第一章文献综述
1.1国内外合成氨的发展技术
1.1.1国外合成氨工业发展状况
20世纪初，法国的一位化学家勒夏特列以平衡移动为基础进行研究，并且通过进行理论计算，认为在高压下由氮气和氢气可以直接化合生成氨，勒夏特列通过实验来进行验证，但是在实验过程中发生了爆炸。他没有去调查爆炸事故发生的原因，只是觉得这个实验有危险，就这样放弃了合成氨的研究工作，导致了就此宣告结束。失败的原因后来查明是由于实验所用的混合气体中含有氧气，因为氢气和氧气混合在一定的比例就会发生爆炸。
不久后，德国化学家能斯特通过理论计算，认为使用氮气和氢气作为原料来合成氨反应不可能进行。这个结论使得人工合成氨研究又遭到了严重的打击。后来才发现是因为在计算时能斯特误用了一个热力学数据，所以才导致了得到错误的结论。
需然合成氨研究进过了多次失败，但是还是哈伯知难而上，对合成氨研究进行了全面系统的研究和实验，在1908年7月，终于在600℃、200个大气压的条件下用氮气和氢气合成了氨，需然产率仅有2%，但是这个结果对于合成氨研究来说，是非常重要的突破。
合成氨产量在化学工业生产中占有非常大的比重。1950年左右，天然气作为新的能源被成功开发，天然气从此作为制氨的原料开始广泛应用。到了20世纪60年代末，而用焦炭、煤作为原料来合成氨的部分国家都先后停止了，改为使用天然气、重油等为原料，这也使得天然气作为原料的比重不断上升。 20世纪80年代，世界合成氨产量为125Mt氨,但由于原料供应不足、市场需求的提高，合成氨使用量远远合成氨量远远要高得多。近年，苏联、中国、美国、印度等十国的合成氨产量最高，占世界总产量的50%以上。合成氨主要用来生产化肥，非化肥用氨（主要是高分子化工、炸药工业等），统称工业用氨。目前,合成氨每年的总消费量(以N计)大约为78.2Mt，工业用氨量约为
10Mt，约占总量的12％。合成氨的原料主要有天然气、石脑油、重质油和煤等。20世纪80年代，世界以天然气制氨的比例约占71％,苏联为92.2％、美国为96％、荷兰为100％；而我国仍以煤、焦炭为主要原料制氨,天然气的使用率仅占到了20%。在70年代原油涨价后，部分采用石脑油作为原料来合成氨老厂改为用天然气，新建的厂所使用的原料大部分都是天然气。合成氨的生产方法主中原料气的制备有很大的区别，其中使用最为广泛的是蒸汽转化法和部分氧化法。
1.1.2 国外合成氨工业发展趋势
资源储量中煤的储量最多的，石油和天然气的储量总和也只是其的1/10，从70年代中东石油涨价后,使用煤作为原料合成氨的工艺又走上了舞台,综合各方面的因素，使用气体作为原料来合成氨，装置投资低、能耗低、成本低,预计到20世纪末,气体燃料作为原料都将是主流。由于在合成氨工业生产中消耗的能源比较多，因此采用低能耗工艺、充分回收及合理利用能量将是生产氨技术改进的重点，研究新型高效的催化剂、开发新的设备来降低合成压力和开发新的原料气净化方法、降低燃料消耗、使得低位热能得到更加合理的利用和回收利。针对天然气为原料的节能型合成氨新流程，设计能耗可降低到29.3GJt液氨。CO
2
是合成氨工艺中量比较多的产物，直接排放会造成温室效应，而将其用于冷冻、饮料、灭火、生产尿素、纯碱、碳酸氢铵等的原料，就会的到合理的应用。如果原料脱除二氧化碳过程能够同时生产这写产品，那么流程可以得到简化、能
耗和成本也可以大大的降低。我国开发的用NH
3.H
2
O脱除CO
2
直接制NH
3
HCO
3
新工艺，以
及中国、意大利等国开发的变换气气提法联合生产尿素工艺，都有明显的优点。
表1.1世界合成氨原料构成（%）
原料
19
29
19
39
19
53
19
65
19
71
19
75
19
80
19
85
19
90
焦炭、煤
65
.2
53
.6
37
5.
8
9.
9.
5.
5
6.
5
13
.5
焦炉气
15
.8
27
.1
22 20
天然气- 1.
3
26
44
.2
60
62
.0
71
.5
71
.0
77
石脑油- - - 4.
8
20
19
.0
15
.0
13
.0
6
重油- - - 9.
2
4.
5
5.
7.
5
8.
5
3
其它19 18 15 16 6.
5
5.
0.
5
1.
0.
5
合计10
10
10
10
10
10
10
10
10
由表知，合成氨的原料开始以固体燃料为主，后来发展为气体燃料和液体作为主要的原料。
1.2国内合成氨工业发展状况和发展趋势
1.2.1国内合成氨工业发展状况
建国前，我国的合成氨工业不但厂家少、规模小，技术还非常落后。建国后，合成氨工业迅速发展起来，合成氨的量也在快速增加。
1949年前，我国仅南京、大连有两家合成氨工厂，在上海有一个以水电解法制氢为原料的小型合成氨车间，年生产能力共为46kt氨。中华人民共和国成立以后，合成氨的产量增长很快。由于我国是以农业为主的国家，因而需要氨的量是非常大的，因此以前的旧厂得到了回复和重建，吉林、兰州、太原、四川四个氨厂也在50年代建成投产。20世纪60年代在云南、上海、衢州、广州等地先后建设了20多座中型氨厂。通过努力完成了“三触媒”流程氨厂年产50kt的通用设计，之后再石家庄化肥厂使用了这个工艺。合成氨与碳酸氢铵联合生产的新工艺也在此时成功开发，在此基础上修建了很多的年产5～20kt氨的小型氨厂，很大一部分都是以无烟煤作为原料，代替了焦炭作为原料。70-80年代建设了以天然气、石脑油、重质油和煤为原料的年产300kt氨的大型氨厂，这些大型的合成氨厂的技术就是不叫先进的，四川、江苏、浙江、山西等地都建立了这样的大型氨厂。1983、1984年产量分别为16770kt、18373kt，占世界第二位。现在已拥有以各种燃料为原料、不同流程的大型装置15座，中型装置57座，小型装置1200多座，生产量近20Mt氨/年。
