摘要
本文是关于以天然气为原料年产15万吨合成氨变换工段初步设计。在合成氨的生产中，一氧化碳变换反应是非常重要的反应。本设计的原料气中含有部分一氧化碳，不能直接作为合成氨的原料，而且对合成氨的催化剂有毒害作用，必须在催化剂的作用下通过变换反应除去。因此，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。本设计采用中串低工艺流程，其主要包括工艺路线的确定、中低温变换炉的物料衡算和热量衡算、变换炉和换热器进行总体结构设计及计算。最终绘制出了该工序带控制点的工艺流程图。
关键词：天然气；一氧化碳变换；低温变换炉
Abstract
This article is a preliminary design section what about the annual output of natural gas as raw materials to transform fifteen thousand tons of carbon monoxide ammonia .In the production of ammonia, carbon monoxide shift conversion is a very important reaction. Because the gas contains part of carbon monoxide and it not only couldn't be directly used as those of the raw materials of synthetic ammonia, but also have poisoning effect on the catalyst of ammonia there must be removed through the catalytic reaction about the catalyst for transformation. So the carbon monoxide shift conversion is not only a gas purification process of raw materials, but also the manufacturing process of feed gas. This design uses medium and low temperature shift in series process, it contains the determination of process route, the Medium and Low Temperature Shifting Furnace of material balance and heat balance, shifting furnace and heat exchanger in overall structure design and calculation. Finally draw out the process control with process flow diagram.
Keywords: natural gas; carbon monoxide shift conversion;Low Temperature Shifting Furnace
目录
摘要.................................................................................................................................................. I Abstract .......................................................................................................................................... II 目录............................................................................................................................................... I II 1 综述...................................................................................................................................... - 1 -1.1氨的性质和用途 . (1)
1.1.1 氨的理化性质......................................................................................................... - 1 -
1.1.2 氨的用途................................................................................................................. - 1 -1.2合成氨技术的发展史 .. (2)
1.2.1 世界合成氨技术的发展......................................................................................... - 2 -
1.2.2 中国合成氨工业的发展概况................................................................................. - 3 -1.3合成氨转变工序的工艺原理 .. (4)
1.3.1 合成氨的典型工艺流程介绍................................................................................. - 4 -
1.3.2 合成氨转化工序的工艺原理................................................................................. - 5 -
1.3.3 合成氨变换工序的工艺原理................................................................................. - 6 -1.4设计方案的确定 . (6)
1.4.1 原料的选择............................................................................................................. - 6 -
1.4.2 工艺流程的选择..................................................................................................... - 7 -
1.4.3 工艺参数的确定..................................................................................................... - 7 -
