合成氨畢業(yè)設計doc

1、篇一：合成氨本科畢業(yè)設計摘要合成氨生產(chǎn)任務設計決定了生產(chǎn)合成氨的規(guī)模，設備的 要求以及工藝流程的狀況。本設計所采用的方法是半水煤氣 合成法，其主要原料是煤和氮氣，利用煤來生成氫氣，第一 步是造氣，即制備含有氫、氮的原料氣；第二步是凈化，不 論選擇什么原料，用什么方法造氣，都必須對原料氣進行凈 化處理，以除去氫、氮以外的雜質(zhì)；第三步是壓縮和合成， 將純凈的氫、氮混合壓縮到高壓，在鐵催化劑與高溫條件下 合成為氨。目前氨合成的方法，由于采用的壓力、溫度和催化劑種 類的不同，一般可分為低壓法、中壓法和高壓法三種。本設 計主要是對合成塔工段的設計，故所用原料直接采用氮氣和 氫氣，其以合成塔為主要設備，在

2、氨冷器、水冷器、氣氣 交換器、循環(huán)機、分離器、冷凝塔等輔助設備的作用下，以 四氧化三鐵為觸媒，在485500C的高溫高壓條件下來制得 氨氣。本設計要求要掌握合成塔的工作原理，生產(chǎn)的工藝路線 并能根據(jù)工藝指標進行操作計算。在工藝計算過程中，包含 物料衡算，熱量衡算及設備選型計算等，在合成效率方面也 有進一步研究。關鍵詞:氮氣； 氫氣； 四氧化三鐵催化劑； 氨合成 塔AbstractAmmonia production design determines the size of the production of synthetic ammonia, equipment requirements,

3、 as well as the status process. The design of the method used was semi-water gas synthesis, the main raw material is coal and nitrogen, the use of coal to generate hydrogen, while the design is a synthesis of the main section of the tower design, it is the direct use of raw materials used in nitroge

4、n and hydrogen, its synthesis tower as the main equipment, in the ammonia cooler, water coolers, gas - gas exchange, recycling machines, separators, auxiliary equipment, such as condensation of the tower under the four iron oxide catalyst, in the high-temperature conditions of 485-500 C obtained fro

5、m ammonia. The first step is to build gas,Preparation that contains hydrogen, nitrogen gas; second step is purification, regardless of what materials, what methods of gas must be carried out on the feed gas purification to remove hydrogen and nitrogen impurities outside; third step is to compress an

6、d synthetic, will be pure hydrogen, nitrogen, mixed-compression to high pressure and high temperature in the iron catalyst for ammonia synthesis conditions. The current method of ammonia s ynthesis, the use of pressure, temperature and different types of catalyst, the general law can be divided into

7、 low-voltage, medium voltage and high-pressure method three.Design requirements of the tower to get the working principle of synthesis, the process of production line, and can operate in accordance with the calculation process indicators. Calculation in the process, including material balance, heat

8、balance calculations and equipment selection. The use of ammonia production and the waste generated in this design has also mentioned that the efficiency of the synthesis have studied further.Key words:15萬噸合成氨合成工藝計算第一章 總論概述氨是一種重要的含氮化合物。氮是蛋白質(zhì)質(zhì)中不可缺少 的部分，是人類和一切生物所必須的養(yǎng)料；可以說沒有氮， 就沒有蛋白質(zhì)，沒有蛋白質(zhì)，就沒有生命。大氣中存在有

9、大 量的氮，在空氣中氨占 78%（體積分數(shù)）以上，它是以游離 狀態(tài)存在的。但是，如此豐富的氮，通常狀況下不能為生物 直接吸收，只有將空氣中的游離氮轉(zhuǎn)化為化合物狀態(tài)，才能 被植物吸收，然后再轉(zhuǎn)化成人和動物所需的營養(yǎng)物質(zhì)。把大 氣中的游離氮固定下來并轉(zhuǎn)變?yōu)榭杀恢参镂盏幕衔锏?過程，稱為固定氮。目前，固定氮最方便、最普通的方法就 是合成氨，也就是直接由氮和氫合成為氨，再進一步制成化 學肥料或用于其它工業(yè)在國民經(jīng)濟中，氨占有重要地位，特別是對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有 著重大意義。氨主要用來制作化肥。液氨可以直接用作肥料， 它的加工產(chǎn)品有尿素、硝酸銨、氯化氨和碳酸氫氨以及磷酸 銨、氮磷鉀混合肥等。氨也是非常重要的