目前，我国是以农业为主的国家，因而氨的需求量是世界上最多，但是也是世界上合成氨最大的生产国，我国的氨生产能力达到了4222万吨。也是在化工产业中的耗能大户，因为氨的耗能是比较多的。6月7日～8日，在北京召开的全国合成氨节能改造项目技术交流会，确定了我国的氨生产技术改进目标。
会议根据“十一五”期间《合成氨能量优化节能工程实施方案》规划，确定了合成氨工业的节能重点：大型合成氨装置采用先进节能工艺、新型催化剂和高效节能设备，提高转化效率，加强余热回收利用；使用气体为原料的合成氨推广一段炉烟气余热回收技术，并改造蒸汽系统；以石油为原料的合成氨加快以洁净煤或天然气替代原料油改造；中小型合成氨采用节能设备和变压吸附回收技术，降低能源消耗。煤造气采用水煤浆或先进粉煤气化技术替代传统的固定床造气技术。到2010年，合成氨行业节能目标是：单位能耗由目前的1700kg标煤／t下降到1570kg标煤／t；资源利用率要由现在的
13770kt～42.0％提高到45.5％；实现节能5700kt～5850kt吨标煤，减少排放CO
2
14130kt。
2006年8月国务院下发了《关于加强节能工作的决定》，要求将“十一五”节能目标逐级分解，落实责任，重点行业主要产品能耗总体要达到或接近本世纪初国际先进水品。为了落实“十一五”节能目标，国家发改委还制定发布了《千家企业节能行动实施方案》，千家企业是指钢铁、有色、煤炭、电力、石油石化、化工、建材、纺织、造纸等九个重点耗能行业规模以上独立核算企业，其中有16.4%的是氮肥企业。
1.2.2 国内合成氨工业的发展趋势
一系列科学技术和近代化学合成工业也因为合成氨工业的迅速发展而得到了提高。生产能力在不断的提高，科学技术也在不断地发展，在我国的国民经济组成中，合成氨生产工业所占的比例一定会不断提高。在20世纪以后，所有的合成氨装置都将会使用大型化装置、集中化、数字化、低能耗与对环境有利一面进一步提高，以一定的生产规模为中心，在合成氨工业生产中独立装置的能力将从1000～1350t/d上升到1500～2000t/d。
合成氨生产包括三个主要步骤。A.原料气的制造（造气工段）；B.净化处理（对原料气），除去原料气中所含有的杂质（脱硫、脱碳等）；C.氨的合成。
目前合成氨工业上主要采用的原料气有：固体原料、液体原料、气体原料。固体原料如焦炭、无烟煤、褐煤等；液体有重油、原油、轻油等；气体原料有天然气、油田气、焦炉气、炼厂气等。
21世纪，由于能源不断的消耗，资源不断减少、环境的问题等因素的影响，并且在现在温室效应严重，每个国家都在提倡低碳，减少碳的排放量。但是就目前合成氨的技术进步来看, 在将来，合成氨工业的生产原理都不会有很大的改变，特别是原则上的。要改变合成氨的技术就只有在经济、成本、设备、装置运行时间这几个方面着手。这些方面得到了提高，对合成氨工业是有很大的益处的，也能使效益最大化。对于现在的情况来说，使用天然气作为合成氨的原料是最好的，发展新型节能的工艺是保护环境所必须的。基于环境的保护，清洁技术的发展显得尤为重要。现在对工厂的排放管制是相当严格的，因此对过去的很多标准和问题都得重新对待。特别是温室效应的出现，使得CO2的排放将会受到严格的限制。这些新旧问题对氨工业有着举足轻重的影响。
1.3氨的性质
氨的化学式为NH
3
，氮含量为82.3%。具有强烈刺激性、特殊臭气的无色气体，比空
气轻，相对密度为0.596。标况下，1m3气氨重0.771公斤；1m3液氨重638.6公斤。极易溶于水，常温常压下，1体积的水能溶解600体积的氨;标况下，1体积水溶解1300
体积NH
3
的水溶液称为氨水，呈强碱性。因此，跑氨事故用水喷淋处理，效果是非常好的。氨的用途是非常多的，是无机化合物产量中最多的一种，80%的氨被用于制作化肥。因为氨可以提供孤对电子，所以氨也是一种路易斯碱。
氨与酸或酸酐能够直接发生反应生成铵盐；NH
3与CO
2
可反应得到氨基甲铵，脱水成
尿素；在铂催化剂存在的条件下，NH
3与O
2
可以在Pt的催化下反应得到CO，CO继续氧
化并与水作用得到HNO
3。NH
3
在高温下(800℃以上)分解成N
2
和H
2
；NH
3
具有易燃易爆和
有毒的性质。NH
3的自燃点为630℃，NH
3
在O
2
中易燃烧，燃烧时生成蓝色火焰。NH
3
与空
气或O
2按一定比例混合后，遇明火能引起爆炸。常温下NH
3
在空气中的爆炸极限为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。
1.3.1物理性质
NH
3
一般是无色有刺激性气味的气体，密度比空气小，极易溶于水，易液化，液氨可作制冷剂。以700：1的溶解度溶于水。摩尔质量：17.0306g/mol，CAS: 7664-41-7，密度：0.6942，熔点（mp）：-77.73 °C，沸点（bp）：-33.34 °C，临界点：132.9°C，11.38MPa，25%～28%浓氨水密度：0.899 g/ mL, 0°C，爆炸极限：15.8%-28%，偶极距：1.42 D
NH 3三维模型 1.3.2化学性质
（1）3NH 遇HCl 气体有白烟产生,可与氯气反应。 （2)氨水（一水合氨，O H NH 23?）具有腐蚀性。一般若用铁桶装氨水。
(3)氨的催化氧化是放热反应，产物是NO ，是工业制硝酸的重要反应，3NH 也可以被氧化成2N 。
(4)3NH 能使湿润的红色石蕊试纸变蓝。 在水中产生少量氢氧根离子，呈弱碱性。
（5）氨与酸反应生成铵盐：Cl NH HCl NH 43=+
1.4.合成氨的合成方法
氨的合成是在合成塔进行的，也是合成氨的最后一步，是将其他工段送来的精制的氢氮混合气合成为氨，这个步骤是在催化剂的作用下进行的。对于这个步骤来说它是将氮气和氢气化合生成液体的氨。在20世纪初，氨的合成方法有后电弧法和直接合成法等。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℃，此法合成的效率高、益分离，设备流程等占用的空间小。但是热量放出比较多，使得催化剂的问的也很高，易导致催化剂丧失活性，缩短了使用时间。高温高压下操作使得各方面的成本投资明显要高得多，所以在合成氨工业上大多不采用这个方法。
