学院毕业设计
合成氨驰放气氨回收工艺与设备设计
文献综述
学生：
学号：
专业：化学工程与工艺
班级：工艺2010.7
指导老师：
四川理工学院材料与化学工程学院
二〇一四年六月
摘要
氨是一种重要的化工产品，主要用于化学肥料的生产。在合成氨生产中，会产生驰放气，在驰放气当中含有NH3,H2,N2,CH4,Ar等气体。它们是随着所采用合成氨流程，原料，以及操作条件不同而变化的。一般来讲每吨氨产品呢个排出180~240Nm3的驰放气。过去，这些驰放气作为燃料烧掉，近年来，随着合成氨装置的大型化，其驰放气的综合利用也逐步引起重视。从氨驰放气中不仅回收氨气，氢气，氮气等工业气体，同时还可以提取有价值的稀有气体氩，氪，及氦等。一般氨厂采用水洗法除氨，所采用的洗涤水要求使用脱氧后的软水，经过水洗后的氨驰放气含有微量水分和氢，因而分子筛（硅胶）吸附，使安驰放气中氨含量小于0.1ppm，所含水份的露点在-70℃以下。采用填料塔清水吸收合成氨驰放气当中的氨是比较成熟的工艺。
关键词：合成氨；驰放气；吸收；精馏
Abstract
Ammonia is an important chemical products, mainly for the production of chemical fertilizers.In ammonia production, will produce Chi deflated containing NH3, H2, N2, CH4, Ar and other gases in the Chi deflated them.They are used with different ammonia processes, materials, and operating conditions change. In general, the product does a ton of ammonia discharged 180 ~ 240Nm3 of Chi deflated.In the past, these Chi deflated burned as fuel in recent years, with the large-scale ammonia plant, its utilization Chi gradually deflated attention.Recycling not only ammonia, hydrogen, nitrogen and other industrial gases in the ammonia Chi deflated, but also can extract valuable rare gases argon, krypton, and helium.In addition to the general washing method using ammonia plant ammonia wash water used in soft water requires the use of deoxy later, after ammonia after washing Chi deflated contain traces of water and hydrogen, thus zeolite (silica) adsorption, ANCHI deflated ammonia content less than 0.1ppm, the moisture content below the dew point of -70 ℃. Packed column using water absorption synthetic ammonia release ammonia gas which is relatively mature technology.
Keyword:Ammonia; Chi deflated; Absorption; Distillation
1 绪论
1.1关于合成氨驰放气国内外情况简介
目前，在合成氨生产工艺中，合成氨驰放气的组成一般为H
2
，
N
2,CH
4
，Ar,NH
3
等。过去人们常将排出的合成氨驰放气直接排空或直接
引入到废气锅炉作为燃料烧掉，驰放气中的氨气排入大气或作为燃料直接烧掉，从而导致系统消耗增加，生产成本居高不下，不符合我国提倡循环经济，清洁生产的发展生产战略。按照我国目前的技术水平，没生产一吨合成氨将产生大约150~250Nm的驰放气。根据保守估计，目前我国合成氨的生产能力大约 1.5亿吨/年，若将驰放气中的氨气提纯为纯度≥90%的氨气用于合成氨生产，每年可回收100亿Nm3的驰放气，前景很大。
1.2吸收塔简介
图1-1 填料塔结构图
目前，使用的气体吸收设备大致可分为塔器和其他设备。塔器类主要包括喷淋塔(俗称空塔)、填料塔、板式塔、湍球塔、鼓泡塔等，其他
设备也很多，如列管式湿壁吸收器、文丘里喷射吸收器、喷洒式吸收器等。
吸收过程的宏观动力学特点是指在有化学反应的吸收中，吸收速率是由扩散控制还是动力学(化学反应)控制，还是两个因素共同控制。在有害气体治理中，处理的是一些低浓度气体，气量大，一般都是选择极快反应或快速反应，过程主要受扩散过程控制，因而选用气相为连续相、液相为分散相的形式较多，这种形式相界面大，气相湍动程度高，有利于吸收。喷淋塔、填料塔、湍球塔、文丘里吸收器等能满足这些要求。因此，在有害气体的治理中，填料塔、喷淋塔等应用较广，在有些场合也应用板式塔及其他塔型
1.3填料吸收塔
在化学工业中，吸收操作广泛应用于分离石油化工中气体混合物、原料气的精制及从废气回收有用组分或去除有害组分等。吸收操作中填料吸收塔以其生产能力大、分离效率高、压力降小、操作弹性大和持液量小等优点，而被广泛应用。
填料塔的塔身是一直立式圆筒，底部装有填料支承板，填料以乱堆或整砌的方式放置在支承板上。填料的上方安装填料压板，以防被上升气流吹动。液体从塔顶经液体分布器喷淋到填料上，并沿填料表面流下。气体从塔底送入，经气体分布装置分布后，与液体呈逆流连续通过填料层的空隙，在填料表面上，气液两相密切接触进行传质。填料塔属于连续接触式气液传质设备，两相组成沿塔高连续变化，在正常操作状态下，气相为连续相，液相为分散相。
当液体沿填料层向下流动时，有逐渐向塔壁集中的趋势，使得塔壁附近的液流量逐渐增大，这种现象称为壁流。壁流效应造成气液两相在填料层中分布不均，从而使传质效率下降。因此，当填料层较高时，需要进行分段，中间设置再分布装置。液体再分布装置包括液体收集器和液体再分布器两部分，上层填料流下的液体经液体收集器收集后，送到液体再分布器，经重新分布后喷淋到下层填料上。
本次设计主要是利用所学的化工原理知识，进行一次填料吸收塔设计，即用水吸收空气中的氨气。
2设计部分
2.1设计任务书
2.1.1设计题目
试设计一座填料吸收塔，用与脱除混于10万吨/年合成氨驰放气中的氨气，合成每吨氨能排出150~250Nm3驰放气。换算为处理量1000m3/h,其中含氨气为8%(体积分数)，要求塔顶排放气体中含氨低于0.02%（体积分数），采用清水进行吸收，吸收剂用量为最小用量的1.5倍。
2.1.2操作条件
（1）操作压力常压
（2）操作温度20℃
2.1.3填料类型
选用聚丙烯阶梯环填料，规格自选
2.1.4工作日
每年300天，每天24小时连续运行
2.1.5厂址
自贡地区
2.1.6设计内容
(1)吸收塔的物料衡算；
（2）吸收塔的工艺尺寸计算；
（3）填料层压降的计算；
（4）液体分布器简要设计；
