年产12万吨合成氨合成工段工艺设计
摘要
本次设计任务为年产12万吨合成氨合成工段的工艺设计。氨合成主要原料是精制的氢气和氮气，其以合成塔为主要设备，在气-气换热器、水冷器、氨冷器、氨分离器、循环机、等辅助设备的作用下，以四氧化三铁为触媒，在450—550℃的高温条件下来制得氨气并冷却分离得液氨。合成氨合成工段工艺流程包括气体压缩、氨的合成、氨分离和混合气体再循环、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。本次工艺设计条件:新鲜补充气的摩尔分数组成如下：H2 74.5%，N2 24%，CH4 1.2%，Ar 0.3%合成塔操作压力为32MPa（绝压），合成塔入口气的组成为NH3(2.5%)，CH4+Ar(17%)，要求合成塔出口气中氨的摩尔分数达到16.5%。通过查阅相关手册和资料，确定了年产12万吨合成氨合成工段的工艺流程，最后对该工艺流程进行了物料衡算、能量衡算，然后根据设计任务及操作温度、压力按相关标准对合成塔催化剂层进行了设计，最后用CAD绘制了合成塔装配图；带控制点工艺流程图。
关键词：合成合成塔催化剂
目录
摘要............................................................................................................I 第一章设计项目 (1)
1.1设计题目 (1)
1.2工艺设计条件 (1)
第二章前言 (2)
第三章工艺设计说明书................................................................................................ ..4
3.1 设计的产品的原料来源及规格要求 (4)
3.1.1主原料的来源 (4)
3.1.2 原料规格要求 (4)
3.2设计任务及本工艺设计流程 (4)
3.2.1 设计任务 (5)
3.2.2 合成工段工艺流程叙述 (5)
第四章工艺设计计算书 (8)
4.1 物料衡算 (8)
4.1.1合成塔物料衡算 .............................................................................................. .9
4.1.2氨分离器气液平衡计算 (9)
4.1.3冷交换器气液平衡计算..................................................................... ..11
4.1.4液氨贮槽气液平衡计算................................................................... (11)
4.1.5液氨贮槽物料计算.......................................................................... . (13)
4.1.6合成系统物料计算 (14)
4.1.7合成塔内物料衡算.............................................................................. .15
4.1.8水冷器物料计算 (16)
4.1.9氨分离器物料计算 (17)
4.1.10冷交换器物料计算 (17)
4.1.11氨冷器物料计算 (18)
4.1.12冷交换器物料计算 (19)
4.1.13液氨贮槽物料计算 (21)
4.1.14物料衡算结果汇总........................................................................... ..22
4.2 热量衡算 .................................................................................................................... .24
4.2.1 冷交换器热量衡算 (24)
4.2.2 氨冷器热量衡算 (26)
4.2.3循环机热量衡算 (28)
4.2.4合成塔热量计算 (29)
4.3 主要设备计算 (32)
4.3.1 GC型氨合成塔的催化剂层设计 (32)
第五章小结 (40)
致谢 (41)
参考文献 (42)
附录 (43)
第一章设计项目
1.1设计题目：年产12万吨合成氨合成工段工艺设计
1.2 工艺设计条件
( 1 ) 新鲜补充气组成见表1-1。
表1-1 新鲜补充气组成
组分H2N2CH4Ar 总计摩尔含量（%）74.5 24 1.2 0.3 100
（3）合成塔入口中氨含量：NH3
入=2.5%
（4）合成塔出口中氨含量：NH3
出=16.5%
（5）合成塔入口惰性气体含量：CH4 +Ar=17%
（6）合成塔操作压力：32MPa（绝压）
（7）精练气温度：35℃
（8）年工作日330天
（9）计算基准生产1tNH3/h
第二章前言
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‖[2]。
世界合成氨技术的发展经历了传统型蒸汽转化制氨工艺、低能耗制氨工艺、装置单系列产量最大化三个阶段。根据合成氨技术发展的情况分析, 未来合成氨的基本生产原理将不会出现原则性的改变, 其技术发展将会继续紧密围绕―降低生产成本、提高运行周期, 改善经济性‖的基本目标, 进一步集中在―大型化、低能耗、结构调整、清洁生产、长周期运行‖等方面进行技术的研究开发。
(1) 大型化、集成化、自动化, 形成经济规模的生产中心、低能耗与环境更友好将是未来合成氨装置的主流发展方向。以Uhde公司的―双压法氨合成工艺‖和Kellogg 公司的―基于钌基催化剂KAAP 工艺‖,将会在氨合成工艺的大型化方面发挥重要的作用。氨合成工艺单元主要以增加氨合成转化率(提高氨净值) ,降低合成压力、减小合成回路压降、合理利用能量为主，开发气体分布更加均匀、阻力更小、结构更加合理的合成塔及其内件; 开发低压、高活性合成催化剂, 实现―等压合成‖。
(2) 以―油改气‖和―油改煤‖为核心的原料结构调整和以―多联产和再加工‖为核心的产品结构调整,是合成氨装置―改善经济性、增强竞争力‖的有效途径。
实施与环境友好的清洁生产是未来合成氨装置的必然和惟一的选择。生产过程中不生成或很少生成副产物、废物,实现或接近―零排放‖的清洁生产技术将日趋成熟和不断完善。
提高生产运转的可靠性,延长运行周期是未来合成氨装置―改善经济性、增强竞争力‖的必要保证。有利于―提高装置生产运转率、延长运行周期‖的技术,包括工艺优化技术、先进控制技术等将越来越受到重视[1]。
氨的合成是合成氨生产的最后一道工序，其任务是将经过精制的氢氮混合气在催化剂的作用下多快好省地合成为氨。对于合成系统来说，液体氨即是它的产品。工业上合成氨的各种工艺流程一般以压力的高低来分类。
(1)高压法
操作压力70～100MPa，温度为550～650℃。这种方法的主要优点是氨合成效率高，混合气中的氨易被分离。故流程、设备都比较紧凑。但因为合成效率高，放出的热量多，催化剂温度高，易过热而失去活性，所以催化剂的使用寿命较短。又因为是高温高压操作，对设备制造、材质要求都较高，投资费用大。目前工业上很少采用此法生产。
(2)中压法
操作压力为20～60MPa，温度450～550℃，其优缺点介于高压法与低压法之间，目前此法技术比较成熟，经济性比较好。因为合成压力的确定，不外乎从设备投资和压缩功耗这两方面来考虑。从动力消耗看，合成系统的功耗占全厂总功耗的比重最大。但功耗决不但取决于压力一项，还要看其它工艺指标和流程的布置情况。总的来看，在20～30MPa的范围内，功耗的差别是不大的，因此世界上采用此法的很多。因此，本次设计选用32MPa压力的合成氨流程。
(3)低压法