10、工業(yè)原料，在化學纖維、塑料工業(yè)中， 則以氨、硝酸和尿素作為氮元素的來源生產(chǎn)己內(nèi)酰胺、尼龍 -6、丙烯腈等單體和尿醛樹脂等產(chǎn)品。由氨制成的硝酸，是各種炸藥和基本原料，如三硝基申 苯，硝化甘油以及其它各種炸藥。硝酸銨既是優(yōu)良的化肥， 又是安全炸藥，在礦山開發(fā)等基本建設中廣泛應用。氨在其他工業(yè)中的應用也非常廣泛。在石油煉制、橡膠 工業(yè)、冶金工業(yè)和機械加工等部門以及輕工、食品、醫(yī)藥工 業(yè)部門中，氨及其加工產(chǎn)品都是不可缺少的。例如制冷、空 調(diào)、食品冷藏系統(tǒng)大多數(shù)都是用氨作為制冷劑。氨的性質(zhì)氨的物理性質(zhì) 氨在常溫下是無色氣體，比空氣輕，具有刺激性臭味，能刺激人體感官粘膜空氣中，含氨大于0.01%時即會引起

11、人 體慢性中毒。氣態(tài)氨易溶于水，成為氨水，氨水呈弱堿性。氨在水中 的溶解度隨壓力增大而降低。氨水在溶解時放出大量熱。氨 水中的氨極易揮發(fā)。常壓下氣態(tài)氨需冷卻到-3335C(沸點)才能液化。而 在常溫下需加壓到0. 87MPa時才能液化。液氨為無色液體, 氣化時吸收大量的熱。氨的化學性質(zhì) 氨與氧在催化劑作用下生成氮的氧化物 ,并能進一 步與水作用,制得硝酸：4NH3+5O2 4NO+6H2O 氨與酸或酐反應生成鹽類,是制造氮肥的基本反應：2NH3+H2SO4 = (NH4)2SO4NH3+HNO3= NH4NO3NH3+HCl= NH4ClNH3+H3PO4 =NH4H2PO4 氨與二氧化碳作用

12、生成氨基甲酸銨 ,進一步脫水成為尿素：2NH3+CO2 =NH4COONH2NH4COONH2 =CO(NH2)2+H2O 氨與二氧化碳和水作用,生成碳酸氫銨：NH3+CO2+H2O=NH4HCO3氨可與鹽生成各種絡合物，如CuCl2?6NH3、CuS04?4NH3氨與空氣(或氧)的混合氣,在一定濃度范圍內(nèi)能發(fā)生劇 烈的氧化作用而爆 炸.在常溫常壓下,氨與空氣爆炸界限為 非作15%28%(NH3)100C,0.1 MPa下，爆炸界限為14.5% 29.5%(NH3)。1.3 原料氣來源原料氣主要有兩部分：氮氣、氫氣。氮氣主要是從空氣中提取。氫氣是從半水煤氣中提取的 以煤為原料，在一定的高溫條件

13、下通入空氣、水蒸氣或富養(yǎng) 空氣-水蒸氣混合氣，經(jīng)過一系列反應生成含有一氧化碳、 二氧化碳、氫氣、氮氣、及甲烷等混合氣體的過程。在氣化 過程中所使用的空氣、水蒸氣或富養(yǎng)空氣-水蒸氣混合氣等 稱為汽化劑。這種生成的混合氣稱為煤氣。煤氣的成分取決于燃料和汽化劑的種類以及進行汽化 的條件。根據(jù)所用汽化劑的不同，工業(yè)煤氣可分為下列四種。空氣煤氣：以空氣為汽化劑制取的煤氣，又稱為吹風氣。 水煤氣：以水蒸氣（或水蒸氣與氧的混合氣）為汽化劑 制取的煤氣?；旌厦簹猓阂钥諝夂瓦m量的水蒸氣為汽化劑制取的煤氣 一般作燃料用。半水煤氣：是混合煤氣中組成符合（H2+CO） /N2=3.13.2的一個特例。可用蒸氣與適量的