（5）吸收塔接管尺寸计算；
（6）绘制生产工艺流程图；
（7）绘制吸收塔设计条件图；
（8）绘制液体分布器施工图（可根据实际情况先作）；
（9）对设计过程的评述和有关问题的讨论。
2.2方案的确定
用清水吸收合成氨驰放气氨属中等溶解度的吸收过程，为提高传质效率，选用逆流吸收流程。因用水作为吸收剂，故采用纯溶剂。
2.3 填料的类型与选择
2.3.1填料的类型
(1) 拉西环
拉西环是一外径与高相等的圆环。为了装卸方便，一般直径在75毫米以下的拉西环采用乱堆方式，但是气体阻力较大，直径大于100毫米的拉西环多采用整砌方式，以降低流动阻力。拉西环的流体力学性能及传质规律已有较详细的研究，是最早使用的一种填料。但其容易形成较严重的塔壁偏流和沟流现象，导致传质效率很低。
(2) 鲍尔环
鲍尔环的构造是在拉西环的壁上开两排长方形窗口，被切开的环壁形成叶片，一边与壁相连，另一端向环内弯曲，并在中心处与其它叶片相搭。尽管鲍尔环填料的孔隙率和比表面积与拉西环差不多，但由于其管壁上有孔，大大提高了环内空间及环内表面的利用率，气体流动阻力降低液体分布也较均匀，同种条件下，鲍尔环的气体通量可较拉西环增大50%以上。又由于鲍尔环上的两排窗口交错排列，气体流动通畅，避免了液体的严重沟流及壁流现象。因此鲍尔环较拉西环传质效率高操作弹性大，但价格较高。
（3）阶梯环
阶梯环是对鲍尔环的改进而发展起来的新型环形填料。其构造与鲍尔环类似，环壁上开有长方形孔，环内有两层交错45度的十字形翅片，阶梯环高度通常只有直径的一半，其一端制成喇叭口形状，因此，在填料层中填料之间呈多点接触，床层均匀且孔隙率大，气体流动阻力降低，生产能力较高，圆筒一端为向外翻卷的喇叭口，其高度约为全高的1/5，而直筒高度为填料直径的一半。由于两端形状不对称，在填料中各环相
互呈点接触，增大了填料的空隙率，使填料的表面积得以充分利用，使压降降低，传质效果提高。
另还有鞍形类填料，鞍型填料主要有弧鞍形填料、矩鞍形填料和环矩鞍填料。十字环填料网形填料等。
图2.1 几种填料的形状
2.3.2填料的选择
低浓度吸收，逆流吸收流程，对于水吸收3
NH的过程，操作温度及操作压力较低，工业上通常选用塑料散装填料。在塑料散装填料中，塑
料阶梯环填料的综合性能较好，故此选用
50
N
D聚丙烯阶梯环填料。
表2.1 50
N
D聚丙烯阶梯环主要参数
2.4工艺计算
2.4.1基础物性数据 一 液相物性数据
对低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取纯水的物性数据。 由手册查得，20℃时水的有关物性数据如下：
密度为：ρL =998.2kg/m 3； 粘度为μL =100.50×10-5Pa·s=3.618kg/(m·h)； 表面张力为σL =72.6dyn/cm=940896 kg/h 2；
NH 3在水中的扩散系数为 D L =1.76×10-9m 2/s=6.336×10-6m 2/h 二 气相物性数据
设进塔混合气体温度为：20℃，
混合气体的平均摩尔质量为：M V m =Σy i M i =0.08×17+0.92×29=28.04g/mol ； 混合气体的平均密度为：ρV m
=PM/RT=101.33×28.04/（8.314×293.15）
=1.166kg/ m 3；
混合气体的粘度可近似取为空气的粘度，查手册得20℃空气的粘度为： μV =1.81 ×10-5Pa?s=0.065kg/(m?h)；
查手册得，在273.15K 时，NH 3空气中的扩散系数为：D V =1.7×10-5m 2/s=0.0612 m 2/h 三 气液相平衡数据 由手册查得
常压下20℃时NH 3在水中的亨利系数为：E=76.99 kPa ； 相平衡常数为 ：m=E/P=76.99/101.33=0.760；
溶解度系数为：H=ρL /E M S =998.2/76.99×18.02=0.725kmol/（kPa?m 3）。 四 物料衡算
进塔气相摩尔比为：10.08
0.087010.08
Y ==-
出塔气相摩尔比为：20.0002
0.00020010.0002
Y =
=-
对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为：02=X (清水)
混合气体的平均摩尔质量为：0.08170.922928.04M =?+?= 混合气体流量：2731
100041.596(/)29322.4
kmol h ?
?= 惰性气体流量：41.596(10.08)38.268(/)V kmol h =?-=
最小液气比：12min 120.08700.0002000.752(0.0870/0.754)0e Y Y L V x X --??=== ?--?? 11e Y x m =
取实际液气比为最小液气比的1.5倍 液气比：
min
1.5 1.50.75211.28L L V V ??
==?= ??? 吸收剂用量为：0.75238.268 1.543.166(/)L kmol h =??=
()()2121X X L Y Y V -=-
1212
()
0.08700.0002000.0770
0.752 1.5V Y Y X LX L
-=
+-==?
液气比：
43.16618
0.6661000 1.166
l v W W ?==? V ——单位时间内通过吸收塔的惰性气体量，kmol/s; L ——单位时间内通过吸收塔的溶解剂，kmol/s;
Y 1、Y 2——分别为进塔及出塔气体中溶质组分的摩尔比，koml/koml;
X 1、X 2——分别为进塔及出塔液体中溶质组分的摩尔比，koml/koml;
2.4.2填料塔的工艺尺寸的计算
2.4.2.1塔径的计算
采用Eckert 通用关联图计算泛点气速 气相质量流量为W v =
s
νρν=1.166×1000=1166kg/h
液相质量流量可近似按纯水的流量计算，即： WL=L M L =18×43.166=776.988kg/h
其中：ρL =998.2 kg/m3；ρV =0.747 kg/m3；g = 9.81 m/s2 = 1.27×108 m/h2
μL =1.005Pa·s
1采用贝恩----霍夫泛点关联式：
1
12
48
0.23
lg f t v v L L L v L u a W A K g W ρρμρρε??????=-?? ? ????????? 即
()20.23
118
4
223 1.166lg () 1.0049.81998.20.90 1.1660.204 1.750.666998.20.476
f u ??????????=-?? ???
=-
3.017/f u m s = ()0.50.85f u u =-
取泛点率为0.6. 即 0.60.6 3.017 1.810/f u u m s ==?=
()0.442D m =
==
圆整后取 ()()0.4400D m mm ==
2.泛点率校核：
2
1000
3600 2.212/0.7850.4u m s =
=? 2.2120.7333.017
F u u ==（在0.5到0.85范围之间） 3.填料规格校核：
40016825
D d ==> 4.液体喷淋密度校核：
取最小润湿速率为：)/(08.0)(3min h m m L W ?=
23223/t a m m = 所以得
32min min ()0.0822317.84/()W t U L a m m h =?=?=?
