产方法论述 (5)
1.2氨合成催化剂的使用 (7)
第二章氨合成工艺 (8)
2.1氨合成工艺流程叙述 (8)
2.2主要设备特点 (9)
2.2.1氨合成塔(R1801) (9)
第三章冷冻工艺流程说明 (10)
3.1冷冻工艺流程叙述及简图 (11)
第四章自动控制 (12)
4.1控制原则 (12)
4.2 仪表选型..................................................... .. (12)
第五章安全技术与节能 (13)
5.1 生产性质及消防措施 (13)
5.1.1生产性质............................................................................... .13 5.1.2消防措施. (14)
5.2节能措施 (15)
参考文献 (16)
致谢 (17)
前言
在常温常压下，氨是有强烈刺激臭味的无色气体，氨有毒，且易燃易爆，空气中含氨0.5％，在很短时间内即能使人窒息而死，含氨0.2％，在几秒钟内灼烧皮肤起泡，含氨0.07％，即会损伤眼睛。氨的燃点150℃，在空气中的爆炸范围为16％～25％（体积）。
在标准状态下氨的密度0.771克/升，沸点－33.35℃，熔点（三相点）－77.75℃，气态氨加热到132.4℃以上时，在任何压力下都不会变成液态，此温度称为氨的临界温度。
氨极易溶于水，在常温常压下1升水约可溶解700升氨，氨溶于水时放出大量的热氨易与许多物质发生反应，例如：在催化剂的作用下能与氧反应生成NO与CO2反应生成氨基甲酸铵，然后脱水生成尿素。
氨还可与一些无机酸（如硫酸、硝酸、磷酸）反应，生成硫酸铵、硝酸铵、磷酸铵等。除了化肥工业以外，氨在工业上主要用来制造炸药和化学纤维及塑料。氨还可以用作制冷剂，在冶金工业中用来提炼矿石中的铜、镍等金属，在医药工业中用做生产磺胺类药物、维生素、蛋氨酸和其他氨基酸等。
氨是在1754年由普利斯特里（Priestly）加热氯化铵与石灰而制得。氯化铵又名卤砂（Sal Ammoniac），故新物质因而命名为Ammoniac（阿摩尼亚）。1784年伯索雷特（C.L.Berthollet）证实氨是由氮与氢所组成，并确定了这两种元素的大致比例。19世纪的后半期，由于物理化学的全面发展，使得氨的生成反应得以系统研究。世界上第一个研究成功合成氨技术并付诸实施的是哈伯（Fritz Haber）教授，他完成了合成氨的基础开发工作。而巴斯夫公司
的布什（Carl Bosch）实现了合成氨的工业化。所以这一生产方法被称之为“哈伯—布什法”1913年9月9日世界上第一座工业化的合成氨工厂建成投产。合成氨工业已有九十多年的历史，但氨合成基本方法没有原则的改变，通常在高压10～100MPa，高温（300～500℃）及熔铁催化剂作用下将氢、氮气合成为氨。由于氢氮气一次通过合成塔的反应过程只有少部分（约20％）合成为氨，因此反应后的气体混合物经过水冷、氨冷、冷凝出产品液氨后，再补充一部分新鲜氢氮气，经加压又送回合成塔，构成循环回路。
目前国内外合成氨装置工业化生产中，具有代表性的氨合成回路有：凯洛格、托普索、卡萨利、布朗、AMV流程。各流程主要区别于合成塔的内件设计结构有所差异和热量回收方式不同。锦疆化工有限公司氨合成装置采用的是卡萨利专利技术，氨合成塔内件由卡萨利公司设计制造，塔外筒由国内南京化学工业公司化机械厂制造。装置生产能力为日产1350吨循环利用。
第一章总论
奎屯锦疆化工有限公司煤化工项目，已经新疆生产建设兵团发改委、国家环保部批准，项目总投资人民币23亿元，注册资本金6.9亿元，杭州锦江集团和农七师各出资50％。项目投产后将达到年产30万吨合成氨、52万吨尿素的生产规模，项目力争2011年10月投产。
全厂工艺流程框图
1.气化装置
采用的美国GEGP公司的水煤浆气化工艺技术，将制备好的水煤浆和来自空分装置的
纯氧送入气化炉内反应，生成粗合成气（H2、CO、CO2及水蒸汽等的混合物）。
2、一氧化碳变换
采用耐硫变换流程，脱除粗合成气中的一氧化碳
CO +H2O↑≒CO2+H2 △H0298=-41.19KJ/mol
3、低温甲醇洗
一氧化碳变换后的变换气中除了含有氨合成反应所需的氢气、氮气外，还有一氧化碳、二氧化碳、硫化氢、硫氧化碳等成份。这些氧化物和硫化物既是氨合成触媒的毒物，同时二氧化碳又是生产尿素的原料，而一氧化碳、硫化物又可进一步回收利用，所以需要对它们分别进行脱除和回收。
本装置采用的大连理工大学六塔工艺流程。经甲醇洗涤塔、CO2解析塔、H2S浓缩塔、热再生塔、甲醇/水份离塔、尾气水洗塔回收硫化物及为尿素装置输送合格的原料气二氧化碳。
4、液氮洗
低温甲醇洗装置来的净化气中还含有对氨合成反应不利的一氧化碳及微量的二氧化碳、水、甲醇等杂质。本单元需要对他们分别进行脱除，完成合成气的最终精制。
5、氨合成及冷冻
氨合成装置采用的是卡萨利专利技术，从液氮洗装置来的新鲜合成气在氨合成塔中部分合成，再通过冷冻装置使出合成塔气体中的氨与未反应的氢氮气分离（1）向氨合成回路一、二级氨冷器提供所需冷冻液氨。（2）向低温甲醇洗装置氨冷器提供所需冷冻液氨。（3）向尿素装置输送产品液氨（热氨20℃）。（4）向氨贮存装置输送产品液氨（冷氨-33℃）
6、尿素装置
1.1生产方法论述
从液氮洗装置来的新鲜合成气在氨合成塔中部分合成。但是，此反应是一个可逆反应，有其固有的特点，即反应达到化学平衡时，在合成塔中也不能将原料一次全部转化为氨，也就是说，在实际生产中，每次反应只有部分原料转化为氨，因此从氨合成塔出来的物料中，除了合成得到的氨外，还有H2、N2与氨留在工艺气中。为了回收利用未反应的H2与N2，同时能顺利地得到产品液氨，必须将未反应的氢氮送入合成塔。围绕着如何高效率地在氨合成塔合成氨，选择好的合成氨催化剂和合成塔。
1.2氨合成催化剂的使用
氨合成催化剂粒度大小对活性和床层阻力均有影响，小粒度催化剂的使用正受到工业上的注意，它的主要优点是活性高，亦即对于同样生产规模，可减少用量，其原因之一是粒度愈大，反应物分子（N2、H2）不易深入到核心部分，因此这部分催化剂的作用不能发挥，平均表观活性降低了，这种现象叫做催化剂的内扩散。另一个原因是，催化剂在使用前的还原是从外往里的，而还原时释放出来的水份对已还原的催化剂是一种毒物，这样一来，一个颗粒的已还原的外壳反复受到从内部逸出的水份的冲刷，自然也使其固有活性下降，小颗粒催化剂在这方面受影响也轻。
小颗粒催化剂的活性虽高，但气体流过床层的阻力降增大了，解决这一矛盾的一个有效是用径向合成塔或轴、径向合成塔，由于气体径向流动气体流通面积较大，气速减慢，路程变短，从而弥补了阻力降较大的缺点。
预还原型合成氨催化剂正日益受到人们的重视，这种催化剂在制造厂就进行了还原，然后再经稳定处理，即在颗粒之外形成一薄层氧化铁膜，吸收的
氧量大约为总重的2％，以便保证在低于100℃的空气中不会自燃，装运时粉化一些亦无危险，这种催化剂的特点如下：
1）预还原采用专用的设备和还原介质，有比塔内还原更优越的条件，如温度分布均匀，空速达，还原彻底等，因此活性高。