操作压力10MPa左右，温度400～450℃。由于操作压力和温度都比较低，故对设备要求低，容易管理，且催化剂的活性较高，这是此法的优点。但此法所用催化剂对毒物很敏感，易中毒，使用寿命短，因此对原料气的精制纯度要求严格。因操作压力低，氨的合成效率低，分离较困难，流程复杂。实际工业生产上此法已不采用了[3]。
第三章工艺设计说明书
3.1设计产品的原料来源及规格要求
3.1.1．设计的产品的原料来源
生产合成氨，首先必须制备氢、氮原料气。
氮气来源于空气，可以在低温下将空气液化、分离而得，或者在制氢过程中直接加入空气来解决。
氢气来源于水或含有烃类的各种燃料，它取决于用什么方法制取。最简便的方法是将水电解，但此法由于电能消耗大、成本高而受到限制。现在工业上普遍采用以焦炭、煤、天然气、重油等原料与水蒸汽作用的气化方法[4]。
3.1.2．原料规格要求
(1) 合成塔进口气体组成
合成塔进口气体组成包括氢氮比、惰性气体含量与初始氨含量。当氢氢比为3时，对于氨合成反应，可得最大平衡氨含量，但从动力学角度分析，最适宜氢氨比随氨含量的不同而变化。如果略去氢及氨在液氨中溶解损失的少量差异，氨合成反应氢与氮总是按3：1消耗，新鲜气氢氮比应控制为3，否则循环系统中多余的氢或氮就会积累起来，造成循环气中氢氮比的失调。
惰性气体(CH4、Ar)来源于新鲜原料气，它们不参与反应因而在系统中积累。惰性气体的存在，无论从化学平衡还是动力学上考虑均属有弊。但是，维持过低的惰气含量又需大量排放循环气导致原料气消耗量增加。如果循环气中惰性气体含量一定，新鲜气中惰性气体含量增加，根据物料平衡关系，新鲜气消耗随之增大。因此，循环气中惰性气体含量应根据新鲜气惰性气体含量、操作压力、催化剂活性等条件而定。由于原料气制备与净化方法不同，新鲜气中惰性气体含量也各个相同，循环气中所控制的惰性气体含量也有差异。
当其它条件一定时，进塔气体中氨含量越高，氨净值越小，生产能力越低。初始氨含量的高低取决于氨分离的方法。对于冷冻法分离氨，初始氨含量与冷凝温度和系统压力有关。为过分降低冷凝温度而过多地增加氨冷负荷在经济上也并不可取。操作压力30MPa时，一般进塔氨含量控制在3.2～3.8％；15MPa时，为2.0～3.2％。
(2) 硫化物和碳氧化物含量
虽然原料气中硫化物含量不高，但对合成氨生产危害却很大。硫化物是各种催化剂的毒物，硫化氢能腐蚀设备管道。以烃类为原料的蒸汽转化法制取原料气，镍催化剂对硫含量限制十分严格，要求烃原料中总硫含量为0.5PPm(重量)以下。
为防止CO和CO2对催化剂的毒害，规定CO和CO2总含量不得大于20ppm[5]。
3.2. 设计任务及本工艺设计流程
3.2.1 设计任务
本次设计参照原江苏省六合化肥厂氨合成车间的工艺，并进行一定的优化和简化，对生产量及设备进行重新选择计算。设计的合成工段工艺达到年产120kt/a 液氨的设计目的。
3.2.2 合成工段工艺流程叙述
1）.设计规模及特点
本工段生产液氨，生产能力为120kt/a，与传统流程相比较，具有节能低耗的特点。
（1）合成塔内件及催化剂的选择：
合成塔内件：
本次氨合成工艺选用GC-R103Y型氨合成塔内件，GC-R103Y型氨合成塔内件是四层绝热冷激式氨合成塔，结构形式为一轴三径，催化剂床层分为四段，第一段为轴向层，第二、三、四段为径向层，轴径向段间及各径向段间设有冷激分布器，四层催化剂的温度分别通过四股冷激气加以控制，相比原六合化肥厂氨合成车间使用的合成塔单套管型内件，其装填催化剂的体积要多了将近20%，在不改变原有条件下，催化剂的增加就意味着生产能力的提高。另外，GC型塔采用了轴径向结构，气体流通截面大，流路短，具有气体阻力低的特点，全塔阻力可控制小于0.7MPa范围内。另外采用了小颗粒催化剂，提高反应活性和气体接触面积，因此氨净值提高。
催化剂的选择：
第一床层选用A201催化剂，因为该型号的催化剂含钴，其低温活性好，氨净值高，但价格昂贵，因此只用在第一床层，其进口温度为360o C，选用此型号催化剂更能发挥作用，以下各层都选用A110催化剂，其适用温度为380-500o C，
价格较低，活性也较好，适用于合成塔下面的床层。 （2）循环机位置
本工段设置在氨分离系统后，合成塔之前，从而充分利用循环机压缩功，提高进合成塔温度，减少冷量消耗，降低氨冷器负荷，同时提高进塔压力，提高合成率，而进循环机的氨冷量较低，避免了塔后循环机流程容易带液氨而导致循环机泄漏。
（3）反应热回收的方式及利用
这涉及到废热锅炉的热量利用及合成塔塔外换热器如何科学设置的问题，废热锅炉的配置实际上是如何提高反应热的回收率和获得高品位热的问题，本设计选择塔后换热器及后置锅炉的工艺路线，设置塔后换热器使废热锅炉出口气体与合成塔二进气体换热，充分提高合成塔二进温度，相应提高了合成塔二出温度，进废热锅炉的气体温度为360℃，副产1.3 MPa 的中压蒸汽，充分提高回收热量品位。
（4）采用―二进二出‖合成流程
全部冷气经合成塔环隙后进入热交换器，可使合成塔体个点温度分布均匀，出口气体保持较低温度，确保合成塔长期安全稳定运行，与循环机来的冷气直接进入热交换器相比，使热交换器出口温度增大。进入水冷的气体温度降低意味着合成余热回收率高和水冷负荷低。 2）．合成工段流程简述
合成氨合成工段工艺流程简图见图3-1。
图3-1 工艺流程简图
合成塔 水冷器
热交换器
废热锅炉
放
空
油分离器
循环机
冷交换器 氨分离器
新鲜气
弛放
液氨储槽
氨冷器
氨分离后的合成循环气经过循环机补充压力再经过循环机出口油分离器分离油滴后，气体分成两路：一路直接进入合成塔的环隙，对合成塔的外壳进行冷却，以保护合成塔外壳，免超温导致高压条件下材料的―氢蚀‖，保证合成塔的运行安全；另一路进入合成塔外的热交换器，和合成塔反应后经过废锅的气体换热，加热合成塔入塔气。加热后的气体升温后从冷气出口出来分五路进入合成塔、其中三路作为冷激线分别调节合成塔二、三、四层(触媒)温度，一路作为塔底副线调节一层温度，另一路为二入主线气体，通过下部换热器管间与反应后的热气体换热、预热后沿中心管进入触媒层顶端，经过四层触媒的反应后进入下部换热器管内，从二次出口出塔、出塔后依次进入设置在塔外的废热锅炉、热交换器管内，与未反应循环气换热，再进入水冷却器管内进行冷却分离部分液氨。混合气体进入冷交换器管间，与氨冷来的冷循环气冷热交换后，气体得到了比水冷更进一步的冷却，冷却后的气体再在冷交的下部分离段进行分离，分离掉70%以上的液氨。分离后的气体出冷交换器后进入氨冷却器管间，氨冷后的气体和压缩来的新鲜气混合，再进入氨分离器再次分离液氨；氨分后气体再进入冷交换器管内，与反应后的循环气换热后进入循环机系统补压循环，这样就完成了一个气体循环过程。循环气中积累的CH4、Ar等惰性气体在水冷的一次出口处弛放，以保证循环气中惰性气体含量在控制指标内。
第四章 工艺设计计算书
4.1.物料衡算 1计算依据
（1）年产量120kt ，年生产时间扣除检修时间后按330天计，则氨产量为：15.151t/h （2）新鲜补充气组成见表4-1。
表4-1 新鲜补充气组成
组分
H 2 N 2 CH 4 Ar 总计 摩尔含量（%）
74.5
24
1.2
0.3
100
（3）合成塔入口中氨含量：NH 3入=2.5% （4）合成塔出口中氨含量：NH 3出=16.5% （5）合成塔入口惰性气体含量：CH 4 +Ar=17% （6）合成塔操作压力：32MPa （绝压） （7）精练气温度：35℃ 2 计算物料点流程
计算物料点流程见图4-1。
6
8
9
10
7
11
5 13
4 3 14 12
2 17 15 1 16
21 20
18
1.2.3.4.5.——精炼气 6.7.8.9.10.11.12.14.17.18.——合成气；
13——放空气 20——弛放气 15.16.19.21——液氨
图4-1 计算物料点流程
合成塔 水冷器 热交换器
废热锅炉
放空 油分离器 循环机 冷交换器 氨分离器
新鲜气
弛放
液氨储槽 氨冷器
4.1.1 合成塔物料衡算
（1）合成塔入口气组分
入塔氨含量: y5NH3=2.5％;