2
6322
0.78543.16618998.2 6.17510/()0.7850.4
h
L U D m m h =
???==???
min U U >故满足最小喷淋密度的要求.
2.4．2.2填料层高度的计算
*11*22
m 0.7540.07700.0581
Y X Y mx ==?==
脱吸因数为：
0.7540.6680.752 1.5
mv S L =
==? 273K ，101.3kpa 下，氨气在空气中的扩散系数20.17(/)o D cm s =.由3/2
000V p T D D p T ??
??= ? ?????
,
则
293K ，101.3kpa 下，氨气在空气中的扩散系数20.189(/)v D cm s =
293K ，101.3kpa 下，氨气在水中的扩散系数()921.7610/L D m s -=? (查化工原理附录)
气相总传质单元数为：
()*12*221
ln 11OG
Y Y N S S S Y Y ??-=-+??--?? =
()10.08700ln 10.6680.66810.6680.0002000-??
-+??--??
=14.992
气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算：
22
0.750.10.050.221exp 1.45()()()()w c L t L L t L t L L L L t a U a U U a a g a σσμρρσ-??=--??
??
查《化工原理课程设计》聚丙烯的临界便面张力值表得
表2.3 常见材质的临界表面张力值
液体质量通量为：2
22
43.166186186.21/()0.7850.7850.4L L W U Kg m h D ?=
==??? 气体质量通量为：222
1000 1.166
9283.44/()0.7850.7850.4
v v W U Kg m h D ?===??? 故
20.750.10.05
2820.24276806186.216186.212231exp{ 1.45()()()940896223 3.6998.2 1.27106186.21()}998.29408962230.2476
w t a a -?=--?????????=
气膜吸收系数由下式计算：
10.7
3
1
0.7
4
3
4
0.2379283.440.0652230.1891036000.2372230.0658.3142931.1660.189103600 0.1273V V t V G t V V V U a D k a D RT μμρ--??????
= ? ? ?
??
??????
???????= ? ? ????????????
=
液膜吸收系数由下式计算：
2113
23
1
218
3
3
2
9
0.00956186.21 3.6 3.6 1.27100.00950.2476223 3.6998.2998.2 1.761036000.3037(/)
L L L L w L L L L U g k a D m h μμμρρ-
-
-??????
= ? ? ?
????
??????????
=??? ?
? ????????????
= 查《化工原理课程设计》常见条件形状系数表得
表2.4常见填料塔的形状系数
1.45ψ= 则
1.1G G W K a K a ψ==0.1273?0.2476?223×1.451.1=10.578()
3/Kmol m h kpa ?? 0.4L L W K a K a ψ==0.3037?0.2476?223?0.41.45=25.235()
3/kmol m h kpa
f =
f
u
u =0.733>0.5 以下公式为修正计算公式：
1.4
19.50.5G G f u K a K a u ??
??'??=+- ? ??????
?
()()
1.4
319.50.23310.57823.653/Kmol m h kpa ??=+????=??
2.21 2.60.5L L f u K a K a
u ??????'=+- ? ??????
?
()()
2.23
1 2.60.23325.23527.897/kmol m h kpa =+??=
则 11
1G G L K a K a HK a =
+
'' （H 为溶解度系数）；
=
1
11
23.6530.72527.897
+
?=10.90273/()Kmol m h kpa ??
由 OG Y G V V
H K a K aP =
=ΩΩ
=
2
38.268
10.9027101.30.7850.4???=0.276m
2. 填料层高度的计算
由 0.27614.992 4.136OG OG Z H N m =?=?= 取上下活动系数为1.4
1.5 1.4 4.136 5.7904Z m Z'==?=
故 取填料层高度为6m,
查《化工原理》散装填料分段高度推荐值表
表2.5散装填料分段高度推荐值
对于阶梯环填料，max 8~15,6h
h mm
D =≤
取
10h
D
=，
则h100.44m
=?=
因为'64
Z m
=>
所以需要分为二段，每段填料层高度h=3m
2.4.3流体力学有关参数的计算
由埃克特（Eckert）通用关联图计算散装填料的压降
横坐标：
0.50.5
43.16618 1.166
0.0228
1000 1.166998.2
l v
v l
W
W
ρ
ρ
?????
=?= ? ?
???
??
查表2.6得
1-p
89m
=
Φ
纵坐标：
22
0.20.2
2.212891 1.166
1.0040.0523
9.81998.2
p v
l
l
u
g
ρ
μ
ρ
Φψ????
=??=
?
??
查Eckert图得：
/859.81833.85/
P Z Pa m
?=?=
填料层压降为：
833.856 5.84
P pa KPa
?=?=
2.5填料塔内件的类型与设计及其相关计算
2.5.1填料支撑装置
填料支承装置用于支承塔填料及其所持有的气体、液体的质量，同时起着气液流道及气体均布作用。故在 设计支承板是应满足下列三个基本条件：（1）自由截面与塔截面之比不小于填料的空隙率；（2）要有足够的强度承受填料重量及填料空隙的液体；（3）要有一定的耐腐蚀性。
常用的填料支撑装置有栅板式，孔板型，驼峰型。支撑装置的选择主要依据是塔径，填料种类，塔体及填料的材质，气液流率等。本设计根据需要，选择栅板式支撑板。 2.5.2液体分布装置及分布器简要设计 1液体分布器的简介
液体分布器的作用：液体分布装置设于填料层顶部，用于将塔顶液
体均匀分布在填料表面上。
常用的液体分布装置有莲蓬式、盘式、齿槽式及多孔管式分布器等。 2液体分布器的简要设计 (1).液体分布器的选型
该塔液相负荷较大，而气相负荷较低，故选用槽式液体分布器。 (2)分布点密度计算
按Eckert 建议值，D ≈400（塔径D 实际为400mm ）时，喷淋点密度为330点／㎡ ，所以设计取喷淋点密度为330点／㎡ 。 总布液孔数：
220.7853300.7850.433041.448n D =?=??=
取布液孔数为65点。 布液计算：由H g n d L s ?=
24
20φπ
，求0d .
其中,3343.16618
0.216210/3600998.2
s L m s -?=
=??, φ为孔流系数，取φ=0.60；H ?取0.2m （通常情况）. 则12
13
2
0 4.45d mm -???===
圆整后取mm
d5
由计算得，设计布液点数为65点，直径为5 mm.