(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，在现在，中压发是一种比较成熟的合成氨发，各方面效益也比较好。此法的投资大多在设备和压缩功耗这两个地方，这两个方面成本降低，那么效益也会增加。从整个流程来看，消耗能量最多的是合成工段，但是能耗不只是由压力来决定的，他还与工艺的指标，和流程装置的分布有关。所以中压发应用比较广泛。
(3)低压法
操作压力10MPa左右，温度400～450℃。这中方法的温度和压力都比较低，他的优点是对设备的要求也相对的要低一些，容易管理，这也使得催化剂的活性保持在比较高得状态。需然催化剂能保持比较高的活性，但同时也对能影响其活性的物质非常的敏感。所以对原料的要求也提高了，否则会导致其中毒、缩短使用的时间。由于压力比较低，所以合成的效率也比较低，工艺流程又较为复杂。因此合成氨工业上一般不采用。
1.5合成氨的工艺流程
⑴造气：制取粗原料气（主要含有氮气、氢气）。使用固体原料时，制取原料气的方法一般都是使用气化发；石脑油则用二段蒸汽转化法制得粗原料气。
⑵净化：主要是去除杂质，只留下氮气和氢气，脱硫、脱碳和气体精制都是此工段的主要流程。
① CO转换
不论用什么方法制得的原料气中都含有一定量的CO ，大约在12%~40%。在合成的生产中参与反应的是H2和N2，所以CO 要除去。变换反应如下：
CO+H 2O →H 2+CO 2 ΔH =-41.2kJ/mol
此过程是一个强放热的反应，要是热量得到最大化的利用，就要分段进行，在变换段出口残余CO 含量必须要控制得很好。首先是高温变换，反应掉CO 量要对一些，此时生成CO 2和H 2；然后是低温变换，控制反应过后的CO 含量在0.3%上下。此工段是继续制造合
成气，也是净化，还为脱碳做准备。。
② S.C 的脱除
不管用什么原料来制造合成气，都会含有一定量的C 和S 。它们能够使催化剂中毒，导致催化剂无法使用。为了不使催化剂中毒而无法使用，必须在合成氨工段前将C 和S 脱除掉。以天然气为原料的蒸汽转化法，首先是脱硫，避免催化剂中毒丧失活性，以重油和煤为原料的部分氧化法，得根据变换工段采用的催化剂来确定在哪儿脱硫。在工业上有很多的方法可以脱硫，物理或化学吸收的方法用的比较多，低温甲醇洗法、聚乙二醇二甲醚法）等是最常用的方法。
合成气经过了CO 变换工段出来，变换气中除H2外，还会含有CO 2、CO 和CH 4等，CO 2是最多的。需然CO 2能导致催化剂中毒，但同时CO 2是尿素、碳酸氢铵的重要原料。因此在以
上过程中要考虑这方面的因素。
CO 2多是采用溶液来吸收。根据吸收剂性能的不同，可分为两大类。
物理吸收法 低温甲醇洗法（Rectisol ） 聚乙二醇二甲醚法（Selexol ） 碳
酸丙烯酯法
化学吸收法 热钾碱法 低热耗本菲尔法 活化MDEA 法MEA 法
③ 气体精制过程
经过以上两个工段后，还会有少量的CO 和CO 2在合成气中。为了保护催化剂，规定CO
和CO 2总含量不得大于10cm3/m3（体积分数）。所以合成气要经过最后的精制阶段才能送
到合成塔。
就目前来说，深冷分离法和甲烷化法是最常用的精制方法。深冷分离法主要是液氮洗法，利用深冷（<-100℃）来分离CO ，同时甲烷和氩等产品，深冷法一般都与空分装置配套使用。还有就是甲烷化发，其反应如下：
CO+3H 2→CH4+H 2O ΔH=-206.2kJ/mol
CO 2+4H 2→CH 4+2H 2O ΔH=-165.1kJ/mol
⑶合成氨是将纯净的氢、氮混合气经过压缩机加压，在合成塔中反应生成氨。氨合成的反应条件是高温、高压并伴有催化剂。这是一个体积缩小的反应，反应后的混合气中氨只有10%~20%，因此使 H 2和N 2循环。氨合成反应式如下：
N2+3H2→2NH3(g) ΔH=-92.4kJ/mol
1.6 合成氨的工业生产方法的评述及选择
1.6.1 以焦炭（无烟煤）为原料的流程
20世纪50年代前，大多数合成氨厂采用哈伯-博施法流程来进行生产。原料为焦炭，那么生产一吨氨的要消耗的能量为88GJ ，高出理论值4倍还多。中国在哈伯-博施流程基础上于20世纪50年代末、60年代初开发了碳化工艺和三催化流程：碳化工艺流程将加压水洗改用氨水脱除2CO 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。
1.6.2以天然气为原料的流程
使用天然气为原料，首先要将天然气进行脱硫，其次再进行二次转化，之后还要对
天然气进行CO变换、CO
2
杂质的脱除，经过以上过程制得的氮氢混合气，还是会含有一
定量的CO和CO
2
，含量约为0.1%～0.3%（体积），因此要对其进行甲烷化，通过甲烷化这个过程后，所得到的混合气就为纯净的氢气和氮气，他们的摩尔比为3。制得的纯合成气由压缩机压缩输送到氨合成回路，进行反应生产氨。此流程和以石脑油为原料生产氨的流程类似。
1.6.3以重油为原料的流程
以重质油为原料可采用部分氧化法生产合成氨的原料气。此法的生产流程比天然气蒸汽转化法要简单。深度加工所得的渣油也是重质油。此法需然较为简单，但是必须需要有空分装置进行配套使用。重质油气化所需要的氧由空气分离装置分离空气中的氧提供的，同时得到的氮气除了用作氨合成原料外，脱除一氧化碳、甲烷及氩的洗涤剂也需要液氮。
1.7合成氨催化剂
合成氨使用的催化剂为铁触媒（此催化剂是以含铁为主的混合型催化剂），铁触媒催化剂的活性受到温度的影响，500°C温度下此催化剂能够达到的活性是最高的，因此合成氨选择在500摄氏度下进行能够使各方面资源得到最大化的利用。效益也最大化。
为了是原料气得到最大化的利用。此法采用对原料进行循环的方法来提高利用率。通过对产品氨进行急速冷却为液态将其抽走。
