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年产12万吨合成氨合成工段的工艺引言液氨称为无水氨，是一种无色液体。
具有强烈刺激性气味，极易气化为气氨。
相对密度0.667g/cm,相对分子质量17.03，沸点-33.33℃，溶点-77.7℃，爆炸极限为15.7%—27%（体积分数），液氨在工业上应用广泛，而且具有腐蚀性，容易挥发。
合成氨是化学工业的基础，也是我国化学工业发展的重要先驱。
其产量居于各种化工产品的首位，同时是能源消耗的大户。
氨产品分为农业用氨和工业用氨两大类。
农业用氨主要用于生产尿素、硝铵、碳铵、硫酸铵、氯化铵、磷酸一铵、磷酸二铵、硝酸磷肥等多种含氮化肥产品。
用于生产尿素和碳铵的消费量约占合成氨总消费量的75%，用于生产硝铵、氯化铵等其他肥料的合成氨约占合成氨总消费量的15%；工业用氨主要用于生产硝酸、纯碱、丙烯腈、己内酰胺等多种化工产品，占总消费量的10%。
合成氨生产的原料在20世纪末是以气体燃料和液体燃料为主。
近年来，固体原料的比重大幅上涨。
合成氨传统生产方法是在低温下将空气液化并分离制取氮，氢气则由电解水制取或在高温下将各种燃料与水蒸气反应制得。
由于这两种制氢法能耗大，成本高，因此未能在工业中得到应用，因此，迫切需要改进生产工艺，降低成本，提高经济效益。
世界合成氨的技术发展经历了传统型蒸汽转化制氨工艺阶段、低能耗制氨工艺阶段、装置单系列产量最大化阶段。
未来合成氨的基本生产原理将不会出现原则性的改变，其技术发展将会紧紧围绕“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。
第1章概述1.1 研究背景1.1.1 氨的性质①物理性质常温常压下，氨是一种具有特殊刺激性气味的无色气体，有强烈的毒性。
空气中含有0.5%（体积分数）的氨，就能使人在几分钟内窒息而死。
在0.1MPa、-33.5℃，或在常温下加压到0.7到0.8MPa，就能将氨变成无色液体，同时放出大量的热量。
【】毕业论⽂毕业设计年产20万吨合成氨⼚⼯艺设计年产20万吨合成氨⼚⼯艺设计摘要氨的⼯业⽣产主要是利⽤氮⽓和氢⽓通过催化剂的催化⽽得到。
本设计是年产20万吨合成氨⼚的⼯艺设计，但由于合成氨的整个⽣产⼯艺较长，细节问题较多，鉴于设计时间的紧迫，本设计主要对合成氨的主要⼯段——合成⼯段进⾏了⼯艺计算、设备选型，并绘制了全⼚平⾯布置图、合成氨⼯艺流程⽰意图、合成⼯段带控制点⼯艺流程图、合成⼯段物料流程图、合成车间的⽴⾯图和平⾯图。
关键词：氨，催化剂，⼯艺，图Ammonia Plant Process of The Technological Designof 200,000 t Ammonia Per YearABSTRACTThe industrial production of ammonia is used mainly nitrogen and hydrogen through the catalyst to be obtained. The design of the annual output of 200,000 tons of synthetic ammonia plant process design, but because of the ammonia production process is longer, more details, in view of the urgency of the design time. The main design of the main section of ammonia-synthesis section of the technology, equipment selection, and the mapping of the entire plant layout map Ammonia Process Chart, Synthesis Process control point with the process flow chart Synthesis Process flowchart materials, synthetic workshop elevation and floor plans.KEY WORDS:ammonia ，catalyst ，technology ，chart⽬录摘要........................................................................................................................................... I ABSTRACT .............................................................................................................................. II 1 ⼯程设计背景与发展状况. (1)1.1⼯程设计的背景 (1)1.2我国合成氨产业概况 (1)1.3我国合成氨需求现状及设计规模 (1)2 ⼯程设计条件与总平⾯布置 (3)2.1⼯程设计条件 (3)2.1.1 原材料及辅助物料的资源条件 (3)2.1.2 公⽤⼯程概述 (3)2.1.3 劳动⼒资源条件 (3)2.2总平⾯布置 (3)2.2.1 总平⾯布置的基本原则 (3)2.2.2 总平⾯布置概述 (4)3 化⼯⼯艺设计 (7)3.1车间组成概述 (7)3.2车间⽣产综合叙述 (7)3.2.1 合成⼯段的概况及特点 (7)3.2.2 ⼯作制度 (7)3.2.3 产品的主要技术规格及标准 (8)3.2.4 ⼯艺流程叙述 (8)4 合成⼯段的⼯艺计算及设备选型 (10)4.1合成⼯段设计要求 (10)4.2合成⼯段物料衡算图 (10)4.3.1 物料衡算 (11)4.3.2 热量衡算 (24)4.3.3 主要设备的计算 (31)4.3.4 主要设备型号⼀览表 (45)5 安全⽣产及环境保护 (46)5.1环境保护与综合利⽤ (46)5.2劳动安全卫⽣ (46)致谢 (48)参考⽂献 (49)1⼯程设计背景与发展状况1.1 ⼯程设计的背景合成氨是化学⼯业中的⼀种重要的基础原料。