2)预还原比非预还原催化剂的堆积密度几乎小20％，这对大型氨厂合成塔尤其是径向塔催化剂筐的设计有利。
3）通常非预还原催化剂在合成塔内还原需要5－7天，而预还原型只是表面一薄层需还原，通常1－1.5天就够了，这就显著缩短了工厂原始开车周期，早日得到合格产品，此外还减少了还原期间处理大量氨水的麻烦。
4）径向合成塔采用预还原催化剂有利于克服还原条件较差（比轴向塔）的问题，但是，预还原型催化剂强度较低，在贮存运输和装填时都必须格外小心，包装桶的密封要好，不能火烤和阳光直射，以避免氧化而产生大量的热，如不注意是极其危险的。
预还原型催化剂的价格比未还原型为贵，它可以单独使用，也可以装在催化剂床层的最上层。
第二章氨合成工艺流程叙述
来自液氮洗装置的新鲜合成气（流量：148268Nm3/h、压力5.0MPa、温度30℃）进入C1801合成压缩机压缩段，被压缩至13.27MPa，与来自E1806冷换热器的循环气（流量：348638Nm3/h、压力13.27MPa、温度35℃），汇合进入C1801合成压缩机的循环段，被提压至14.28MPa、温度63.4℃.经过热交换器E1804（壳程）被来自软水加热器E1803出口气体加热至184℃后，分三路分别进入氨合成塔R1801。其中主气流自塔底部“A”口进入，通过塔外筒与塔内件的环隙，自下而上在内筒顶部进入中心管，然后流至第二床层换热器底部集气盒，再自下而上，依次经过第二床层换热器及第一床层换热器的管侧，先后被第二床层及第一床层的出口气体预热至反应温度，然后通过第一、第二、第三催化剂床层进行氨合成反应；第一、二床层的进口温度分别由另两路气体（分别由氨合成塔的C1、C2管口进入），作为第一、第二床层换热器的旁路进行调节。热交换器的热气出口还有一路气体经开工加热炉燃料气加热后，进入氨合成塔顶部“D”口，此路气体仅在氨合成塔升温操作时使用。出氨合成塔气体温度在445℃左右，先后经过E1801蒸汽过热器(管程)，气体温度降至407.9 ℃并产生420℃，4.1MPa的过热蒸汽；再经过E1802废热锅炉(管程)气体温度降至263.1℃；及E1803软水加热器(管程)，回收气体的显热，气体被降至218.4℃后；进入E1804热交换器(管程)，气体温度降至89.2℃；并经E1805水冷器(管程)被循环冷却水降至40℃（此时已有冷液氨产生）；再进入E1806冷交换器(管程)，出口气体冷却至30.5℃；
最后依次通过E1807第一氨冷器,气体温度降至14℃；及E1808第二氨冷器,气体温度降至-6℃；气体中的气氨有85％被冷凝成液体，在V1801氨分离器中，气、液进行分离；分离后的气体进入E1806冷换热器(壳程)进行换热回收冷量，自身被加热到35℃，送入C-1801合成压缩机循环段进口，与被压缩后的新鲜合成气汇合，经循环段提压后，再送入E1804热交换器(壳程)进行换热，开始下一个循环；分离后的液氨经减压至5.2MPa，送到V1802闪蒸罐，溶解在液氨中的部分气体被释放出来，与新鲜合成气汇合进入C1801合成气压缩机压缩段进口；而液氨进一步减压至 2.8MPa，送至氨冷冻装置的V1803低压闪蒸罐，再经过E1824冷热氨换热器回收冷量后,热液氨产品在2.77MPa、20℃时送至尿素装置主要设备特点氨合成塔(R1801)
氨合成塔是合成氨装置中关键设备之一，合成塔主要由筒体和内件两大部分组成。筒体承受高压，内件需耐高温。生产能力可达1350t.NH3/日。
工艺对合成塔内件结构设计的要求：
⑴要求入塔气在进入催化剂床时达到催化剂起始活性的最低反应温度。⑵合理设置催化剂床层，使操作温度曲线更贴近理想曲线，合成率高。
⑶保证塔内气流分布均匀，且匀速通过催化剂床层，阻力降小。
⑷充分利用塔内空间，尽可能多装小颗粒催化剂。
第三章冷冻工艺流程说明
冷冻工艺流程叙述及简图：
中压闪蒸罐V1802底部的液氨（压力5.2MPa、温度-4.1℃，再减压至2.8MPa）送往低压闪蒸罐V1803，溶解在液氨中的气体被释放，再送往氨收集罐V1826，被顶端的惰性气冷却器冷却至-25℃，以进一步冷却并回收惰性气体中的氨，余下的惰性气被送往酸性火炬。低压闪蒸罐V1803底部的液氨经氨换热器E1824复热至20℃，送往尿素装置。
当尿素减产或临时停车，用量暂时减少时，可从低压闪蒸罐V1803底部另一条管线将多余的液氨送往氨收集罐V1826，再依次途径氨换热器E1824、第一氨冷器E1807、第二氨冷器E1808，并继续减压及降温至-32.5℃，在氨
分离罐V1823中分离液氨中夹带的气氨，最后被液氨泵P1821A/B加压至0.5 MPa，然后分别送往低温甲醇洗装置及液氨贮罐。
从低温甲醇洗装置返回的氨气（压力：-0.03MPa，温度：-38.1℃）与在氨分离罐V1823分离的氨气共同进入氨分离罐V1822，分离夹带的液氨后，进入氨压缩机C1802一段入口，被加压至0.18MPa，同时温度也相应升至93.3℃；再与来自第二氨冷器蒸发的氨气（经分离罐V1824分离夹带的液氨）进行混合，混合后的氨气（压力0.17MPa、温度32.2℃）进入氨压缩机C1802二段入口，被加压到0.51MPa，温度相应升高到112.5℃，经过水冷器E1821降温后，再与来自第一氨冷器蒸发的氨气（经分离罐V1825分离夹带的液氨）混合，混合后的氨气（压力0.46MPa、温度27.6℃）进入氨压缩机C1802三段入口，继续加压至1.6MPa，温度也升至139℃，再经水冷器E1822冷却至40℃，压力为1.55MPa，送入氨收集罐V1826，然后经氨换热器E1824被产品液氨冷却至16.5℃，再依次送往一级氨冷器E1807、二级氨冷器E1808，被减压、降温，再经液氨泵P1821A/B加压后，送往低温甲醇洗装置和/或液氨贮罐。
第四章自动控制
4.1控制原则
本合成氨装置采用集散控制系统（DCS）对工艺生产过程进行监视和自动控制。尿素装置与其它工艺主装置采用一套DCS控制系统，该控制系统布置在全厂中央控制室内。尿素装置的重要参数越限联锁和紧急停车功能由ESD 系统实现，ESD系统与其它装置共用，ESD系统布置在中央控制室内。DCS系统拟选用当今经实践检验是可靠、开放、先进的厂商和系统，便于全厂各工艺装置监视、控制和上网管理，而且容易使用、编程、维修和扩展。DCS设有与ESD、PLC等相连接口，以便与全厂及气化装置的联锁ESD系统连接，并可将其它设备成套所带的控制系统引到DCS中进行监视。4.2仪表选型。
要求气源为无油、无尘、干燥、洁净的压缩空气，含尘径＜3um，含油量＜10mg/m3。压力：0.6～0.7MPa（G）。
露点温度：40℃（当地极端最低气温为-36℃）。用量：本装置约为200Nm3/h。正常生产时由空分装置供气，空压站补充其压力的不足。开车和空分故障时由空压站供气。空压站和空分供仪表空气互为备用。仪表空气总管压力在中控室检测，当压力低于0.5MPa（G）时报警，低于0.42MPa（G）时联锁停车。
第五章安全技术与节能
5.1 生产性质及消防措施
5.1.1生产性质