14、空氣或蒸氣與 適量的富養(yǎng)空氣為汽化劑制得，也可用水煤氣與吹風混合配 制。本設計采用半水煤氣，半水煤氣經(jīng)過凈化后得到純凈的 氫氣，再配制適量的氮氣，成為合成氨的原料氣。半水煤氣生產(chǎn)的工藝流程：在吹風階段中，空氣由煤氣 發(fā)生爐的底部吹入，由爐頂排出吹風氣。吹風氣送入燃燒蓄 熱室，在此通入助燃空氣使吹風氣中的一氧化碳燃燒。再將 吹風氣送入廢熱鍋爐以產(chǎn)生水蒸氣。吹風氣被冷卻至200C 左右，由煙囪排入大氣。在上吹階段中，由煤氣發(fā)生爐爐底吹入空氣 -水蒸氣混 合氣，半水煤氣由爐頂排出。半水煤氣經(jīng)過燃燒室加熱蓄熱 磚（此時不加助燃空氣），再依次經(jīng)過廢熱鍋爐、洗氣箱、 洗氣塔送入氣柜。在下吹階段中，水蒸氣與

15、空氣混合，經(jīng)燃燒室回收蓄熱 磚的熱量后，從煤氣發(fā)生爐頂部吹入（空氣較水蒸氣略遲通 入），從爐底排出半水煤氣。下吹煤氣直接經(jīng)洗氣箱及洗氣塔送入氣柜。在二次上吹階段中，空氣 -水蒸氣混合氣由爐底吹入， 流向與上吹階段完全相同。在空氣吹凈階段，從爐底吹入空氣，產(chǎn)生吹風氣將半水 煤氣經(jīng)燃燒室、廢熱鍋爐、洗氣箱及洗氣塔送入氣柜。1.4 文獻綜述合成氨工業(yè)是氮肥工業(yè)的基礎，也是一些工業(yè)部門的重 要原料，它的迅速發(fā)展促進了一系列科學技術和化學合成工 業(yè)的發(fā)展，隨著科學技術的發(fā)展，合成氨工業(yè)在國民經(jīng)濟中 的作用必將日益顯著。合成氨工業(yè)的發(fā)展合成氨工業(yè)在 20 世紀初期形成，開始用氨作火炸藥工 業(yè)的原料，為戰(zhàn)爭

16、服務;第一次世界大戰(zhàn)結(jié)束后,轉(zhuǎn)向為農(nóng)業(yè)、工業(yè)服務。隨 著科學技術的發(fā)展，對氨的需要量日益增長，近 30 年來合 成氨工業(yè)發(fā)展很快。目前，全國有規(guī)模以上基 篇二：合成氨工藝畢業(yè)設計陜西能源職業(yè)技術學院畢業(yè)設計變換工藝設計說明書設計題目 年產(chǎn) 10 噸小合成氨廠中溫變換工段工藝設 計課題來源 年產(chǎn) 10 噸小型合成氨廠變換工段 變換工段化學工藝設計標準 變換工段在合成氨生產(chǎn)起的作用既是氣體凈化工序，又 是原料氣的再制造工序，經(jīng)過變換工段后的氣體中的 CO 含 量大幅度下降，符合進入甲烷化或者銅洗工段氣質(zhì)要求。要求：1. 繪制帶控制點的工藝流程圖系統(tǒng)物料、能量衡算系統(tǒng)主要設備能力及觸媒裝填量核算該工