年产30万吨合成氨合成工段工艺设计目录摘要 .......................................................................................................................................... Abstract ..................................................................................................................................引言......................................................................................................................................第一章合成氨综述............................................................................................................1.1 氨的用途....................................................................................................................................1.2 氨的性质....................................................................................................................................1.2.1 氨的物理性质 .......................................................................................................................1.2.2 氨的化学性质 .......................................................................................................................1.3 合成氨的生产方法 .................................................................................................................1.4 合成工艺条件的选择.............................................................................................................1.4.1操作压力.................................................................................................................................1.4.2 反应温度 ................................................................................................................................1.4.3空速..........................................................................................................................................1.4.4合成塔进口气体组成..........................................................................................................1.5 合成氨工业的发展 .................................................................................................................第二章合成工段工艺简介..............................................................................................2.1 合成工段工艺流程简述 ............................................................................................2.2 工艺流程方框简图 ....................................................................................................2.3 设备简述.....................................................................................................................2.3.1 氨合成塔..................................................................................................................2.3.3 冷交换器..................................................................................................................2.3.4 氨冷器......................................................................................................................第三章工艺设计计算 .......................................................................................................3.1 设计要求.....................................................................................................................3.2 工艺流程图.................................................................................................................3.3 物料计算.....................................................................................................................3.3.1合成塔入口气体组分 ..............................................................................................3.3.2 合成塔出口气体组分 .............................................................................................3.3.3 合成率......................................................................................................................3.3.4 氨分离器气液平衡计算 .........................................................................................3.3.5 冷交换器气液平衡计算 .........................................................................................3.3.6 液氨储槽气液平衡计算 .........................................................................................3.3.7 液氨储槽物料计算 .................................................................................................3.3.8 合成系统物料计算 .................................................................................................3.3.9 合成塔物料计算 .....................................................................................................3.3.10 水冷器物料计算 ...................................................................................................3.3.11 氨分离器物料计算................................................................................................3.3.12 冷交换器物料计算 ...............................................................................................3.3.13 氨冷器的物料计算 ...............................................................................................3.3.14 冷交换器物料计算 ...............................................................................................3.3.15 液氨贮槽物料计算 ...............................................................................................3.4 热量衡算.....................................................................................................................3.4.2 氨冷凝器热量计算 .................................................................................................3.4.3 循环机热量计算 .....................................................................................................3.4.4 合成塔热量衡算 .....................................................................................................3.4.5 废热锅炉热量计算： .............................................................................................3.4.6 热交换器热量计算 .................................................................................................3.4.7 水冷器热量衡算： .................................................................................................3.4.8 氨分离器热量衡算： .............................................................................................