【MT47】【毕业设计】年产30万吨合成氨工艺设计文档

人们在大于氨的环境中，每天接触小时会引起慢性中毒。

氨的主要物理性质有极易溶于水，溶解时放出大量的热。

氨水溶液呈碱性，易挥发。

液氨和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。

氨的化学性质有在常温下相当稳定，在高温电火花或紫外光的作用下可分解为氮和氢。

具有可燃性，自然点为，般较难点燃。

氨与空气或氧的混合物在定范围内能够发生爆炸。

氨的性质比较活泼，能与各种无机酸反应生成盐。

氨的用途及在国民生产中的作用氨是重要的无机化工产品之，在国民经济中占有重要地位。

合成氨指由氮和氢在高温高压和催化剂存在下直接合成的氨。

世界上的氨除少量从焦炉气中回收外，绝大部分是合成的氨。

氨主要用于农业，合成氨是我化肥工业的基础，氨本身是最重要的氮素肥料，其他氮素肥料也大都是先合成氨，再加工成尿素或各种铵盐肥料，这部分均占的比例，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合成纤维合成树脂的原料，这部分约占的比例，称之为工业氨。

氨作为工业原料和氨化饲料，用量约占世界产量的。

硝酸各种含氮的无机盐及有机中间体磺胺药聚氨酯聚酰胺纤维和丁腈橡胶等都需直接以氨为原料生产。

液氨常用作制冷剂。

合成氨是大宗化工产品之，世界每年合成氨产量已达到亿吨以上，其中约有的氨用来生产化学肥料，作为其它化工产品的原料。

氨作为最为重要的基础化工产品之，同时也是能源消耗的大户，世界上大约有的能源用于合成氨。

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它化工产品的氨用量也在增长。

据统计年世界氨产量为，其中中国美国印度俄罗斯四个主要产氨国占了半以上。

在化学工业中合成氨工业已经成为重要的支柱产业。

毕业设计合成氨生产技术的发展世界合成氨技术的发展原料构成的变化为了合成氨，首先必须提供氮和氢。

氮来自空气，氢来自水。

气和水到处都有，而且取之不尽。

传统的制氮方法是在低温下将空气液化分离，以及水电解制氢。

由于电解制氢法，电能消耗大，成本高。

传统方法还是采用高温下将各种燃料和水蒸气反应制造氢。

因此合成氨生产的初始原料是焦炭煤焦炉气天然气石脑油重油等，多年来世界合成氨原料的构成变化见下表。

表世界合成氨原料构成原料焦炭煤焦炉气天然气石脑油重油其它合计由表可知，合成氨的原料构成是从以固体燃料为主转移到以气体燃料和液体原料为主。

自从北美大量开发天然气资源成功之后，世纪年代开始采用天然气制氨。

因为天然气便于管道运输，用作合成氨的原料具有投资省能耗低等明显优点。

到世纪年代末，国外主要产氨国都已先后停止用焦炭煤为原料，而以天然气毕业设计重油等为原料，天然气所占比重不断上升。

些没有天然气资源的国家，如日本英国在解决了石脑油蒸汽转化过程的析碳问题后，年开发成功石脑油为原料生产合成氨的方法。

石脑油经脱碳气化后，可采用和天然气为原料的相同生产装置制氨。

但石脑油价格比天然气高，而且又是石油化工的重要原料，用于制氨受到定限制。

为了扩大原料范围，又开发了用重油部分氧化法制氢。

从此比石脑油价廉来源广泛的重油和减压渣油开始作为合成氨的另种原料。

表为各种原料的日产合成氨厂，相对投资和能量消耗比较。

由表可见，虽然各国资源不同，但选用原料的基本方向相同。

只要资源条件具备作为合成氨的原料。

首先应考虑天然气和油田气，其次采用石脑油。

表氨厂采用的各种原料的相对投资和能量消耗原料天然气重油煤相对投资费用能量消耗特别是以天然气为原料的合成氨工业占了很大的比重，本设计就是以天然气为原料合成氨，主要是转化工段的设计。

二生产规模大型化世纪年代以前，氨合成塔的最大能力为日产氨，到年代初期为。

随着蒸汽透平驱动的高压离心式压缩机研制成功，美国凯洛格公司运用建设单系列大型炼油厂的经验，首先运用工艺过程的余热副产高压蒸汽作为动力，于年和年相继建成日产和的氨厂，实现了单系列合成氨装置的大型化，这是合成氨工业发展史上第次突破。