17、段設備多，工藝計算復雜，分變換爐能力及觸 媒裝填量核算、系統(tǒng)熱量核算和系統(tǒng)水循環(huán)設備及能力核算 變換工段化學工藝設計主要技術資料變換技術方案CO2 變換反應是放熱反應，從化學平衡來看，降低反應 溫度，增加水蒸汽用量，有利于上述可逆反應向生成CO2和 H2 的方向移動，提高平衡變換率。但是水蒸氣增加到一定值 后，變換率增加幅度會變小。溫度對變換反應的速度影響較 大，而且對正逆反應速度的影響不一樣。溫度升高，放熱反 應即上述反應速度增加得慢，逆反應（吸熱反應）速度增加 得快。因此，當變化反應開始時，反應物濃度大，提高溫度， 可加快變換反應，在反應的后一階段，二氧化碳和氫的濃度 增加，逆反應速度加快

18、，因此，需降低反應溫度，使逆反應 速度減慢，這樣可得到較高的變化率。但降溫必須與反應速 度和催化劑的性能一并考慮，反應溫度必須在催化劑的使用 范圍內(nèi)選擇。在本設計中我們選擇三段中溫變化工藝流程。工藝流程含32.5% CO、溫度為40C的半水煤氣，加壓到2. 0Mpa, 經(jīng)熱水洗滌塔除去氣體中的油污、雜質(zhì)，進入飽和塔下部與 上部噴淋下來的120140C的熱水逆流接觸，氣體被加熱而 又同時增濕。然后在混合器中與一定比例的300350C過熱 蒸汽混合， 25%30%的氣體不經(jīng)熱交換器，作為冷激氣體。 其他則經(jīng)熱交換器進一步預熱到320C進入變換爐。進第一 段催化反應后溫度升高到460500C，冷激后

19、依次通過二、 三段，氣體離開變換爐的溫度為 400410C，CO變換率達 90%，殘余 CO 含量為 3%左右。變換氣經(jīng)熱交 換器加熱原料氣，再經(jīng)第一熱水加熱器加熱熱水，然后進入 熱水塔進一步冷卻、減濕，溫度降到100110C。為了進一 步回收余熱，氣體進入第二熱水加熱器（即鍋爐給水預熱器） 溫度降到7080C,最后經(jīng)冷凝塔冷卻到常溫返回壓縮機加 壓。變換工段化學工藝設計原則年產(chǎn) 8 萬噸合成氨如工序氣體流量：35000Nm3/h,（干基）壓力：2.0MPa， 溫度：40C入 口 氣 體 成 分 ： CO%=27.78% ， CO2%=8.85% ，H2%=38.47%, N2%=23.3%,

20、 CH4%=1.2%, O2%=0.4% （體積比）出口氣體成分：CO%=2.0% （體積比）教研室意見 該設計符合化工工藝設計要求,同意接受此設計！ 第 1 章 引言氨在國民經(jīng)濟中的地位與作用合成氨工業(yè)使基礎化學工業(yè)之一。其產(chǎn)量居各種化工產(chǎn) 品的首位。氨本身是重要的氮素肥料,除石灰石氮外,其它 氮素肥料都是先合成氨,然后再加工成各種銨鹽或尿素。將 氨氧化制成硝酸,不僅可用來制造肥料,亦是重要的化工原 料,可制成各種炸藥。氨、尿素和硝酸又是氨基樹脂、聚酰 胺樹脂、硝化纖維素等高分子化合物的原料。以其為原料可 制得塑料、合成纖維、油漆、感光材料等產(chǎn)品。作為生產(chǎn)氨 的原料 CO+H2 合成氣,可進