第四章设备的选型与计算..............................................................................................4.1 设备选型.....................................................................................................................4.1.1 设备简述..................................................................................................................4.1.2 流程说明..................................................................................................................4.2 合成塔设计.................................................................................................................4.2.1 合成塔筒体设计 .....................................................................................................4.2.2 催化剂层设计 .........................................................................................................4.2.3 下换热器..................................................................................................................4.2.4 层间换热器..............................................................................................................4.3 辅助设备选型 ............................................................................................................4.3.1 废热锅炉..................................................................................................................4.3.2 热交换器..................................................................................................................4.3.3 水冷器......................................................................................................................4.3.4 冷交换器..................................................................................................................4.3.5 氨冷器I ...................................................................................................................结论......................................................................................................................................致谢......................................................................................................................................参考文献.................................................................................................................................附录......................................................................................................................................年产30万吨合成氨合成工段工艺设计摘要：氨是一种重要的化工产品，在国民经济中有重要的作用。
年产五万吨合成氨合成工段工艺设计一、引言合成氨是一种重要的化工原料，广泛应用于农业、工业和化工等领域。
合成氨的生产工艺是通过氮气和氢气在一定条件下进行催化反应，生成氨气。
年产五万吨合成氨合成工段工艺设计是一个重要的工程项目，本文将对该工艺设计进行详细介绍。
二、工艺流程1. 原料准备：氮气和氢气是合成氨的原料，氮气主要来自空分设备，氢气主要来自蒸汽重整装置。
2. 原料净化：氮气和氢气需要经过净化处理，去除其中的杂质和水分，以保证反应的纯净度和稳定性。