本工程生产过程中的物料：煤气、甲醇、氢、硫化氢等介质的火灾危险类别为“甲类”；一氧化碳、液氨、氧、硫磺等介质的火灾危险类别为“乙类”。根据工艺生产流程、工艺生产装置及储运设施等的具体情况以及所使用的原料、产品的火灾危险类别和物料燃烧性质，确定本工程中的气化及净化装置、合成氨装置部分单元、火炬等的火灾危险类别“甲类”；合成氨装置部分单元、合成尿素装置部分单元、空分装置、煤运系统部分单元、液氨贮存及罐区等的火灾危险类别为“乙类”；合成尿素装置部分单元、煤运系统部分单元、变配电设施等的火灾危险类别为“丙类”。5.1.2消防措施
为充分贯彻“以防为主，防消结合”的消防原则，本设计依据国家现行消防法规的要求，并结合总图布置、工艺生产装置特点及物料性质等，从工
艺生产、总图布局、建构筑物防火处理、防雷接地、火灾自动报警、可燃气体检测、防爆等各个方面采取相应的措施，以防止火灾的发生，最大限度的减少火灾所带来的损失。
奎屯市公安消防大队二中队为消防一级站，距本次煤化工项目拟建厂址约3 公里、行车时间5min 可到达火场，因此奎屯市公安消防大队二中队可作为本工程消防协作单位。
依据本工程规模、占地面积等确定同一时间内火灾次数按一处考虑。消防设施用电为一级负荷。
1 消防给水
本工程消防用水量不小于160 l/s；火灾延续供给时间：工艺装置3 h、氨罐区6 h；消防一次用水量不小于3000 m3。
本工程新建消防水加压及储存设施。消防给水采用稳高压消防给水系统，系统压力不小于0.9 MPa。室外消防水管网按独立环状布置，管网上设置消防水炮、消火栓等设施。工艺装置内固定水炮不能有效保护的危险设备及场所，设置消防冷却水喷淋系统等。高于15米的甲、乙类设备框架平台敷设消防竖管。工艺装置内、管廊下室外消火栓不能够保护的部位设置箱式消火栓。液氨罐区储罐设置固定消防冷却水喷淋设施。硫磺库设置水喷雾灭火系统。
2、其它灭火
本工程低温甲醇洗工段采取移动式泡沫灭火。甲醇贮罐区设置固定式泡沫灭火。总变电所、带有重要负荷的配电室及中央控制室机柜间内设置气体灭火系统。依据国家现行的有关消防法规的要求，针对不同的对象在本工程范
围内配置一定数量的移动式灭火设备和器材。
3 消防值班
拟将本工程消防值班设置于消防水泵房值班室内。值班室内设置消防报警外线电话及与工厂安全生产相关重要设施间的消防直通电话。所有消防设施的工作状态、操作除在本工段可操作、显示外，还应能在消防值班室的消防控制盘上操作、显示。
5.2节能措施
蒸汽过热器、废热锅炉、给水加热器回收合成塔出来的热量在蒸汽过热器馋生4.1Mpa、420C的中压过热蒸汽。
冷交换器回收从高压氨分离器过来循环气的冷量进一步降低工艺气温度。
参考文献
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[10] 钟秦，陈迁乔，王娟，曲红霞，马卫华. 化工原理[M]. 北京：国防工业出版社.2007.
致谢
在西北民族大学度过了四年的紧张学习时光，系统地学习了应用化学的各方面知识，深深的佩服各位专业老师的学识，从中我不仅学习到化学知识，而且学到很多做人、做事、做学问的道理，在此表示真挚的谢意。在论文即将完成之际，我要感谢我的指导老师魏小红老师。在论文撰写的整个过程中，从论文选题、到撰写开题报告、最后到正文撰写，魏小红老师都提出了很多宝贵意见。魏小红老师指出的每一个问题，指导的每一个思路，都使我有醍醐灌顶之感。给我感受最深的是我们魏老师严谨治学的态度，无论从格式规范、论文要点、还是文章结构，于老师都不厌其烦，给予我及时的帮助，使我能够最后顺利完成论文写作工作。
在此我要感谢我们西北民族大学化学系的所有老师！你们无私的奉献精神和爱岗敬业的治学态度，不仅使我对化学论有了更进一步的理解，将所学到的知识和自己的工作互相印证，受益匪浅。
感谢我的各位同学，是你们的无私帮助让我感受到校园的温暖！因为有了你们，我的大学生活，也就是说整个在校生活很快乐的结束了，最后再次感谢我的母校西北民族大学为我提供了宝贵的学习机会，使我能够走上一个新的平台，幵始一段新的人生!谢谢！
合成氨工艺设计
合成氨工艺设计 摘要：介绍了不同原料的合成氨和合成氨各个工段工艺流程，指出了我国合成氨工艺技术现状及其未来发展趋势，认为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。 关键词：合成氨；发展现状；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, 称之为“化肥氨”; 同时氨也是重要的无机化学和有机化学工业基础原料, 用于生产铵、胺、染料、炸药、制药、合成纤维、合成树脂的原料, 这部分约占30%的比例, 称之为“工业氨”。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”。 一、不同原料合成氨工艺流程 1、以固体燃料（煤或焦炭）为原料的合成氨的简要生产过程 煤或焦炭造气脱硫 CO变换 精制脱CO2 压缩 合成合成尿素 氨尿素 2、以天然气或轻油为原料的合成氨的简要生产过程 天然气或轻油脱硫一段转化二段转化 CO高变 CO低变 压缩甲烷化脱CO2 合成合成尿素 氨尿素 3、以重油为原料的合成氨的简要生产过程 重油油气化除炭黑脱硫 CO变化 空气空分脱CO 2 液氨洗涤合成尿素
尿素 压缩合成 氨 二、合成氨各工段工艺流程（以煤为原料） 1、造气工段（间歇式气化过程在固定床煤气发生炉中进行的） （1）五个阶段： ①吹风阶段：吹入空气，提高燃料层温度，吹风气放空。 工艺流程：空气—煤气炉底部—燃料层—炉顶—上旋风除尘器—废热锅炉—烟囱放空或送吹风气系统回收。 ②一次上吹制气阶段：自下而上送入水蒸汽进行气化反应，燃料层下部温度下降，上部升高。 工艺流程：水蒸汽和加氮空气—煤气炉底部—燃料层—炉顶—上旋风除尘器—废热锅炉—洗气箱—洗气塔—煤气总管—气柜 ③下吹制气阶段：水蒸汽自上而下进行反应，使燃料层温度趋下均衡。 工艺流程：蒸汽（不加空气）—炉顶—燃料层—炉底—废热锅炉—洗气箱—洗气塔—煤气总管—气柜 ④二次上吹制气阶段：使底部下吹煤气排净，为吹入空气做准备。工艺流程与一次上吹阶段相同。 ⑤空气吹净阶段：此部分吹风气加以回收，作为半水煤气中氮的主要来源。 工艺流程：空气—煤气炉底部—燃料层—炉顶—上旋风除尘器—废热锅炉—洗气箱—洗气塔—煤气总管—气柜 （2）工艺条件： ①温度：炉温应较熔点温度低50℃ ②吹风速度：吹风速度直接决定放热。 ③蒸汽用量：是改善煤气质量和提高煤气产量的重要手段之一。 ④循环时间及其分配：等于或略少于3min 2、净化工段
合成氨工艺流程
合成氨工艺流程标准化管理部编码-[99968T-6889628-J68568-1689N]