在合成氨的生产中，能使催化剂中毒的物质有O
2、CO、CO
2
和水蒸气等。在这个时候
通入纯净的氢气和氮气能够使催化剂的活性得到恢复，基于这个现象可以得知此时催化剂中毒时暂时性的。如果是P S等物质导致的催化剂中毒，那么催化剂将永久中毒并且失去活性，而且是不能够进行恢复的活复。失去活性的催化剂将使生产的不能够正常运
行。在工业生产中为了不让催化剂发生中毒，因此要对原料气进行净化，对其的投资会提高、成本也会增加。研究新型的化剂，已经成为了非常重要的项目。
1.8催化机理
通过对热力学方面的计算表明，对合成氨有利的条件是低温、高压，如果没有催化剂的存在，该反应的活化能很高，这个反应是不能发生的。在催化剂（铁催化剂）存在的情况下，使得反应历程发生了变化，反应的活化能得到了降低，速率得到提高，使反应能够进行。现在科研认为，推测能够合成氨的另一机理，第一步让N2和铁催化剂发生化学吸附，让其吸附在催化剂表面，使N2的键作用降低。第二步是化学吸附的H原
子和催化剂表面上的N2不断作用，逐步生成—NH、—NH
2和NH
3
，最后氨分子在催化剂
表面上经过脱吸过程转变为气氨。
没有催化剂的条件下，合成氨反应的活化能为335kJ/mol。加入铁催化剂后，反应分两个阶段：
A.生成氮化物，活化能为126kJ/mol～167kJ/mol ；
B.氮氢化物，活化能为13kJ/mol，。
因为反应途径发生了变化，有不稳定的中间产物生成，使得反应的活化能大大降低，所以使得反应速率得到了很大提高。
评价催化剂标准是它的催化能力，也就是催化活性。因为催化剂的性质和质量在反应前后恒定的，因此有人认为催化剂制成后，根据他的性质在投入使用后就可以永远不用更换。但是催化剂在现实使用过程中是会发生改变的，有一定的规律，催化活性由低到高发生变化，在达到正常水平后会稳定一段时间。在使用一段时间以后，催化剂活性会因为一些原因逐渐下降，会一直下降到不能继续使用，也就是丧失了催化活性。而催化剂的活性保持稳定的时间短就是其寿命，催化剂使用的寿命受到其制备方法和使用条件的影响。
在催化剂的使用寿命时间里，经常会有杂质的存在使得催化活性明显下降，严重的甚至会导致催化剂失去活性，这种现象就是催化剂中毒。这是因为杂质占据了催化剂表面的活性中心，从而导致了催化剂的活性被破坏。催化剂中毒有两种：即暂时性中毒和永久性中毒。
催化剂样品图
第二章合成工段工艺原理及流程
2.1 工艺原理
氨合成的基本原理氨是由气态氢和氮在氨触媒的作用下反应生成的，其反应式为3H2+N2=2NH3+热量这是一个可逆、放热、体积缩小的反应，合成氨工艺包括：往复循环机工艺流程，透平循环机工艺流程，合成塔工艺流程。一.往复循环机工艺流程经合成反应，水冷器冷却、氨分离器分离后的混合气体，进入循环机气缸压缩提高压力，再送入系统与新鲜气混合进入合成塔。
2.1.1 氨合成反应的特点
氨合成的反应特点：N2+3H2≈2NH3
1．典型的可逆反应;
2．正反应是放热反应;
3．正反应方向是气体体积缩小的反应。
2.1.2合成氨生产的要求：
合成氨工业要求：
1 反应速率必须要达到一个很大的值才行；
2 氨含量要在合成氨反应平衡混合物要最大限度的提高。
2.1.3合成氨条件选择的依据:
运用化学反应速率和化学平衡原理的有关知识，同时考虑合成氨生产中的动力、材料、设备等因素来选择合成氨的适宜生产条件。
2.1.4合成氨的适宜温度：
1 温度：500℃左右
2 压强：20MPa —50MPa
3 催化剂：使用铁触媒作为催化剂，在合成时应将氨及时地分离抽走，还要使原料气不断的进行循环补充，是合成氨反应达到最大的效率。
2.1.5 氨合成反应的化学平衡
1、 平衡常数 氨合成反应的平衡常数K P 可表示为：
p K =
)N (p )H (P )NH (p 25.025.13? 式中p(NH 3)、p(H 2)、p(N 2)-----为平衡状态下氨、氢、氮的分压。
由于按合成反应是可逆、放热、体积缩小的反应，根据平衡移动定律可知，降低温度，提高压力，平衡向生成氨的方向移动，因此平衡常数增大。
2、平衡氨含量 反应达到平衡时按在混和气体中的百分含量，称为平衡氨含量，或称为氨的平衡产率。平衡氨含量是给定操作条件下，合成反应能达到的最大限度。
计算平衡常数的目的是为了求平衡氨含量。平衡氨含量与压力、平衡常数、惰性气体含量、氢氮比例的关系如下：
25
.1233)
1()](1[)(r r P K Y NH Y NH Y p i +?=-- 式中Y(NH 3)---平衡时氨的体积百分数
Y i -----惰性气体的体积百分数
p-----总压力
-----平衡常数
K
P
r------氢氮比例
由式可见，温度降低或压力升高时，等式右方增加，因此平衡氨含量也增加。所以，在实际生产中，氨的合成反应均在加压下进行。
2.2工艺流程
2.2.1.合成氨工艺流程
2.2.2. 制气过程
使用块煤作为原料，采用间歇式固定层常压气化法，在高温和程控机油传动控制下，交替与空气和过热蒸汽反应。反应方程式：
→CO2+Q
吹风 C+O
2
CO2+C→2CO-Q
上、下吹C+H2O(g)→CO+H2-Q
向煤气炉内交替通入空气和蒸汽与灼烧的碳进行气化反应，吹风阶段生成的空气煤气，经除尘器后送入吹风气回收系统，或者直接经烟囱放空，或者根据需要回收一部分至气柜，用来调节氢氮比，上下吹阶段生成的水煤气经过除尘，显热回收，冷却
除尘后去脱硫岗位，上述制气过程在微机控制下，往复循环进行，每一个循环六个阶段，其流程如下：
A 上吹阶段（加氮）：蒸汽通过蒸汽上吹阀，空气经过加氮阀→从炉底进入煤气炉→炉上部出→旋风分离器→总除尘器→联合废锅→洗气塔→气柜
B 下吹阶段：蒸汽通过下吹蒸汽阀→从上部进入煤气炉→炉下部出→旋风分离器→总除尘器→联合废锅→洗气塔→气柜
C 二次上吹阶段：蒸汽经上吹蒸汽阀→从炉底进入煤气炉→炉上部出→旋风分离器→总除尘器→联合废锅→洗气塔→气柜