3. 反应器设计：合成氨的反应器通常采用催化剂床层式反应器，反应器的设计需要考虑到反应条件、催化剂选择、温度控制等因素。
4. 热力平衡：合成氨反应是一个放热反应，需要进行热力平衡设计，确保反应器内温度的稳定。
5. 催化剂再生：催化剂在反应过程中会逐渐失活，需要定期进行再生或更换。
6. 产品分离：合成氨反应生成的氨气需要进行分离和纯化，得到符合工业标准的合成氨产品。
三、工艺参数1. 反应温度：合成氨反应的适宜温度为350-550摄氏度，需要根据具体情况进行调整。
2. 反应压力：合成氨反应的适宜压力为100-300大气压，过高或过低的压力都会影响反应效果。
3. 催化剂选择：常用的合成氨催化剂有铁、铑、铑铁等，需要根据反应条件选择合适的催化剂。
4. 原料比例：氮气和氢气的摩尔比需要按照化学方程式进行精确控制，以确保反应的充分进行。
5. 反应速率：合成氨反应的速率受到温度、压力、催化剂活性等因素的影响，需要进行精确的反应速率控制。
四、设备选型1. 反应器：合成氨反应器需要选择耐高温、耐压的材料制造，通常采用碳钢或不锈钢材料。
2. 分离设备：合成氨反应产生的氨气需要通过冷凝、吸附等方式进行分离，需要选择适宜的分离设备。
3. 催化剂再生装置：催化剂再生装置需要具备高温高压下的操作能力，通常采用氢气再生或空气再生的方式。
4. 热力平衡设备：合成氨反应需要进行热力平衡设计，需要选择适宜的换热器、冷凝器等设备。
合成氨毕业设计论文【篇一：毕业论文合成氨】目录前言 (2)第一章总论 (3)1.1生产方法论述 (4)1.2氨合成催化剂的使用 (5)第二章氨合成工艺 (5)2.1氨合成工艺流程叙述 (5)2.2主要设备特点 (6)2.2.1氨合成塔(r1801) (7)第三章冷冻工艺流程说明 (8)3.1冷冻工艺流程叙述及简图 (9)第四章自动控制 (10)4.1控制原则 (10)4.2 仪表选型 (10)第五章安全技术与节能 (11)5.1 生产性质及消防措施 (11)5.1.1生产性质 (11)5.1.2消防措施 (11)5.2节能措施 (12)参考文献 (13)致谢 (14)前言在常温常压下，氨是有强烈刺激臭味的无色气体，氨有毒，且易燃易爆，空气中含氨0.5％，在很短时间内即能使人窒息而死，含氨0.2％，在几秒钟内灼烧皮肤起泡，含氨0.07％，即会损伤眼睛。
氨的燃点150℃，在空气中的爆炸范围为16％～25％（体积）。
在标准状态下氨的密度0.771克/升，沸点－33.35℃，熔点（三相点）－77.75℃，气态氨加热到132.4℃以上时，在任何压力下都不会变成液态，此温度称为氨的临界温度。
氨极易溶于水，在常温常压下1升水约可溶解700升氨，氨溶于水时放出大量的热氨易与许多物质发生反应，例如：在催化剂的作用下能与氧反应生成no与co2反应生成氨基甲酸铵，然后脱水生成尿素。
4nh3?5o2?4no?6h2o2nh3?co2?nh4coonh2 （氨基甲酸铵）nh4coonh2?co(nh2)2?h2o氨还可与一些无机酸（如硫酸、硝酸、磷酸）反应，生成硫酸铵、硝酸铵、磷酸铵等。
除了化肥工业以外，氨在工业上主要用来制造炸药和化学纤维及塑料。
氨还可以用作制冷剂，在冶金工业中用来提炼矿石中的铜、镍等金属，在医药工业中用做生产磺胺类药物、维生素、蛋氨酸和其他氨基酸等。
氨是在1754年由普利斯特里（priestly）加热氯化铵与石灰而制得。
6万吨合成氨造气工段工艺设计——毕业设计6万吨合成氨造气工段工艺设计摘要摘要：本设计6万吨/年合成氨造气工段工艺设计采用块煤送入造气炉制气，该工艺技术成熟，结合湖北宜化丰富的生产和管理经验，在同行业中具有热量回收充分、消耗低、低成本等优势。
根据已知参数，利用所学知识对合成氨的工艺流程进行设计，工艺计算，并对设备进行了选型。
关键词：造气炉；已知参数；工艺衡算；设备计算目录摘要 (2)1．前言 (4)2.物料及热量衡算 (7)2.1.被损耗燃料各组分量的计算 (9)2.2.炉渣生成量的计算 (9)2.3.计算带出物及炉渣中各组分的总重量 (10)2.4.燃烧气化后进入煤气中各元素的量113.空气吹分阶段的计算 (12)3.1.物料衡算 (12)3.2.热量衡算 (13)4.蒸汽吹送阶段的计算 (16)4.1.物料衡算 (16)4.2热平衡计算 (19)5总过程计算 (23)5.1燃料使用分配 (23)5.2吹风气产量 (23)5.3物料平衡 (23)5.4 热量平衡 (26)5.5 配气计算 (27)5.6 消耗定额（以吨氨为基准） (28)6主要设备工艺计算 (31)6.1空气鼓风机的计算 (31)6.2煤气发生炉的计算 (33)6.3废热锅炉的计算 (34)6.4洗气塔 (37)7结论 (42)参考文献 (43)致谢 (44)1．前言氨是一种重要的化工产品，主要用于化学肥料的生产。
合成氨生产经过多年的发展，现已发展成为一种成熟的化工生产工艺。
本次设计采用间歇式固体煤气发生炉造气，余热回收，具有环保、节能的优势。
现对造气工段主要工艺做一下简介。
1.固定层煤气发生炉制造的煤气根据气化剂不同, 工业煤气一般分以下四种:空气煤气: 以空气为气化剂制取的煤气,合成氨生产中也称吹风气.水煤气: 以水蒸汽为气化剂制取的煤气.混合煤气: 以空气和适量的水蒸汽为气化剂制取的煤气.半水煤气: 组成符合(氢气+氧化碳)与氮气体积比为3.1---3.2的混合煤气,即合成氨原料气2.煤气发生炉自上而下分为干燥层,干馏层,还原层,氧化层,灰渣层.干燥层: 一般不产生气化反应,此区内的燃料因刚加入炉内,故温度低,主要是通过吹风时的吹风气,上吹时的煤气,以及下吹时的过热蒸汽,通过此区域时,将此区域的水蒸发掉,起干燥预热的作用.干馏层: 此区燃料受到热气体连续加热并分解放出低分子烃,在热分解时析出水份,醋酸,硫化氢,甲烷等,气化剂通过此区域时一般不发生反应.还原层: 此区域是气化层发生气化反应的主要区域之一,由氧化层来的CO2还原生成CO及水蒸汽分解为氢气,燃料依靠与热的气体换热被再次预热,此区域的化学反应是:CO2+C=2COH2O+C=CO+H22H2O+C=CO2+2H2CO+H2O=CO2+H2氧化层: 在煤气炉的整个燃料中此区域的温度最高,燃料中的C与空气中的O 2产生反应,其反应C+O2+3.76N2=CO2+3.76N22C+O2+3.76N2=2CO+3.76N2氧化层与还原层总称为气化层.灰渣层: 燃料经过气化后,剩余物质称为灰渣,灰渣与炉体最下部分称为灰渣层,在生产中起到预热气化剂,保护炉篦和承受燃料层骨架的作用.3.间歇式制气通常分为五个阶段进行:吹风阶段: 空气从炉底吹入,进行气化反应,提高燃料层的温度.上吹制气阶段:蒸汽和加氮空气从炉底送入,经气化反应生成煤气送入气柜.下吹制气阶段: 水蒸气自上而下通过燃料层生成的煤气也送入气柜，其目的是吸收炉内热量可降低炉顶温度,使气化层恢复到正常位置,同时使炭层温度增高,有利于燃尽残碳.二次上吹制气阶段: 蒸气由炉底入炉将炉底下部管道中的煤气排净,为吹风做准备俗称安全上吹.吹净回收阶段: 二次上吹后炉上部分空间出气管道及有关设备都充满煤气,如吹入空气立即放空或送三气将造成浪费,因此转入吹风之前,从炉底部吹入空气,与产生的空气煤气与原来残留的水煤气一并送入气柜加以回收。