将无烟煤（或焦炭）由炉顶加入固定床层煤气发生炉中，并交替向炉内通入空气和水蒸汽，燃料气化所生成的半水煤气经燃烧室、废热锅炉回收热量后送入气柜。 半水煤气由气柜进入电除尘器，除去固体颗粒后依次进入压缩机的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段，加压到~，送入脱硫塔，用溶液或其他脱硫溶液洗涤,以除去硫化氢，随后，气体经饱和塔进入热交换器，加热升温后进入一氧化碳变换炉，用水蒸汽使气体中的一氧化碳变为氢。变换后的气体，返回热交换器进行降温，并经热水塔的进一步降温后，进入变换器脱硫塔，以除去变换时产生的硫化氢。然后，气体进入二氧化碳吸收塔，用水洗法除去大部分二氧化碳。脱碳后的原料进入压缩机Ⅳ、Ⅴ段，升压到压缩机~后，依次进入铜洗塔和碱洗塔，使气体中残余的一氧化碳和二氧化碳含量进一步降至20（ppm）以下，以满足合成氨的要求。 净化后的原料气进入压缩机的最后一段，升压到~MPa进入滤油器，在此与循环压缩机来的循环气混合，经除油后，进入冷凝塔和氨冷器的管内，再进入冷凝塔的下部，分离出液氨。分离出液氨后的气体进入冷凝塔上部的管间，与管内的气体换热升温后进入氨合成塔。在高温高压并有催化剂存在的条件下，将氮氢气合成氨。出合成塔的气体中，约含氨10~20%，经水冷器与氨冷器将氨液化并分离后，其气体进入循环压缩机循环使用。分离出的液氨进入液氨贮槽。 原料气的制备:制备氢氮比为3:1的半水煤气 即造气。将无烟煤（或焦炭）由炉顶加入固定床层煤气发生炉中，并交替向炉内通入空气和水蒸汽，燃料气化后生成氢氮比为3:1的半水煤气。整个生产过程由煤气发生炉、燃烧室、废热锅炉、气柜等设备组成。 固定床半水煤气制造过程由吹风、上吹制气、下吹制气、二次上吹、空气吹净等5个阶段构成，为了调节氢氮比，在吹风末端要将部分吹风气吹入煤气，这个过程通常称为吹风回收。 吹风阶段：空气从煤气炉的底部吹入，使燃料燃烧，热量贮存于燃料中，为制气阶段碳与水蒸汽的反应提供热量。吹风气经过燃烧室和废热锅炉后放空。上吹制气阶段：从煤气炉的底部通入混有适量空气的水蒸汽，和碳反应生成的半水煤气经过炉的顶部引出。向水蒸汽中加入的空气称为加氮空气。 下吹制气阶段：将水蒸汽和加氮空气由炉顶送入，生成的半水煤气由炉底引出。二次上吹制气阶段：水蒸汽和加氮空气自下而上通过燃料层，将炉底残留的半水煤气排净，为下一步送入空气创造安全条件。 空气吹净阶段：从炉底部吹入空气，所得吹风气为半水煤气中氮的主要来源，并将残留的半水煤气加以回收。 以上五个阶段完成了制造半水煤气的主过程，然后重新转入吹风阶段，进入下一个循环。原料气的净化：除去原料气中的硫化氢、二氧化碳等杂质，将一氧化碳转化为氢气本阶段由原料气脱硫、一氧化碳变换、水洗（脱除二氧化碳）、铜洗（脱除一氧化碳）、碱洗（脱除残余二氧化碳）等几个工段构成，主要设备有除尘器、压缩机、脱硫塔、饱和塔、热水塔、一氧化碳变换炉、二氧化碳吸收塔、铜洗塔、碱洗塔等。 脱硫：原料气中硫化物的存在加剧了管道及设备的腐蚀，而且能引起催化剂中毒，必须予以除去。脱硫方法可分为干法脱硫和湿法脱硫两大类。干法脱硫是用固体硫化剂，当气体通过脱硫剂时硫化物被固体脱硫剂吸附，脱除原料气中的少量硫化氢和有机硫化物。一般先进行湿法脱硫，再采用干法脱硫除去有机物和残余硫化氢。湿法脱硫所用的硫化剂为溶液，当含硫气体通过脱硫剂时，硫化物被液体剂吸收，除去气体中的绝大部分硫化氢。
合成氨工业设计和计算
第一章合成氨的现状及发展概况 1.1 概况 氨是20世纪世界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。氨既是主要的最终产品，同时又是重要的中间体[6]。按其提供反应氮用途分为“化肥氮”和“工业氮”。氨主要用于农业，合成氨是氮肥工业的基础，氨本身就是重要的氮素肥料，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，称之为“化肥氨”；同时氨也是重要的无机化学和有机化学工业基础原料，用于生产铵、胺、染料、炸药、制药、合成纤维、合成树脂的原料，这部分约占30%的比例，称之为“工业氨”[7]。氨在21世纪世界经济中仍将占有十分重要的地位。展望21世纪合成氨的发展，对于我们了解合成氨发展和变化规律，预测21世纪合成氨发展趋势，制定规划和促进社会经济可持续发展具有十分重要的现实意义。 1.2 世界合成氨工业概况 1.2.1 氨的生产能力和产量 合成氨是化学工业中产量很大的化工产品。1982年，世界合成氨的生产能力为125Mt，但因原料供应、市场需求的变化，合成氨的产量远比生产能力要低。近年，合成氨产量以联、中国、美国、印度等十国最高，占世界总产量的一半以上[8]。 1.2.2 消费和用途 合成氨主要消费部门为化肥工业，用于其他领域的（主要是高分子化工、火炸药工业等）非化肥用氨，统称为工业用氨[9]。目前，合成氨年总消费量约为78.2Mt，其中工业用氨量约为10Mt，约占总氨消费量的12％。 1.2.3 原料 合成氨主要原料有天然气、石油、重质油和煤等。1981年，世界以天然气制氨的比例约占71％，联为92.2％、美国为96％、荷兰为100％；中国仍以煤、焦炭为主要原料制氨，天然气制氨仅占20%。70年代原油涨价后，一些采用石油为原料的合成氨老厂改用天然气，新建厂绝大部分采用天然气作原料[10]。
合成氨的工艺流程 (1)
合成氨工艺流程 氨是重要的无机化工产品之一，在国民经济中占有重要地位。除液氨可直接作为肥料外，农业上使用的氮肥，例如尿素、硝酸铵、磷酸铵、氯化铵以及各种含氮复合肥，都是以氨为原料的。合成氨是大宗化工产品之一，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。 德国化学家哈伯1909年提出了工业氨合成方法，即“循环法”，这是目前工业普遍采用的直接合成法。反应过程中为解决氢气和氮气合成转化率低的问题，将氨产品从合成反应后的气体中分离出来，未反应气和新鲜氢氮气混合重新参与合成反应。合成氨反应式如下： N2+3H2≒2NH3 合成氨的主要原料可分为固体原料、液体原料和气体原料。经过近百年的发展，合成氨技术趋于成熟，形成了一大批各有特色的工艺流程，但都是由三个基本部分组成，即原料气制备过程、净化过程以及氨合成过程。 1.合成氨的工艺流程 (1)原料气制备将煤和天然气等原料制成含氢和氮的粗原料气。对于固体原料煤和焦炭，通常采用气化的方法制取合成气；渣油可采用非催化部分氧化的方法获得合成气；对气态烃类和石脑油，工业中利用二段蒸汽转化法制取合成气。(2)净化对粗原料气进行净化处理，除去氢气和氮气以外的杂质，主要包括变换过程、脱硫脱碳过程以及气体精制过程。 ① 一氧化碳变换过程 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%。合成氨需要的两种组分是H2和N2，因此需要除去合成气中的CO。变换反应如下：CO+H2OH→2+CO2 =-41.2kJ/mol 0298HΔ 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CO2和H2；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。 ② 脱硫脱碳过程 各种原料制取的粗原料气，都含有一些硫和碳的氧化物，为了防止合成氨生产过程催化剂的中毒，必须在氨合成工序前加以脱除，以天然气为原料的蒸汽转化法，第一道工序是脱硫，用以保护转化催化剂，以重油和煤为原料的部分氧化法，根据一氧化碳变换是否采用耐硫的催化剂而确定脱硫的位置。工业脱硫方法种类很多，通常是采用物理或化学吸收的方法，常用的有低温甲醇洗法(Rectisol)、聚乙二醇二甲醚法(Selexol)等。 粗原料气经CO变换以后，变换气中除H2外，还有CO2、CO和CH4等组分，其中以CO2含量最多。CO2既是氨合成催化剂的毒物，又是制造尿素、碳酸氢铵等氮肥的重要原料。因此变换气中CO2的脱除必须兼顾这两方面的要求。 一般采用溶液吸收法脱除CO2。根据吸收剂性能的不同，可分为两大类。一类是物理吸收法，如低温甲醇洗法(Rectisol)，聚乙二醇二甲醚法(Selexol)，碳酸丙烯酯法。一类是化学吸收法，如热钾碱法，低热耗本菲尔法，活化MDEA法，MEA法等。 4