大型化的优点是投资费用低，能量利用率高，占地少，劳动生产率高。

从世纪年代中期开始，新建氨厂大都采用单系列的大型装置。

但是，大型的单系列合成氨装置要求能够长周期运行，对机器和设备质量要求很高，而且在超过定规模以后，优越性并不十分明显了。

因此大型氨厂通常是指日产级，日产级和日产级的三种。

现在世界上规模最大的合成氨装置为日产氨，年在比利时的安特卫普建成投产。

三低能耗新工艺合成氨，除原料为天然气石油煤炭等次能源外。

整个生产过程还需消耗较多的电力蒸汽等二次能源，而用量又很大。

现在合成氨能耗占世界能源消费总量的，中国合成氨生产能耗约占全国能耗的。

由于吨氨生产成本中能源费用占毕业设计出口温度换热器出口温度换热器的热量衡算换热器入口统基准焓为毕业设计换热器出口气体统基准焓如下表组分干气合计换热器承载的热负荷为换热器的热量衡算换热器出口气体统基准焓如下表组分干气毕业设计合计换热器承载的热负荷为变换段的衡算高温变换炉的衡算物料衡算设计数据依据高变炉出口含量变换反应设出口干气总量为，变换掉的量为由反应可知，干气总量增加倍故入口干气解得消耗掉的量为则高温变换炉出口各组分为高温变换炉出口各组成如下表毕业设计组分干干气合计热量衡算高变炉入口统基准焓已由前计算为高变炉出口气体统基准焓如下表组分干气合计高变炉热损失取平均温度下反应热的入出口平均温度查得此温度下的反应热效应毕业设计高变炉的反应热反损失的热量损高变炉热平衡入出出损高变炉平衡温距的计算查得对应的平衡温度平高变炉平衡温距高变炉干空速的计算以℉为计算基准设计高变炉触媒装填量为干空速低温变换炉的衡算物料衡算设计数据依据出口含量为，设低变炉出口干气总量为，则在低变炉中变换掉的为入口干气解得消耗掉的量为则低温变换炉出口各组分为毕业设计低温变换炉出口各组成如下表组分干干气合计低温变换炉热量衡算低温变换炉入口气体统基准焓如下表组分干气合计毕业设计低变炉出口气统基准焓如下表组分干气合计热平衡热损失按平均温度反应热的计算出入口平均温度查得此温度下的反应热效应低变炉的反应热反损失的热量损低变炉平衡温距及空速的计算查得对应的平衡温度平毕业设计低变炉平衡温距低变炉干空速的计算以℉为计算基准干空速换热器及换热器的热负荷计算换热器热负荷设计数据依据入口温度出口温度换热器进口气统基准焓已由前计算换热器出口气统基准焓如下表组分干气合计换热器承载的热负荷为出入换热器热负荷设计数据依据入口温度出口温度毕业设计换热器进口气统基准焓已由前面计算得换热器出口气统基准焓已由前面计算得换热器承载的热负荷为出入设备工艺计算本设计的设备计算部分主要是高变炉催化剂用量的计算，计算如下根据反应动力学方程根据前面物料衡算结果可知，变换炉气体组成如下表组分合计含量计算依据入口压力入口温度蒸气∶干气∶出口含量高变炉中分子变换量约为以分子干气进如变换炉为标准入口出口高变炉分子变换量取平均值为反应器温升℉高变炉入口温度℉高变炉出口温度℉毕业设计由于绝热温升较高℉，可将炉内设计为两层催化计算。

求得变换炉各处气体组成如下表位置气体组成温度℉绝温合计炉入口层出口炉出口催化剂用量计算而第层催化剂平均温度故按进行计算，取则毕业设计将上述式子代入中解之得第二层平均温度解之得同理按进行计算则将上述式子代入中解之得设入炉变换气为标准米干基在压力下，催化剂活性为常压下的倍，由此求得毕业设计第层催化剂量第二层催化剂量则催化剂总量相当于以干气计算的空间速度为而根据设计时的安全装填系数，催化剂实际装填量为实实际工厂装填量约为，故本设计和实际用量基本相符。

毕业设计参考文献陈五平无机化工工艺学上册第三版，北京化学工业出版社，陈五平合成氨工艺学第二版，北京化学工业出版社，戴煪元化工概论北京化学工业出版社，郭树才煤化工工艺学北京化学工业出版社，西德工程协会水和水蒸气热力学性质表西安热工研究所张子锋合成氨的历史和中国的现状北京化学工业出版，梅安华小合成氨厂工艺技术与设计手册上册北京化学工业出版社化学工程手册第篇化工基础数据北京化学工业出版社氮肥工艺设计手册理化数据北京石油化工出版社大连化工学院主编国外合成氨催化剂资料汇编操作手册及附图年产吨合成氨厂变换工段设计四川四川理工学院，牛继舜主编大氮肥北京化学工业出版社顾宗勤化工技术经济姚晓明编化肥设计潘连生著关于化学工业发展的探讨北京化学工业出版社，大连化工学院合成氨生产工艺北京石油化学工业出版社，毕业设计致谢本设计在老师的悉心指导和严格要求下业已完成，从课题选择方案论证到具体设计，无不凝聚着周世贤老师的心血和汗水，在四年的本科学习和生活期间，也始终感受着导师的精心指导和无私的关怀，我受益匪浅。

在此向周世贤老师表示深深的感谢和崇高的敬意，同时也要感谢老师老师，她们在本设计的各个阶段给出了许多宝贵意见。

不积跬步何以至千里，本设计能够顺利的完成，也归功于各位任课老师的认真负责，使我能够很好的掌握和运用专业知识，并在设计中得以体现。

正是有了他们的悉心帮助和支持，才使我的毕业论