入塔甲烷含量：y5CH4=17.00％×1.2/（1.2+0.3）×100％=13.6％；
入塔氢含量：y5H2=［100-（2.5+17）］×3/4×100％=60.375％；
入塔氩含量：y5Ar=17％-13.6％=3.4％；
入塔氮含量：y5N2=［100-（2.5+17）］×1/4×100％=20.125％
入塔气组分含量汇总见表4-2。
表4-2 入塔气组分含量（％）
NH3CH4Ar H2N2小计
2.5 1
3.6 3.4 60.375 20.125 100
（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：M NH3=M5(y8NH3-y5NH3)/(1+y8NH3)=1000(0.165- 0.025)/(1+0.165)=120.17kmol
出塔气量: M8=入塔气量—生成氨含量=1000-120.17=879.83kmol
出塔氨含量：y8NH3=16.5％
出塔甲烷含量：y8CH4=(M5/M8)×y5CH4=(1000/879.83)×13.6％=15.2％
出塔氩含量：y8Ar=(M5/M8)×y5Ar=1000/879.83×3.4％=3.754％
出塔氢含量：y8H2=3/4(1-y8NH3-y8CH4-y8Ar)×100％
=3/4(1-0.165-0.152-0.03754)×100％=50.8845％出塔氮含量：y8N2=1/4(1-0.165-0.152-0.03754)×100％=16.9615％
出塔气体组分含量见表4-3。
表4-3 出塔气体组分含量（％）
NH3CH4Ar H2N2小计
16.5 15.2 3.754 50.8845 16.9615 100
（3）合成率：
合成率=2M NH3/［M5(1-y5NH3-y5CH4-y5Ar)］×100％
=2×120.17/［1000×(1-0.025-0.17)］×100％=29.86％
4.1.2氨分离器气液平衡计算
氨分离器入口混合物组分见表4-4。
表4-4已知氨分离器入口混合物组分m(i)
NH3CH4Ar H2N2小计
0.165 0.152 0.03754 0.50885 0.16961 1.00000
查t=35℃，P=29.1MPa时各组分平衡常数见表4-5。
表4-5 各组分平衡常数
K NH3K CH4K Ar K H2K N2
0.098 8.2 28.200 27.500 34.500
设（V/L）=11.1时，带入L×(i)=m(i)/［1+(V/L)×K(i)］=L(i):
L NH3=m NH3/［1+(V/L)×K NH3］=0.07903kmol
L CH4= m CH4/［1+(V/L)×K CH4］=0.00143 kmol
L Ar=m Ar/［1+(V/L)×K Ar］=0.00013 kmol
L H2=m H2/［1+(V/L)×K H2］=0.0163kmol
L H2=m N2)/［1+(V/L)×K N2］=0.00043 kmol
L总= L(NH3)+ L(CH4)+ L(Ar)+ L(H2)+ L(N2)=0.08264 kmol
分离气体量：V=1-L=1-0.08264=0.91736 kmol
计算气液比：（V/L）＇=0.91739/0.08261=11.1005
误差［（V/L）-（V/L）＇］/（V/L）=（11.10-11.1005）/11.10×100％=0.0047％，结果合理。
从而可计算出液体中各组分含量
液体中氨含量：x NH3=L NH3/L=0.07899/0.08261×100％=95.631％
液体中氩含量：x Ar=L Ar/L=0.000013/0.08261×100％=0.152％
液体中甲烷含量：x CH4=L CH4/L=0.00143/0.08261×100％=1.725％
液体中氢含量: x H2=L H2/L=0.00163/0.08261×100％=1.969％
液体中氮含量：x N2=L H2/L=0.00043/0.08261×100％=0.524％
氨分离器出口液体含量见表4-6。
表4-6 氨分离器出口液体含量
NH3CH4Ar H2N2小计
95.631 1.725 0.152 1.969 0.524 100.00
分离气体组分含量：
气体氨含量：y NH3=［m NH3-L NH3］/V=8.23％
气体甲烷含量：y CH4=［m CH4-L CH4］/V=15.86％
气体氩含量：y Ar=［m Ar-L Ar］/V=3.93％
气体氢含量：y H2=［m H2-L H2］/V=53.93％
气体氮含量：y N2=［m N2-L N2］/V=18.06％
氨分离器出口气体含量见表4-7。
表4-7 氨分离器出口气体含量（％）
NH3CH4Ar H2N2小计
8.23 15.86 3.93 53.93 18.06 100.00 4.1.3冷交换器气液平衡计算
查t=-10℃,p=28.3MPa的平衡常数见表4-8。
表4-8 各组分的平衡常数
K NH3K CH4K Ar K H2K N2
0.0254 27 51 75 80
冷交换器出口液体组分含量：
出口液体甲烷含量：x CH4=y CH4/ K CH4=0.427％
出口液体氨含量：x NH3=y NH3/ K NH3=98.425％
出口液体氩含量: x Ar=y Ar/ K Ar=0.068％
出口液体氢含量: x H2=y H2/ K H2=0.825％
出口液体氮含量: x N2=y N2/ K N2=0.258％
冷交换器出口液体组分含量见表4-9。
表4-9 冷交换器出口液体组分含量（％）
NH3CH4Ar H2N2小计
98.425 0.427 0.0679 0.825 0.258 100.00 4.1.4液氨贮槽气液平衡计算
由于氨分离器液体和冷交换器出口分离液体汇合后进入液氨贮槽经减压后溶解在液氨中的气体会解吸，即弛放气;两种液体百分比估算值，即水冷后分离液氨占总量的百分数
G％=（1+y5NH3）×(y8NH3-y NH3)/(( y8NH3- y5NH3)×(1- y NH3))
=[(1+0.025）×（0.132-0.09371）]/ [（0.132-0.025）×（1-0.13741）]
=57.588％
水冷后分离液氨占总量的57.588％冷交，氨冷后分离液氨占总量的
42.412％。液氨贮槽入口1kmol液体计算为准，即L0=1kmol入口液体混合后组分含量：
m(0i)=L(15)X15i+L16X16i
= G％L0X15i+(1- G％)X16i
=0.57588X15i+0.42412X16i
混合后入口氨含量：m0NH3=0.57588×0.9563+0.42412×0.9842=0.96816
混合后入口甲烷含量: m0CH4=0.57588×0.01724+0.42412×0.004274=0.01174 混合后入口氩含量: m0Ar=0.57588×0.001516+0.42412×0.0006787=0.00116 混合后入口氢含量：m0H2=0.57588×0.01969+0.42412×0.00825=0.01484 混合后入口氮含量：m0N2=0.57588×0.005237+0.42412×0.002578=0.00411 液氨贮槽入口液体含量见表4-10。
表4-10 液氨贮槽入口液体含量
m0NH3m0CH4m0Ar m0H2m0N2小计0.96816 0.01174 0.00116 0.01484 0.00411 1.0000 当t=17℃，P=1.568MPa时，计算得热平衡常数见表4-11。
表4-11 各组分的平衡常数
K NH3K CH4K Ar K H2K N2
0.598 170 540 575 620 根据气液平衡L(i)=m(0i)/[1+(V/L)k(i)],设(V/L)=0.05,代入上式得:
出口液体氨含量：L NH3=m0NH3/[(1+(V/L)×k NH3]