2.5.3液体再分布装置
实践表明，当喷淋液体沿填料层向下流动时，不能保持喷淋装置所提供的原始均匀分布状态，液体有向塔壁流动的趋势。因而导致壁流增加、填料主体的流量减小、塔中心的填料不被润湿，影响了流体沿塔横截面分布的均匀性，降低传质效率。所以，设置再分布装置是十分重要的。液体再分布器分为截锥形再分布器、边圈槽型再分布器、改进截锥形再分布器.本设计选用边圈槽形再分布器，边槽宽度为70mm，溢流管直径为25mm。
（a）、（b）截锥式（c）边圆槽形（d）改进截锥式
图2.2 常用液体再分布器
2.5.4填料压紧装置
为保证操作中的填料床层均匀一致的结构，放置在高压强降或瞬时负荷波动等情况下填料床层发生松动和跳动，在填料装置后于其上方要安装压紧装置。
填料压紧装置分为填料压板和床层限制压板两大类，每类又有不同的形式。最常用的有填料压紧栅板、压紧网板、905型金属压板等压紧装置。床层限制板用于金属散板、塑料散板及所有规整填料。填料压板自由放置在填料上，床层限制板则要固定在塔顶上。本设计中根据需要
填料塔在填料装填后在其上方安置了填料压紧栅板。 2.5.5除沫装置
除沫装置安装在液体分布器的上方，用以除去出口气流中的液滴。常用的除沫装置有折流板除沫器、旋流板除沫器及丝网除沫器等。除此之外，填料层顶部常需设置填料压板或挡网，以避免操作中因气速波动而使填料被冲动及损坏。填料塔的气体进口的结构，除考虑防止液体倒灌外，更重要的是要有利于气体均匀地进入填料层。根据除沫装置类型的适用范围，该填料塔选用丝网式。 2.5.6吸收塔主要接管尺寸计算 1. 气体进料管
由于常压下塔气体进出口管气速为12～20m/s,故若取气体进出口流速近似为16m/s 。 由u d q v 24
π
=
求气体进出口内径为：
148.71d =
== 采用直管进料，由《化工原理》（修订版·夏清主编·化学工业出版社P237查得选择1563mm mm ??热轧无缝钢管 则(),2
241000
15.73/3600 3.140.1560.0032v q u m s d π=
==??-?（在符合范围内） 气体进出口压降 （3NH ρ 取0℃ 值为0.771 Kg/m3 ）
进口 : 212
1
u P ρ?=
?=1/2×01.166×215.73=144.25 Pa 出口 ：221
0.52
P u ρ?=??=0.5×1/2×1.166×215.73=72.13 Pa
2液体进料管
由于常压下塔气体进出口管器速可取 1～3 m/s,故若取液体进出口流速近似为2.6 m/s,则由u d q v 24
π
= 。
可求出液体进出口内径为 ：
其中，
0.029d m =
== 采用直管进料，由《化工原理》（修订版·夏清主编·化学工业出版社）P237查得选择Ф38mm ×4mm 热轧无缝钢管
,
22
46186.21/(998.23600)
2.440.785(0.03820.004)v q u m s d π?===?-? (在符合范围内)。
2.5.7 离心泵的计算与选择 计算过程如下：
管内液体流速： 2.44u m s =
则雷诺数
54
0.029 2.44998.2
Re 7.035101.00410
L
du u
ρ
-??=
=
=??/ 0.2550.250.3164Re 0.3164(7.03510)0.011λ--==??= 局部阻力损失：三个标准截止阀全开
2.194.631=?=ξ ;
三个标准90°弯头 25.275.032=?=ξ；
管路总压头损失
22
12 2.44()(0.01121.45)7.8920.02929.81
f l u H m d
g λε∑=+∑=?+?=?
填料塔压降：P=5003.1 (Pa) 其它阻力压降较小可忽略。
扬程5003.1
109.665107.8918.40998.29.81
f P P He Z H m m m
g g ρρ??=?++=++=++=?总总 流量3
3
43.166180.78998.2L L u k g h Q m h k g m
W ρ?=== 查 王志魁 编《化工原理》P382附表二十二 ，选型号IS50-32-250泵合适，该泵扬程20.5米，流量 3.75立方米/小时，转速1450转/分
分类号：密级： U D C：学号： 南昌大学硕士研究生 学位论文 综合利用合成氨尾气的工艺设计与装置试验Process design and unit test of Comprehensive utilization of exhaust gas of synthetic ammonia 陈剑军 培养单位（院、系）：环境科学与工程学院 指导教师姓名、职称：刘晓红教授 申请学位的学科门类：工学 学科专业名称：化学工程 论文答辩日期： 答辩委员会主席： 评阅人： 年月日
学位论文独创性声明 学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南昌大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名（手写）：签字日期：年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解南昌大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权南昌大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》，并通过网络向社会公众提供信息服务。 （保密的学位论文在解密后适用本授权书） 学位论文作者签名：导师签名： 签字日期：年月日签字日期：年月日
摘要 为响应国家提倡清洁能源、节能减排的号召，以液化天然气（LNG）为代表的新型能源得到了大规模的应用。为充分利用氨合成尾气中的甲烷、氨、氢等资源，采用冻氨法除氨技术、膜分离技术和低温精馏技术将尾气中各个有价值的组分逐一分离出来，将甲烷制成LNG，实现合成氨尾气的利用价值最大化，同时成功地实现了合成氨尾气的零排放。 由于氨凝固点较高，在后期的深冷阶段会逐渐凝固在换热器板翅或者管道上形成的堵塞，采用冻氨法除微量氨，可以避免阻塞，保证系统长周期运转。采用三台板翅式换热器相组合的装置，可成功地将尾气中的氨含量降低到20ppm （V/V）以下，高效的板翅式换热器的使用极大地降低了冷热流体的温差，提高了制冷机组的制冷效率。 采用中空纤维膜分离提氢得到纯度≥94%的氢气，同时将尾气中的氢含量降低至5%以下，避免了尾气在后期的深冷液化工段出现换热喉点，确保氮气膨胀机的平稳运转；在深冷液化、低温精馏工艺流程中采用氮气膨胀循环制冷、液氮洗两种方式提供冷量，使处理后的尾气中甲烷含量降低到1%以下。其中氮气膨胀作为高温端冷量供给原料气液化，采用液氮洗作为低温端冷量供给低温精馏，减少了电能的消耗，两种制冷方式的结合完全可行且能耗较低。 氮气膨胀和尾气膨胀流程中采用的返流膨胀的方法大幅提高了制冷效率。采用多通道的高效板翅式换热器提高了制冷效率，在最大程度上实现了冷量回收，降低装置运装过程中的不可逆程度。将高压下的原料气通入精馏塔再沸器，为精馏提供热量，且高压原料气本身受冷液化，实现了能量的双重回收，降低能耗。 采用大型流程模拟软件aspen plus10.2对液化和低温精馏工段进行全程模拟，降低了整套装置的投用风险。结合模拟数据对综合回收工艺进行了物料衡算、热量衡算、设备计算和选型，绘制了工艺流程图、平面布置图。在装置试运行阶段对整套装置的运行情况进行了分析。 装置实验表明该工艺路线可行。产品液化天然气含CH498.5%～99.6%，超过国标GB/T19204-2003CH4≥75%的要求，甲烷提取率≥99.9%；副产品液氨含NH3≥99.9%；氢气含H294%～95%。原料气利用率53.7%。 装置的成功投用标志着合成氨尾气可以采用多种技术相结合的方法变废为宝，成功地分离提纯为LNG，同时副产液氨、氢气。既降低了合成氨企业对环境的污染，又增加了收益，提高了合成氨的生产效率。经济效益和社会效益显著。 关键词：合成氨尾气；冻氨法；LNG；深冷；氮气膨胀制冷；设计；装置试验