合成氨是一种广泛应用于化肥、塑料、药品等领域的化学物质，具有
重要的经济和社会价值。
本文旨在设计一种年产30万吨合成氨的工艺，
以满足市场需求并提高生产效率。
首先，我们需要选择适合的反应器类型。
合成氨工艺通常采用催化剂
床层反应器，可有效控制反应温度和催化剂床的压力。
选择适宜的催化剂，如铁-铝催化剂，具有高催化活性和稳定性。
其次，反应器的设计需要考虑反应温度和压力。
合成氨反应的最佳工
艺条件为300-500摄氏度和150-250大气压。
通过调节反应条件，可以提
高氨气的产量和选择性。
在反应器后，需要进行气体分离和氨纯化处理。
气体分离通常采用低
温分离技术，如低温凝析法，可将氮气和未反应的氢气从产生的氨气中分
离出来。
随后，利用吸附剂和膜分离技术进行氨纯化处理，以提高氨气的
纯度和产品质量。
最后，废水处理也是一个重要的环节。
合成氨工艺中会产生废水，其
中含有高浓度的氨和其他有机物。
采用适当的废水处理工艺，如生物降解
和化学氧化等方法，可以有效降解有机物和去除氨，以达到环保要求。
总之，设计一种年产30万吨合成氨的工艺需要综合考虑反应器类型、反应条件、气体分离和氨纯化处理以及废水处理等因素。
通过合理设计和
优化工艺，提高生产效率和产品质量，将为合成氨行业的发展做出积极贡献。
合成氨毕业设计doc合成氨毕业设计篇一：合成氨本科毕业设计摘要合成氨生产任务设计决定了生产合成氨的规模，设备的要求以及工艺流程的状况。
本设计所采用的方法是半水煤气合成法，其主要原料是煤和氮气，利用煤来生成氢气，第一步是造气，即制备含有氢、氮的原料气；第二步是净化，不论选择什么原料，用什么方法造气，都必须对原料气进行净化处理，以除去氢、氮以外的杂质；第三步是压缩和合成，将纯净的氢、氮混合压缩到高压，在铁催化剂与高温条件下合成为氨。
目前氨合成的方法，由于采用的压力、温度和催化剂种类的不同，一般可分为低压法、中压法和高压法三种。
本设计主要是对合成塔工段的设计，故所用原料直接采用氮气和氢气，其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，以四氧化三铁为触媒，在485—500℃的高温高压条件下来制得氨气。
本设计要求要掌握合成塔的工作原理，生产的工艺路线，并能根据工艺指标进行操作计算。
在工艺计算过程中，包含物料衡算，热量衡算及设备选型计算等，在合成效率方面也有进一步研究。
关键词:氮气；氢气；四氧化三铁催化剂；氨合成塔AbstractAmmonia production design determines the size of the production of synthetic ammonia, equipment requirements, as well as the status process. The design of the method used was semi-water gas synthesis, the main raw material is coal and nitrogen, the use of coal to generate hydrogen, while the design is a synthesis of the main section of the tower design, it is the direct use of raw materials used in nitrogen and hydrogen, itssynthesis tower as the main equipment, in the ammonia cooler, water coolers, gas - gas exchange, recycling machines, separators, auxiliary equipment, such as condensation of the tower under the four iron oxide catalyst, in the high-temperature conditions of 485-500 ℃ obtained from ammonia. The first step is to build gas,Preparation that contains hydrogen, nitrogen gas; second step is purification, regardless of what materials, what methods of gas must be carried out on the feed gas purification to remove hydrogen and。
目录1绪论 (1)1.1怎样固氮 (1)1.2氨从实验室到工业生产 (1)1.2.1艰难的探索 (1)1.2.2哈伯终成正果 (1)1.3氨工业化后的发展 (2)2氨的合成 (3)2.1原料气来源 (3)2.1.1 煤气的生成 (3)2.1.2天然气制氨 (3)2.1.3重质油制氨 (4)2.3氨合成反应的特点和催化剂 (4)2.3.1氨合成反应的特点 (4)2.3.2氨合成铁系催化剂 (4)2.4最佳工艺条件的选择 (5)2.4.1压力 (6)2.4.2温度 (6)2.4.3空间速度 (6)2.4.4合成塔入口气体组成 (6)2.5合成氨工艺流程 (6)3工艺过程设计 (8)3．1估算传热面积 (8)3.1.1查取物行数据 (8)3.1.2 热量衡算 (8)3.1.3 确定换热器的材料和压力等级 (8)3.1.4 流体通道的选择 (8)3.1.5 计算传热温差 (8)3.1.6 选K值，估算传热面积 (9)3.1.7 初选换热器型号 (9)3.2计算流体阻力 (10)3.2.1 管程流体阻力 (10)3.2.2 壳程流体阻力 (10)3.3计算传热系数，校正传热面积 (11)3.3.1 管程对流给热系数i (11) (11)3.3.2 壳程对流传热系数α3.3.3 计算传热系数 (11)3.3.4 计算传热面积 (12)4节能措施 (14)5世界合成氨工业近期进展及前景展望 (15)6总结 (17)参考文献 (18)致谢 (19)1绪论1.1怎样固氮氨（Ammonia），分子式NH3，1754 年由英国化学家普里斯特利（J.Joseph Priestley）加热氯化铵和石灰石时发现。