=0.968161/(1+0.05×0.598)=0.94005 k m ol
出口液体甲烷含量：L CH4=m0CH4/[ 1+(V/L)×k CH4]
=0.011744/(1+0.005×170)=0.00124 k m ol
出口液体氩含量：L Ar=m0Ar/[ 1+(V/L)×k Ar]
=0.001161/(1+0.05×540)=0.00004 k m ol
出口液体氢气含量：L H2=m0H2/[ 1+(V/L)×k H2]
=0.014839/(1+0.05×575)=0.0005 k m ol
出口液体氮气含量：L N2=m0N2/[ 1+(V/L)×k N2]
=0.004109/(1+0.05×620)=0.00013 k m ol
L(总)=0.94196,V=1-0.94196=0.058K m ol,(V/L) ＇=V/L=0.062
误差=(0.062-0.05)/0.05=-0.232％，假定正确。
出口液体氨含量：x NH3=L NH3/L=0.94/0.942×100％=99.798％
出口液体甲烷含量：x CH4=L CH4/L=0.00124/0.942×100％=0.131％
出口液体氩含量：x Ar=L Ar/L=0.00004/0.942×100％=0.004％
出口液体氢气含量：x H2=L H2/L=0.0005/0.942×100％=0.053％
出口液体氮气含量：x N2=L N2/L=0.00013/0.942×100％=0.014％
液氨贮槽出口液氨组分见表4-12。
表4-12 液氨贮槽出口液氨组分（％）
NH3CH4Ar H2N2小计
99.798 0.131 0.004 0.053 0.014 1.0000
出口弛放气组分含量：
弛放气氨含量：y NH3=(M0NH3-L NH3)/V=(0.96816-0.94)/0.058×100％=48.427％
弛放气甲烷含量：y CH4=(M0CH4-L CH4)/V=(0.01174-0.00124)/0.058×100％=18.104％弛放气氩含量：y Ar=(M0 Ar-L Ar)/V=(0.00116-0.00004)/0.058×100％=1.929％
弛放气氢气含量：y H2=(M0H2-L H2)/V=(0.01484-0.0005)/0.058×100％=24.707％
弛放气氮气含量：y N2=(M0N2-L N2)/V=(0.00411-0.00013)/0.058×100％=6.857％出口弛放气组分含量汇总见表4-13。
表4-13 出口弛放气组分含量（％）
NH3CH4Ar H2N2小计
48.427 18.104 1.929 24.707 6.857 100
4.1.5液氨贮槽物料计算
以液氨贮槽出口一吨纯液氨为基准折标立方米计算液氨贮槽出口液体量L(19)=1000×22.4/(0.99798×17)=1320.317m３
其中NH3L(19NH3)=L(19NH3)×X(19NH3)=1320.317×99.798﹪=1317.647m３CH4L(19CH4)=L(19CH4)×X(19CH4)=1320.317×0.131﹪=1.733 m３
Ar L(19Ar)=L(19Ar)×X(19Ar)=1320.317×0.004﹪=0.058 m３
H2L(19H2)=L(19H2)×X(19H2)=1320.317×0.053﹪=0.0699 m３
N2L(19N2)=L(19N2)×X(19N2)=1320.317×0.014﹪=0.18 m３液氨贮槽出口弛放气（V/L）=0.062
V(20)=0.062×L(19)=0.062×1320.317=81.355 m３
其中NH3 V(20NH3)=V(20NH3)×y(20NH3)=81.355×48.427﹪=39.398 m３
CH4V(20CH4)=V(20CH4)×y(20CH4)=81.355×18.104﹪=14.728 m３
Ar V(20Ar)=V(20Ar)×y(20Ar)=81.355×1.929﹪=1.569 m３
H2V(20H2)=V(20H2)×y(20H2)=81.355×24.707﹪=20.101 m３
N2V(20N2)=V(20N2)×y(20N2)=81.355×6.857﹪=5.579 m３
液氨贮槽出口总物料=L(19)+ V(19)=1320.317+81.355=1401.627 m３
由物料平衡，入槽总物料=出槽总物料，L(21)=L(19)+V(20)=1401.627 m３
入口液体各组分含量计算:L(21i)= L(19i) + V(20i)
其中NH3L(21CH4)=1317.647+39.398=1357.045 m３
CH4 L(21CH4)=1.733 +14.728 =16.461 m３
Ar L(21Ar)=0.058 +1.569 =1.627 m３
H2L(21H2)=0.699 +20.101= 20.8 m３
N2L(21N2)=0.180+ 5.579 =5.579 m３
入口液体中组分含量核算,由m′(0i)=L(21i)/L(21):
入口液体中氨含量m′(0NH3)=1357.045/1401.672×100﹪=96.816﹪
入口液体中甲烷含量m′(0CH4)=16.461/1401.672×100﹪=1.174﹪
入口液体中氩含量m′(0Ar)= 1.627/1401.672×100﹪=0.116﹪
入口液体中氢气含量m′(0H2)= 20.8/1401.672×100﹪=1.484%
入口液体中氮气含量m′(0N2)= 5.759/1401.672×100﹪=0.411%
入口液体中组分含量m′(0i)≈ M′(0i)
4.1.6合成系统物料计算
将整个合成看着一个系统，进入该系统的物料有新鲜补充气补V
补
，离开该系
统的物料有放空气V
放，液体贮槽弛放气V
弛
，产平液氨L
氨
，系统示意图见图4-2。
V入
V补V出
V放V驰L氨
图4-2 合成系统示意图
由前计算数据见下表4-14。
表4-14 各组分的含量
名称NH3CH4Ar H2N2气量
补充气-- 0.011 0.0033 0.7445 0.2412 V补
放空气0.09371 0.1414 0.04275 0.54151 0.18062 V放
弛放气0.48427 0.18104 0.01929 0.24707 0.06857 81.355
液氨0.99798 0.00131 0.00004 0.00053 0.00014 1320.317 入塔气 2.5 13.6 3.4 60.375 20.125 V入
出塔气0.165 0.152 0.03754 0.50885 0.16961 V出
根据物料平衡和元素组分平衡求V补,V放,V入,V出：
循环回路中氢平衡：
V补y H2补=V放y H2放＋V弛y H2弛+3/2V放y NH3放+3/2V弛y NH3弛+3/2L NH3 ┉┉┉（4-1）
循环回路中氮平衡:
V补y N2补=V放y N2放＋V弛y N2弛+1/2V放y NH3放+1/2V弛y NH3弛+1/2L NH3 ┉┉（4-2）
循环回路中惰性气体平衡: V补(y CH4放+y Ar放)=V弛(y CH4放+y Ar放)+V弛(y CH4弛+y Ar弛)
V补(0.011+0.0033)=V放(0.1414+0.04275)+81.355(0.18104+0.01929)
V补=12.878V放+1139.673 ┉┉┉┉（4-3）
循环回路中惰性气体平衡:V出y NH3-V入y NH3入=V放y放+V弛y NH3弛+L NH3
0.165V出-0.025V入=0.09736V放+ 1325.896 ┉┉┉┉（4-4）
循环回路中总物料体平衡: V入=V出+ V补- V放- V弛- L NH3= V出+ V补－V放
-32.974-1317.647= V出+ V补－V放- 1401.627 ┉┉┉┉（4-5）-
