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合成氨一氧化碳变换工艺

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合成氨一氧化碳变换工艺

毕 业 设 计（论文）

（说 明 书）

题 目：

合成氨一氧化碳变换工艺 姓 名： 刘 冬 冬 编 号： 20102002077 平顶山工业职业技术学院 2013 年3 月18 日

平顶山工业职业技术学院

毕 业 设 计 （论文） 任 务 书

姓名 刘 冬 冬

专业 煤炭深加工与利用

任 务 下 达 日 期 2013 年 3 月 5 日

设计（论文）开始日期 2013 年 3 月 15 日

设计（论文）完成日期 2013 年 4 月 25 日

设计（论文）题目： 合成氨一氧化碳变换工艺

A·编制设计

B·设计专题（毕业论文）

指 导 教 师 陈 宇

系（部）主 任 吴 济 民

2013 年 3 月 15 日

平顶山工业职业技术学院

毕业设计（论文）答辩委员会记录

化工 系 煤炭深加工与利用 专业，学生 刘冬冬 于 2013

年 月 日

进行了毕业设计（论文）答辩。

设计题目： 合成氨一氧化碳变换工艺

专题（论文）题目：合成氨一氧化碳变换工艺

指导老师： 陈 宇

答辩委员会根据学生提交的毕业设计（论文）材料，根据学生答辩情况，经答辩委员会讨论评定，给予学生

毕业设计（论文）成绩为 。

答辩委员会 人，出席 人

答辩委员会主任（签字）：

答辩委员会副主任（签字）：

答辩委员会委员： ， ， ，

， ， ，

平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）评语

第 页

共 页

学生姓名：

刘冬冬

专业

煤炭深加工与利用

年级 10级

毕业设计（论文）题目： 合成氨一氧化碳变换工艺

评

阅

人：

指导教师： 陈 宇 （签字） 年 月 日

成 绩：

系（科）主任： 吴 济 民 （签字） 年 月

日

毕业设计（论文）及答辩评语：

平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文）

摘 要

本文介绍了合成氨生产基本情况以及年产五十万吨合成氨系统流程，介绍了一氧化碳变换的基本原理，工艺条件以及工艺参数和变换催化剂的选择原则。并且对第一和第二变换炉进行热量和能量衡算，对催化剂装填量进行计算，掌握变换系统的工艺方法以提高从造气工序生产出的粗煤气中的氢含量，降低其中的一氧化碳含量。

关 键 词：合成氨 半水煤气 变换 工艺条件 一氧化碳含量

论文类型：基础研究

平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文）

Summary

This article introduces the basic situation of ammonia production as well as producing 500,000 tons of synthetic ammonia system processes, describes basic principles of transformation of carbon monoxide, process conditions and the principle of process parameters and selection of catalyst. And the first and second transform furnace heat, and energy balance, perform calculations on the amount of catalyst packing, master the shift system technology to improve from the crude gas in gas-making process to produce hydrogen, reducing the concentration of carbon monoxide.

Keywords: Synthetic ammonia Semi-water gas Transform Process conditions Carbon monoxide content平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文）

目 录

第1章 合成氨概述.......................................................................................................................... 1

1.1合成氨的生产过程 .............................................. 1

1.1.1氨的性质 ................................................... 1

1.1.2氨的用途 ................................................... 1

1.1.3氨合成的原料............................................ 1

1.2合成氨工业在国民经济中的重要地位 ............... 2

1.3合成氨工业发展简介 .......................................... 2

1.4晋开集团合成氨的生产方法............................... 3

第2章 工艺说明............................................................................................................................. 4

2.1工艺目的 .............................................................. 4

2.2工艺原理 .............................................................. 4

2.3工艺条件对CO含量的影响 ............................... 4

2.3.1反应温度的影响 ........................................ 4

2.3.2水蒸气含量的影响 .................................... 5

2.3.3压力的影响 ............................................... 6

2.4催化剂的选择 ...................................................... 6

2．5 热量回收 .......................................................... 7

第3章 工艺计算............................................................................................................................... 8

3.1 已知条件与要求 ................................................. 8 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文）

3.2 核算 ..................................................................... 8

3.3 计算煤气成分 ..................................................... 8

3.4变换炉温升估算 .................................................. 9

第4章 物料衡算....................................................................................................................... 10