1.4.4 工厂的选址............................................................................................................. - 8 -
2 变换工段物料及热量衡算................................................................................................ - 10 -2.1中温变换物料衡算及热量衡算 .. (10)
2.2低变炉的物料与热量计算 (21)
2.3废热锅炉的热量和物料计算 (26)
2.4主换热器的物料与热量的计算 (28)
2.5调温水加热器的物料与热量计算 (29)
3 设备的计算........................................................................................................................ - 31 -3.1低温变换炉计算 .. (31)
3.2中变废热锅炉 (32)
主要参考文献.......................................................................................................................... - 37 -结束语...................................................................................................................................... - 38 -致谢........................................................................................................................................ - 39 -附录.......................................................................................................................................... - 40 -
1综述
1.1氨的性质和用途
1.1.1氨的理化性质
（1）物理性质：在常温常压下，氨是具有特殊刺激性臭味的无色气体，能刺激人体器官的粘膜。氨有强烈的毒性，空气中含有0.5%（体积）的氨，就能使人在几分钟内窒息而死。在标准条件下，氨的相对密度为0.5971（空气为1）。
氨还易被液化，在0.1MPa下，将其冷却到－33.5℃，氨就能冷凝成无色液体，同时放出大量的热量。若氨在0.10MPa下冷却至－77.7℃，就凝结成略带臭味的无色结晶。液氨也很易气化，降低压力可急剧蒸发，并吸收大量热量。
氨极易溶于水，可制成含氨15～30%（质量）的商品氨水。氨水呈弱碱性，易挥发。
（2）化学性质：与酸酐或酸直接作用，生产相应的铵盐；与二氧化碳作用生成氨基甲酸铵，进一步脱水生成尿素；在铂催化剂存在下，可与氧气作用，生成一氧化氮和水，继续氧化并与水作用生成硝酸；高温下（800℃以上）能分解成氢气和氮气；与一氧化碳或者与甲烷和氧气作用，生成氢氰酸。
氨的自燃点为630℃，在空气中燃烧生成氮和水。常温常压下，氨在空气中的爆炸范围为15.5～28%，在氧气中的爆炸范围为13.5～82%[1]。
1.1.2氨的用途
氨是基本化工产品之一，用途很广。化肥是农业的主要肥料，而其中的氮肥又是农业上应用最广泛的一种化学肥料，在国民经济中占有极其重要的地位。各种氮肥生产是以合成氨为主要原料的。以氨为主要原料可以制造尿素、硝酸铵、碳酸氢铵、硫酸铵、氯化铵等氮素肥料。还可以将氨加工制成各种含氮复合肥料。可见，合成氨工业是氮肥工业的基础，对农业增产起着重要的作用。
氨也是重要的工业原料，广泛用于制药、炼油、纯碱、合成纤维、合成树脂、含氮无机盐等工业部门。将氨氧化可以制成硝酸，而硝酸又是生产炸药、染料等产品的重要原料。现代国防工业和尖端技术也都与氨合成工业有密切关系，如生产火箭的推进剂和氧化剂，同样也离不开氨。此外，氨还是常用的冷冻剂。
合成氨工业的迅速发展，也促进和带动了许多科学技术部门的发展，如高压技术、低温技术、催化技术、特殊金属材料、固体燃料气化、烃类燃料的合理利用等。同时，尿素
和甲醇的合成、石油加氢、高压聚合等工业，也是在合成氨工业的基础上发展起来的。所以合成氨工业在国民经济中占有十分重要的地位，氨及氨加工工业已成为现代化学工业的一个重要部门[2]。
1.2合成氨技术的发展史
1.2.1世界合成氨技术的发展
（一）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。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，近几年来世界合成氨原料的构成变化见下表1.1。
表1.1全球合成氨原料结构占产能的比例（%）
年份1990 2000 2008 2013
天然气
煤炭+石油焦石脑油（燃油）77
13.5
6
14
65
21
20.1
77.2
2.1
68
28
5
由表1.1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。
表1.2为各种原料的日产1043.3t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[3]。
表1.2 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 1.0 1.5 2.0
能量消耗/(GJ/t) 283848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
20世纪50年代以前，氨合成塔的最大能力为日产200t氨，到60年代初期为400t。
随着蒸汽透平驱动的高压离心式压缩机研制成功，美国凯洛格公司首先运用工艺过程的余热副产高压蒸汽作为动力，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一次突破。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20世纪60年代中期开始，新建氨厂大都采用单系列的大型装置。现在世界上规模最大的合成氨装置为日产1800t氨，1991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、煤炭等一次能源外。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3%，中国合成氨生产能耗约占全国能耗的4%。由于氨生产成本中能源费用占70%以上，因此能耗是衡量合成氨技术和经济效益的重要标志。
以天然气为原料的日产1000t合成氨装置吨氨能耗目前已从20世纪70年代的40.19GJ 下降到39.31GJ左右，而且以天然气为原料的大型氨厂的所需动力约有85%可由余热供给[4]。
（四）生产自动化
合成氨生产特点之一是工序多、连续性强。20世纪60年代以前的过程控制多采取分散方式，在独立的几个车间控制室中进行。为了保证长周期的安全生产，对过程控制提出更高的要求，从而发展到把全流程的温度、压力、流量、物位和成分五大参数的模拟仪表、报警、连锁系统全部集中在中央控制室显示和监视控制。