联立（4-10）；（4-2）；（4-3）；（4-4）；（4-5）各式解得：
V放=137.618 m３; V补=2199.921 m３; V出=10049.48 m３; V入=11422.11 m3
4.1.7合成塔物料计算
入塔物料：V5=11422.11 m3
NH3V5NH3=11422.11×2.5﹪=285.553m3
CH4 V5CH4=11422.11×13.6﹪=1553.406m3
Ar V5Ar=11422.11×3.4﹪=388.352m3
H2 V5H2=11422.11×60.375﹪=6896.098m3
N2 V5N2=11422.11×20.125﹪=2298.699m3
合成塔一出，二进物料，热交换器，冷气进出物料等于合成塔入塔物料
即V5=V6=V7=10049.48 m3
出塔物料V8=10049.48 m3
NH3V8NH3=10049.48×16.5﹪=1658.164 m3
CH4 V8CH4=10049.48×15.2﹪=1527.521 m3
Ar V8Ar=10049.48×3.745﹪=395.380 m3
H2 V8H2=10049.48×50.8845﹪=5008.501 m3
N2 V8N2=10049.48×16.9615﹪=1669.500 m3
合成塔生成氨含量：ΔV NH3=V8NH3-V5NH3
=1658.164 -285.553=1372.611m3=1041.714kg 沸热锅炉进出口物料，热交换器进出口物料等于合成塔出塔物料。
即V8=V9=V10=10049.48 m3
4.1.8水冷器物料计算
进器物料：水冷器进气物料等于热交换器出口物料，即V10入=10049.48 m3 出器物料：在水冷器中部分气氨被冷凝；由氨分离器气液平衡计算得气液比(V/L)=11.1,有如下方程:
V11出/L11出=(V/L)=11.1 ┉┉┉┉┉┉（4-6）
V11出+L11出=L10入=10049.48 ┉┉┉┉┉（4-7）
将V11出=11.1L11出带入（4-7）得:
L11出=830.5 m3V11出=9218.98 m3
出口气体组分由V11i=V11出y11i得:
其中，NH3V11NH3=9218.98×9.371%=863.948m3
CH4 V11CH4=9218.98×14.141% =1303.611m3
Ar V11Ar=9218.98× 4.275% =394.121m3
H2 V11H2=9218.98×54.151% =4992.147m3
N2 V11N2=9218.98×18.062% =1665.152m3
出口液体各组分由L11i=V8i-V11i
其中，NH3L11NH3=1658.164 -863.946 =794.216m3
CH4 L11CH4=1317.934 -1303.611 =14.322m3
Ar L11Ar=395.38 -394.121 =1.259m3
H2 L11H2=5008.501 -4992.147 =16.354m3
N2 L11N2=1669.5 -1665.152= 4.348m3
4.1.9氨分离器物料计算
进器物料：氨分离器进器总物料等于水冷器出口气液混合物总物料即V11=V11出+L11出=9218.98 +830.5 =10049.48 m3出器物料：气液混合物在器内进行分离，分别得到气体和液体
出器气体V12＝V11
出＝9218.98 m 3，出器液体L
15
＝L11
出＝830.5 m
3
氨分离器出口气体放空V13=137.618 m3
其中，NH3V13NH3=137.618×9.371% =12.897m3
CH4 V13CH4=137.618×14.141% =19.46m3
Ar V13Ar=137.618× 4.275% =5.883m3
H2 V13H2=137.618×54.151% =74.521m3
N2 V13N2=137.618×18.062% =24.857m3
4.1.10冷交换器物料计算
进冷交换器物料：进冷交换器物料等于氨分离器出口气体物料减去放空气量V14=V12-V13=9218.98 -137.618 =9081.362 m3
其中，NH3V14NH3=9081.362 ×9.376% =851.051 m3
CH4 V14CH4=9081.362 ×14.141% =1284.152 m3
Ar V14Ar=9081.362× 4.275%= 388.238 m3
H2 V14H2=9081.362 ×54.151% =4917.426 m3
N2 V14N2=9081.362 ×18.062% =1640.295 m3
出冷交换器物料（热气）：
设热气出口温度17℃查t=17℃,P=28.42MPa气相平衡氨含量y NH3=5.9﹪，计算热气出口冷凝液氨时，忽略溶解在液氨中的气体。取过饱和度10﹪
故V17NH3=1.1×5.9﹪=6.49﹪
设热气出口氨体积为，则：
a/(9081.362 +851.051+a)=0.0649 a=571.219 m3
L17NH3=V14NH3-a=851.362 -571.219 =279.832 m3
冷交换器热气出口气量及组分：
其中NH3V17NH3= V14NH3-L17NH3=851.362 -279.832= 571.219 m3
CH4 V17CH4= V14CH4 =1284.152 m3
Ar V17Ar=V14Ar=388.238 m3
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
年产3000 吨丙烯氰合成工段换热器工艺设计
目录 一、设计说明 (3) 1.1 概述 (3) 1.2丙烯腈生产技术的发展概况 (3) 1.2.1国外的发展情况 (3) 1.2.2国内的发展情况 (4) 1.3 世界X围内产品的生产厂家、产量 (6) 1.4世界X围内生产该产品的所有工艺及其分析 (7) 1.4.1环氧乙烷法 (7) 1.4.2 乙炔法 (7) 1.4.3丙烯氨氧化法 (7) 1.5设计任务 (8) 二、生产方案 (8) 2.1 工艺技术方案及原理 (8) 2.2 主要设备方案 (9) 2.2.1催化设备 (9) 2.2.2控制系统 (10) 三、物料衡算和热量衡算 (10) 3.1 生产工艺及物料流程 (10) 3.2 小时生产能力 (14) 3.3 物料衡算和热量衡算 (14) 3.3.1反应器的物料衡算和热量衡算 (14) 3.3.2废热锅炉的热量衡算 (17) 3.3.3空气饱和塔物料衡算和热量衡算 (18) 3.3.4 氨中和塔物料衡算和热量衡算 (21) 3.3.5换热器物料衡算和热量衡算 (27) 3.3.6丙烯蒸发器热量衡算 (32) 3.3.7丙烯过热器热量衡算 (33) 3.3.8氨蒸发器热量衡算 (33) 3.3.9气氨过热器 (34) 3.3.10 混合器 (34) 3.3.11 空气加热器的热量衡算 (35) 3.3.12吸收水第一冷却器 (36) 3.3.13 吸收水第二冷却器 (36) 四、主要设备的工艺计算 (37) 4.1 空气饱和塔 (37) 4.2 水吸收塔 (40) 4.3 合成反应器 (43) 4.4 废热锅炉 (45) 五、环境保护要求 (46) 5.1丙烯腈生产中的废水和废气及废渣的处理 (46) 六、参考文献 (50) 1设计说明
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。
年产五万吨合成氨合成工段工艺设计设计