D 空气吹净阶段：鼓风机来的空气→从炉底进入煤气炉→炉上部出→旋风分离器→吹风气回收系统。
造气
由大锅炉和小锅炉，潜热锅炉和复合肥来的蒸汽经过减压后进入蒸汽缓冲罐，在罐内与来自煤气夹套汽包的蒸汽混合后，通过蒸汽总阀和上下吹蒸汽阀，分别从炉底和炉顶交替进入煤气发生炉。
我国农民工职业病文献综述 安全工程专业学生：金霄 摘要：近年来随着经济的发展，职业病已经成为威胁我国广大农民工作者身心健康，制约劳动力资源可持续发展的重要因素，引起了广大学者的关注，而对于职业病的研究，已经成为包括医学，社会保障学等学科研究的一个新的重心，本文通过阅读2000年以来发表在学术期刊上的197篇关于职业病的文献，对职业病的现状，危害以及职业病防治三个方面进行了梳理和整合，并做了简要评述。关键词：职业病，危害，防治。 前言 职业病是指企业、事业单位和个体经济组织的劳动者在职业活动中，因接触粉尘、放射性物质和其他有毒、有害物质等因素而引起的疾病。各国法律都有对于职业病预防方面的规定，一般来说，凡是符合法律规定的疾病才能称为职业病。职业病的诊断，一般由卫生行政部门授权的，具有一定专门条件的单位进行。最常见的职业病有尘肺、职业中毒、职业性皮肤病等。 一，职业病现状 在我国关于就业问题一直是我国国策中的重中之重，对于就业中无论是国家还是个人都存在着许多问题，而个人问题也是占其中大多数。首先，对于许多在职人员都或多或少的存在着一些职业病，例如:生物因素所致职业病、职业性哮喘、职业性肿瘤、职业性耳鼻喉口腔疾病、职业性眼病、物理因素所致职业病等，这一系列的病状都显示了我国劳动人民面临着巨大的生理和心理的问题，然而许多人对自己的工作的危险性并不了解，这也更导致了职业病在我国多发以及扩大。 对于现如今的我国再就业问题中，不仅要保证就业率，而且还应该保证劳动者的生命健康问题，这也使得我国就业压力的更多的扩大了。 职业病现状让人揪心，从2009年河南农民工张海超“开胸验肺”事件到今年的苹果中国供应商员工中毒事件，职业病诊断难、鉴定难、监管难、获赔难、维权难等问题一直备受社会关注。古浪县是甘肃省中部的一个国家级贫困县，该县很多农村青壮年都选择去邻近矿藏丰富的肃北县务工。据报道，近几年，在肃北县务工的古浪农民工中，暴发了大规模的尘肺病。“偶尔矿长会发口罩，干活碍事，我们也不爱用，并且觉得也没什么用，戴上口罩嘴和鼻子里照样都是灰。”工人这样描述他们的劳动状况。 在职业病患者中，尘肺病患者最为普遍。卫生部《2009年全国职业病报告情况》显示，截至2009年底，全国累计报告职业病72万余例，其中尘肺病65.3万例。近年来，平均每年报告新发病例1万多例，每年因尘肺病给国家造成的直接经济损失达80亿元。然而，如此严重的情况却无法有效地维权，卫生部提供的数据显示，我国现有存在有毒有害作业场所的企业约1600万家，其中在从事劳动过程中遭受不同程度职业病危害的劳动者高达2亿人，而37.8％的职业病患者未获赔偿。
我国合成氨工业的现状及发展趋势 合成氨工业的现状及发展趋势 一、我国合成氨工业已走过了五十多年的路程，从小到大从弱到强，从3000吨/年——5000吨/年到45万吨/年，从碳铵到尿素。根据中国氮肥协会统计2019年合成氨产量5864.1万吨/年，位居世界第一，其中88%用来生产化肥；30万吨/年工厂有74家约占 49.4%，8万吨/年上以工厂有223家占82.4%，合成氨工业由3000吨/年发展到今天40万 吨/年（单系列），全国从1000个厂到今只有300个厂，然而总产量不但没有下降，反而 有所增加，尿素2019年出口355.95万吨，从而保证了粮食生产连年丰收。（据农业部门 反映一吨尿素可增产粮食几吨），我国粮食为什么连年丰收增产，一是靠国家支农、惠农、护农政策，二是靠优良品种，三是靠化肥支撑。因此对于我们这样一个有13.4亿人的大国，如果粮食生产不能稳定，那是不堪设想的。因此合成氨工业是国家发展的需要，也是 人民生活的需要。 二、我国合成氨工业发展趋势 由于我国人多地少，粮食需求量大，因此合成氨工业必须由小变大，向大型化、现代 化发展，过去小规模用块煤的技术已远远不能满足国民经济发展需要，发展趋势主要是： 1. 由小变大，扶大压小； 2. 由块煤变粉煤； 3. 由低压向中压、高压气化发展； 具体有以下几点： 1. 中压、高压造气 不管用水煤浆气化炉、干粉煤气化炉，还是块煤炉，流化床气化炉都要向中压、高压 发展，现在有的气化炉已做到8.7Map ，一般都在4.0Map 左右。 透平压缩这样可以省电3%左右。 2. 低压合成氨。 过去为了追求产量合成氨压力由低压向高压发展，现在从降低能耗的角度又能向低压，目前已成功运用15Map ，10Map 即正在试验中，这样可以做到电耗最低。 3. 高度净化，为了保证催化剂长周期运行气体净化已达到PPM 级，甚至PPb 级。 4. 消灭三废，最少做到达标排放，最终做到零排放。
本科毕业设计 任务书 题目年产20万吨合成氨变换工段及换热器的设计 学院化学与材料工程专业化学工程与工艺班级06化工学号0611401110学生姓名范重泰指导教师乔迁 温州大学教务处制
温州大学本科毕业设计任务书 一、设计的主要任务与目标： 主要任务： 1.阅读资料，了解国内外合成气和CO变换工艺 2.根据实习地—巨化集团合成氨厂的资料，确定CO变换工艺 3.完成设计说明书及相应的图纸 主要目标： 年产20万吨合成氨变换工段工艺以及换热器的设计 1.完成带控制点的工艺流程图 2.完成换热器的设备图 二、设计的主要内容与基本要求： 主要内容： 1.确定合成氨变换工段的工艺路线，生产方法的论证 2.根据规定的年产量准确的进行车间的物料和热量衡算。 3.根据确定的生产工艺条件并结合物料横算对换热器进行衡算。 4.计算换热器设备的体积、主要尺寸和进出口管径及材质规格。在设计中，记录各个过程的详细计算过程。 5.设计图纸的绘制，工段工艺流程图和设备图.