自从20世纪70年代计算机技术应用到合成氨生产以后，操作控制上产生了飞跃。若配置有高一级管理、控制功能的上位机系统，还能进行全厂综合优化控制和管理，这种新颖的过程控制系统不仅可以取代常规模拟仪表，而且还可以完成局部优化控制以及模拟仪表难以实现的复杂自控系统。若能用仿真技术进行操作人员的模拟培训只需在一台高性能的计算机上配合相应的软件以代替实际生产装置的控制、运作设备，这样就可以在较短的时间内学习开停车、正常操作和事故状态操作。这些都表示氨生产技术自动化进入新的阶段，改变了几十年合成氨生产控制的面貌。
1.2.2 中国合成氨工业的发展概况
中国合成氨生产是从20世纪30年代开始的，但当时仅在南京、大连两地建有氨厂，一个是由著名爱国实业家范旭东先生创办的南京永利化学工业公司铔厂——永利宁厂，现南京化学工业公司的前身；另一个是日本占领东北后在大连开办的满洲化学工业株式会社，最高年产量不超过50Kt（1941年）。此外在上海还有一个电解水制氢生产合成氨、
硝酸的小型车间[5]。
中华人民共和国成立以来，化工部门贯彻为农业服务的方针，把发展化肥生产放在首位。经过50多年的努力，中国已拥有多种原料、不同流程的大、中、小型合成氨厂1000多个，1999年总产量为34.52Mt氨，已跃居世界第1位，已掌握了以焦炭、无烟煤、褐煤、焦炉气、天然气及油田气和液态烃等气固液多种原料生产合成氨的技术，形成中国大陆特有的煤、石油、天然气原料并存和大、中、小生产规模并存的合成氨生产格局。
1.3 合成氨转变工序的工艺原理
1.3.1 合成氨的典型工艺流程介绍
合成氨的生产过程包括三个主要步骤：原料气的制备、净化和压缩和合成。
(1) 原料气制备
将煤和天然气等原料制成含氢和氮的粗原料气。对于固体原料煤和焦炭，通常采用气化的方法制取合成气；渣油可采用非催化部分氧化的方法获得合成气；对气态烃类和石脑油，工业中利用二段蒸汽转化法制取合成气。
(2) 净化
对粗原料气进行净化处理，除去氢气和氮气以外的杂质，主要包括变换过程、脱硫脱碳过程以及气体精制过程。
①一氧化碳变换过程
在合成氨生产中，各种方法制取的原料气都含有CO，其体积分数一般为12%～40%。合成氨需要的两种组分是H2和N2，因此需要除去合成气中的CO。变换反应如下：
CO+H2O→H2+CO2ΔH=－41.2kJ/mol；
由于CO变换过程是强放热过程，必须分段进行以便于回收反应热，并较好控制变换段出口残余CO含量。第一步是高温变换，使大部分CO转变为CO2和H2；第二步是低温变换，将CO含量降至0.3%左右。因此，CO变换反应既是原料气制造的继续，又是净化的过程，为后续脱碳过程创造条件[6]。
②脱硫脱碳过程
各种原料制取的粗原料气，都含有一些硫和碳的氧化物，为了防止合成氨生产过程催化剂的中毒，必须在氨合成工序前加以脱除，以天然气为原料的蒸汽转化法，第一道工序是脱硫，用以保护转化催化剂，
粗原料气经CO变换以后，变换气中除H
外，还有CO2、CO和CH4等组分，其中以
2
CO2含量最多。CO2既是氨合成催化剂的毒物，又是制造尿素、碳酸氢铵等氮肥的重要原料。因此变换气中CO2的脱除必须兼顾这两方面的要求。
一般采用溶液吸收法脱除CO2。根据吸收剂性能的不同，可分为两大类。一类是物理吸收。一类是化学吸收法[7]。
③气体精制过程
经CO变换和CO2脱除后的原料气中尚含有少量残余的CO和CO2。为了防止对氨合成催化剂的毒害，规定CO和CO2总含量不得大于10cm3/m3(体积分数)。因此，原料气在进入合成工序前，必须进行原料气的最终净化，即精制过程。
目前在工业生产中，最终净化方法分为深冷分离法和甲烷化法。深冷分离法主要是液氮洗法，是在深度冷冻零下100℃以下条件下用液氮吸收分离少量CO，而且也能脱除甲烷和大部分氩，这样可以获得只含有惰性气体100 cm3/m3以下的氢氮混合气，深冷净化法通常与空分以及低温甲醇洗结合。甲烷化法是在催化剂存在下使少量CO、CO2与H2反应生成CH4和H2O的一种净化工艺，要求入口原料气中碳的氧化物含量(体积分数)一般应小于0.7%。甲烷化法可以将气体中碳的氧化物(CO+CO2)含量脱除到10cm3/m3以下，但是需要消耗有效成分H2，并且增加了惰性气体CH4的含量。
甲烷化反应如下：
CO+3H2?CH4+H2OΔH=－206.2kJ/mol；
CO2+4H2?CH4+2H2OΔH=－165.1kJ/mol；
(3)氨合成
将纯净的氢、氮混合气压缩到高压，在催化剂的作用下合成氨。氨的合成是提供液氨产品的工序，是整个合成氨生产过程的核心部分。氨合成反应在较高压力和催化剂存在的条件下进行，由于反应后气体中氨含量不高，一般只有10%～20%，故采用未反应氢氮气循环的流程[8]。氨合成反应式如下：
N2+3H2?2NH3ΔH=－92.4kJ/mol；
1.3.2 合成氨转化工序的工艺原理
本设计中的合成氨转变工序是指转化工序和变换工序的合称。
转换工序是指天燃气中的气态烃类转换成H2、CO和CO2，并达到要求，合成氨厂的转化工序分为两段进行。在一段转化炉里，大部分烃类与蒸汽于催化剂作用下转化成H2、CO和CO2。
烷烃：C n H2n+n+nH2O→nCO+(2n+1)H2 或C0n H2n+n+2nH2O→nCO2+(3n+1)H2
烯烃：C n H2n+nH2O→nCO+2nH2 或C n H2n+2nH2O→nCO2+3nH2
接着一段转化气进入二段转化炉，在此加入空气，由一部分H2燃烧放出热量，催化剂床层温度上升到1200～1250 ℃，并继续进行甲烷的转化反应。
CH4+H2O→CO+3H2
CH4+2H2O→CO+4H2
二段转化炉出口气体温度约950～1000 ℃，残余甲烷含量和（H2+CO）/N2比均可达到指标。
1.3.3 合成氨变换工序的工艺原理
变换工段是指CO与水蒸气反应生成二氧化碳和氢气的过程。其原理为：CO+H2O= CO2+H2 ; ΔH=－41.2kJ/mol；
在不同温度下分两步进行，第一步是高温变换（简称高变）使大部分CO转化为CO2和H2，第二步是低温变换（简称低变），将CO含量降到0.3%左右。因此，CO变换既是原料气制造的继续，又是净化的过程。
1.4 设计方案的确定
1.4.1 原料的选择
合成氨生产的原料有焦炭、煤、焦炉气、天然气、石脑油、重油等。本设计选择天然气作为原料，主要考虑到我国天然气资源丰富及清洁节能等原因。
首先，我国天然气资源比较丰富。地质资源总量约38～39万亿立方米，位列世界第十，其中陆上30万亿立方米，海上9万亿立方米。已探明储量约1.9万亿立方米，仅占资源总量的5%左右，列世界第16位，天然气资源勘探潜力很大。近年来我国天然气勘探取得了重大突破，陆上已在川渝、陕甘宁、新疆和青海形成四大气区；海上气田以渤海、南海西部地区和东海西湖凹陷作为重点勘探和增加产量的地区。宁夏石油、天然气潜在储量大，可勘探价值高，目前已投入开发的油田有6个。地跨宁夏的陕甘宁盆地(长庆油气田，已探明储量达7000多亿立方米，是世界级大气田。)银川距陕甘宁气田最近，输气条件最好。横城堡煤层气、银川盆地石油天然气，资源调查已展示良好前景。宁夏发展石油天然气化工，具有潜在的优势。所以在选择天然气作为原料合成氨有着明显的区位优势。
其次，天然气作为一种清洁优质的能源，在我国改善能源结构，以及我国在大力推动低碳经济发展的过程中，获得了前所未有的大发展。无论是在传统的天然气产区，还是在新的天然气勘探开发区。天然气作为化石能源中污染最少的能源，热值相应高于煤炭与石