摘要 变换工段是指一氧化碳与水蒸气反应生成二氧化碳和氢气的过程。一氧化碳变换既是原料气的净化过程，又是原料气制备的继续。目前，变换工段主要采用中变串低变的工艺流程。本设计针对中低温串联变换流程进行设计，对流程中各个设备进行物料、能料衡算、以及设备选型，并绘制了带控制点的流程图。 关键词：合成氨,变换,工艺设计，设备选型
30kt/a Retention Of Ammonia Synthesis Process Preliminary Design Abstact Transform section refers to the reactions that produce carbon dioxide carbon monoxide and hydrogen and water vapor in the process. Carbon monoxide transformation is the gas material purification process, and the preparation of gas material to continue. At present, the transformation mainly by grow string sections of variable process low. This design of low-temperature series transformation process of process design, materials, each device can material calculation, and the equipment selection, and plotted take control in the flow chart and variable furnace equipment assembly drawing. Keywords：ammonia, transformation, process design,equipment choice
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。
四川理工学院 毕业设计 题目年产五万吨合成氨变换工段工艺初步设计 系别化学工程与工艺 专业无机化工 011 指导教师 教研室主任 学生姓名 接受任务日期 20XX年2月28日 完成任务日期 20XX年6月1日
四川理工学院 毕业论文任务书 材料与化学工程系无机化工专业2001-1 班题目年产五万吨合成氨变换工段工艺初步设计 起迄日期20XX年 2 月25 日起至20XX 年 6 月1日止 指导老师 教研室主任（签名） 系主任（签名） 学生姓名 批准日期20XX 年 2 月25 日 接受任务日期20XX 年 2 月25 日 完成任务日期20XX 年 6 月 1 日
一、设计（论文）的要求： 1、说明书包括前言，合成氨变换工段工序原理，工艺条件及工艺流 程确定，以及主要设备的选择说明，对本设计的评述。 2、计算部分包括物料衡算，热量衡算，有效能利用率计算，主要设备 计算。 3、图纸带控制点的工艺流程图。 二、设计（论文）的原始数据： 天然气成分：以鸿化厂的实际工作数据为依据来进行。 年工作日330天,其余数据自定。 三、参考资料及说明： 《化工工艺设计手册》（上、下册）、《氮肥工艺设计手册》理化数据、《化肥企业产品能平衡》、《小合成氨厂工艺技术与设计手册》、《合成氨工学》、《化工制图》、《化工原理》、《化学工程》、《化工设计概论》以及关于氮肥的其他相关杂志。
目录 1.前言 (4) 2.工艺原理 (4) 3.工艺条件 (5) 4.工艺流程的确定 (6) 5.主要设备的选择说明 (6) 6.对本设计的综述 (6) 第一章变换工段物料及热量衡算 (8) 第一节中变物料及热量衡算 (8) 1．确定转化气组成 (8) 2．水汽比的确定 (8) 3．中变炉一段催化床层的物料衡算 (9) 4．中变炉一段催化床层的热量衡算 (11) 5．中变炉催化剂平衡曲线 (13) 6. 最佳温度曲线的计算 (14) 7．操作线计算 (15) 8．中间冷淋过程的物料和热量计算 (16) 9．中变炉二段催化床层的物料衡算 (17) 10.中变炉二段催化床层的热量衡算 (18) 第二节低变炉的物料与热量计算 (19) 第三节废热锅炉的热量和物料计算 (24) 第四节主换热器的物料与热量的计算 (26) 第五节调温水加热器的物料与热量计算 (28) 第二章设备的计算 (29) 1. 低温变换炉计算 (29) 2. 中变废热锅炉 (31) 及致谢 (35)
年产五十万吨合成氨的原料气制备工艺筛选 合成氨生产工艺流程简介 合成氨因采用的工艺不同其生产流程也有一定的差别，但基本的生产过程都大同小异，基本上由原料气的生产、原料气的净化、合成气的压缩以及氨合成四个部分组成。 ●原料气的合成 固体燃料生产原料气：焦炭、煤 液体燃料生产原料气：石脑油、重油 气体燃料生产原料气：天然气 ●原料气的净化 CO变换 ●合成气的压缩 ●氨的合成 工业上因所用原料制备与净化方法不同，而组成不同的工艺流程，各种原料制氨的典型流程如下： 1)以焦炭（无烟煤）为原料的流程 50年代以前，世界上大多数合成氨厂采用哈伯-博施法流程。以焦炭为原料的吨氨能耗为88GJ，比理论能耗高4倍多。 我国在哈伯-博施流程基础上于50年代末60年代初开发了碳化工艺和三催化剂净化流程： ◆碳化工艺流程将加压水洗改用氨水脱除CO2得到的碳酸氢铵经结晶，分离后作 为产品。所以，流程的特点是气体净化与氨加工结合起来。 ◆三催化剂净化流程采用脱硫、低温变换及甲烷化三种催化剂来净化气体，以替代 传统的铜氨液洗涤工艺。 2)以天然气为原料的流程 天然气先要经过钴钼加氢催化剂将有机硫化物转化成无机硫，再用脱硫剂将硫含量脱除到以下，这样不仅保护了转化催化剂的正常使用，也为易受硫毒害的低温变换催化剂应用提供了条件。 3)以重油为原料的流程 以重油作为制氨原料时，采用部分氧化法造气。从气化炉出来的原料气先清除炭黑，经CO耐硫变换，低温甲醇洗和氮洗，再压缩和合成而得氨。 二、合成氨原料气的制备方法简述 天然气、油田气、炼厂气、焦炉气、石脑油、重油、焦炭和煤，都是生产合成氨的原料。除焦炭成分用C表示外，其他原料均可用C n H m来表示。它们呢在高温下与蒸汽作用生成以H2和CO为主要组分的粗原料气， 这些反应都应在高温条件下发生，而且为强吸热反应，工业生产中必须供给热量才能使其进行。 按原料不同分为如下几种制备方法： ●以煤为原料的合成氨工艺 各种工艺流程的区别主要在煤气化过程。 典型的大型煤气化工艺主要包括固定床碎煤加压气化工艺、德士古水煤浆加压气化工艺以及壳牌干煤粉加压气化工艺。 ①固定床碎煤气化
工艺流程说明： 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。 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。 CO变换：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
