年产6万吨合成氨合成工艺设计5教材Word文件下载.docx

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原创性声明

本人郑重承诺：

所呈交的毕业设计，是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：

　　　　　日　期：

指导教师签名：

　　　　　日　　期：

使用授权说明

本人完全了解武汉工程大学关于收集、保存、使用毕业设计的规定，即：

按照学校要求提交毕业设计的印刷本和电子版本；

学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；

学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；

在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：

年产6万吨合成氨合成工段工艺设计

摘要：

合成氨工业是世界现代化学工业的基础，也是我国化学工业发展的重要先驱，在国民经济中占有极其重要的地位，其中氨合成工段是合成氨工艺的中心环节。

本文在充分进行合成相关文献调研的基础上综述了合成氨设备、催化剂、合成氨工艺三方面的现状和未来发展趋势。

在中压法和催化剂的条件下，进行了年产6万吨合成氨合成工段进行设计。

设计合成氨合成工段的生产工艺流程，将精制的氢氮混合气直接合成为氨，然后将所得的气氨从未合成为氨的混合气中冷凝分离出来，最后在未反应的混合气中补充一定量的新鲜气继续循环反应。

并根据热量衡算可进行合成塔、中置锅炉和塔外换热器的热量变化。

并根据设计任务及操作温度、压力按相关标准对换热器的尺寸和材质进行选择。

关键词：

氨合成；

物料衡算；

能量衡算

TheProcessDesignof60kt/aSyntheticAmmoniaSynthesis

Abstract:

Ammoniaisoneofthemostimportantchemicalproduction，Ithasanimportantstationinnationaleconomy.Thisarticlehassummarizedtheammoniasynthesisbyammoniaequipment,catalyze,andtechnologytodescribetheactualityandthefuturewhichbasedtheliteraturedisquisition.

Theproductionprocessofsyntheticammoniasynthesisisdesignedinthemediumpressureandcatalyst.Theoptimizeoutputting60,000t/aofsyntheticammoniasynthesisisdesigned.Therefinedhydrogenandnitrogenmixtureismadeintosynthesisammoniabythedesign,thentookthesynthesisammoniagasoutofthemixturethathasnotbeenbecomeammonia.Atlast,themixtureofnotreactingissuppliedacertainamountoffreshgastocontinuetocyclicresponse.Theheatchangeofthesynthesistower,theboilerandtheheatexchangerisattainedbytheheatbalance,alsoweselectedpipingsizeandmaterialaccordingtothedesignoperationoftemperature,pressureandrelevantstandards.

Keywords:

ammoniasynthesissection;

materialbalanceaccounting;

energybalanceaccounting

引言

合成氨是重要的基础化工产品之一，其产量位居各种化工产品的首位，同时也是消耗能源的大户，合成氨的生产对国民生活至关重要，而在环境和资源问题日益严重的今天，更高效的合成氨生产以及符合资源节约型、环境友好型生产理念的要求，合成氨工业的改革显得至关重要。

合成氨的现状和未来发展趋势主要围绕合成氨设备、合成氨催化剂、合成氨工艺技术三方面进行阐述，在合成氨设备方面，我国中小型合成氨装置面临严峻的挑战，中型合成氨装置面临技术改造，而小型装置则面临淘汰。

国内外合成氨设备的发展和新技术方面，通过对国内冷管型合成塔和国外绝热型合成塔的对比介绍，阐述了国内外合成氨设备的不同及国外的先进之处，绝热型合成塔具有简单、可靠的特点，而且能够消除“冷壁效应”。

目前国内也积极开发这项技术，并且也有应用。

本设计对氢、氮直接合成为氨的合成工段工艺流程进行介绍，将在传统工艺流程上加以改进。

拟采取的工艺路线缩短了，减少了设备投资，降低了能耗，操作简单安全。

物料消耗降低，生产安全性提高，从而降低了生产成本，提升了合成氨市场竞争力。

第一章综述

1.1合成氨工工业发展背景

我国的氮肥工业自20世纪50年代以来，不断发展壮大，目前合成氨产量已跃居世界第一位，目前研发的设备可以将焦炭、无烟煤、焦炉气、天然气及油田伴生气和液态烃多种原料生产合成氨，形成了特有的煤、石油、天然气原料并存和大、中、小生产规模并存的生产格局。