油。在目前我国的能源消费结构里，煤炭占67%，石油占20%，而天然气却只占3.4%，远低于23.5%的世界平均水平。加大天然气在能源消费结构中的比重，既有利于促进节能减排，又能够维持经济与社会可持续发展[9]。
第三，以天然气为原料合成氨工艺比重油和煤为原料的工艺成本低，而且能耗低。根据计算，若大型氨厂分别用石脑油、渣油、天然气和煤为原料制氨，其价格分别按1800元/t 、1400元/t 、1.20元/m 3和260元/t 计，中压蒸汽价格按78元/t 计，对应的合成氨成本分别为1721元/t 、1557元/t 、1493元/t 和1021元/t 。可见，在这4种原料中，以煤为原料制氨成本最低,然而，以煤为原料合成氨能耗远大于天然气（见表1.1）。天然气工艺技术目前最可靠。 1.4.2 工艺流程的选择
本设计主要是转化和变换工序的工艺设计，所选流程为：
蒸汽
空气
二氧化碳 氨
天然气蒸汽转化和变换工序是合成氨生产中的第一步，也是较为关键的一步，因为能否正常生产出合格的变换气，是后面的所有工序正常运转的前提条件。在本设计中，甲烷和其他烃类转化为CO 和H 2的转化工序采用的是两段炉催化转化，经过二段转化后，甲烷含量约为0.5%左右。CO 变换工序采用了中变串低变的工艺流程路线，经过低温变换后的气体中CO 含量为0.4%左右。 1.4.3 工艺参数的确定
以天然气为原料合成氨生产装置转化变换工序设计，其主要参数是一、二段转化工艺和CO 中-低变串联流程的温度和压力。天然气经加氢脱硫，出口总硫量小于0.5ppm 后，
压 缩
脱 硫
合 成 甲烷化 脱 碳
低温变换
压 缩 中温变换
二段转化
一段转化
压 缩
在压力3.03MPa、温度380℃左右的条件下配入中压蒸汽达到水碳比为3.5（R=3.5），进入一段转化炉的对流段加热，气体一边加热一边反应，出反应管的温度在822℃左右，最后沿集气管中间的上升管上升，继续吸收一些热量，使温度升到850℃左右，经输气总管送往二段转化炉。
工艺空气经压缩机压到3.3～3.5 MPa，也配入少量水蒸气，然后进入对流段的工艺空气加热盘预热到480℃左右，进入二段炉顶部与一段转化气汇合，在顶部燃烧区燃烧、放热，温度升到1200℃左右，在通过催化剂床层时继续反应并吸收热量，离开二段转化炉的温度约为1000℃左右，压力为3.0 MPa，所得混合气残余甲烷含量约为0.3%。
经二段转化后的合成气送入第一换热器（101-C），接着又送入第二换热器（102-C），使合成气温度由1003℃降到360℃左右，利用这些能量制取高压蒸汽。从第二换热器出来的气体继续送往变换工序处理。
含CO的原料合成气经换热器降温，在压力3.0MPa、温度371℃下进入中变炉。经中变处理后，气体中CO降到3.0%左右，温度为425～440℃。气体通过中变废热锅炉，冷却到336℃左右，锅炉产生10.0MPa的饱和蒸汽。由于此时气体温度还不能进行低温变换，于是将变换气用来加热其它工艺气体，而变换气被冷却到241℃后进入低变炉。经低变处理后，气体残余CO降到0.3%～0.5%之间，再送入后续工段继续净化[10]。
1.4.4 工厂的选址
对于本设计合成氨厂选址选择，从原料，运输，土地，国家政策等因素，选择位于宁夏回族自治区灵武市境内的宁东能源重化工基地。理由：
(1)天然气资源丰富
该基地临近陕甘宁天然气田，此气田是我国迄今探明的世界级特大型整装气田，探明控制储量达7000多亿立方米，一期输气管线已建成，二期管线正在规划建设中。
(2)交通便利
四通八达的道路交通是基地的一大突出优势，银川-青岛高速公路及307国道横贯基地；大古铁路连接包兰、宝中铁路与京包、陇海线连通可辐射全国，即将开工建设的银川-太原铁路又形成一条横穿基地的外运大通道；银川河东机场距基地中心区仅30公里，每日航班达50余次，通往北京、上海、广州、西安、太原、济南、青岛、兰州等重要城市。
(3)土地资源广阔
基地处于荒山丘陵地带，地形平缓，地势开阔，有成片的发展用地，为工业建设提供了广阔的土地资源。
(4) 水资源优势
基地位于黄河东畔，中心区距黄河仅35公里左右，2003年底开工建设的宁东供水工程，预计2005年5月建成通水，总供水量为15970万立方米，能为基地提供充足的水源保障。
(5)政策优势
随着西部大开发战略的深入推进，国家实施重点支持西部大开发的政策措施，以及自治区、银川市全面改善投资环境的重大举措，为基地建设提供了强有力的政策支持。
2 变换工段物料及热量衡算
2.1中温变换物料衡算及热量衡算
（1）确定转化气组成
已知条件中变炉进口气体组成：
表2.1 中变炉进口气组成
组分CO2CO H2N2CH4O2合计% 9.6 11.42 55.71 22.56 0.38 0.33 100
计算基准：1吨氨
工作日：360天
计算生产1吨氨需要的变化气量：
（1000/17）×22.4/（2×22.56）=2920.31 m3(标)
因为在生产过程中物量可能会有消耗，因此变化气量取2962.5 m3(标)
年产15万吨合成氨生产能力：
日生产量：150000/360=416.67/d=17.36t/h
要求出中变炉的变换气干组分中CO％小于2％
进中变炉的变换气干组分：
表2.2 中变炉进口气干气组成
组分CO2CO H2N2O2CH4合计
含量，％9.6 11.42 55.71 22.56 0.33 0.38 100
m3(标) 474 563.86 2750.68 1113.9 16.29 18.763 4937.5
假设入中变炉气体温度为335℃，取出炉与入炉的温差为30℃，则出炉温度为365℃。
P=1.75MPa。
进中变炉干气压力
中
（2）水汽比的确定
考虑到是天然气蒸汽转化来的原料气，所以取H2O/CO=3.5[11]
故V
=1973.52m3(标) n(水)=88.1kmol
（水）
因此进中变炉的变换气湿组分：
表2.3 中变炉进口气湿气组成
组 分 CO 2 CO H 2 N 2 O 2 CH 4 H 2O 合计 含量，％ 6.86 8.16 39.8 16.12 0.24 0.27 28.56 100 m 3(标) 474 563.86 2750.68 1113.9 16.29 18.763 1973.52 6911.02 kmol
21.16
25.172
122.798
49.73
0.727
0.838
88.1
308.53
中变炉CO 的实际变换率的求取：
假定湿转化气为100mol ，其中CO 含量为8.16％，要求变换气中CO 含量为2％，故根据变换反应：CO+H 2O ＝H 2+CO 2，则CO 的实际变换率为：
X ％=
()
a a a a Y Y Y Y '+'
-1×100=74％
式中a Y 、'a Y 分别为原料及变换气中CO 的摩尔分率（湿基） 则反应掉的CO 的量为：8.16×74％=6.04 则反应后的各组分的量分别为： H 2O ％=28.56％-6.04％+0.48％=23％ CO ％=8.16％ -6.04％=2.12％ H 2％ =39.8％+6.04％-0.48％=45.36％ CO 2％=6.86％+6.04％=12.9％ 中变炉出口的平衡常数：
K=（H 2％×CO 2％）/（H 2O ％×CO ％）=12
查《小合成氨厂工艺技术与设计手册》可知K=12时温度为397℃。中变的平均温距为397℃-365℃=32℃，中变的平均温距合理，故取的H 2O/CO 可用[12]。 （3）中变炉一段催化床层的物料衡算
假设CO 在一段催化床层的实际变换率为60％。 因为进中变炉一段催化床层的变换气湿组分见表2.3。 假使O 2与H 2 完全反应，O 2 完全反应掉。 故在一段催化床层反应掉的CO 的量为：