合成氨装置简介和重点部位及设备 一、装置简介 (一)装置发展及其类型 世界上第一座合成氨生产装置始于1913年。我国首套合成氨生产装置建于20世纪30年代。到70年代初，我国运行的合成氨生产装置绝大多数仍为以煤(焦)为原料，采用固定床制气技术的中、小型装置。世界上，60年代起，大型合成氨生产装置由于具有工艺流程短、热利用率高、自动化水平高、单系列、运行时间长等优点，得到快速发展。我国从1973年开始，从美国、日本、法国引进了13套日产合成氨1000t的大型合成氨生产装置。这些装置均采用烃类蒸汽转化制气工艺技术，其中以天然气为原料的有10套(其中两套后来改用轻油)；以轻油为原料的有3套。1978年以后，又引进了以渣油、煤为原料，采用部分氧化制气工艺技术的大型合成氨生产装置。 合成氨装置生产工艺技术因原料制气、气体净化、氨合成工艺不同而有多种工艺技术。原料气化有：煤(焦)固定床气化工艺；煤(焦)气流床气化工艺；渣油、水煤浆部分氧化制气工艺；烃类(轻油、天然气)蒸汽转化制气工艺。气体净化工艺种类繁多。硫化物脱除分为固定床吸附(如氧化锌吸附)和溶液吸收(如：乙醇胺法、甲醇法、NHD法)。一氧化碳变换工艺可分耐硫变换工艺和非耐硫变换工艺。二氧化碳脱除可分为化学吸收法(如：G?V法，苯菲尔法)和物理吸收法(如：低温甲醇法、NHD法)。气体精制工艺可分为“热法精制”(甲烷化工艺)和“冷法精制”(低温液氮洗或深冷净化工艺)。氨合成工艺按压力等级，可分为高压法、中压法、低压法；按合成塔的气体流向，可分为轴向塔和径向塔；按床层换热方式，可 分为内部换热式、中间换热式和中间冷激式。 世界上，由于合成氨原料成本价格不断上升，合成氨工艺技术目前向低能耗发展。出现了多种低能耗合成氨工艺技术。其中，以天然气为原料的蒸汽转化低能耗制合成氨装置，其能耗已降到28CJ／t.NH3的水平。 (二)装置的单元组成与工艺流程
毕业设计 题目年产五万吨合成氨变换工段工艺初步设计 系别化学工程与工艺 专业 指导教师 教研室主任 学生姓名 接受任务日期 完成任务日期
四川理工学院 毕业论文任务书 指导老师 教研室主任（签名） 系主任（签名） 学生姓名 批准日期2005 年 2 月25 日接受任务日期2005 年 2 月25 日完成任务日期2005 年 6 月 1 日
一、设计（论文）的要求： 1、说明书包括前言，合成氨变换工段工序原理，工艺条件及工艺流 程确定，以及主要设备的选择说明，对本设计的评述。 2、计算部分包括物料衡算，热量衡算，有效能利用率计算，主要设备 计算。 3、图纸带控制点的工艺流程图。 二、设计（论文）的原始数据： 天然气成分：以鸿化厂的实际工作数据为依据来进行。 年工作日330天,其余数据自定。 三、参考资料及说明： 《化工工艺设计手册》（上、下册）、《氮肥工艺设计手册》理化数据、《化肥企业产品能平衡》、《小合成氨厂工艺技术与设计手册》、《合成氨工学》、《化工制图》、《化工原理》、《化学工程》、《化工设计概论》以及关于氮肥的其他相关杂志。
目录 1.前言 (4) 2.工艺原理 (4) 3.工艺条件 (5) 4.工艺流程的确定 (6) 5.主要设备的选择说明 (6) 6.对本设计的综述 (6) 第一章变换工段物料及热量衡算 (8) 第一节中变物料及热量衡算 (8) 1．确定转化气组成 (8) 2．水汽比的确定 (8) 3．中变炉一段催化床层的物料衡算 (9) 4．中变炉一段催化床层的热量衡算 (11) 5．中变炉催化剂平衡曲线 (13) 6. 最佳温度曲线的计算 (14) 7．操作线计算 (15) 8．中间冷淋过程的物料和热量计算 (16) 9．中变炉二段催化床层的物料衡算 (17) 10.中变炉二段催化床层的热量衡算 (18) 第二节低变炉的物料与热量计算 (19) 第三节废热锅炉的热量和物料计算 (24) 第四节主换热器的物料与热量的计算 (26) 第五节调温水加热器的物料与热量计算 (28) 第二章设备的计算 (29) 1. 低温变换炉计算 (29) 2. 中变废热锅炉 (31) 参考文献及致谢 (35)
《化工工艺设计任务书》
变换工艺设计说明书 设计题目小合成氨厂低温变换工段工艺设计 课题来源小合成氨厂低温变换工段工艺设计变换工段化学工艺设计标准变换工段在合成氨生产起的作用既是气体净化工序，又是原料气的再制造工序，经过变换工段后的气体中的CO含量大幅度下降，符合进入甲烷化或者铜洗工段气质要求。 要求：1.绘制带控制点的工艺流程图 2.系统物料、能量衡算 3.系统主要设备能力及触媒装填量核算 4?该工段设备多，工艺计算复杂，分变换炉能力及触媒装填量核算、系统热量核算和系统水循环设备及能力核算。 变换工艺流程 低压机四段来的半水煤气压力 2.0 MPa，温度40C的半脱气经热水洗涤塔除去气体中的油 污、杂质，进入饱和塔下部与上部喷淋下来的166?175 C的热水逆流接触，进行传质传热， 使气体中的水汽含量接近饱和，从塔顶出来到蒸汽喷射器，补入外管来的高压蒸汽，进一步 提高气体的温度和水气比，使出0/干气=0.6?0.7。达到变换所需的液气比值。接着气体进 入半水煤气换热器I,半水煤气换热器n管内加热，温度升至300 C,经过加压电炉进入中 变炉内。中变炉触媒分三段，每段各装一层触媒，上段出口变换气CO含量13?15%，温度 437C，通过甲烷化加热器壳程换热和增湿器降温，增湿温度降至370C进入中变二段，二 段出口CO变换率8?9%，温度403 C进入增温器，三段出口变换气中，CO 3?3.5%，温度386C，经过半水煤气换热器n和半水煤气换热器I的管间，加热进中变的半水煤气，温度降至285C 然后进入一水加热器被管内的循环热水降温至185C,进入低变炉进行低温变换。 低变炉触媒分上、下两段，每段各层一层耐硫变换催化剂，上段出口变换气温度222C，含CO 0.5?0.6%，进入段间冷却器管间，温度降至190C，进入低变炉下段反应，出口变换气 温度232 C,含CO 0.2?0.3%，进入二水加热器降温后，温度170 C进入热水塔与饱和塔底 出来的热水逆流接触，进行传质传热，进一步降温并回收热量，147C的变换气接着又进入 脱盐水预热器管内与来自脱盐水站的脱盐水换热后进入变换气水冷器管间，出来后温度降至 40 C,在变换气水分离器内，分离冷凝水后去变脱工段。 变换工段化学工艺设计原则 1.入工序气体流量：6000kmol/h （干基）压力： 2.47Mpa温度：40 C 2.入口气体组分：CO%=2.01% CO2%=10.95% 出％=41.49% 2%=1 3.93% CH4%=0.21% H2O%=31.23% Ar=0.18 %（体积比） 3.出口气体组分：CO% < 0.34% （体积比） 目录
安全管理编号：LX-FS-A23133 合成氨装置简介和重点部位及设备 In the daily work environment, plan the important work to be done in the future, and require the personnel to jointly abide by the corresponding procedures and code of conduct, so that the overall behavior or activity reaches the specified standard 编写：_________________________ 审批：_________________________ 时间：________年_____月_____日 A4打印/ 新修订/ 完整/ 内容可编辑