合成氨
合成氨 毕业设计综述 题目：年产200kt合成氨变换工序工艺设计 摘要简述合成氨工艺及200kt/a合成氨装置变换工序工艺流程的设置和关键设备的选型。对主要工艺参数的设计进行了验算；对热能的回收利用进行了评述；对催化剂的选型、硫化和装置的试运行进行了介绍。并推荐使用新型的轴-径向流结构变换炉。 关键词变换工艺变换炉催化剂 前言：合成氨是一个产量吨位大、与国名经济密切，特别是对发展农业具有重要意义的化工产品，现在全世界的生产能力和年产量都以亿吨计，主要用作肥料和生产其他肥的原料。从二战结束以后，随着科技的进步和原料路线的转变，机械和设备制作、炼金材料和新催化剂的开发，合成氨生产面貌有了重大的变化。特别是在变换工序工艺设计方面的变化。 1.氨的性质和用途 氨分子式NH3，在标准状态下是无味无色，比空气轻，具有特殊的刺激性臭味。人们在大于100cm3/m3氨的环境中，每天接触8h时会引起慢性中毒。 1.1物理性质 氨极易溶于水，溶解时放出大量的热。可生产含NH315%~30%的氨水，氨
水溶液时碱性，易挥发。液氨或干燥的氨气对于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。 氨的主要物理性质列于下表1 相对分子质量17.03沸点-33.35 含氮量/%82.2蒸发热(-33.4℃)/(kJ/kg)1368.02 摩尔体积（0℃，0.1兆帕）/（L/mol）22.08冰点/℃-77.70 气体密度（0℃，0.1兆帕）/（g/L）0.7714熔化热（-77.7℃）/（KJ/kg）333.42 液体密度（-33.4℃，0.1兆帕）/（g/cm3）0.6818气体高热值/（MJ/m3） 17.52 临界温度/℃132.4液体高热值（MJ/Kg）22.35 临界压力/兆帕11.30液体低热值（MJ/kg）76.74 临界体积/（L/kg） 4.257标准摩尔焓H/（KJ/kmol）-46.21 临界密度（g/cm3）0.235标准摩尔商S（气体25℃、0.1兆帕）/（J/mol/k）192.60 临界热导率/（W/（m.k））0.522电导率（工业品，-35℃）/（s/m）3*0.00001 1.2化学性质 氮在常温时相当稳定，在高温、电火花或紫外光的作用下可分解为氮气和氢，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，自然点为630摄氏度，一般较难点燃。 氨与空气或氧的混合物在一定范围内能够发生爆炸。常压，常温下的爆炸
合成氨
谈合成氨生产技术及发展走向 摘要: 合成氨工业作为我国农业和工业的原料基础.发展有重要的意义,我过从建国以来,合成氨工业从无到有经历直到现 在的处于国际新进行列.我们有必要对我这段时期进行了解,这对我们以后发展有重要的指导意义! 一，氨的性质及用途 1氨的性质 （1）物理性质在常温常压下，氨是一种具有特殊气味的无色气体，有强烈的毒性。空气中有0.5%（体积分数）的氨，能使人在几分钟内窘息而死。 在0.1MP，-33.5摄氏度，或在常温下加压到0.7-0.8MP，就能将氨变成无色的液体，同时?懦龃罅康娜攘俊０钡牧俳缥露任?132.9摄氏度，临界压力11.38MP。液氨的相对密度为0.667（20摄氏度）。若将液氨在0.101 MP压力下冷至-77.7摄氏度，就凝结成略带臭味的无色结晶。液氨容易气化，降低压力可急剧蒸发，并吸收大量的热。氨极易溶于水，可制成含氨15%-30%的商品氨水。氨溶解时放出大量的热，氨的水溶液呈弱碱性，易挥发。 （2）化学性质氨的化学性质较活泼，能与酸反应生成盐。如与磷酸反应生成磷酸铵；与硝酸反应生成硝酸铵；与二氧化碳反应生成氨基甲酸铵，脱水后成为尿素；与二氧化碳和水反应生成碳酸氢铵。 在有水的条件下，氨对铜，银，锌等金属有腐蚀作用。氨自燃点为630摄氏度。氨与空气或氧按一定比例混合后，与火能爆炸。常温常压下，氨在空气中的爆炸范围为 1505%-28%，在氧气中为13.5%-82%。 2 氨的用途 （1）制造化肥的原料（2）生产其他化工产品的原料基本化学工业中的硝酸，纯碱，含氮无机盐，有机化学工业中的含氮中间体，制药工业中的磺胺类药物，维生素，氨? 幔 撕退芰瞎ひ抵械募耗邗０罚 憾 罚 妆蕉 烨杷狨ィ 嗽焖浚 ┣绲龋?3）应用于国防工业和技术中作为制造三硝基甲苯，三硝基苯酚，硝化甘油，硝化纤维等多种炸药的原料；作为生产导弹，火箭的推进剂和氧化剂，（4）应用于医疗，食品行业中作为医疗食品行业中的冷冻，冷藏系统的制冷剂。 二，合成氨工业的发展使 氨是一种制造化肥和工业用途众多的基本化工原料。随着农业?⒄购途 ど 男枰 ?20世纪初先后开发并实现了氨的工业生产。从氰化法演变到合成氨法以后，近30年来，原料不断改变，余热逐渐利用，单系列装置迅速扩大，推动了化学工业有关部门的发展以及化学工程进一步形成，也带动了燃料化工中新的能源和资源的开发。 早期氰化法1898年，德国A.弗兰克等人发现空气中的氮能被碳化钙固定而生成氰氨化钙（又称石灰氮），进一步与过热水蒸气反应即可获得氨： CaCN 2＋3H 2 O─→2NH 3 ＋CaCO 3
合成氨工作原理