4.1变换炉的物料衡算 ............................................ 10

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合成氨工艺

合成氨工艺

化工原理

化工 1 浅谈合成氨工艺

资源环境学院 化学班 险

摘要：氮肥生产是高能耗的工业，其生产成本主要取决于系统的能耗，系统能耗除了与采用的工艺流程有关外，在很大程度上取决于系统控制的算法及稳定性，因此，化肥生产过程的控制系统对整个生产成本具有关键意义。本文比较详细的介绍了合成氨的工艺流程，并对化肥的生产做了介绍，并且从再生产的角度介绍了钢铁厂的副产业——硫酸铵的生产。最终对我国合成氨技术的发展做了展望。

关键词：合成氨 工艺流程 甲醇 尿素 发展趋势

前言：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。本次化工见习，我们参观了玉溪新兴钢铁有限公司和峨山化肥厂，对合成氨工艺，以及化肥生产工艺，有了质的认识。

一 合成氨工艺

德国化学家哈伯1909年提出了工业氨合成方法，即“循环法”，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

在合成氨的所有流程中，核心围绕此方程式展开，用最低的能耗量，得到最高质量的产品。

1.1 概述

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。原料气制备，即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。净化是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。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。

一氧化碳变换工艺技术发展

一氧化碳变换工艺技术发展

工业技术

68 2015年44期 一氧化碳变换工艺技术发展

龚双喜

兖矿国宏化工有限责任公司，山东 邹城 273500

摘要：催化剂技术是一氧化碳变换工艺中的核心技术，随着科研的发展，新型、高效、低成本的催化剂必将不断涌现，推动

一氧化碳变换工艺向着低成本、高效率方向不断进步。

关键词：一氧化碳变换；变换催化剂；催化剂中毒；操作工艺

中图分类号：TQ113.2 文献标识码：A 文章编号：1671-5810(2015)44-0068-01

1 导言

现今的化工和炼油过程有90%以上是催化过程。在强大

经济压力推动下，催化技术得到了迅速发展，主要应用于化

学品生产、石油炼制和控制污染等领域，不仅提高了原料的

利用率，而且降低装置的总投资与操作费用。在国内煤资源

较为丰富，现国内大型煤化工项目多数采用以煤为原料造气、

变换、合成技术，因此变换催化剂的需求量非常大且不断增

长。但煤含硫量高，因此开发活性和稳定性都很高的新型耐

硫变换催化剂就显得十分重要。

2 催化剂研究进展

近年来，探索不同组分在催化剂中所起的作用，并且开

发出高效催化剂成为变换催化剂领域的研究热点。

2.1 催化剂催化机理及动力学研究

人将Ni/γ-Al2 O3催化剂与纳米Li2ZrO3吸收剂搭配

使用，实验结果表明：带有CO2 吸附剂的催化剂能在一定程

度上提高变换过程的转化率。在钠米金（Au/Ce1-xZrxO 2）

催化剂中，锆对催化剂的变换反应活性的影响，结果表明，

锆能改善催化剂的结构、提高催化性能。制备

Au/Ce0.6Zr0.35Y0.05 O2(Au/CZY)催化剂，研究了催化剂的

催化活性并计算了活化能，认为Au/CZY催化剂较低的活化

能和较大的比表面积是其具有更高的CO氧化活性主要原因。

对CO催化过程进行了动力学模拟，选用BX型稀土低铬中温

变换催化剂，采用幂函数型动力学公式，用非线性最小二乘

法优化参数估。模型识别后进一步分析发现，与其它铁系催

化剂不同，水蒸汽对变换过程速率影响较大，而氢气对变换

年产36万吨合成氨一氧化碳变换工段工艺设计

年产36万吨合成氨一氧化碳变换工段工艺设计

摘 要

本设计为年产36万吨合成氨一氧化碳变换工段工艺设计。变换工序是合成氨中最重要的工序之一，在合成氨工艺的流程中起着非常重要的作用。介绍氨的基本性质和用途，阐述了变换工段工艺发展概况，优化了合成变换的工艺流程。确定本设计采用中变串低变的工艺流程，本次设计利用 ASPEN PLUS V.11对设计过程进行模拟，统筹多种因素合理安排合成工艺中的各种设备及其形式、参数，通过 ASPEN