目录 中文摘要 (1) 英文摘要 (2) 1 引言 (2) 1.1 氨的基本用途 (2) 1.2 合成氨技术的发展趋势 (2) 1.3 合成氨常见工艺方法 (2) 1.3.1 高压法 (2) 1.3.2 中压法 (2) 1.3.3 低压法 (2) 1.4 设计条件 (2) 1.5 物料流程示意图 (2) 2 物料衡算 (2) 2.1 合成塔入口气组成 (2) 2.2 合成塔出口气组成 (2) 2.3 合成率计算 (2) 2.4 氨分离器出口气液组成计算 (2) 2.5 冷交换器分离出的液体组成 (2) 2.6 液氨贮槽驰放气和液相组成的计算 (2) 2.7 液氨贮槽物料衡算 (2) 2.8 合成循环回路总物料衡算 (2) 3 能量衡算 (2) 3.1 合成塔能量衡算 (2) 3.2废热锅炉能量衡算 (2) 3.3 热交换器能量衡算 (2) 3.4 软水预热器能量衡算 (2) 3.5 水冷却器和氨分离器能量衡算 (2) 3.6 循环压缩机能量衡算 (2) 3.7 冷交换器与氨冷器能量衡算 (2) 3.8 合成全系统能量平衡汇总 (2) 4 设备选型及管道计算 (2) 4.1 管道计算 (2) 4.2 设备选型 (2) 结论 (2) 致谢 (2) 参考文献 (2)
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：H 2 73.25%，N 2 25.59%， CH 4 1.65%,Ar 0.51%合成操作压力为31MPa， 合成塔入口气的组成为NH 3(3.0%),CH 4 +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
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)
毕业设计（论文）任务书 化学化工院化工系（教研室）系（教研室）主任: （签名） 年月日 学生姓名: 学号: 专业: 化学工程与工艺 1 设计（论文）题目及专题：年产20万吨PVC合成工段工艺设计 2 学生设计（论文）时间：自 2 月 20 日开始至 6 月 2 日止 3 设计（论文）所用资源和参考资料：1）化工设计；2）化工设备设计；3）化工工艺设计手册；4）有机合成；5）株洲化工厂现场实习资料。 4．设计（论文）完成的主要内容：1）总论；2）生产流程及生产方案的确定； 3）生产工艺流程叙述；4）工艺计算； 5）工艺管道设计； 6）安全与节能; 7.技术经济. 5．提交设计（论文）形式（设计说明与图纸或论文等） 1. 带控制点生产工艺流程图； 2. 车间立面布置图； 3. 合成塔结构图。 4 厂房设计平面图 6 发题时间：二○一一年二月二十日 指导教师：（签名） 学生（签名）
内容摘要 本文讲述了我国聚氯乙烯工业生产技术的发展进程和目前状况，包括原料路线、工艺设备、聚合方法等。本设计采用悬浮法生产聚氯乙烯，介绍了采用悬浮法生产PVC树脂工聚合机理，工艺过程中需要注意的问题，包括质量影响因素，工艺条件及合成工艺中的各种助剂选择，对聚合工艺过程进行详细的叙述。并且从物料衡算、热量衡算和设备计算和选型三个方面进行准确的工艺计算，对厂址进行了选择，采取了防火防爆防雷等重要措施，对三废的处理回收等进行了叙述，画出了整个工艺的流程图。 关键词：聚氯乙烯；生产技术；悬浮法；乙炔法；乙烯法； 防粘釜技术；
目录 第一章总论 (2) 1.1 国内外 pvc发展状况及发展趋势 (2) 1.2 单体合成工艺路线 (3) 1.2.1乙炔路线 (3) 1.2.2乙烯路线 (4) 1.3聚合工艺实践方法 (5) 1.3.1本体法聚合生产工艺 (5) 1.3.2乳液聚合生产工艺 (5) 1.3.3悬浮聚合生产工艺 (6) 1.4最佳的配方、后处理设备的选择 (7) 1.4.1配方的选择 (7) 1.4.2后处理设备侧选择 (7) 1.5 防粘釜技术 (9) 1.6原料及产品性能 (9) 1.7 聚合机理 (11) 1.7.1自由基聚合机理 (11) 1.7.2链反应动力学机理 (12) 1.7.3 成粒机理与颗粒形态 (12) 1.8影响聚合及产品质量的因素 (13) 1.9工艺流程叙述 (14)
合成氨仿真实习报告 篇一：合成氨仿真实习报告 南京工业大学 城建学院 仿真实习报告书 刘皓 28 安全工程系 化学化工实验教学中心 XX年10月 合成仿真实习报告 30万吨合成氨装置模型照片 一、实习的目的 合成仿真实习是理论联系实际，应用和所学专业知识的一项重要环节，是培养我们动手能力和学习能力的一个重要手段。仿真实习是以仿真的实习模式，在既保证学生安全又能完美提供实习机会的情况下，学校给予我们的一次专业实践的机会。是我们在学习专业知识后进行实际运用的重要环节，它对培养我们的动手能力有很大的意义，同时也能使我们了解化工工艺的重点要素，仿真实习是我们走向工作岗位的必要前提。
二、实习要求 1．实习装置为合成氨生产仿真装置。要求了解并熟悉生产过程及控制，包括： 1）生产方法和原理，原料、催化剂及产品特性； 2）生产工艺流程（流程中设备、主副管线，过程操作和控制）； 3）各工序工艺条件及控制：主要设备操作温度、压力和组成； 4）主要设备型式、结构； 5）主要设备及管线上的控制仪表及调节方法。 2.搜集信息途径 1）听讲座（拟安排工艺及设备、仿真装置及操作等讲座）； 2）现场实习：熟悉工艺流程、设备、及仿真软件操作，熟悉仿真模型； 3）阅读实习指导书、流程图、设备图及其它文献资料。 三、实习内容 仿真实习的主要内容是：以河南化肥厂为原型的大型合成氨全流程仿真模型和以宁夏化工厂为原型的合成氨大工段DCS控制系统仿真软件。两者均以天然气为原料的合成氨工艺，通过仿真实习了解合成氨工艺原理与流程，掌握合成
氨生产中的主要参数和DCS控制系统的操作。 以下为东方仿真软件的合成氨工艺流程。 (1) 合成氨装置转化工段 1 概述 转化工段包括下列主要部分: 原料气脱硫、原料气的一段蒸汽转化、转化气的二段转化、高变、低变、给水、炉水和蒸汽系统。 2 原料气脱硫 天然气中含有少量硫化物，这些硫化物可以使多种催化剂中毒而不同程度地使其失去活性，硫化氢能腐蚀设备管道。因此，必须尽可能地除去原料气中的各种硫化物。 加氢转化主要指在加入氢气的条件下使原料气中有机硫转化为无机硫。加氢转化不能达到直接脱硫的目的，但经转化后就大大的利于硫的脱除。在有机硫转化的同时，也能使烯烃类加氢转化为烷氢类从而可减少下一工序蒸汽转化催化剂析炭的可能性。 在采用钴钼催化剂的条件下，主要进行如下反应： R-SH+H2=RH+H2S R-S-R’+2H2=RH+R’H+H2S C4H4S+4H2=C4H10+H2S RC=CR’+H2=RCH2-CH2R’
年产30万吨合成氨脱碳 工艺项目 可行性研究报告 指导教师：姚志湘 学生：魏景棠
目录 第一章总论 (3) 1.1 概述 (3) 1.1.1 项目名称 (3) 1.1.2 合成氨工业概况 (3) 1.2 项目背景及建设必要性 (4) 1.2.1 项目背景 (4) 1.2.2 项目建设的必要性 (4) 1.2.3 建设意义............................................................................. 错误！未定义书签。 1.2.4 建设规模 (4) 第二章市场预测 (6) 2.1国内市场预测 (6) 2.2 产品分析 (6) 第三章脱碳方法及种类.. (7) 3.1 净化工序中脱碳的方法. (7) 3.1.1 化学吸收法 (7) 3.1.2 物理吸收法 (8) 3.1.3 物理化学吸收法................... (8) 3.1.4 固体吸收法 (10) 3.2碳酸丙烯酯（PC）法脱碳基本原理 (10) 3.2.1 PC法脱碳技术国内外的情况 (10) 3.2.2 发展过程 (10) 3.2.3 技术经济 (11) 3.2.4 工艺流程 (11) 3.2.5 存在的问题及解决方法 (12) 3.2.6 PC脱碳法发展趋势 (13)