1.氨合成的基本原理 氨是由气态氢和氮在氨触媒的作用下反应生成的，其反应式为： 3H2+N2=2NH3+热量 这是一个可逆、放热、体积缩小的反应，对其反应机理存在着不同的观点，一般认为：氮在铁催化剂上被活性吸附，离解为氮原子，然后逐步加氢，连续生成NH、NH2和NH3。即： N2（扩散）→2N（吸附）→2NH(吸附）→2NH２（吸附）→2NH３（脱附）→2NH３（扩散到气相） 由质量作用定律和平衡移动原理可知： 1.温度升高，不利于反应平衡而有利于反应速度。 2.压力愈高愈有利于反应平衡和速度。 3.氢氮气（比例3:1）含量越高越有利于反应和速度。 4.触媒不影响反应平衡，但可以加快反应速度。 2、温度对氨合成反应的影响 氨合成反应是一个可逆放热反应。当反应温度升高时，平衡向着氨的分解方向移动； 温度降低反应向着氨的生成方向移动。因此，从平衡观点来看，要使氨的平衡产率高，应该采取较低的反应温度。 但是从化学反应速度的观点来看，提高温度总能使反应的速度加快，这是因为温度升高分子的运动加快，分子间碰撞的机率增加，同时又使化合时分子克服阻力的能力加大，从而增加分子有效结合的机率。 总之，温度低时，反应有利于向合成氨的方向进行，但是氨合成的反应速度较低；提高温度不利于向氨的合成方向移动，但反应速度可以增加。在实际生产中反应温度的选择主要决定于氨合成催化剂的性能。 3.压力对氨合成反应的影响 氨的合成反应是一个分子的氮与三个分子的氢结合生成两个分子的氨，即氨合成反应是分子数目减少、体积缩小的反应，提高压力，可使反应向着生成氨的方向进行。对于氨合成反应来说，提高压力就是提高反应气体的浓度，从而增加反应分子间碰撞的机会，加快了反应的速率。 总之，增加压力对氨的合成反应是有利的，既能增大平衡转化率，又能加快反应速率。但压力也不宜过高，否则，不仅增加动力的消耗，而且对设备和材料的要求也较高。根据我国具体情况，目前在小型合成氨厂，设计压力一般为31.4MPa。 4.空速对氨合成反应的影响 气体与催化剂接触时间的长短，通常用空速来表示。它的物理意义是：在标准状况下，单位时间内在1m3的催化剂上所通过的气体体积。其单位为 m3(标)气体/（m3催化剂?h）,或简写为h-1。 在一定的合成条件下，空速增加，气体与催化剂接触时间减少，出合成塔气体氨含量降低。增加空间速度可以提高氨的产量。但由于空间速度的增加，每生产一吨氨所需的循环气量，输送气体所需克服的阻力等都要增大，
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 ABSTRACT Ammonia 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 water
合成氨
合成氨的主要原料可分为固体原料、液体原料和气体原料。经过近百年的发展，合成氨技术趋于成熟，形成了一大批各有特色的工艺流程，但都是由三个基本部分组成，即原料气制备过程、净化过程以及氨合成过程。 工艺路线： 造气-> 半水煤气脱硫-> 压缩机1 ，2 工段-> 变换-> 变换气脱硫-> 压缩机3 段-> 脱硫-> 压缩机4 ，5 工段-> 铜洗-> 压缩机 6 段-> 氨合成-> 产品NH3 1. 合成氨的工艺流程 (1) 原料气制备：将无烟煤（或焦炭）由炉顶加入固定床层煤气发生炉中，并交替向炉内通入空气和水蒸汽，燃料气化所生成的半水煤气经燃烧室、废热锅炉回收热量后送入气柜。 半水煤气由气柜进入电除尘器，除去固体颗粒后依次进入压缩机的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段，加压到 1.9~2.0Mpa ，送入脱硫塔，用 A.D.A. 溶液或其他脱硫溶液洗涤, 以除去硫化氢，随后，气体经饱和塔进入热交换器，加热升温后进入一氧化碳变换炉，用水蒸汽使气体中的一氧化碳变为氢。变换后的气体，返回热交换器进行降温，并经热水塔的进一步降温后，进入变换器脱硫塔，以除去变换时产生的硫化氢。然后，气体进入二氧化碳吸收塔，用水洗法除去大部分二氧化碳。脱碳后的原料进入压缩机Ⅳ、Ⅴ段，升压到压缩机12.09~13.0Mpa
后，依次进入铜洗塔和碱洗塔，使气体中残余的一氧化碳和二氧化碳含量进一步降至20 （ppm ）以下，以满足合成氨的要求。 净化后的原料气进入压缩机的最后一段，升压到30.0~32.0 MPa 进入滤油器，在此与循环压缩机来的循环气混合，经除油后，进入冷凝塔和氨冷器的管内，再进入冷凝塔的下部，分离出液氨。分离出液氨后的气体进入冷凝塔上部的管间，与管内的气体换热升温后进入氨合成塔。在高温高压并有催化剂存在的条件下，将氮氢气合成氨。出合成塔的气体中，约含氨10~20% ，经水冷器与氨冷器将氨液化并分离后，其气体进入循环压缩机循环使用。分离出的液氨进入液氨贮槽。 原料气的制备: 制备氢氮比为3:1 的半水煤气 即造气。将无烟煤（或焦炭）由炉顶加入固定床层煤气发生炉中，并交替向炉内通入空气和水蒸汽，燃料气化后生成氢氮比为3:1 的半水煤气。整个生产过程由煤气发生炉、燃烧室、废热锅炉、气柜等设备组成。 (2) 净化对粗原料气进行净化处理，除去氢气和氮气以外的杂质，主要包括变换过程、脱硫脱碳过程以及气体精制过程。 ①一氧化碳变换过程 一氧化碳对氨催化剂有毒害，因此在原料气进入合成氨工序之前必须将一氧化碳彻底清除。除去一氧化碳的方法，工业上采用两段法。第一步是把一氧化碳与水蒸汽作用生成氢和二氧化碳；第二步采用铜氨
合成氨的工艺流程
合成氨工艺流程 氨就是重要的无机化工产品之一,在国民经济中占有重要地位。除液氨可直接作为肥料外,农业上使用的氮肥,例如尿素、硝酸铵、磷酸铵、氯化铵以及各种含氮复合肥,都就是以氨为原料的。合成氨就是大宗化工产品之一,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。 德国化学家哈伯1909年提出了工业氨合成方法,即“循环法”,这就是目前工业普遍采用的直接合成法。反应过程中为解决氢气与氮气合成转化率低的问题,将氨产品从合成反应后的气体中分离出来,未反应气与新鲜氢氮气混合重新参与合成反应。合成氨反应式如下: N2+3H2≒2NH3 合成氨的主要原料可分为固体原料、液体原料与气体原料。经过近百年的发展,合成氨技术趋于成熟,形成了一大批各有特色的工艺流程,但都就是由三个基本部分组成,即原料气制备过程、净化过程以及氨合成过程。 1、合成氨的工艺流程 (1)原料气制备将煤与天然气等原料制成含氢与氮的粗原料气。对于固体原料煤与焦炭,通常采用气化的方法制取合成气;渣油可采用非催化部分氧化的方法获得合成气;对气态烃类与石脑油,工业中利用二段蒸汽转化法制取合成气。 (2)净化对粗原料气进行净化处理,除去氢气与氮气以外的杂质,主要包括变换过程、脱硫脱碳过程以及气体精制过程。 ① 一氧化碳变换过程 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%。合成氨需要的两种组分就是H2与N2,因此需要除去合成气中的CO。变换反应如下: CO+H2OH→2+CO2 =-41、2kJ/mol 0298HΔ 由于CO变换过程就是强放热过程,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。第一步就是高温变换,使大部分CO转变为CO2与H2;第二步就是低温变换,将CO含量降至0、3%左右。因此,CO变换反应既就是原料气制造的继续,又就是净化的过程,为后续脱碳过程创造条件。 ② 脱硫脱碳过程 各种原料制取的粗原料气,都含有一些硫与碳的氧化物,为了防止合成氨生产过程催化剂的中毒,必须在氨合成工序前加以脱除,以天然气为原料的蒸汽转化法,第一道工序就是脱硫,用以保护转化催化剂,以重油与煤为原料的部分氧化法,根据一氧化碳变换就是否采用耐硫的催化剂而确定脱硫的位置。工业脱硫方法种类很多,通常就是采用物理或化学吸收的方法,常用的有低温甲醇洗法(Rectisol)、聚乙二醇二甲醚法(Selexol)等。 粗原料气经CO变换以后,变换气中除H2外,还有CO2、CO与CH4等组分,其中以CO2含量最多。CO2既就是氨合成催化剂的毒物,又就是制造尿素、碳酸氢铵等氮肥的重要原料。因此变换气中CO2的脱除必须兼顾这两方面的要求。 一般采用溶液吸收法脱除CO2。根据吸收剂性能的不同,可分为两大类。一类就是物理吸收法,如低温甲醇洗法(Rectisol),聚乙二醇二甲醚法(Selexol),碳酸丙烯酯法。一类就是化学吸收法,如热钾碱法,低热耗本菲尔法,活化MDEA法,MEA 法等。 4