60％×563.86=338.318m3(标)=15.1kmol
出一段催化床层的CO的量为：
563.86-338.318=225.545 m3(标)=10.069kmol
故在一段催化床层反应后剩余的H2的量为:
2750.68+338.318-2×16.29=3056.41 m3(标)=136.447kmol 故在一段催化床层反应后剩余的CO2的量为：
474+338.318=812.318 m3(标)=36.26kmol
出中变炉一段催化床层的变换气干组分：
表2.4 出中变炉一段床层变换气干气组成
组分CO2CO H2N2CH4合计含量％15.54 43.1 58.47 21.13 0.35 100 m3(标) 812.318 225.545 3056.41 1113.9 18.76 5226.94 kmol 36.26 10.069 136.447 49.73 0.838 233.35 剩余的H2O的量为：
1973.52-338.318+2×16.29=1667.79m3(标)=74.45kmol
所以出中变炉一段催化床层的变换气湿组分：
表2.5 出中变炉一段床层变换气湿气组成
组分CO2CO H2N2CH4H2O 合计
含量％11.78 3.27 44.33 16.16 0.27 24.19 100
m3(标) 812.318 225.545 3056.41 1113.9 18.76 1667.79 6894.73 kmol 36.26 10.069 136.447 49.73 0.838 74.45 307.8 对出中变炉一段催化床层的变换气的温度进行计算：
由表2.6对出变炉一段催化床层的变换气温度进行估算：
根据：K=(H2％×CO2％)/（H2O％×CO％)计算得K=6.6
查《小合成氨厂工艺技术与设计手册》知当K=6.6时t=445℃。设平均温距为30℃，则出变炉一段催化床层的变换气温度为：
445℃-30℃=415℃
（4）中变炉一段催化床层的热量衡算
以知条件：进中变炉温度：335℃
出变炉一段催化床层的变换气温度为：415℃
反应放热Q：在变化气中含有CO，H2O，O2，H2这4种物质会发生以下2种反应：CO +H2O=CO2+H2①
O2 + 2H2= 2 H2O ②
这2个反应都是放热反应。
为简化计算，拟采用统一基准焓（或称生成焓）计算。以P=1atm，t=25℃为基准的气体的统一基准焓计算式为[13]：
H T=△H0298=Cpdt （1）
式中
H T ——气体在 T298在TK的统一基准焓，kcal/kmol(4.1868kJ/kmol)；
△H0298 ——该气体在25℃下的标准生成热，kcal/kmol(4.1868kJ/kmol)；
T——绝对温度，K；
Cp ——气体的等压比热容，kcal/（kmol.℃）[4.1868kJ/（kmol.℃）]
气体等压比热容与温度的关系有以下经验式：
Cp=A0+A1×T+A2×T2+A3×T3+ (2)
式中A0、A1、A2、A3……气体的特性常数
将(2)式代入(1)式积分可得统一基准焓的计算通式：
Ht=a0+a1×T+a2×T2+a3×T3+a4×T4
式中常数a0、a1、a2、a3、a4与气体特性常数及标准生成热的关系为：
a1=A0, a2=A1/2, a3=A3/4, a4=A3/4
a0=△H0298－298.16a1－298.162×a2－298.163×a3－298.164×a4
采用气体的统一基准焓进行热量平衡计算，不必考虑系统中反应如何进行，步骤有多少，只要计算出过程始态和末态焓差，即得出该过程的总热效果。
△H=（∑n i×H i）始－（∑n i×H i）末
式中△H—过程热效应，其值为正数时为放热，为负数时系统为吸热，kcal；（4.1868kJ）；
n i—始态或末态气体的千摩尔数，kmol；
H i—始态温度下或末态温度下；
I —气体的统一基准焓，kcal/kmol，（4.1868kJ/kmol）
现将有关气体的计算常数列于下表中
表2.6 气体统一基准焓（通式）常数表
分子式a0a1a2 a3a4 O2 1.90318×103 5.80298 2.15675×10–3-7.40499×10–7 1.08808×10–10 H2-2.11244×1037.20974 -5.5584×10－4 4.8459×10－7-8.18957×10－11 H2O -6.0036×1047.11092 1.2932×10－3 1.28506×10－7-5.78039×10－11 N2-1.97673×103 6.45903 5.18164×10－4 2.03296×10－7-7.65632×10－11 CO -2.83637×104 6.26627 8.98694×10－4 5.04519×10－9-4.14272×10－11 CO2-96377.88867 6.396 5.05×10－3-1.135×10－60.00 计算O2的基准焓：
根据基准焓的计算通式：H t=a0+a1×T+a2×T2+a3×T3+a4×T4
在415℃时T=415+273=683K
查表可得变换气的各个组分的基准焓列于下表：
表2.7 变换气各组分基准焓
组分O2H2H2O CO CO2
H t（kcal/kmol）6699.742 2724.221 -54502.665 -23634.754 -89956.67833 H t（kJ/kmol）28050.412 11405.77 -228191.759 -98953.987 -376630.6208 放热：CO +H2O=CO2+H2（1）
△H1=(∑H i)始-（∑H i）末
=-376630.6208+11405.77+98953.987+228191.759
=-38079.10484kJ/kmol
Q1=15.1×（-38079.10484）=-575121.414kJ
O2 + 2H2= 2 H2O （2）
Q2=△H2=（∑n i×H i）始－（∑n i×H i）末=-368924.3632kJ
气体共放热：
Q=Q1+Q2=575121.414+368924.3632=944045.7772kJ
气体吸热Q3：
根据《物理化学》知CO ， H 2， H 2O ，CO 2， N 2 ，可用公式：Cp=a+b+cT -2来计算热容。 热容的单位为kJ/（kmol.℃）
表2.8 变换气热容常熟表
物质 CO H 2 H 2O CO 2 N 2 a 28.41 27.28 30 44.14 27.87 b/10-3 4.1 3.26 10.71 9.04 4.27 c/10-5
-0.46
0.502
0.33
-8.53
-----------
Cpm=∑Yi×Cp=34.06 kJ/（kmo l ·℃）
所以气体吸热Q 3=34.06×307.8×(415-330)=891111.78kJ 假设热损失Q 4 根据热量平衡的：
Q= Q 3 +Q 4 Q 4=52934.965 kJ
(5) 中变炉催化剂平衡曲线
根据H 2O/CO=3.5，与公式: X P =
AW
q
U 2-×100％ V=K P AB-CD q=W V U 42-
U=K P （A+B ）+（C+D ），W=K P -1
其中A 、B 、C 、D 分别代表CO 、CO 2、CO 2及H 2的起始浓度。
表2.9 转化率与温度关系表
t T Xp t T Xp 300 573 0.9012 400 673 0.7058 320 593 0.8737 420 693 0.6859 340 613 0.8424 440 713 0.6416 360 633 0.8074 460 733 0.5963 380