合成氨装置简介和重点部位及设备 使用说明：本安全管理资料适用于日常工作环境中对安全相关工作进行具有统筹性，导向性的规划，并要求相关人员共同遵守对应的办事规程与行动准则，使整体行为或活动达到或超越规定的标准。资料内容可按真实状况进行条款调整，套用时请仔细阅读。 一、装置简介 (一)装置发展及其类型 世界上第一座合成氨生产装置始于1913年。我国首套合成氨生产装置建于20世纪30年代。到70年代初，我国运行的合成氨生产装置绝大多数仍为以煤(焦)为原料，采用固定床制气技术的中、小型装置。世界上，60年代起，大型合成氨生产装置由于具有工艺流程短、热利用率高、自动化水平高、单系列、运行时间长等优点，得到快速发展。我国从1973年开始，从美国、日本、法国引进了13套日产合成氨1000t的大型合成氨生产装置。这些装置
表-1 驰放气的组成（相关参数为1.0Mpa、210K-300K取平均） 气体组成Cp （J/mol.K）Cv （J/mol.K）备注 氢0.42 31 22.9 氮0.14 30 20.8 甲烷0.04 36.7 26.7 氩0.08 21.6 12.6 氨0.32 37.43 29.2 混合气体1 32.3936 23.95 r = Cp/ Cv=1.353 驰放气中氨含量和温度的有直接的关系，但基本上是当时温度下氨的饱和蒸汽压，具体数据见表-2。每生产一吨氨，平均要排出150m3（标）左右的驰放气（根 据各工厂的工艺和技术水平不同而不同）。根据有关资料和我们国家中、小化肥的技术水平，平均每生产一吨液氨，排放的驰放气中大约含有40-50kg的气态氨。 表-2驰放气中氨含量和温度的关系（2.2Mpa，1m3） 温度（OC） 氨饱和蒸气压（Mpa） 氨比例 物质总量mol 氨（mol） 氨（Kg） 相当于标准状态气体（m3） 氨含量Kg/100m3（标）驰放气 -10 0.3005 0.13660 1000.60 136.69 2.33 21.71 10.72 0.4437 0.20168 968.75 195.38 3.33 22.54 14.76
10 0.6354 0.28882 934.54 269.92 4.60 20.95 21.94 15 0.7529 0.34225 918.32 314.29 5.35 20.58 26.01 20 0.8857 0.40258 902.66 363.40 6.19 20.23 30.59 25 1.0360 0.47093 887.52 417.96 7.12 19.89 35.79 30 1.2053 0.54785 87 2.88 478.20 8.14 19.56
工商职业技术学院 毕业论文 题目：合成氨变换工段设计 作者：焦鹏丽学号：2101100125系别：化工工程系 专业：应用化工技术 指导教师：晋萍专业技术职务讲师 2012 年1月1
工商职业技术学院 毕业设计说明书 题目：合成氨变换工段设计 作者：焦鹏丽学号：2101100125 系别：化工工程系 专业：应用化工技术 指导教师：晋萍专业技术职务讲师 2012 年1月1
摘要:本文是关于煤炭为原料一氧化碳变换工段初步设计。在合成氨的生产中，一氧化碳变换反应是非常重要的反应。用煤炭制造的原料气中，含有一部分一氧化碳，这些一氧化碳不能直接做为合成氨的原料，而且对合成氨的催化剂有毒害作用，必须在催化剂的催化作用下通过变换反应加以除去。一氧化碳变换反应既是原料气的净化过程，又是原料气的制造过程。本设计主要包括工艺路线的确定、中温变换炉的物料衡算和热量衡算、触媒用量的计算、中温变换炉工艺计算和设备选型、换热器的物料衡算和热量衡算以及设备选型等。 关键词：煤炭；一氧化碳变换；中温变换炉；流程图 结论中提到完成了设计宗指，但你的设计宗指到底是什么?没有表达出来。结论中也没有对你的设计做一个总结，你到底做这个设计的做用是什么?解决了什么问题?目录中二级目录应比一级目录再缩进两格，下级目录同理。
目录 第一章绪论 0 1.1 氨的性质和用途 0 1.1.1 氨的性质 0 1.1.2 氨的用途 0 1.2 我国合成氨生产现状 (1) 1.3 一氧化碳变换在合成氨中的意义 (1) 第二章变换流程及工艺条件 (2) 2.1 变换工艺原理 (2) 2.1.1变换反应的热力学分析 (2) 2.1.2 变换反应的动力学分析 (2) 2.2变换工艺的选择 (3) 2.3 工艺条件 (4) 2.3.1 温度 (4) 2.3.2 压力 (5) 2.3.3 水汽比 (5) 第三章工艺计算 (6) 3.1 基本工艺数据的确定 (6) 3.1.1水气比的确定 (6) 3.2中变炉一段催化床层的物料衡算 (7) 3.2.1 中变炉一段催化床层的物料衡算 (7) 3.2.2中变炉一段催化床层的热量衡算 (8) 3.2.3 中变一段催化剂操作线的计算 (11) 3.3中间冷凝过程的物料和热量计算 (12) 3.4中变炉二段催化床层的物料与热量衡算 (13) 3.4.1中变炉二段催化床层的物料衡算： (13) 3.4.2中变炉二段催化床层的热量衡算 (15) 3.4.3中变二段催化剂操作线计算 (16) 3.5 主换热器的物料与热量的衡算 (18)
合成氨工艺控制方案总结 一合成氨工艺简介 中小型氮肥厂是以煤为主要原料，采用固定层间歇气化法制造合成氨原料气。从原料气的制备、净化到氨的合成，经过造气、脱硫、变换、碳化、压缩、精炼、合成等工段。工艺流程简图如下所示： 该装置主要的控制回路有：（1）洗涤塔液位； （2）洗涤气流量； （3）合成塔触媒温度； （4）中置锅炉液位； （5）中置锅炉压力； （6）冷凝塔液位； （7）分离器液位； （8）蒸发器液位。 其中触媒温度控制可采用全系数法自适应控制，其他回路采用PID控制。 二主要控制方案 （一）造气工段控制 工艺简介： 固定床间歇气化法生产水煤气过程是以无烟煤为原料，周期循环操作，在每一循环时间里具体分为五个阶段；(1)吹风阶段约37s；(2)上吹阶段约39s；(3)下吹阶段约56s；(4)二上吹阶段约12s；(5)吹净阶段约6s. l、吹风阶段 此阶段是为了提高炉温为制气作准备的。这一阶段时间的长短决定炉温的高低， 时间过长，炉温过高；时间过短，炉温偏低并且都影响发气量，炉温主要由这一阶段控制。般工艺要求此阶段的操作时间约为整个循环周期的18％左右。 2、上吹加氮制气阶段 在此阶段是将水蒸汽和空气同时加入。空气的加入增加了气体中的氮气含量，是调节H2/N2的主要手段。但是为了保证造气炉的安全该段时间最多不超过整个循环周期的26％。 3、上吹制气阶段 该阶段与上吹加氯制气总时间为整个循环的32％，随着上吹制气的进行下部炉温逐渐下降，为了保证炉况和提高发气量，在此阶段蒸汽的流量最好能得以控制。 4、下吹制气阶段 为了充分地利用炉顶部高温、提高发气量，下吹制气也是很重要的一个阶段。这段时间
摘要 本文是关于重油为原料年产8万吨氨一氧化碳变换工段初步设计。在合成氨的生产中，一氧化碳变换反应是非常重要的反应。用重油制造的原料气中，含有一部分一氧化碳，这些一氧化碳不能直接做为合成氨的原料，而且对合成氨的催化剂有毒害作用，必须在催化剂的催化作用下通过变换反应加以除去。一氧化碳变换反应既是原料气的净化过程，又是原料气的制造过程。本设计主要包括工艺路线的确定、中温变换炉的物料衡算和热量衡算、触媒用量的计算、中温变换炉工艺计算和设备选型、换热器的物料衡算和热量衡算以及设备选型等。并且综合各方面因素对车间设备布置进行了合理的设计，最终完成了20 000字的设计说明书及生产工艺流程图、车间平立面布置图及主体设备装配图的绘制。 关键词：重油；一氧化碳变换；中温变换炉；流程图