软件中的 Simulation、Energy analysis 模块完成各部分及全过程的物料及能量衡算。并对第一变换炉、第二变换炉、煤气换热器以及变换气换热器等主要设备进行选型计算，做出了合成氨变换工段中变串低变的工艺流程图和设备布置图。所得结果基本满足设计要求，工艺流程可行。

关键词：合成氨 一氧化碳 ASPEN PLUS V.11 中低温变换

第一章 绪论

1.1氨的基本性质

氨（Ammonia），一种氮和氢的化合物，NH3是一种无色气体，有强烈的刺激性气味，易溶于水，室温和大气压力1体积的水可以溶解700倍体积的氨，水溶液也称为氨水。它被冷却加压成液体，液氨是一种制冷剂。氨也是制造硝酸、肥料和炸药的重要原料。氨对地球上的生命很重要，它是许多食物和肥料的重要成分，氨水也是所有药物的直接或间接成分。氨有多种用途，但也有腐蚀性和其他危险性。由于其广泛的用途，氨是世界上最大的无机化合物生产商之一，其中80% 以上用于制造化肥。氨也是路易斯碱，因为它提供了孤对电子。

1.2 一氧化碳变换反应的意义与目的

在合成氨的生产过程的原料中存在着有害的一氧化碳成分，因此就要除去一氧化碳，在这一过程中CO变换起着至关重要的作用。反应所需的反应气来自天然气，但是天然气中含有一氧化碳成分。在合成过程所需的原料，不能用一氧化碳，因为毒害作用，会使催化剂失效。因此必须除去CO成分，这一目的需要在催化剂的促使下通过变换反应来完成。使用催化剂的情况下，发生CO+H2O=CO2+H2反应。通过该反应，既去除了大部分的一氧化碳，又制得了等量的氢，消耗的也只是水蒸气。那么，这一反应即消除了一氧化碳纯化了原料气体，又是原料气的再生。最终使一氧化碳的量净化降低至3%左右。总之，利用一氧化碳变换工段，既减少了污染，又节约了成本，具有很好的经济效益和实用效果[1]。

合成氨工艺简介

合成氨工艺简介

合成氨工艺简介

工艺危险特点：

1 高温、高压使可燃气体爆炸极限扩宽，气体物料一旦过氧（亦称透氧），极易在设备和管道内发生爆炸。

2 高温、高压气体物料从设备管线泄露时会迅速膨胀与空气混合形成爆炸性混合物，遇到明火或因郜流速物料与裂（喷）口处摩擦产生静电火花引起着火和空间爆炸。

3 气体压缩机等转动设备在高温下运行会使润滑油挥发裂解，在附近管道内造成积炭，可导致积炭燃烧和爆炸。

4 高温、高压可加速设备金属材料发生蠕变、改变金相组织，还会加剧氢气、氮气对钢材的氢蚀和渗氮，加剧设备的疲劳腐蚀，使其机械强度减弱，引发物理爆炸。

5 液氨大规模事故性泄露会形成低温云团引起大范围人群中毒，遇明火还会发生空间爆炸。

合成氨指由氮和氢在高温高压和催化剂存在下直接合成氨，为一种基本无机化工流程。现代化学工业中，氨是化肥工业和基本有机化工的主要原料。

工艺流程

1 原料气制备（制备H2、CO、N2的粗原料气）

1-1煤气化 煤气化是用气化剂对煤或焦炭等固体燃料进行热加工，使其转变为可燃性气体的过程，简称造气。气化剂主要是水蒸气、空气（或氧气）及它们的混合气体。

对于固体原料煤和焦炭，通常采用气化的方法制取合成气；

空气煤气：以空气为气化剂制取的煤气，主要成分为N2和CO2。合成氨生产中也称之为吹风气。

水煤气：以水蒸气为气化剂制得的煤气，主要成分H2和CO。

混合煤气：以空气和适量水蒸气为气化剂。

半水煤气：以适量空气和水蒸气做气化剂，所得气体组成符合([H2]+[CO])/[N2]=3.1~3.2的混合煤气，即合成氨的原料气。

1-1-1 以空气为气化剂-空气煤气，其主要成分为空气和二氧化碳

C + O2 = CO2

C + 1/2O2 = CO

C + CO2 = 2CO

CO + 1/2O2 = 2CO2

1-1-2 以水蒸气为气化剂-水煤气，其主要成分为氢气和一氧化碳。

C + H2O = CO + H2