基本要求： 1.完成对生产工艺的设计及工艺流程图 2.完成换热器的设计及相应的设备图 三、计划进度： 1、2010.2.14-2010.2.19 查阅相关资料、确定论文的题目、资料收集并整 理。 2、2010.2.20-2010.2.27 确定设计方案，并做开题报告、任务书。 3、2010.2.28-2010.5.10 进行设计 4、2010.5.11-2010.5.19 进行总结、撰写论文并上交 5、2010.5.20-2010.5.27 导师审阅论文及修改 6、2010.5.28 准备论文答辩
四、主要参考文献： [1] 陈声宗. 化工设计[M] .北京: 化学工业出版社, 2001: 15-81. [2] 胡建生，江会保. 化工制图[M].北京：化学工业出版社 [3] 贺匡国.化工容器及设备简明设计手册[M].北京：化学工艺出版社. [4] 赵军，张有忱，段成红.化工设备机械基础[M].北京：化学工业出版社. [5] 陈英南，刘玉兰. 常用化工单元设备的设计[M].上海：华东理工大学出版社. [6] 董大勤. 化工设备机械基础[M].北京: 化学工业出版社, 2002: 164-202, 247-308. [7] 贾绍义, 柴诚敬. 化工原理课程设计[M].天津: 天津大学出版社, 2002(2007.重印): 101-134. [8] 谢端绶, 苏元复. 化工工艺算图（第一册）[M].北京: 化学工业出版社, 1982(1985.重印): 1-158. [9] 胡建生，江会保. 化工制图[M].北京：化学工业出版社. [10] 陈声宗.化工过程开发与设计[M].北京：化学工业出版社，2005 [11] 茅晓东,李建伟.典型化工设备机械设计知道[M].上海：华东理工大学出版社. [12] 崔小明. 国外聚丙烯生产工艺及催化剂技术进展[J].科技经纬.2005年第一期. [13] 崔小明聚丙烯的供需现状及发展前景[J].化学工业.2008年5月第26卷第5期. [14] 孙涛，张宝森，刘田库. 聚丙烯生产工艺进展[J].辽宁化工.2007年6月第36卷第6期 指导教师（签名）： 年月日学院审核意见： 签名： 年月日注：任务书必须由指导教师和学生互相交流后，由指导老师下达并交学院本科毕业设计领导小组审核后发给学生，最后同学生毕业论文等其它材料一起存档。
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。
生 产实 习报告姓名学号： 1
目录 前言 (3) 1实习目的 (3) 2实习工厂——四川化工总厂 (3) 2.1概述 (3) 2.2实习工段——H2SO4、 HNO3 (3) 2.2.1 H2SO4 生产工艺 (3) 2.2.2 HNO3 生产工艺 (3) 2.3实习工段——三聚氰胺、动力车间 (3) 2.3.1三聚氰胺工艺 (3) 2.3.2动力车间 (3) 2.4实习工段——NH3、尿 素 (3) 2.4.1氨气的合成 (3)
3 实习工厂——宏达股份磷化工公司 (3) 3.1概述 (3) 3.1.1公司概况 (3) 3.1.2公司主旨 (3) 2 求真务实感悟创新
3.1.3主要产品 (3) 3.1.4实习工段 (3) 3.2实习工段——磷酸二氢铵 (3) 3.2.1性质与用途 (3) 3.2.2反应式与简要流程图 (3) 3.2.3要点说明 (3) 3.3实习工段——磷酸氢钙 (3) 3.3.1性质与作用 (3) 3.3.2反应方程式 (3) 3.3.3中和方式 (3) 3.4实习工段——复合肥 (3) 3.4.1性质与用途 (3) 3.4.2部分流程图 (3) 3.4.3要点说明 (3)
结 (3) 4.1心得体会 (3) 4.2实习建议 (3) 3 求真务实感悟创新
前言 2012年5月，我们进行了为期一个月的生产实习。在实习指导老师的带领和指导下，我们分别到了四川化工总厂、宏达股份磷化工公司生产实习。在工厂里实习完之后，我们又在学校的仿真化工模拟实验室，进行了化工生产仿真模拟、中控模拟控制。 一个月实习中，我们对实际化工厂的生产装置，工艺流程，中控控制等有了一个实际感受。初步了解了化工生产是如何完成的，我们从枯燥乏味的课本上的理论知识脱离了出来，完成了理论和实际的联系。通过工厂的工程师的详细、耐心的讲解，让我们完成了理论知识到实际生产的升华，并认识到了化工厂安全的重要性！ 下面我将把这个月实习以来到工厂里学习到的工艺流程路线，装置设施，管道布置，车间布置，以及实习的心得体会总结如下，望老师提出批评和建议！ 4
废热锅炉 1.废热锅炉概论 废热锅炉是利用工业生产过程中的余热来生产蒸汽的锅炉。它属于一种 高温、高压的换热器。废热锅炉较早是用来产生一些低压蒸汽,回收的热量有限,只 是作为生产的一般辅助性设备。随着生产技术的发展,废热锅炉的参数逐渐提高,废 热锅炉由生产低压蒸汽的工艺锅炉转变为生产高压蒸汽的动力锅炉。废热研究 的新成果不断涌现研究的新成果不断涌现得在废热锅炉设计、制造、使用、安 全管理等领域的研究的新成果不断涌现 。 1.1 废热锅炉的特点 废热锅炉与普通动力锅炉一样, 都是生产动力蒸汽的一种高温高压设备, 所不同的是热源不同。它不是采用煤油、天然气、煤等燃料, 而是利用化工生 产工艺气中的废热。因此, 它既是一种能量回收装置, 也是一种化工介质工艺 设备。废热锅炉的共同特点是: 操作条件比较恶劣( 如高温、高压、热流强度 大, 锅炉受压元件的热应力大等) , 并要求连续、稳定地安全运行, 对高温工 艺气的温度和冷却速度的控制要求十分严格。废热锅炉的运行比常规锅炉更复 杂, 废热锅炉利用的是余热, 不仅是高温气体的显热, 而且还利用某些废气中 所含少量的可燃物质( 如一氧化碳、氢气、甲烷) 等化学热能。例如, 催化裂 解装置中再生器排出的再生气体, 其温度可达550 ℃～750 ℃ 。另外催化裂 解装置再生器排出的高温烟气中含有很多粉状催化剂。烟气中灰分含量高, 不 但对流受热面的磨损加剧, 而且因为受热面积灰严重, 需要经常除灰和定期停 炉清扫, 给生产带来一定困难。有些高温烟气中含有较多的二氧化硫和三氧化 硫,使得烟气露点升高, 受热面的低温腐蚀严重, 检修工作量增加。 1.2 废热锅炉的分类 在废热锅炉中进行的是热量传递的过程,因此废热锅炉的基本结构也是一具 有一定传热表面的换热设备。但是由于化工生产中,各种工艺条件和要求差别很 大,因此化工用的废热锅炉结构类型也是多种多样的。 1.2. 1 按照炉管是水平还是垂直放置,废热锅炉可以分为卧式(大都采用火管式,即 管内走高温工艺气体,而管外走饱和水或水蒸气) 和立式(比卧式锅炉水循环速 度快,传热速率较高,蒸汽空间也较大,因此这种锅炉蒸发量大) 两大类。 1.2. 2 按照锅炉操作压力的大小,废热锅炉可以分为低压(蒸汽压力在1. 3MPa 以下) 、中压(蒸汽压力在1. 4 —3. 9MPa 范围内) 、高压(蒸汽力在4. 0 — [1] [2]
合成氨的工艺流程 氨是重要的无机化工产品之一，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。 德国化学家哈伯从1902年开始研究由氮气和氢气直接合成氨。于1908年申请专利，即“循环法”，在此基础上，他继续研究，于1909年改进了合成，氨的含量达到6%以上。这是目前工业普遍采用的直接合成法。反应过程中为解决氢气和氮气合成转化率低的问题，将氨产品从合成反应后的气体中分离出来，未反应气和新鲜氢氮气混合重新参与合成反应。合成氨反应式如下： N2+3H2=2NH3(该反应为可逆反应,等号上反应条件为:"高温，高压",下为:"催化剂") 合成氨的主要原料可分为固体原料、液体原料和气体原料。经过近百年的发展，合成氨技术趋于成熟，形成了一大批各有特色的工艺流程，但都是由三个基本部分组成，即原料气制备过程、净化过程以及氨合成过程。 合成氨是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NH3英文名：synthetic ammonia。世界上的氨除少量从焦炉气中回收副产外，绝大部分是合成的氨。 1.合成氨装置模型图： 工业生产上合成氨装置图 2、合成氨工艺流程叙述： (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：