Abstract This article was about the annual output of heavy oil as raw materials to transform eight thousand tons of carbon monoxide ammonia preliminary design section. In the production of ammonia, transformation of carbon monoxide was a very important reaction. Manufactured using heavy oil feed gas which containa part of carbon monoxide, carbon monoxide could not be directly used as those of the raw materials of synthetic ammonia, but also a catalyst for ammonia poisoning effect there must be a catalyst for transformation through the catalytic reaction to be removed. Transformation of carbon monoxide is a gas purification process of raw materials, but also the manufacturing process of feed gas. The design of the main routes which include the identification process, the medium variant of the furnace material balance , heat balance, the calculation of the amount of catalyst, in the variable furnace process of calculation and selection of equipment, heat exchanger of the material balance and heat balance as well as equipment selection type and so on. Taking all factors and workshop equipment to carry out a reasonable arrangement of the design. In the end, the20 000-word statement and map production process, shopping facade and the main equipment layout drawing assembly were completed. Key words: Heavy oil; Transformation of carbon monoxide; Temperature shift converter; Flow chart
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。
学院毕业设计 合成氨驰放气氨回收工艺与设备设计 文献综述 学生： 学号： 专业：化学工程与工艺 班级：工艺2010.7 指导老师： 四川理工学院材料与化学工程学院 二〇一四年六月
摘要 氨是一种重要的化工产品，主要用于化学肥料的生产。在合成氨生产中，会产生驰放气，在驰放气当中含有NH3,H2,N2,CH4,Ar等气体。它们是随着所采用合成氨流程，原料，以及操作条件不同而变化的。一般来讲每吨氨产品呢个排出180~240Nm3的驰放气。过去，这些驰放气作为燃料烧掉，近年来，随着合成氨装置的大型化，其驰放气的综合利用也逐步引起重视。从氨驰放气中不仅回收氨气，氢气，氮气等工业气体，同时还可以提取有价值的稀有气体氩，氪，及氦等。一般氨厂采用水洗法除氨，所采用的洗涤水要求使用脱氧后的软水，经过水洗后的氨驰放气含有微量水分和氢，因而分子筛（硅胶）吸附，使安驰放气中氨含量小于0.1ppm，所含水份的露点在-70℃以下。采用填料塔清水吸收合成氨驰放气当中的氨是比较成熟的工艺。 关键词：合成氨；驰放气；吸收；精馏
Abstract Ammonia is an important chemical products, mainly for the production of chemical fertilizers.In ammonia production, will produce Chi deflated containing NH3, H2, N2, CH4, Ar and other gases in the Chi deflated them.They are used with different ammonia processes, materials, and operating conditions change. In general, the product does a ton of ammonia discharged 180 ~ 240Nm3 of Chi deflated.In the past, these Chi deflated burned as fuel in recent years, with the large-scale ammonia plant, its utilization Chi gradually deflated attention.Recycling not only ammonia, hydrogen, nitrogen and other industrial gases in the ammonia Chi deflated, but also can extract valuable rare gases argon, krypton, and helium.In addition to the general washing method using ammonia plant ammonia wash water used in soft water requires the use of deoxy later, after ammonia after washing Chi deflated contain traces of water and hydrogen, thus zeolite (silica) adsorption, ANCHI deflated ammonia content less than 0.1ppm, the moisture content below the dew point of -70 ℃. Packed column using water absorption synthetic ammonia release ammonia gas which is relatively mature technology. Keyword:Ammonia; Chi deflated; Absorption; Distillation