653
0.7687
中变炉催化剂平衡曲线如下：
0.20.40.6
0.8
1250300320340360380400420440460
温度 （℃）
转化率 X p
中变炉平衡曲线
图2.1 中变炉催化剂平衡曲线
(6) 最佳温度曲线的计算
由于中变炉选用C6型催化剂，最适宜温度曲线由式
1
2
12ln 1E E E E RT T e e
-+ 进行计算。查
《小合成氨厂工艺技术与设计手册》C6型催化剂的正负反应活化能分别为E 1=10000千卡/公斤分子，E 2=19000千卡/公斤分子。
最适宜温度计算列于下表中：
表2.10 最适宜温度表
Xp T t Xp T t 0.9012 526 253 0.64 649.4 376.4 0.8737 546.8 273.8 0.61 660.7 387.3 0.8424 564.2 291.2 0.58 671 398 0.8074 581.5 308.5 0.55 681.6 408.6 0.7687 598.8 325.8 0.52 692.6 419.6 0.7058 624.5 351.5 0.49 702.6 429.6 0.67
638.2
365.2
0.45
716.6
443.6
将以上数据作图即得最适宜温度曲线如下图：
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
大型低压合成氨工艺全面国产化 2011年10月，完全采用国产化技术的大型低压合成氨项目——鲁西化工集团股份有限公司36万吨/年合成氨装置一次开车成功并投入生产。该项目于2010年开始建设，2011年10月进行试车。截至目前，该合成氨装置已连续稳定运行近4个月，产品质量符合相关的国家标准。 这套装置以煤为原料生产液氨产品，装置设计压力15兆帕，生产能力1200吨/天，是第一套完全采用我国自主知识产权的大型低压合成氨装置。该装置的空分、气化、净化和氨合成单元，分别采用了杭州杭氧股份有限公司、北京航天万源煤化工工程技术有限公司、大连佳纯气体净化技术开发有限公司和南京国昌化工科技有限公司自主开发的技术。在4个月的时间里，装置开车情况总体顺利。 36万吨/年低压合成氨装置的开车成功，意味着我国全面掌握了大型低压合成氨项目的全套自主技术，结束了低压氨合成关键技术长期依赖国外的局面。国产设备和技术打破了国外公司的长期垄断，与国际行业巨头形成多足鼎立的态势，将有力推动国内合成氨工业的进步与发展。 三十年磨剑氨合成技术打破垄断 合成氨工业诞生于上世纪初，上世纪60年代开始的合成氨装置大型化是其发展史上的一次重大变革。随着世界能源供应的日趋紧张，合成氨工业向大型化、低压化、节能化、安全环保方向发展成为必然趋势。国外合成氨工业以大型装置为主，一般单套装置的生产能力在1000公吨/天以上，目前最大装置的生产能力达到2200公吨/天。 我国合成氨工业始于上世纪30年代，1949年以前，中国仅在南京、大连两家合成氨厂，生产能力共计4万吨/年。直到新中国成立后，国内合成氨工业才迎来大发展。1990年，我国氨产量达到2100万吨，居世界第一位；2008年，我国氨产量达到5100万吨。在此期间，我国合成氨产业从无到有，并迅速达到世界先进水平。 不过，我国大型低压氨合成工艺技术在鲁西大化肥项目之前均采用国外技术。在此项目之前，空分、大型煤气化、耐硫变换、低温甲醇洗、液氮洗等工艺技术经过国内科研院所、企业的通力合作，均实现了国产化，唯独氨合成工艺技术还被国外公司垄断。 我国对大型设备及技术国产化十分重视。针对大型合成氨工艺技术水平较低的情况，原化工部于上世纪80年代开展了消化吸收国外大型径向塔的攻关项目。1986年，国家经贸委批准我国国产化“八条龙”，其中第七条龙为大型合成氨装置国产化，原化工部批准南化集团研究院负责大型径向氨合成塔的研究开发工作，由南京国昌公司的创始人吕仲明教授级高工担任项目组长。 该课题组在氨合成反应动力学、径向流体力学及径向氨（甲醇）合成塔创新方
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。
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)
煤化工合成氨的工艺 气化工艺各有千秋 1.常压固定床间歇式无烟煤（或焦炭）气化技术 目前我国氮肥产业主要采用的煤气化技术之一，其特点是采用常压固定床空气、蒸汽间歇制气，要求原料为?准 25～75mm的块状无烟煤或焦炭，进厂原料利用率低，单耗高、操作繁杂、单炉发气量低、吹风放空气对大气污染严重，属于将逐步淘汰的工艺。 2.常压固定床无烟煤（或焦炭）富氧连续气化技术 其特点是采用富氧为气化剂、连续气化、原料可采用?准 8～10mm粒度的无烟煤或焦炭，提高了进厂原料利用率，对大气无污染、设备维修工作量小、维修费用低，适合用于有无烟煤的地方，对已有常压固定层间歇式气化技术进行改进。 3.鲁奇固定床煤加压气化技术 主要用于气化褐煤、不粘结性或弱粘结性的煤，要求原料煤热稳定性高、化学活性好、灰熔点高、机械强度高、不粘结性或弱粘结性，适用于生产城市煤气和燃料气。其产生的煤气中焦油、碳氢化合物含量约1%左右，甲烷含量约10%左右。焦油分离、含酚污水处理复杂，不推荐用以生产合成气。 4.灰熔聚煤气化技术 中国科学院山西煤炭化学研究所技术。其特点是煤种适应性宽，属流化床气化炉，煤灰不发生熔融，而只是使灰渣熔聚成球状或块状灰渣排出。可以气化褐煤、低化学活性的烟煤和无烟煤、石油焦，投资比较少，生产成本低。缺点是操作压力偏低，对环境污染及飞灰堆存和综合利用问题有待进一步解决。此技术适合于中小型氮肥厂利用就地或就近的煤炭资源改变原料路线。 5.恩德粉煤气化技术 属于改进后的温克勒沸腾床煤气化炉，适用于气化褐煤和长焰煤，要求原料煤不粘结或弱粘结性，灰分＜25%～30%，灰熔点高、低温化学活性好。在国内已建和在建的装置共有13套22台气化炉，已投产的有16台。属流化床气化炉，床层中部温度1000～1050℃。目前最大的气化炉产气量为4万m3/h半水煤气。缺点是气化压力为常压，单炉气化能力低，产品气中CH4含量高达1.5%～2.0%，飞灰量大、对环境污染及飞灰堆存和综合利用问题有待解决。此技术适合于就近有褐煤的中小型氮肥厂改变原料路线。 6.GE水煤浆加压气化技术 属气流床加压气化技术，原料煤运输、制浆、泵送入炉系统比干粉煤加压气化简单，安全可靠、投资省。单炉生产能力大，目前国际上最大的气化炉投煤量为2000t/d，国内已投产的气化炉能力最大为1000t/d。设计中的气化炉能力最大为1600t/d。对原料煤适应性较广，气煤、烟煤、次烟煤、无烟煤、高硫煤及低灰熔点的劣质煤、石油焦等均能用作气化原料。但要求原料煤含灰量较低、还原性气氛下的灰熔点低于1300℃，灰渣粘温特性好。气化系统不需要外供过热蒸汽及输送气化用原料煤的N2或CO2。气化系统总热效率高达94%～96%，高于Shell干粉煤气化热效率（91%～93%）和GSP干粉煤气化热效率（88%～92%）。气化炉结构简单，为耐火砖衬里，制造方便、造价低。煤气除尘简单，无需价格昂贵的高温高压飞灰过滤器，投资省。国外已建成投产6套装置15台气化炉；