合成氨生产工艺介绍
1、合成氨生产工艺介绍 1）造气工段 造气实质上是碳与氧气和蒸汽的反应，主要过程为吹风和制气。具体分为吹风、上吹、下吹、二次上吹和空气吹净五个阶段。原料煤间歇送入固定层煤气发生炉内，先鼓入空气，提高炉温，然后加入水蒸气与加氮空气进行制气。所制的半水煤气进入洗涤塔进行除尘降温，最后送入半水煤气气柜。 造气工艺流程示意图 2）脱硫工段 煤中的硫在造气过程中大多以H2S的形式进入气相，它不仅会腐蚀工艺管道和设备，而且会使变换催化剂和合成催化剂中毒，因此脱硫工段的主要目的就是利用DDS脱硫剂脱出气体中的硫。气柜中的半水煤气经过静电除焦、罗茨风机增压冷却降温后进入半水煤气脱硫塔，脱除硫化氢后经过二次除焦、清洗降温送往压缩机一段入口。脱硫液再生后循环使用。
脱硫工艺流程图 3）变换工段 变换工段的主要任务是将半水煤气中的CO在催化剂的作用下与水蒸气发生放热反应，生成CO2和H2。河南中科化工有限责任公司采用的是中变串低变工艺流程。经过两段压缩后的半水煤气进入饱和塔升温增湿，并补充蒸汽后，经水分离器、预腐蚀器、热交换器升温后进入中变炉回收热量并降温后，进入低变炉，反应后的工艺气体经回收热量和冷却降温后作为变换气送往压缩机三段入口。
变换工艺流程图 4）变换气脱硫与脱碳 经变换后，气体中的有机硫转化为H2S，需要进行二次脱硫，使气体中的硫含量在25mg/m3。脱碳的主要任务是将变换气中的CO2脱除，对气体进行净化，河南中科化工有限责任公司采用变压吸附脱碳工艺。来自变换工段压力约为1.3MPa左右的变换气，进入水分离器，分离出来的水排到地沟。变换气进入吸附塔进行吸附，吸附后送往精脱硫工段。 被吸附剂吸附的杂质和少量氢氮气在减压和抽真空的状态下，将从吸附塔下端释放出来，这部分气体称为解析气，解析气分两步减压脱附，其中压力较高的部分在顺放阶段经管道进入气柜回收，低于常 压的解吸气经阻火器排入大气。
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 (3) 1.1 氨的基本用途 (3) 1.2 合成氨技术的发展趋势 (4) 1.3 合成氨常见工艺方法 (4) 1.3.1 高压法 (5) < 1.3.2 中压法 (5) 1.3.3 低压法 (5) 1.4 设计条件 (5) 1.5 物料流程示意图 (6) 2 物料衡算 (8) 2.1 合成塔入口气组成 (8) 2.2 合成塔出口气组成 (8) 2.3 合成率计算 (9) 《 2.4 氨分离器出口气液组成计算 (10) 2.5 冷交换器分离出的液体组成 (13) 2.6 液氨贮槽驰放气和液相组成的计算 (13) 2.7 液氨贮槽物料衡算 (15) 2.8 合成循环回路总物料衡算 (17) 3 能量衡算 (28) 3.1 合成塔能量衡算 (28) 3.2废热锅炉能量衡算 (30) ~ 3.3 热交换器能量衡算 (31) 3.4 软水预热器能量衡算 (32) 3.5 水冷却器和氨分离器能量衡算 (33) 3.6 循环压缩机能量衡算 (35) 3.7 冷交换器与氨冷器能量衡算 (36) 3.8 合成全系统能量平衡汇总 (38) 4 设备选型及管道计算 (40) 4.1 管道计算 (40) , 4.2 设备选型 (42) 结论 (43) 致谢 (44) 参考文献 (45)
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：H273.25%， N225.59%，CH41.65%,Ar0.51%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。最后对该工艺流程进行了物料衡算、能量衡算，并根据设计任务及操作温度、压力按相关标准对工艺管道的尺寸和材质进行了选择。 关键词：物料衡算，氨合成，能量衡算 , The Design of 50kt/a Synthetic Ammonia Process Abstract:There are many types of Ammonia synthesis technology and process,Generally,they includes ammonia synthesis, separation and recycling, inert gases Emissions and other basic steps, Combining the above basic stepsturnning into the ammonia synthesis reaction and recycling process , in which ammonia synthesis section is the central part of a synthetic ammonia process. The task of curriculum design is theammonia synthesis section of an annual fifty thousand tons synthetic ammonia plant . The composition of fresh feed gas is: H2(73.77%>,N2(24.56%>,CH4(1.27%>,Ar(0.4%>, the temperature is 35℃, the operating pressure is 31MPa, the inlet gas composition of the Reactor is : NH3(3.0%>,CH4+Ar(15.7%>,it Requires the mole fraction of ammonia reacheds to 16.8% of outlet gas of synthesis reactor. By consulting the relevant literature and information,we designed the ammonia synthesis section of an annual fifty thousand tons synthetic ammonia
合成氨