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
年产10万吨合成氨合成工段设计毕业设计 年产10万吨合成氨合成工段设计 1引言 氮是植物营养的重要成分之一，大多数的植物不能直接吸收存在于空气中的游离氮，只有当氮与其他元素化合以后，才能被植物吸收利用。将空气中的游离氮转变为化合态氮的过程称为“固定氮”。 20世纪初，经过人们的不懈探索，终于成功的开发了三种固定氮的方法：电弧法、氰氨法、和合成氨法。其中合成氨法的能耗最低。1913年工业上实现了氨合成以后，合成氨法发展迅速，30年代以后，合成氨法已成为人工固氮的主要方法。 1.1氨的性质 氨化学式为NH3常温下为无色有刺激性辛辣味的恶臭气体，会灼伤皮肤、眼睛，刺激呼吸道器官粘膜，空气中氨的质量分数占0.5% ~ 1.0%就会使人在几分钟内窒息。氨的主要物理性质见表0-1。氨在常温加压易液化，称为液氨。氨易溶于水，与水反应形成水合氨（NH3 + H2O=NH3·H2O）简称氨水，呈弱碱性，氨水极不稳定，受热分解为氨气和水，氨含量为1%的水溶液PH为11.7。浓氨水氨含量为28% ~ 29%。氨的化学性质比较活泼，能与酸反应生成盐，如与盐酸反应生成氯化铵；与磷酸反应生成磷酸铵；与硝酸反应生成硝酸铵；与二氧化碳反应生成甲基甲酸铵，脱水后生成尿素等等。 表1-1氨的主要物理性质[1]
年产10万吨合成氨合成工段设计 1.2氨的用途 氨主要用于制造化学肥料，如农业上使用的所有氮肥、含氮混合肥和复合肥等；也作为生产其他化工产品的原料，如基本化学工业中的硝酸、纯碱、含氮无机盐，有机化学工业的含氮中间体，制药工业中磺胺类药物、维生素，化纤和塑料工业中的己酰胺、己二胺、甲苯二异氰酸酯、人造丝、丙烯腈、酚醛树脂等都需要直接或间接地以氨为原料。另外在国防工业尖端技术中，作为制造三硝基甲苯、三硝基苯酚、硝化甘油、硝化纤维等多种炸药的原料。氨还可以做冷冻，冷藏系统的制冷剂。 1.3合成氨的发展历史 1.3.1氨气的发现 十七世纪30年代末英国的牧师、化学家S.哈尔斯（HaLes，1677～1761）,用氯化铵与石灰的混合物在以水封闭的曲颈瓶中加热，只见水被吸入瓶中而不见气体放出，1774年化学家普利斯德里重做该实验，用汞代替水来密封，制得了碱空气（氨），并且他还研究发现了氨的性质，发现氨极易溶于水、可以燃烧，还发现该气体通以电火花时其容积增加，而且分解为两种气体：H2和N2，其后H.戴维（Davy，1778～1829）等化学家继续研究，进一步证明了2体积的氨通过电火花放电后，分解为1体积的氮气和3体积的氢气[2]。 1.3.2合成氨的发现及其发展 19世纪以前农业上所需的氮肥来源主要来自于有机物的副产物和动植物的废物，如粪便、腐烂动植物等等，随着农业和军工生产的发展的需要，迫切的需要建立规模巨大的探索性的研究，化学家们设想，能不能把空气中大量的氮气固定下来，从而开始设计以氮和氢为原料的合成氨流程。19世纪，大量的化学家开始试图合成氨，他们试图利用高温、高压、电弧、催化剂等手段试验直接合成氨，均未成功。19世纪末，随着化学热力学、动力学和催化剂等领域取得一定进展后，对合成氨反应的研究有了新的进展。1901年法国物理化学家吕·查得利开创性地提出氨合成的条件是高温、高压，催化剂存在。1912
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
目录 一、绪论 (1) 、概述 (3) 、设计任务的依据 (1) 二、装置流程及说明 (2) 、生产工艺流程说明 (2) 、粗苯洗涤 (4) 、粗苯蒸馏 (4) 三、吸收工段工艺计算 (7) 、物料衡算 (7) 、气液平衡曲线 (8) 、吸收剂的用量 (9) 、塔底吸收液 (10) 、操作线 (10) 、塔径计算 (10) 、填料层高度计算 (13) 、填料层压降计算 (16) 四、脱苯工段工艺计算 (17) 、管式炉 (17) 、物料衡算 (18) 、热量衡算 (22)
五、主要符号说明 (25) 六、设计心得 (26) 七、参考文献 (27)
一、绪论 概述 氨是重要的化工产品之一，用途很广。在农业方面，以氨为主要原料可以生产各种氮素肥料，如尿素、硝酸铵、碳酸氢氨、氯化铵等，以及各种含氮复合肥料。液氨本身就是一种高效氮素肥料，可以直接施用。目前，世界上氨产量的85%—90%用于生产各和氮肥。因此，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。合成氨工业对农业的作用实质是将空气中游离氮转化为能被植物吸收利用的化合态氮，这一过程称为固定氮。 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。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。生产火箭的推进剂和氧化剂，同样也离不开氨。此外，氨还是常用的冷嘲热讽冻剂。 合成氨的工业的迅速发展，也促进了高压、催化、特殊金属材料、固体燃料气化、低温等科学技术的发展。同时尿素的甲醇的合成、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。 在合成氨工业中，脱硫倍受重视。合成氨所需的原料气，无论是天然气、油田气还是焦炉气、半水煤气都人含有硫化物，这些硫化物主要是硫化氢（S H 2）、二硫化碳（2CS ）、硫氧化碳（COS ）、硫醇（SH -R ）和噻吩（S H C 44）等。其中硫化氢属于无机化合物，常称为“无机硫”。 合成氨在生产原料气中硫化物虽含量不高，但对生产的危害极大。 ①腐蚀设备、管道。含有S H 2的原料气，在水分存在时，就形成硫氢酸（HSH ），腐蚀金属设备。其腐蚀程度随原料气中S H 2的含量增高而加剧。 ②使催化剂中毒、失活。当原料气中的硫化物含量超过一定指标时，硫化物与催化剂活性中心结合，就能使以金属原子或金属氧化物为活性中心的催化剂中毒、失活。包括转化催化剂、高温变换催化剂、低温变换催化剂、合成氨催化剂
万吨年合成氨合成工段工艺设计毕业设计
四川理工学院毕业设计 9万吨/年合成氨合成工段工艺设计 四川理工学院材料与化学工程学院
摘要 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。氨主要用于农业,合成氨是氮肥工业的基础。氨的合成主要有脱硫、转化、净化、合成几个工段。合成氨合成工段的设计，原料采用氮气和氢气，以合成塔为主要设备，在氨冷器、水冷器、气—气交换器、循环机、分离器、冷凝塔等辅助设备的作用下制得液氨，工艺条件为：A201为催化剂，480℃，31Mpa。本设计进行了物料衡算，热量衡算，设备选型计算。 关键词：合成工艺参数衡算设备计算
-Ⅰ- ABSTR Ammonia is one of the most important basic chemical products in the world，Its output of various kinds of chemicals rank first in the world. Ammonia mainly used in agriculture and synthetic ammonia is the basis of nitrogen fertilizer industry. Ammonia synthesis is mainly from the four sections of desulphurization, conversion, decontamination, and synthesis. With using nitrogen and hydrogen as materials and synthesis converter as main equipment, under the action of the auxiliary equipments of ammonia air conditioning, water-cooling device, gas to gas exchanger, circulator, separator, and condenser and so on, in the end, the design of the ammonia synthesis section makes ammoniacalliquor, The process conditions are determined as following:A201 as catalyst, 480℃，31Mpa .The design is be designed to material balance, heat balance and calculation of Devices type. KEY WORDS:synthesis process parameter balance calculation of Devices