合成氨工艺设计 摘要：介绍了不同原料的合成氨和合成氨各个工段工艺流程，指出了我国合成氨工艺技术现状及其未来发展趋势，认为未来合成氨技术进展的主要趋势是大型化、低能耗、结构调整、清洁生产、长周期运行。 关键词：合成氨；发展现状；发展趋势 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”。未来合成氨技术进展的主要趋势是“大型化、低能耗、结构调整、清洁生产、长周期运行”。 一、不同原料合成氨工艺流程 1、以固体燃料（煤或焦炭）为原料的合成氨的简要生产过程 煤或焦炭造气脱硫 CO变换 精制脱CO2 压缩 合成合成尿素 氨尿素 2、以天然气或轻油为原料的合成氨的简要生产过程 天然气或轻油脱硫一段转化二段转化 CO高变 CO低变 压缩甲烷化脱CO2 合成合成尿素 氨尿素 3、以重油为原料的合成氨的简要生产过程 重油油气化除炭黑脱硫 CO变化 空气空分脱CO 2 液氨洗涤合成尿素
尿素 压缩合成 氨 二、合成氨各工段工艺流程（以煤为原料） 1、造气工段（间歇式气化过程在固定床煤气发生炉中进行的） （1）五个阶段： ①吹风阶段：吹入空气，提高燃料层温度，吹风气放空。 工艺流程：空气—煤气炉底部—燃料层—炉顶—上旋风除尘器—废热锅炉—烟囱放空或送吹风气系统回收。 ②一次上吹制气阶段：自下而上送入水蒸汽进行气化反应，燃料层下部温度下降，上部升高。 工艺流程：水蒸汽和加氮空气—煤气炉底部—燃料层—炉顶—上旋风除尘器—废热锅炉—洗气箱—洗气塔—煤气总管—气柜 ③下吹制气阶段：水蒸汽自上而下进行反应，使燃料层温度趋下均衡。 工艺流程：蒸汽（不加空气）—炉顶—燃料层—炉底—废热锅炉—洗气箱—洗气塔—煤气总管—气柜 ④二次上吹制气阶段：使底部下吹煤气排净，为吹入空气做准备。工艺流程与一次上吹阶段相同。 ⑤空气吹净阶段：此部分吹风气加以回收，作为半水煤气中氮的主要来源。 工艺流程：空气—煤气炉底部—燃料层—炉顶—上旋风除尘器—废热锅炉—洗气箱—洗气塔—煤气总管—气柜 （2）工艺条件： ①温度：炉温应较熔点温度低50℃ ②吹风速度：吹风速度直接决定放热。 ③蒸汽用量：是改善煤气质量和提高煤气产量的重要手段之一。 ④循环时间及其分配：等于或略少于3min 2、净化工段
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
探究煤化工合成氨工艺及节能改造策略 近年来，我国化工产业取得了巨大的发展成就。化工产品日益增多。化工产品的使用为日常生活提供了巨大的便利。化工产品具有丰富的种类和生产方式。氨在农业化肥中得到了日渐广泛的使用，该化学物质主要通过各类不同材料，诸如煤、炼油气以及石油等生产合成氨。合成氨在农业、工业以及医药业等诸多领域得到了广泛应用。本文浅析了煤化工合成氨工艺，探究了煤化工合成氨工艺的节能改造策略，以期为煤化工合成氨提供借鉴。 标签：煤化工;合成氨;节能改造 前言：当前，我国的合成氨化工科技取得了迅速发展，并得到了日渐改进。煤化工合成氨工艺日渐成熟，并在合成氨工业实际生产中得到了日渐广泛的应用。煤化工合成氨工艺具有相对较低的成本，且能合成纯度较高的氨，但该工艺以煤为原材料。为降低合成氨工艺对煤的消耗，要立足于实践，采取有效措施，提升煤化工合成氨效率，有效实现对煤化工合成氨工艺的节能改造。 一、煤化工合成氨工艺 1、制取原料气 煤化工合成氨的首个工艺环节，是制取原料气。一般通过煤化气法制取原料气，借助氧气、蒸汽，并结合催化剂，对煤实施有效的高温加热，对煤进行分解，产生相关可燃气体，诸如一氧化碳和氢气等。然后，通过二段蒸汽实施转化，实现对氨气的有效合成。 2、净化原料气 对原料气进行制取的方式较为粗略。原料气制取完成后，还残留着一氧化碳、微量氧气、二氧化碳以及大量硫化物，导致原料气缺乏较高的纯度。为实现对原料气的有效提纯，要对原料气进行严格净化。净化工作能将原料气中残留的氨气及氢气之外的所有杂质有效去除。同时，对原料气进行净化，要注重有效脱硫以及脱碳。去除原料气中所含的一氧化碳具有较大的难度。为实现对一氧化碳的尽快去除，要先对一氧化碳实施有效转化，使之转化为二氧化碳以及氢气，降低去除难度，实现对杂质的有效去除，增加氢气原料的提取量，为合成氨提供更多原料[1]。对一氧化碳进行清除，实际上延续了对原料气的制取。在该过程中，一氧化碳还能实现对部分氢气的有效转化。将原料气中所含的一氧化碳有效清除后，即实施脱硫工作，有效清除硫化物质。实施脱硫工作，能有效提升合成氨的实际质量。同时，硫化物质具有毒性。只有将原料气中所含的硫化物质及时有效地清除，才能增强合成氨制取的安全性。工业脱硫常用的手段主要有两种，一种是物理化学吸收法，一种是低温甲醛洗法。对粗原料气实施一氧化碳变换后，变换气中含有一氧化碳、二氧化碳、甲烷以及氢气等成分，其中，含量最多的是二氧化碳。一般情况下，通过溶液吸收法，对原料气中所含的二氧化碳进行脱除。
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)
攀枝花学院 Panzhihua University 本科毕业设计（论文） 文献综述 院（系）：生物与化学工程学院 专业：化学工程与工艺 班级： 2007级化工（2）班 学生姓名：陈有源学号: 200710901006 2011 年 3 月 13 日
本科生毕业设计（论文）文献综述评价表
文献综述： 合成氨工业综述 1.氨的性质 合成氨的化学名称为氨，氮含量为82.3%。氨是一种无色具有强烈刺激性、催泪性和特殊臭气的无色气体，比空气轻，相对密度0.596，熔点－77.7℃，沸点－33.4℃。标准状况下，1米3气氨重0.771公斤；1米3液氨重638.6公斤。极易溶于水，常温（20℃）常压下，一体积的水能溶解600个体积的氨; 标准状况下，一体积水能溶解1300体积的氨的水溶液称为氨水，呈强碱性。因此，用水喷淋处理跑氨事故，能收到较好的效果【1】。 氨与酸或酸酐可以直接作用，生成各种铵盐；氨与二氧化碳作用可生成氨基甲铵，脱水成尿素；在铂催化剂存在的条件下，氨与氧作用生成一氧化氮，一氧化氮继续氧化并与水作用，便能得到硝酸。氨在高温下(800℃以上)分解成氮和氢；氨具有易燃易爆和有毒的性质。氨的自燃点为630℃，氨在氧中易燃烧，燃烧时生成蓝色火焰。氨与空气或氧按一定比例混合后，遇明火能引起爆炸。常温下氨在空气中的爆炸范围为15.5～28％，在氧气中为13.5～82％。液氨或干燥的气氨，对大部分物质没有腐蚀性，但在有水的条件下，对铜、银、锌等有腐蚀作用【2】。 2.合成氨工艺 2.1依据合成条件—压力的不同的几种合成方法 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。20世纪初先后实现了电弧法、氰化法和直接合成法生产合成氨的工业方法。工业上合成氨的各种工艺流程一般以压力的高低来分类【2】。 (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
氨气合成工艺流程图新乡中科化工合成氨工艺 煤…… 造气…… 净化除尘……静电除尘…… 脱硫……合成甲醇（CO+2H 2-----CH 3 OH △H1 =651kj/mol 吸热） CO置换……
脱碳…… 精制气体……制取氨气……