第一章项目总述 2.1 概述 1.1.1项目名称 年产30万吨合成氨脱碳工段工艺设计 1.1.2合成氨工业概况 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： CaCN2＋3H2O（g）→2NH3（g）＋CaCO3 在合成氨工业化生产的历史中，合成氨的生产规模（以合成塔单塔能力为依据）随着机械、设备、仪表、催化剂等相关产业的不断发展而有了极大提高。50年代以前，最大能力为200吨/日，60年代初为400吨/日，美国于1963年和1966年分别出现第一个600t/d 和1000t/d的单系列合成氨装置，在60-70年代出现1500-3000t/d规模的合成氨。 世界上85%的合成氨用做生产化肥，世界上99%的氮肥生产是以合成氨为原料。虽然全球一体化的发展减少了用户的选择范围，但市场的稳定性却相应地增加了，世界化肥生产的发展趋势是越来越集中到那些原料丰富且价格便宜的地区，中国西北部有蕴藏丰富的煤炭资源，为发展合成氨工业提供了极其便利的条件。 2.2 项目背景及建设必要性 1.2.1 项目背景 我国是一个人口大国，农业在国民经济中起着举足轻重的作用，而农业的发展离不开化肥。氮肥是农业生产中需要量最大的化肥之一，合成氨则是氮肥的主要来源，因而合成氨工业在国民经济中占有极为重要的位置。 我国合成氨工业始于20世纪30年代，经过多年的努力，我国的合成氨工业得到很大的发展，建国以来合成氨工业发展十分迅速，从六十年代末、七十年代初至今，我国陆续引进了三十多套现代化大型合成氨装置，已形成我国特有的煤、石油、天然气原料并存和大、中、小规模并存的合成氨生产格局。目前我国合成氨产能和产量己跃居世界前列。 但是，由于在我国合成氨工业中，中小型装置多，技术基础薄弱，国产化水平低，远远不能满足农业生产和发展的迫切需要，因此，开发新技术的同时利用计算机数学模型来提高设汁、生产、操作和管理等的核算能力，促进设计、管理和生产操作的优化，从而推动合成氨工业发展，提升整体技术水平，己成为国内当前化学工程科研、工程设计的重要课题。
目录 摘要 (3) ABSTRACT (4) 第一章总论 (5) 1.1 概述 (5) 1.2 氨的性质 (5) 1.2.1 氨的物理性质 (5) 1.2.2氨的化学性质 (6) 1.3 原料气来源 (6) 1.4 文献综述 (6) 1.4.1 合成氨工业的发展 (7) 1.4.2我国合成氨工业的现状 (7) 1.4.3合成氨工业的发展趋势 (7) 1.5 设计任务的项目来源 (8) 第二章流程方案的确定 (9) 2.1生产原理 (9) 2.2各生产方法及特点 (9) 2.3工艺条件的选择 (10) 2.4合成塔进口气的组成 (11) 第三章工艺流程简述 (13) 3.1 合成工段工艺流程简述 (13) 3.2 工艺流程方框图 (14) 第四章工艺计算 (15) 4.1 物料衡算 (15) 4.1.1设计要求 (15) 4.1.2计算物料点流程图 (16) 4.1.3合成塔入口气组分 (16) 4.1.4合成塔出口气组分 (17) 4.1.5合成率 (18)
4.1.6氨分离器气液平衡计算 (18) 4.1.7冷交换器气液平衡计算 (20) 4.1.8液氨贮槽气液平衡计算 (21) 4.1.9合成系统物料计算 (24) 4.1.10合成塔物料计算 (25) 4.1.11水冷器物料计算 (26) 4.1.12氨分离器物料计算 (27) 4.1.13冷交换器物料计算 (27) 4.1.15氨冷器物料计算 (30) 4.1.17液氨贮槽物料计算 (30) 4.2 热量衡算 (30) 4.2.1冷交换器热量计算 (30) 4.2.2 氨冷凝器热量衡算 (33) 4.2.3循环机热量计算 (33) 4.2.4合成塔热量衡算 (35) 4.2.5废热锅炉热量计算 (37) 4.2.6热交换器热量计算 (38) 4.2.7水冷器热量衡算 (39) 第五章设备选型及设计计算 (40) 5.1 合成塔催化剂层设计 (40) 5.2 废热锅炉设备工艺计算 (42) 5.2.1计算条件 (42) 5.2.2管内给热系数的计算 (42) 5.2.3管外给热系数 (46) 5.2.4传热总系数K (46) 5.2.5传热温差 (47) 5.2.6传热面积 (47) 参考文献 (50) 致谢 (51)
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
丙烯腈合成工段的工艺设计 前言 毕业设计是培养学生运用理论知识进行实际设计能力的重要实践教学环节，是理论与实际结合的重要连接点。在教师指导下毕业设计可以培养我们独立思考，运用所学到的基本理论并结合生产实际的知识，综合的分析和解决工程实际问题的能力。 本次毕业设计所设计的内容为年产6万吨丙烯腈合成工段的工艺设计，通过认真细听老师课堂上讲解和任务布置，我们了解到了为完成设计需要查找资料的方向，并进行了细心的查阅，掌握了基本的理论知识。对于刚进行设计的人来说，学会收集、理解、熟悉和使用各种资料，正是设计课程需要培养的重要方面，化工设计非常强调标准规范。但是并不是限制设计的创造和发展，因此遇到与设计要求有矛盾时，经过必要的手续可以放弃标准而服从设计要求。通过设计应知道如何查取数据知道如何查找资料对丙烯腈合成工段的工艺设计有了一个全新的 认识，知道如何选取相关数据参数，建立一个工程概念，知道工程和理论的区别。对于物料衡算和热量衡算、主要设备的工艺计算（反应器）等都有一个全新的认识和了解，知道如何使用手册和资料，认识工程。
一、产品的性状、用途、国内外市场情况 1.1 丙烯腈简介 丙烯腈是一种重要的有机合成单体，在丙烯产品系列中居第二，仅次于聚丙烯，是三大合成材料(纤维、橡胶、塑料)的重要化工原料，主要用来生产聚丙烯腈纤维(腈纶)、丙烯腈- 丁二烯-苯乙烯(ＡＢＳ)塑料、苯乙烯(ＡＳ)塑料、丙烯酰胺等。丙烯腈在合成纤维、合成树脂等高分子材料中占有显著地位，应用前景广阔。除此之外，丙烯腈聚合物与丙烯腈衍生物也广泛应用于建材及日用品中 1.2 丙烯腈物化性质 1.2.1 丙烯腈物理性质 无色或淡黄色液体，有特殊气味，分子量：53.06 沸点：77.3℃冰点：－83.5 ℃生成热：184.2 kJ/mol(25℃) 燃烧热：1761.5 kJ/mol 聚合热：72.4 kJ/mol 蒸汽压：11.0KPa(20℃) 闪点：0℃自燃点：481℃爆炸极限：在空气中 3.0%～17%（体积）油水分配系数：辛醇/水分配系数的对数值为-0.92 毒性：剧毒，毒作用似氢氰酸溶解性：溶于丙酮、苯、四氯化碳、乙醚、乙醇等有机溶剂，微溶于水 1.2.2 丙烯腈化学性质 丙烯腈由于分子结构带有C=C双键及-CN键，所以化学性质非常活泼，可以发生加成、聚合、腈基及氢乙基化等反应。聚合反应和加成反应都发生在丙烯腈的C=C 双键上，纯丙烯腈在光的作用下能自行聚合，所以在丙烯腈成品及丙烯腈生产过程中，通常要加少量阻聚剂，如对苯酚甲基醚（阻聚剂MEHQ）、对苯二酚、氯化亚铜和胺类化合物等。除发生自聚外，丙烯腈还能与苯乙烯、丁二烯、乙酸乙烯、丙烯酰胺等发生共聚反应，由此可制得合成纤维、塑料、涂料和胶粘剂等。丙烯腈经电解加氢偶联反应可以制得已二腈。氰基反应包括水合反应、水解反应、醇解反应等，丙烯腈和水在铜催化剂存在下，可以水合制取丙烯酰胺。氰乙基化反应是丙烯腈与醇、硫醇、胺、氨、酰胺、醛、酮等反应；丙烯腈和醇反应可制取烷氧基丙胺，烷氧基丙胺是液体染料的分散剂、抗静电剂、纤维处理剂、表面活性剂、医药等的原料。丙烯腈与氨反应可制得1，3 丙二胺，该产物可用作纺织溶剂、聚氨酯溶剂和催化剂。 1.3 丙烯腈的用途
南京工业大学 合成氨仿真实习报告书 学院：城市建设与安全工程学院班级、学号：安全1905090323 姓名（签名）： 2011年11 月
1 实习目的 仿真实习是认识实习实习计划的组成部分，通过实习使学生了解化工生产一般特点、规律和工艺参数的控制，获得化工生产实践知识，培养运用化工专业理论知识，分析和解决实际问题的能力，为今后毕业论文（设计）和所从事的化工实际工作打下良好的实践基础。 2 实习要求 1.实习装置为合成氨生产仿真装置。要求了解并熟悉生产过程及控制，包括： 1）生产方法和原理，原料、催化剂及产品特性； 2）生产工艺流程（流程中设备、主副管线，过程操作和控制）； 3）各工序工艺条件及控制：主要设备操作温度、压力和组成； 4）主要设备型式、结构； 5）主要设备及管线上的控制仪表及调节方法。 2.搜集信息途径 1）听讲座（拟安排工艺及设备、仿真装置及操作等讲座）； 2）现场实习：熟悉工艺流程、设备、及仿真软件操作，熟悉仿真模型； 3）阅读实习指导书、流程图、设备图及其它文献资料。 3 实习内容 仿真实习的主要内容是：以河南化肥厂为原型的大型合成氨全流程仿真模型和以宁夏化工厂为原型的合成氨大工段DCS控制系统仿真软件。两者均以天然气为原料的合成氨工艺，通过仿真实习了解合成氨工艺原理与流程，掌握合成氨生产中的主要参数和DCS控制系统的操作。