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)
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
合成氨工业发展史 一、人口增加与粮食需求 农业出现在12000年以前，是人类企图用增加食物供给来增强自己生存的开始。那时的人口约1500万。在2000 年前，由于农业的发展使人口增加到2.5亿。到1650年，人口又增长一倍，达到5亿。然后，到1850年世界人口就翻了一番，高达10亿，这段历程仅仅花了200 年时间。80 年后的1930年，人口超过了20亿。这种增长速度还未减缓，到1985年地球上供养的人数已达50亿。如果每年以1985年人口的2％水平继续增长下去的话，到2020年的世界人口将是100亿左右。因此限制人口的增长势在必行。目前，人口自然增长率在世界范围内正开始下降，据美国华盛顿人口局（1997年）：2000年全球人口将由目前的58 亿增至61 亿，2025 年将达68 亿。人口局称，人口增长最快的是全球最贫困的国家。1996 年全球58 亿人中发展中国家的人口占了47 亿，占全球人口总增长率的98％。中国人口增长的形势也不容乐观。根据国家统计局的统计，中国人口已于1995年2 月15 日达到12亿。据预测，到2000 年中国人口将突破13.5亿。 显然，人类将面临日益严重的问题是给自己提供充足的食物和营养，以及从根本上限制人口增长。估计，到20 世纪末，严重营养不良的人数将达6.5 亿。解决问题的出路，必然需要科学的帮助，化学看来是最重要的学科之一。它之所以重要，首先是因为它能增加食物供给，其次它能给那些有意限制人口增长的人提供可靠的帮助。 在历史上，化学曾在扩大世界粮食供应过程中起过关键作用。这就是合成氨的发明和现代农药的使用，以及它们的工业化。 二、合成氨工业发展史 20 世纪初化学家们所面临的突出问题之一，是如何为大规模利用大气中氮找到一种实用的途径。氮化合物是肥料和炸药所必不可少的。但在当时，这种化合物的质量最优和最大来源是智利硝石。但智利地处南美而且远离世界工业中心；可是全世界无论何处，大气的五分之四都是氮。如果有人能学会大规模地、廉价地把单质的氮转化为化合物的形式，那么，氮是取之不尽、用之不竭的。 利用氮气与氢气直接合成氨的工业生产曾是一个较难的课题。合成氨从实验室研究到实现工业生产，大约经历了150年。直至1909年，德国物理化学家F ·哈伯（Fritz Haber，1868—1934）用锇催化剂将氮气与氢气在17.5MPa～20MPa和500℃～600℃下直接合成，反应器出口得到6％的氨，并于卡尔斯鲁厄大学建立一个每小时80g合成氨的试验装置。但是，在高压、高温及催化剂存在的条件下，氮氢混合气每次通过反应器仅有一小部分转化为氨。为此，哈伯又提出将未参与反应的气体返回反应器的循环方法。这一工艺被德国巴登苯胺纯碱公司所接受和采用。由于金属锇稀少、价格昂贵，问题又转向寻找合适的催化剂。该公司在德国化学家A ·米塔斯提议下，于1912 年用2500 种不同的催化剂进行了6500 次试验，并终于研制成功含有钾、铝氧化物作助催化剂的价廉易得的铁催化剂。而在工业化过程中碰到的一些难题，如高温下氢气对钢材的腐蚀、碳钢制的氨合成反应器寿命仅有80h 以及合成氨用氮氢混合气的制造方法，都被该以司的工程师 C ·博施（Carl Bosch，1874—1940）所解决。此时，德国皇帝威廉二世准备发动战争，急需大量炸药，而由氨制得的硝酸是生产炸药的理想原料，于是巴登苯胺纯碱公司于1912年在德国奥堡建成世界上第一座日产30t合成氨的装置，1913年9月9 日开始运转，氨产量很快达到了设计能力。人们称这种合成氨法为哈伯-博施法，它标志着工业上实现高压催化反应的第一个里程碑。由于哈伯和博施的突出贡献，他们分别获得1918、1931年度诺贝尔化学奖金。其他国家根据德国发表的论文也进行了研究，并在哈伯-博施法的基础上作了一些改进，先后开发了合成压力从低压到高压的很多其他方法（表18－1）。
年产30万吨合成氨工艺设计毕业论文 目录 摘要........................................................................ I Abstract................................................................... II ...................................................................... IV 1 综述.................................................................. - 1 - 1.1 氨的性质、用途及重要性.......................................... - 1 - 1.1.1 氨的性质................................................... - 1 - 1.1.2 氨的用途及在国民生产中的作用............................... - 1 - 1.2 合成氨生产技术的发展............................................ - 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................................... - 4 - 1.3合成氨转变工序的工艺原理......................................... - 6 - 1.3.1 合成氨的典型工艺流程介绍................................... - 6 - 1.3.2 合成氨转化工序的工艺原理................................... - 8 - 1.3.3合成氨变换工序的工艺原理................................... - 8 - 1.4 设计方案的确定.................................................. - 9 - 1.4.1 原料的选择................................................. - 9 - 1.4.2 工艺流程的选择............................................. - 9 - 1.4.3 工艺参数的确定............................................ - 10 - 1.4.4 工厂的选址................................................ - 11 - 2 设计工艺计算......................................................... - 1 3 -