气体循环……气体回收 1）予脱塔 原料气进入工段经过预脱塔先进行初脱硫。 2）预热塔 用蒸汽加热到40-80℃，为接下来的水解塔工段进行做准备。 3）水解塔 使用水解催化剂，脱出无机硫。在温度为320～350℃、压力为1.3～1.5MPa的条件下，在钴钼脱硫剂的作用下进行有机硫加氢转化反应及氧化锌吸收生成H2S ZnS，排入地沟。 4）水冷器 水冷器是为使水冷却到常温，方便后一阶段的精脱硫。 5）精脱塔 这个工段脱出的是有机硫，把最后残余的硫进行精脱，减少氨气中硫的含量。 经过这5个工段后，硫的含量小于0.06×10－6，甲醇催化剂寿命大大延长， 减少更换甲醇催化剂，生产时间和能力大幅度提高。 用到的设备有预脱塔、预热器、水解塔、水冷器、精脱塔。 合成氨 氨氨（Ammonia，旧称阿莫尼亚）是重要的无机化工产品之一，在国民经济中占有重要地位。农业上使用的氮肥，除氨水外，诸如尿素、硝酸铵、磷酸铵、氯化铵以及各种含氮复合肥都是以氨为原料生产的。合成氨是大宗化工产品之一，世界每年合成氨产量已达到1亿吨以上，其中约有80%的氨用来生产化学肥料，20%作为其它化工产品的原料。 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。别名氨气，分子式为NH3，英文名：synthetic ammonia。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。 合成氨主要用于制造氮肥和复合肥料。氨作为工业原料和氨化饲料，用量约占世界产量的12％。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
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)
论文名称合成氨生产工艺及其意义
氨是重要的无机化工产品之一，合成氨工业在国民经济中占有重要地位。除液氨可直接作为肥料外，农业上使用的氮肥，例如尿素、硝酸铵、磷酸铵、氯化铵以及各种含氮复合肥，都是以氨为原料的。合成氨是大宗化工产品之一，世界每年合成氨产量已达到1亿吨以上，其中约有80%的氨用来生产化学肥料，20%作为其它化工产品的原料。 我国合成氨装置很多，但合成氨装置的控制水平都比较低，大部分厂家还停留在半自动化水平，靠人工控制的也不少，普遍存在的问题是：能耗大、成本高、流程长，自动控制水平低。这种生产状况下生产的产品成本高，市场竞争力差，因此大部分化肥行业处于低利润甚至处于亏损状态。为了改变这种状态，除了改变比较落后的工艺流程外，实现装置生产过程优化控制是行之有效的方法。 合成氨生产装置是我国化肥生产的基础，提高整个合成氨生产装置的自动化控制水平，对目前我国化肥行业状况，只有进一步稳定生产降低能耗，才能降低成本，增加效益。而实现合成氨装置的优化是投资少、见效快的有效措施之一。 合成氨装置优化控制的意义是提高整个合成氨装置的自动化水平，在现有工艺条件下，发挥优化控制的优势，使整个生产长期运行在最佳状态下，同时，优化系统的应用还能节约原材料消耗，降低能源消耗，提高产品的合格率，增强产品的市场竞争能力。 关键字合成氨农业化学肥料意义
摘要 (2) 关键字 (2) 目录 (3) 正文 (4) 一前言 (4) 1.1 物理性质 (4) 1.2化学性质 (4) 二合成氨工业产品的用途 (5) 2.1氨气用途 (5) 2.2氨水用途 (5) 三合成氨的生产工艺及影响因素 (5) 3.1 原料气制备 (5) 3.1.1 一氧化碳变换过程 (6) 3.1.2 脱硫脱碳过程 (6) 3.1.3 气体精制过程 (6) 3.1.4 氨合成 (7) 3.2 影响合成氨的因素 (7) 3.2.1 温度对氨合成反应的影响 (7) 3.2.2 压力对氨合成反应的影响 (7) 3.2.3 空速对氨合成反应的影响 (7) 3.2.4 氢氮比对氨合成反应的影响 (8) 四.合成氨工艺流程图 (8) 五．研究现状 (8) 六.发展趋势 (9) 6.1原料路线的变化方向 (9) 6.2节能和降耗 (10) 6.3产品联合生产 (10) 7.1合成氨对农业的意义 (10) 7.1.1提高粮食产量 (10) 7.1.2提高土壤肥力 (10) 7.1.3发挥良种潜力 (11) 7.1.4补偿耕地不足 (11) 7.2合成氨对工业生产的意义 (11) 7.3合成氨对其他行业的意义 (12) 致谢 (13) 参考文献 (14)
文献综述 1.氨的性质及主要用途 氨是一种无色、有刺激性气味的气体，极易溶于水(1:700)，密度比空气小，易液化（在常压下冷却至-33.5℃或常温下加压至70-80bar）。氨是制造化肥、硝酸、炸药的重要原料。氨对地球上的生物相当重要，它是许多食物和肥料的重要成分。氨也是所有药物直接或间接的组成。氨有很广泛的用途，同时它还具有腐蚀性等危险性质。由于氨有广泛的用途，氨是世界上产量最多的无机化合物之一，多于八成的氨被用于制作化肥。 2.世界(或国内)合成氨的生产现状及发展前景 2.1合成氨的生产现状 国际肥料工业协会在第七十七届年会上发布《全球肥料和原材料供需展望》报告，预期全球合成氨产量将由2008年的1.809亿吨(实物量NH3，下同)增长至2013年的2.178亿吨，届时全球合成氨海运贸易总量将达到2060万吨。其中，全球新建合成氨装置中有三分之一来自中国，其余来自阿尔及利亚、特立尼达、委内瑞拉、沙特、巴基斯坦、印度等国家。随着新建合成氨装置的投产，区域合成氨贸易将继续增加，全球合成氨生产和海运贸易都将迎来新的增长期。 据IFA对全球合成氨产量的调查显示，2008年全球合成氨产量接近1.528亿吨，比2007年减少了1%。中国、澳大利亚、欧洲、俄罗斯、特立尼达和多巴哥、印度、沙特等国均由于市场需求疲软而减少，伊朗、加拿大、印度尼西亚、墨西哥、委内瑞拉等需求继续增加。2008年全球合成氨产能达到1.809亿吨，比2007年增加500万吨，主要来自于中国、非洲、西亚等地区。 目前，约有80%的合成氨用来生产化学肥料，其余作为生产其他化工产品的原料。除了生产尿素，硝酸及硝酸铵等产品间接用于工业生产外，合成氨还直接用于丙烯腈、己内酰胺等产品的生产。同时，在其他工业领域也有十分广泛的应用，如用作制冰箱、空调、冷藏系统的制冷剂，在冶金工业中用来提炼矿石中的铜、镍等金属、在医药和生物化学方面用作生产磺胺类药物、维生素、蛋氨酸和其他氨基酸等[1]。 2.2我国合成氨及下游产品工业消费现状与预测 我国是世界上最大的合成氨生产国，产量约占世界总产量的1/3。“十一五”期间，合成
《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
煤化工工艺路线图 煤制甲醇典型工艺路线图
1、合成甲醇的化学反应方程式： （1）、主反应： C O+2H2=C H3O H+m o l （2）、副反应 2C O+4H2=C H3O C H3+H2O+K J/m o l C O+3H2=C H4+H2O+K J/m o l 4C O+8H2=C4H9O H+3H2O+K J/m o l C O2+H2=C O+K J/m o l 2、甲醇合成气要求氢碳比f=(H2-CO2)/(CO+CO2)≈~，由于煤炭气化所得到的水煤气CO含量较高，H2含量较低，因此水煤气须经脱硫、变换、脱碳调整气体组成，以达到甲醇合成气的要求。 3、CO变换反应 C O+H2O(g)=C O2+H2（放热反应） 4、水煤气组分与甲醇合成气组分对比 天然气制甲醇工艺流程图
1、合成甲醇的化学反应方程式： C H4+H2O=C H3O H+H2 2、甲醇合成气要求氢碳比f=(H2-CO2)/(CO+CO2)≈~，由于天然气甲烷含量较高，因此要对天然气进行蒸汽转化，生成以H2、CO和CO2位主要成分的转化气。由于蒸汽转化反应是强吸热反应，因此还要对天然气进行纯氧部分氧化以获取热量，使得蒸汽转化反应正常连续进行，最终达到甲醇合成气的要求。 3、蒸汽转化反应 C H4+H2O(g)=C O+H2（强吸热反应） 4、纯氧部分氧化反应 2C H4+O2=2C O+4H2+m o l C H4+O2=C O2+2H2+k J/m o l C H4+O2=C O2+H2O+k J/m o l 5、天然气组分与甲醇合成气组分对比 石油化工、煤炭化工产品方案对比（生产烯烃）
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