在探索合成氨崎岖的道路上，它不仅使两位杰出的化学家勒夏特列和能斯特折戟蒙羞，而且使一位对人类社会发展作出巨大贡献，并因此获得诺贝尔化学奖的哈伯堕落成为助纣为虐与人民为敌的可耻下场。后来人们把合成氨称为化学发展史上的“水门事件”。 1900年，法国化学家勒夏特列在研究平衡移动的基础上通过理论计算，认为N2和H2在高压下可以直接化合生成氨，接着，他用实验来验证，但在实验过程中发生了爆炸。他没有调查事故发生的原因，而是觉得这个实验有危险，于是放弃了这项研究工作，他的合成氨实验就这样夭折了。后来才查明实验失败的原因，是他所用混合气体中含有O2，在实验过程中H2和O2发生了爆炸的反应。 稍后，德国化学家能斯特通过理论计算，认为合成氨是不能进行的。因此人工合成氨的研究又惨遭厄运。后来才发现，他在计算时误用一个热力学数据，以致得到错误的结论。 在合成氨研究屡屡受挫的情况下，哈伯知难而进，对合成氨进行全面系统的研究和实验，终于在1908年7月在实验室用N2和H2在600℃、200个大气压下合成氨，产率仅有2%，却也是一项重大突破。当哈伯的工艺流程展示之后，立即引起了早有用战争吞并欧洲称霸世界野心的德国军政要员的高度重视，为了利用哈伯，德国皇帝也屈尊下驾请哈伯出任德国威廉研究所所长之职。而恶魔需要正好迎合了哈伯想成百万富翁的贪婪心理。从1911年到1913年短短的两年内，哈伯不仅提高了合成氨的产率，而且合成了1000吨液氨，并且用它制造出3500吨烈性炸药TNT。到1913年的第一次世界大战时，哈伯已为德国建成了无数个大大小小的合成氨工厂，为侵略者制造了数百万吨炸药，因而导致并蔓延了这场殃祸全球的世界大战。这就是第一次世界大战德国为什么能够坚持这么久的不解之谜谜底。 当事实真相大白于天下时，哈伯爱到了世界各国科学家的猛烈抨击，尤其当他获得1918年诺贝尔化学奖时，更激起世界人民的愤怒。 人工合成氨实验的成功令人欢欣鼓舞，它对工业、农业生产和国际科技的重大意义是不言而喻的，但对三位杰出的科学家而言则是黑色的“水门事件”。 1949年前，全国仅在南京、大连有两家合成氨厂，在上海有一个以水电解法制氢为原料的小型合成氨车间，年生产能力共为46kt氨。中华人民共和国成立以后，合成氨的产量增长很快。为了满足农业发展的迫切需要，除了恢复并扩建旧厂外，50年代建成吉林、兰州、太原、四川四个氨厂。以后在试制成功高压往复式氮氢气压缩机和高压氨合成塔的基础上，于60年代在云南、上海、衢州、广州等地先后建设了20多座中型氨厂。此外，结合国外经验，完成“三触媒”流程（氧化锌脱硫、低温变换、甲烷化）氨厂年产50kt的通用设计，并在石家庄化肥厂采用。与此同时开发了合成氨与碳酸氢铵联合生产新工艺，兴建大批年产5～20kt氨的小型氨厂，其中相当一部分是以无烟煤代替焦炭进行生产的。70年代开始到80年代又建设了具有先进技术，以天然气、石脑油、重质油和煤为原料的年产300kt氨的大型氨厂，分布在四川、江苏、浙江、山西等地。1983、1984年产量分别为16770kt、18373kt（不包括台湾省），仅次于苏联而占世界第二位。现在已拥有以各种燃料为原料、不同流程的大型装置15座，中型装置57座，小型装置1200多座，年生产能力近20Mt氨。 目前，中国是世界上最大的化肥生产和消费大国，合成氨年生产能力已达4222万吨。但合成氨一直是化工产业的耗能大户。6月7日～8日，全国合成氨节能改造项目技术交流会在北京召开，明确了“十一五”期间合成氨节能工程在降耗、环保等方面要达到的具体目标。 会议根据“十一五”期间《合成氨能量优化节能工程实施方案》规划，确定的这一重点节能工程的目标是：大型合成氨装置采用先进节能工艺、新型催化剂和高效节能设备，提高转化效率，加强余热回收利用；以天然气为原料的合成氨推广一段炉烟气余热回收技术，并改造蒸汽系统；以石油为原料的合成氨加快以洁净煤或天然气替代原料油改造；中小型合成氨采用节能设备和变压吸附回收技术，降低能源消耗。煤造气采用水煤浆或先进粉煤气化技术替代传统的固定床造气技术。到2010年，合成氨行业节能目标是：单位能耗由目前的1700千克标煤／吨下降到1570千克标煤／吨；能源利用效率由目前的42.0％提高到45.5％；实现节能570万～585万吨标煤，减少排放二氧化碳1377万～1413万吨。 据了解，十多年来，我国合成氨装置先后经过油改煤、煤改油、油改气和无烟煤改粉煤等多次反复的原料路线改造和节能改造，先后在烃类蒸汽转化工段、变换工段、脱碳工段、控制系统等进行了数十项大型改造。其中造气炉、炉况监测与系统优化、脱硫系统等技改始终是重点。但是，由于装置原料路线、资源供应、运输、资金与技术成熟度等诸多方面原因，合成氨节能技术改造的效果始终未能达到预期目标。到2004年底，合成氨单位能耗平均为1700千克标煤／吨，吨氨平均水平与国际先进水平相差600～700千克标煤。据了解，合成氨节能改造项目的具体实施由中国化工节能技术协会负责.
合成氨的方法及其应用
闽南师范大学 合成氨的方法及其应用 姓名： 学号： 专业：应用化学 年级: 10应化2 2013年12月30
合成氨的方法及其应用 【摘要】介绍不同原料的合成氨和合成氨各个工段工艺流程，指出了我国合成氨工艺技术现状及其未来发展趋势，认为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；介绍合成氨工业产品的用途，指出合成氨对化肥的重要意义。 关键词：合成氨工艺流程发展现状意义 前言 氨是一种重要的含氮化合物。氮是蛋白质质中不可缺少的部分，是人类和一切生物所必须的养料；可以说没有氮，就没有蛋白质，没有蛋白质，就没有生命。大气中存在有大量的氮，在空气中氨占78％（体积分数）以上，它是以游离状态存在的。但是，如此丰富的氮，通常状况下不能为生物直接吸收，只有将空气中的游离氮转化为化合物状态，才能被植物吸收，然后再转化成人和动物所需的营养物质。把大气中的游离氮固定下来并转变为可被植物吸收的化合物的过程，称为固定氮。目前，固定氮最方便、最普通的方法就是合成氨，也就是直接由氮和氢合成为氨，再进一步制成化学肥料或用于其它工业
我国合成氨装置很多，但合成氨装置的控制水平都比较低，大部分厂家还停留在半自动化水平，靠人工控制的也不少，普遍存在的问题是：能耗大、成本高、流程长，自动控制水平低。这种生产状况下生产的产品成本高，市场竞争力差，因此大部分化肥行业处于低利润甚至处于亏损状态。为了改变这种状态，除了改变比较落后的工艺流程外，实现装置生产过程优化控制是行之有效的方法。 合成氨生产装置是我国化肥生产的基础，提高整个合成氨生产装置的自动化控制水平，对目前我国化肥行业状况，只有进一步稳定生产降低能耗，才能降低成本，增加效益。而实现合成氨装置的优化是投资少、见效快的有效措施之一。 合成氨装置优化控制的意义是提高整个合成氨装置的自动化水平，在现有工艺条件下，发挥优化控制的优势，使整个生产长期运行在最佳状态下，同时，优化系统的应用还能节约原材料消耗，降低能源消耗，提高产品的合格率，增强产品的市场竞争能力。 1.氨的性质 1.1物理性质 无色气体,有刺激性恶臭味。分子式NH3。分子量17.03。相对密度0.7714g/l。熔点-77.7℃。沸点-33.35℃。自燃点651.11℃。蒸气密度0.6。蒸气压1013.08kPa(25.7℃)。 1.2化学性质 蒸气与空气混合物爆炸极限16～25%(最易引燃浓度17%)。