3.1 合成氨装置转化工段 1、概述 转化工段包括下列主要部分: 原料气脱硫、原料气的一段蒸汽转化、转化气的二段转化、高变、低变、给水、炉水和蒸汽系统。 2、原料气脱硫 天然气中含有少量硫化物，这些硫化物可以使多种催化剂中毒而不同程度地使其失去活性，硫化氢能腐蚀设备管道。因此，必须尽可能地除去原料气中的各种硫化物。 加氢转化主要指在加入氢气的条件下使原料气中有机硫转化为无机硫。加氢转化不能达到直接脱硫的目的，但经转化后就大大的利于硫的脱除。在有机硫转化的同时，也能使烯烃类加氢转化为烷氢类从而可减少下一工序蒸汽转化催化剂析炭的可能性。 在采用钴钼催化剂的条件下，主要进行如下反应： R-SH+H2=RH+H2S R-S-R’+2H2=RH+R’H+H2S C4H4S+4H2=C4H10+H2S RC=CR’+H2=RCH2-CH2R’ 氧化锌是一种内表面积颇大，硫容较高的接触反应型脱硫剂。除噻吩及其衍生物外，脱除硫化氢及各种有机硫化物的能力极高，可将出口气中硫含量降至0.1PPm以下。 氧化锌脱硫反应：ZnO+H2S=ZnS+H2O 原料天然气在原料气预热器（141－C）中被低压蒸汽预热后，进入活性碳脱硫槽（101－DA、102－DA一用一备），进行初脱硫后，经压缩机（102－J）加压。在一段炉对流段低温段加热到230℃左右与103-J段来的氢混合后进入Co －Mo加氢和氧化锌脱硫槽（108－D）终脱硫后，天然气中的总硫≤0.1ppm。 3、原料气的一段蒸汽转化 经脱硫后的原料气的总硫含量降至0.1PPm以下，与水蒸汽混合后进行转化反应：
1引言 盐酸，又称氢氯酸,是氯化氢的水溶液。亦是氯碱企业中最基本的无机酸和化工原料之一,也是氯碱厂做好氯气产品生产能力平衡的关键产品和大宗的化学合成法产品。 氯碱，即氯碱工业，也指使用饱和食盐水制氯气氢气烧碱的方法。工业上用电解饱和NaCl 溶液的方法来制取NaOH 、Cl 2和H 2，并以它们为原料生产一系列化工产品，称为氯碱工业。 工业上利用氢气与氯气合成的方法生产氯化氢，因此盐酸是氯碱工业的重要产品。 1.1盐酸概况 1.1.1物理性质 盐酸是无色液体，具有腐蚀性，是氯化氢的水溶液（工业用盐酸会因有杂质三价铁盐而略显黄色）。氯化氢分子量36.46，密度大于空气，标准状态下的密度为1.639g ／L ，临界温度为51.54℃，临界压力为8314kPa 。氯化氢气体在水中的溶解度很大，随着氯化氢的分压的升高而增加，随着温度的上升而降低。 在化学上人们把盐酸和硫酸、硝酸、氢溴酸、氢碘酸、高氯酸合称为六大无机强酸，有刺激性气味。由于浓盐酸具有挥发性，挥发出的氯化氢气体与空气中的水蒸气作用形成盐酸小液滴，所以会看到酸雾。 主要成分：氯化氢，水。 熔点(℃)：-114.8(纯HCl) 沸点(℃)：108.6(20%恒沸溶液) 相对密度(水=1)：1.20 相对蒸气密度(空气=1)：1.26 饱和蒸气压(kPa)：30.66(21℃) 溶解性：与水混溶，浓盐酸溶于水有热量放出。溶于碱液并与碱液发生中和反应。能与乙醇任意混溶，溶于苯。 氯化氢在101.3kPa 压力下，沸点为—85℃，凝固点为—114.2℃。 氯化氢的比热容在常压下15℃时为0.8124kJ ／kg ℃，在0—1700℃范围内，可按下式计算(其误差为1.5％) 50.7557511.2505C T -=+?10 (8-1),式中，T 为绝对温度K 。 15℃时盐酸的密度与浓度之间的关系
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
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)
氨合成仿真实习报告 一、实习目的及意义 仿真实习是毕业实习计划的组成部分，通过实习使学生了解化工生产一般特点、规律和工艺参数的控制，获得化工生产实践知识，培养运用化工专业理论知识，分析和解决实际问题的能力，为今后毕业论文（设计）和所从事的化工实际工作打下良好的实践基础。 二、合成氨工艺原理与流程 (1) 合成氨装置转化工段 1 概述 转化工段包括下列主要部分: 原料气脱硫、原料气的一段蒸汽转化、转化气的二段转化、高变、低变、给水、炉水和蒸汽系统。 2 原料气脱硫 天然气中含有少量硫化物，这些硫化物可以使多种催化剂中毒而不同程度地使其失去活性，硫化氢能腐蚀设备管道。因此，必须尽可能地除去原料气中的各种硫化物。 加氢转化主要指在加入氢气的条件下使原料气中有机硫转化为无机硫。加氢转化不能达到直接脱硫的目的，但经转化后就大大的利于硫的脱除。在有机硫转化的同时，也能使烯烃类加氢转化为烷氢类从而可减少下一工序蒸汽转化催化剂析炭的可能性。 在采用钴钼催化剂的条件下，主要进行如下反应： R-SH+H2=RH+H2S R-S-R’+2H2=RH+R’H+H2S C 4H 4 S+4H 2 =C 4 H 10 +H 2 S RC=CR’+H 2=RCH 2 -CH 2 R’ 氧化锌是一种内表面积颇大，硫容较高的接触反应型脱硫剂。除噻吩及其衍生物外，脱除硫化氢及各种有机硫化物的能力极高，可将出口气中硫含量降至0.1PPm以下。 氧化锌脱硫反应：ZnO+H 2S=ZnS+H 2 O 原料天然气在原料气预热器（141－C）中被低压蒸汽预热后，进入活性碳脱硫槽（101－DA、102－DA一用一备），进行初脱硫后，经压缩机（102－J）加压。在一段炉对流段低温段加热到230℃左右与103-J段来的氢混合后进入Co－Mo加氢和氧化锌脱硫槽（108－D）终脱硫后，天然气中的总硫≤0.1ppm。
1 绪论 1.1炼焦煤气中回收苯族烃的意义 炼焦化学工业是煤炭综合利用的专业。煤在炼焦时除了有75%左右变成焦炭外，还有25%左右生成各种化学品及煤气，为了便于说明将煤炭炼焦时的产品列出如下：（单位：2 /Nm g） 75%25% 250~450 80~120 30~45 8~16 6~30 2~2.5 1.0~ 2.5 8~12 0.4~0.6? ? ? ? ? ? ? ←??????→? ??????? 2水煤汽焦油汽粗苯氨 焦炭煤荒煤气硫化氢 其它硫化物(CS,噻吩等) 氰化物 萘 吡啶盐基 由此看来，从荒煤气中粗苯的含量来看，回收粗苯是十分必要的。 焦炉煤气经硫铵工段后进入粗苯工段，进行苯族烃的回收并制取粗苯，目前我国焦化工业生产的苯类产品仍占很重要的地位。 1.2粗苯的性质 粗苯是多种芳烃族和和其它多种碳氢化合物组成的复杂混合物，粗苯的主要成分是苯、二甲苯、甲苯及三甲苯等，此外，还含有一些不饱和化合物，硫化物及少量的酚类和吡啶碱类。在用洗油回收煤气中的苯族烃时，则尚有少量轻质馏分掺杂在其中。 粗苯是谈黄色的透明液体，比水轻，不溶于水。在贮存时，由于轻质不饱和化合物的氧化和聚合所形成的树脂状物质能溶于粗苯使其着色并很快地变暗。在常温下，粗苯的比重是0.891～0.92kg/L。粗苯是易燃易爆物质，闪点12℃.粗苯蒸汽在空中的浓度达到1.4～7.5%（体积）范围内时，及形成爆炸性的混合物。 粗苯质量的好坏以实验室蒸馏时180℃前蒸馏出量的百分数来确定，粗苯的沸点范围是75～200℃，180℃前溜出量越多，粗苯质量越好；在180℃后的溜出物则为溶剂油。 粗苯易燃易爆，要求工段必须严禁烟火，并对电动机加以防爆。 粗苯的组成取决于炼焦配煤的组成及炼焦产物在炭化室内热解程度，粗苯各组分的平均含量见下表（表1-1）。
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。