21、行綜合利用,以聯(lián)產(chǎn)甲醇及羰基 合成甲酸、醋酸、醋酐等一系列化工產(chǎn)品。以做到物盡其用, 減少排放對環(huán)境的污染,提高企業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟效益。已成為 當今合成氨工業(yè)技術發(fā)展的方向。國際上對合成氨的需求, 隨著人口的增長而對農(nóng)作物增產(chǎn)的需求和環(huán)境綠化面積的 擴大而不斷增加。據(jù)資料統(tǒng)計:1997年世界合成氨年產(chǎn)量達1039Mt。預 計XX年產(chǎn)量達180. 8Mt。其化肥用氮分別占氮產(chǎn)量的81.7% 和82. 6%。我國XX年合成氨產(chǎn)量已達35Mt,專家預測2020 年將增至45Mt。即今后10年間將增加到現(xiàn)在的13倍。因 而合成氨的持續(xù)健康發(fā)展還有相當長的爐要走。未來我國合 成氨氮肥的實物產(chǎn)量將會超過是由和

22、鋼鐵。合成氨工業(yè)在國 民經(jīng)濟中舉足輕重。12 合成氨生產(chǎn)的新進展世界需求氮肥（折氮量）XX年1112X1081增加到XX年 1250X108。XX年前，全世界有約65X106t/a合成氨能力投 產(chǎn)。沙特阿拉伯化肥公司興建的世界最大單系列合成氨已于 XX 年投產(chǎn)，該裝置能力為 3000t/d （約 1X106t/a）。 我國 氮肥工業(yè)經(jīng)過多年的技術進步和技術改造，現(xiàn)已成為全球最 大的氮肥生產(chǎn)國和尿素生產(chǎn)國。從召開的全國化工行業(yè)循環(huán) 經(jīng)濟現(xiàn)場交流會上獲悉，我國 XX 年共生產(chǎn)合成氨 462985 萬噸，生產(chǎn)氮肥 32007 萬噸（折純氮），其中尿素 414713 萬噸（實物量） ，已成為全球最大的

23、氮肥生產(chǎn)國和最大的尿 素生產(chǎn)國，并實現(xiàn)了氮肥的自給。我國現(xiàn)有氮肥生產(chǎn)企業(yè) 564 家，不僅數(shù)量多，分布也比較廣。近年來，在中央和各級地 方政府的關心和支持下，我國氮肥行業(yè)認真落實國家資源節(jié) 約、綜合利用和環(huán)境保護的方針政策，積極推進清潔生產(chǎn)和 循環(huán)經(jīng)濟，大幅度減少污染物的排放，為行業(yè)的發(fā)展打下了 一定基礎。一些先進企業(yè)現(xiàn)在生產(chǎn)每噸合成氨的排水量，已從過去的 50 至 60 噸降到 3 至 5 噸，噸氨電耗降幅也達 60 千瓦時左右。據(jù)中國石油和化學 工業(yè)協(xié)會化工防治污染技術協(xié)會介紹，我國氮肥工業(yè)生產(chǎn)技 術水平與市場競爭力雖然有了很大提高，但是氮肥工業(yè)仍然 是我國耗能和用水大戶，全行業(yè)年耗天然氣

24、高達 110 億立方 米，占全國總消費量的22%，耗標準煤5450.8 萬噸，占全國 耗煤總量的 3.6%，耗電585.5 億度，占全國耗電總量的 2.4%， 耗水 27 億噸，平均噸氨耗水達 58 噸，因此在降耗節(jié)能和發(fā) 展循環(huán)經(jīng)濟上，仍有巨大潛力可挖。為了使我國氮肥工業(yè)從 生產(chǎn)大國繼續(xù)向生產(chǎn)強國邁進，中國氮肥工業(yè)協(xié)會等有關部 門目前正在加大廢水、廢氣、廢渣回用以及一些先進節(jié)能技 術等在這一行業(yè)的推廣。正在推廣的這些技術中，僅“噸氨 節(jié)電 200 度技術”，有關專家預計我國以煤為原料，年產(chǎn)合 成氨 8 萬噸以上的企業(yè)即使只有半數(shù)得到推廣，年節(jié)電量也 將達到 19.6 億度。國外合成氨情況與國內(nèi)有很大不同，從原料上看，目前 主要產(chǎn)氮國中，美、英、法、荷蘭等國幾乎全部采用天然氣， 德國和日本液態(tài)烴占相當比重；上世紀 80 年代的資料顯示， 國外合成氨原料中，煤的比重已下降到 2%以下；