1784 年，法国化学家贝托雷（C.L.Berthollet）确定了氨是由氮和氢组成的。
从那以后很长一段时间，氨的主要来源是氮化物，而氮化物的主要来源是自然界中的硝石矿产。
19 世纪以来，人类步入了现代化的历程。
随着农业的发展，氮肥的需求量在不断提高；同时随着工业的突飞猛进，炸药的需求量也在迅速增长。
年产8万吨合成氨合成工段设计设计说明书1 总论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”。
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]。
(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。
合成氨合成工段设计设计说明书1 总论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”。
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]。
(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。
1.1设计任务的依据设计任务书是项目设计的目的和依据：产量：80 kt/a 液氨放空气（惰性气Ar +CH4）：17%原料：新鲜补充气N2 24%，H274.5 %，Ar 0.3%，CH41.2%合成塔进出口氨浓度：2.5%，13.2%放空气:（惰性气Ar +CH4）～17%合成塔操作压力 32 MPa（绝压）精练气温度 40℃水冷器出口气体温度35 ℃循环机进出口压差 1.47MPa年工作日310 d计算基准生产1t氨1.2概述1.2.1设计题目：年产8万吨合成氨合成工段设计1.2.2 设计具体内容范围及设计阶段本次设计的内容为合成氨合成工段的设计，具体包括以下几个设计阶段：1. 进行方案设计，确定生产方法和生产工艺流程。
2. 进行化工计算，包括物料衡算、能量衡算以及设备选型和计算。
3. 绘制带控制点的工艺流程图（PID）。
4. 进行车间布置设计，并绘制设备平立面布置图。
5. 进行管路配置设计，并绘制管路布置图。
6. 撰写设计说明书。
1.2.3设计的产品的性能、用途及市场需要(1) 氨的物化性能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，一个体积的水能溶解600个体积的氨；标准状况下，一个体积水能溶解1300个体积的氨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[2]。
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[3]。
(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，其生产规模、技术装备水平、产品数量，都居于化肥工业之首，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，因此，合成氨工业的发展标志着氮肥工业的水平。
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。
此外，液氨本身就是一种高效氮素肥料，可以直接施用，一些国家已大量使用液氨。
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[4]。
(3)市场需要据资料统计:1997 年世界合成氨年产量达103.9Mt。
预计2000 年产量将达111.8Mt。
其化肥用氨分别占氨产量的81.7%和82.6%。
我国1996 年合成氨产量已达30.64Mt,专家预测2000 年将达36Mt,2020 年将增加至45Mt。
即今后20 年间将增加到现在的1.5 倍。
因而合成氨的持续健康发展还有相当长的路要走。
未来我国合成氨氮肥的实物产量将会超过石油和钢铁。
合成氨工业在国民经济中举足轻重。
农业生产,“有收无收在于水,收多收少在于肥”。
所以,合成氨工业是农业的基础。
它的发展将对国民经济的发展产生重大影响。
因此,我国现有众多的化肥生产装置应成为改造扩建增产的基础。
我国七十至九十年代先后重复引进30 多套大化肥装置,耗费巨额资金,在提高了化肥生产技术水平的同时,也受到国外的制约。
今后应利用国内开发和消化吸收引进的工艺技术,自力更生,立足国内,走出一条具有中国特色的社会主义民族工业的发展道路。
过去引进建设一套大型化肥装置,耗资数十亿元。
当今走老厂改造扩建的道路,可使投资节省1/2—2/3。
节省的巨额资金,用作农田水利建设和农产品深加工,将在加速农村经济发展,提高农民生活水平,缩小城乡差距起着重要用。
1.2.4简述产品的几种生产方法及特点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[3]。
(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15～30Pa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。
又因操作压力低，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。
1.3 产品方案产品的名称：氨(NH3)；产品的质量规格：液体纯氨；产品的规模：80 kt/a 液氨；产品的包装方式：氨为高压低温液体，合成后直接送到下一工段作为原料继续生产，多余部分设立氨储槽储存起来。
1.4设计产品所需的主要原料规格、来源1.4.1主要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。
1.4.2 主要原料规格(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300atm时，一般进塔氨含量控制在3.2～3.8％；150atm时，为2.0～3.2％。