目前合成氨总生产能力约为4500万t/a，合成氨工业已基本满足了国内需求，但要想进一步提高生产能力，还要对设备进行进一步技改和研发。

合成氨工业使基础化学工业之一。

其产量居各种化工产品的首位。

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，然后再加工成各种铵盐或尿素。

将氨氧化制成硝酸，不仅可用来制造肥料，亦是重要的化工原料，可制成各种炸药。

氨、尿素和硝酸又是氨基树脂、聚酰胺树脂、硝化纤维素等高分子化合物的原料。

以其为原料可制得塑料、合成纤维、油漆、感光材料等产品。

作为生产氨的原料CO+H2合成气，可进行综合利用，以联产甲醇及羰基合成甲酸、醋酸、醋酐等一系列化工产品。

以做到物尽其用，减少排放对环境的污染，提高企业生产的经济效益。

已成为当今合成氨工业技术发展的方向。

国际上对合成氨的需求，随着人口的增长而对农作物增产的需求和环境绿化面积的扩大而不断增加。

1.2合成工艺概述

在合成氨生产中，制取氢气，在生产中占有很大比重，因此要尽一切可能设法获得最多氢气。

同时CO对氨合成催化剂有严重毒害，也必须除去。

最好的办法使提高CO变换率。

近几十年来，各国学者都做了不少工作，对催化剂不断改善，到目前为止，可使变换后气体中CO含量降到0.2%～0.4%。

通过变换工序将CO变为H2使产品成本降低，工厂经济效益提高。

由于制取合成氨原料气所用的原料不同，所选择的工艺也不一样，所以原料气中CO含量也不同。

CO变换，视其原料和所采取的生产方法不同，也有不同的工艺流程。

上世纪50年代以前，在常压下制取合成氨原料气，其变换大多是在常压下进行。

此后，特别是上世界60年代以后，合成氨原料改用天然气、油田气、石油加工气和轻油等，生产方法大多采用加压的蒸汽转化法，变换则在加压下进行，一般在4.0Mpa以下。

以煤、焦为原料的常压造气工厂，很多也改用加压变换，以降低能耗，用粉煤加压气化做原料气，其变换压力一般在5.5Mpa以下，以油渣为原料最高压力已达8.5Mpa。

CO变换流程，对与固定层煤气化装置配套时，所用设备较多。

与部分氧化法急冷流程相配套时，流程较简单，只需要在流程中设置变换炉和换热设备即可。

将半水煤气经过增湿加热，在一定的温度和压力下变换炉内，借助催化剂的催化作用，使半水煤气中的一氧化碳（28%）与水蒸气进行化学反应，转变为二氧化碳。

和氢气制得合格的变换气（CO<

0.3%），以满足后工段的工艺要求。

一氧化碳与水蒸气在催化剂上变换生成氢和二氧化碳的过程为一氧化碳的变换，这一过程很早就用于合成氨工业，在合成氨生产中，由于制取气的生产成本中占加大的比重。

因此，要尽一切可能设法获得更多的氢气，煤气中的一氧化碳对于合成氨催化剂有严重的毒害，必须设法除去。

利用一氧化碳与水蒸气作用生成氢和二氧化碳的反应，可以增加合成氨原料煤气中氢气的含量；

根据不同的催化剂和工艺条件。

煤气中的一氧化碳含量可以降低为0.2%～0.4%，由于二氧化碳的除去较一氧化碳要容易的多，这样就简化了煤气的精制过程。

同时，经过回收后可以作为生产尿素、纯碱等的原料，因此，一氧化碳变换反应在合成氨工业中具有重要的意义。

第二章工艺计算

2.1原始条件

（1）合成塔进口压力299×

105Pa

（2）合成塔出口压力289×

（3）循环气中惰性气体含量CH4+Ar=15%

（4）补充气中惰性气体含量CH4+Ar=0.8%

（5）氨净值12.76%

（6）合成塔进口气温度30℃

（7）合成塔出口气温度90℃

（8）水冷器出口温度35℃

（9）触媒筐出口温度475℃

（10）锅炉所产蒸汽的饱和蒸汽压12.7×

（11）气体进锅炉温度375℃

（12）锅炉软水进口温度100℃

（13）年总工以300天计算

（14）操作压力按（305+295）/2=300kg/cm2

（15）年产量60kt，年生产时间扣除检修时间后按300天计，则产量为：

8.333t/h

计算基准生产1t氨

2.2物料衡算

2.2.1合成塔物料衡算

（1）合成塔入口气组分：

选择入塔氨含量（典型）:

y6NH3=2.5%;

入塔甲烷含量：

y6CH4=11.538%；

入塔氢含量：

y6H2=［100-（2.5+15）］×

3/4×

100%=61.875%；

入塔氩含量：

y6Ar=15%-11.538%=3.462%；

入塔氮含量：

y6N2=［100-（2.5+15）］×

1/4×

100%=20.625%

（2）合成塔出口气组分：

以1000kmol入塔气作为基准求出塔气组分，

由下式计算塔内生成氨含量：

mNH3=m6（y9NH3-y6NH3）/（1+y9NH3）

=1000（0.165-0.025）/（1+0.165）=120.172kmol

出塔气量:

m9=入塔气量—生成氨含量=1000-120172=879.828kmol

出塔甲烷含量：

y9CH4=（M6/M9）×

y6CH4=（1000/879.828）×

11.538%=13.114%

出塔氩含量：

y9Ar=（M6/M9）×

y5Ar=（1000/879.828）×

3.462%=3.935%

出塔氢含量：

y9H2=3/4（1-y9NH3-y9CH4-y9Ar）×

100%

=3/4（1-0.