下载文档原格式
毕业设计题目名称：年产30万吨合成氨转变工序设计系别：化学工程系专业：应用化学班级：06101学生：学号：指导教师（职称）：（教授）摘要氨是重要的基础化工产品之一，在国民经济中占有重要地位。
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。
本设计是以天然气为原料年产三十万吨合成氨转变工序的设计。
近年来合成氨工业发展很快，大型化、低能耗、清洁生产均是合成氨设备发展的主流，技术改进主要方向是开发性能更好的催化剂、降低氨合成压力、开发新的原料气净化方法、降低燃料消耗、回收和合理利用低位热能等方面上。
设计采用的工艺流程简介：天然气经过脱硫压缩进入一段转化炉，把CH4和烃类转化成H2，再经过二段炉进一步转化后换热进入高变炉，在催化剂作用下大部分CO和水蒸气反应获H2和CO2，再经过低变炉使CO降到合格水平，去甲烷化工序。
本设计综述部分主要阐述了国内外合成氨工业的现状及发展趋势以及工艺流程、参数的确定和选择，论述了建厂的选址；介绍了氨变换工序的各种流程并确定本设计高-低变串联的流程。
工艺计算部分主要包括转化段和变换段的物料衡算、热量衡算、平衡温距及空速计算。
设备计算部分主要是高变炉催化剂用量的具体计算，并根据设计任务做了转化和变换工序带控制点的工艺流程图。
本设计的优点在于选择较为良好的厂址和原料路线，确定良好的工艺条件、合理的催化剂和能源综合利用。
另外，就是尽量减少设备投资费用。
关键字：合成氨；天然气；转化；变换；AbstractAmmonia is the most important one of basic chemical products, plays an important role in the national economy. Ammonia production after years of development, now has developed into a mature chemical production processes.The design is based on annual output of 300,000 tons of natural gas as raw material, the design of synthetic ammonia transformation process. In recent years, the large-scale industrial development soon ammonia, low energy consumption, the clean production of synthetic ammonia equipment development are the main direction of technical improvement, is to develop better performance of catalyst, reducing ammonia synthesis pressure, the development of new materials gas purification methods, reduce fuel consumption, low heat recovery and reasonable utilization, etc.The design process used in brief are: compressed natural gas after desulfurization and conversion into a furnace, the methane and hydrocarbons into hydrogen, through the Secondary reformer further transformed into the highly variable furnace heat exchanger, the great catalyst part of the reaction of carbon monoxide and hydrogen and carbon dioxide vapor, then through the low-temperature shift to reduce to an acceptable level of carbon monoxide to methanation process.The design review described some of the major domestic and international situation and the development of synthetic ammonia industry trends and technological process, parameter identification and selection, discusses the plant's location; introduced the transformation process of the various processes and determine the design of high temperature shift and low temperature Transformation series of the process. Calculation of some of the major transformation process, including segment and transform section material balance, heat balance, equilibrium temperature and airspeed calculation. Calculation of some of the major equipment is a high temperature shift catalyst of specific terms, and according to the design task to do the conversion and transformation process flow chart with control points.Advantage of this design is to choose a better site and raw materials line to determine the good conditions, reasonable catalyst and energy utilization. In addition, investment in equipment designed to minimize costs. Keywords: ammonia; natural gas; transformation; transformation；目录摘要.................................................................................................................. I Abstract ..........................................................................................................II 目录............................................................................................................... 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.......................................................................................... - 13 -2.1 转化段物料衡算 .............................................................................. - 13 -2.1.1 一段转化炉的物料衡算 ............................................................ - 14 -2.1.2 二段转化炉的物料衡算 ............................................................ - 17 -2.2 转化段热量衡算 .............................................................................. - 20 -2.2.1 一段炉辐射段热量衡算 ............................................................ - 20 -2.2.2 二段炉的热量衡算................................................................... - 27 -2.2.3 换热器101-C、102-C的热量衡算 ........................................... - 28 -2.3 变换段的衡算 ................................................................................. - 30 -2.3.1 高温变换炉的衡算................................................................... - 30 -2.3.2 低温变换炉的衡算................................................................... - 32 -2.4 换热器103-C及换热器104-C的热负荷计算...................................... - 35 -2.4.1 换热器103-C热负荷.............................................................. - 35 -2.4.2 换热器104-C热负荷.............................................................. - 35 -2.5 设备工艺计算 ................................................................................. - 36 -参考文献.................................................................................................... - 40 -致谢.......................................................................................................... - 41 -附录.......................................................................................................... - 42 -1 综述1.1 氨的性质、用途及重要性1.1.1 氨的性质氨分子式为NH3，在标准状态下是无色气体，比空气轻，具有特殊的刺激性臭味。
年产30万吨合成氨课程设计目录1概述 (2)1.1设计题目 (2)1.2 设计具体内容范围及设计阶段 (2)1.3设计的产品的性能、用途及市场需要 (2)1.4设计任务的依据 (3)1.5 产品方案 (4)2 技术分析 (4)2.1合成氨反应的特点 (4)2.2合成氨反应的动力学 (4)2.2.1反应机理 (4)2.3氨合成工艺的选择 (5)2.4系统循环结构 (5)2.5分离工艺 (6)3 生产流程简述 (6)4 工艺计算 (7)4.1 原始条件 (7)4.2 物料衡算 (8)4.3热量衡算 (16)5主要设备选型 (24)5.1 废热锅炉设备工艺计算 (24)5.2主要设备选型汇总表 (26)5.3主要设备图 (27)6设计心得 (29)参考文献 (30)1.概述1.1设计题目：年产30万吨合成氨合成工段设计1.2 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。
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. 撰写课程设计报告。
1.3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。
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。
年产30万吨煤合成氨的工厂设计开题报告年产30万吨煤合成氨的工厂设计1.1设计背景合成氨是化学工业中的一种重要的基础原料。
它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胶等都需直接以氨为原料；液氨常用作制冷剂。
我国是一个农业大国，对于氨的需求是一直呈上升趋势。
目前我国合成氨工业主要朝着降低能耗、降低投资、改善环保条件、开发新原料和装置的超大型化发展。
合成氨以天然气为原料的工业生产以二段蒸气转化法为主，该法具有技术成熟、能耗低等优点。
1.2 我国合成氨产业概况我国合成氨工业于20世纪30年代起步，最高年产量只有5万吨。
近些年来我国对化肥工业的重视，使合成氨工业有了较快的发展，1982年达到1021.9万吨，成为世界产量最高的国家之一。
但与国外相比，合成氨工业存在着生产规模不合理、品种结构不合理和生产所用的原料结构不合理等问题。
1.3我国合成氨需求现状及设计规模我国合成氨主要是作为中间产品加工成尿素、硝铵、碳酸氢铵、硫酸铵、氯化铵、磷酸一铵、磷酸二铵和硝酸磷肥等化学肥料；此外合成氨还大量用以生产硝酸、纯碱、丙烯腈、己内酰胺和甲胺等化工产品。
随着这些化工产品需求的快速增长，工业用氨的消费比例不断增长，其增长速度高于化学肥料对合成氨需求的增速。
下表就是近年来我国合成氨消费增长和供求情况：表1-1 我国合成氨消费增长和供求情况万t 年份产量进口量出口量表观消费量1995 2764.75 0.02 0.02 2764.752000 3363.70 0.00 0.00 3363.702004 4222.20 6.29 0.00 4228.49年均增长率/% 4.82 89.45 0.00 4.83 从上表可以看出，我国对合成氨的需求一直稳定增长，针对我过合成氨产业的现状，在我国建立大型的合成氨厂是很有必要也是很有前途的；因此，设计的合成氨厂的规模定为年产35万吨合成氨。
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。
前言本设计是年产30万吨合成氨转化、净化工段的设计。
设计说明书分两部分。
第一部分是综述，分九章讨论了氨的性质、用途及其在国民经济中的地位，合成氨工业的现状及其发展趋势，现代大型氨长的生产特点，设计方案的论证，生产方法的综述与选择，本设计主要工艺参数的论证与确定，生产工艺流程的评述与选择，合成氨生产原理与本设计生产流程的叙述及本设计主要设备一览表。
第二部分是工艺设计计算，分别进行了消耗定额，返氢量的计算、天然气催化转化的计算、CO变换、气体净化、甲烷化过程的物料与热量衡算，换热器热负荷计算，最后进行了设备计算-----加压两段填料吸收塔工艺设计计算。
本设计附有转化、净化工段带控制点的工艺流程图、CO2吸收塔的装配图。
本设计选用Kellogg节能型流程，具有能耗低、流程简单的特点。
目录第一章.综述 (5)1.1 氨的性质、用途及其在国民经济中的地位 (6)1.2合成氨工业的现状及其发展趋势 (6)1.3现代大型氨厂的生产特点 (8)1.4设计方案的论证 (8)1.4.1原料的选择 (9)1.4.2原料的脱硫 (9)1.4.3造气 (10)1.4.4一氧化碳变换 (12)1.4.5 CO2的脱除 (13)1.4.6微量CO、CO2的脱除 (14)1.5本设计主要工艺参数的确定与论证 (15)1.5.1水碳比 (15)1.5.2转化炉出口气甲烷含量 (15)1.5.3转化压力 (16)1.5.4高低变换出口气中的CO含量 (16)1.5.5脱碳后CO2残余含量 (16)1.5.6吸收、再生的温度、再生塔的水汽比及溶液组成 (17)1.5.7甲烷化炉入口温度 (18)1.6生产工艺流程的评述与选择 (18)1.6.1 M.W凯洛格公司 (19)1.6.2布朗公司 (19)1.6.3帝国化学公司（ICI） (20)1.6.4托普索（Hald TopsØe）公司 (20)1.6.5伍德（Uhde）公司 (20)1.7合成氨生产原理与本设计生产流程的综述 (28)1.7.1原料气的脱硫 (28)1.7.2烃类蒸汽转化 (21)1.7.3 CO变换 (21)1.7.4原料气中CO2的脱除 (22)1.7.5甲烷化脱除微量的CO及CO2 (23)第二章工艺设计计算 (34)2.1设计依据： (34)2.2消耗定额、返氢量的计算 (34)2.2.1计算条件： (35)2.2.2计算变量 (35)2.2.3求解变量 (35)2.2.4计算 (35)2.3转化 (38)2.3.1一段转化炉物料衡算 (38)2.3.2二段炉物料、热量衡算 (42)2.4变换 (50)2.4.1高变物料、热量计算 (50)2.4.2低变炉物料、热量衡算 (53)2.4.3 102-F排水量计算 (56)2.5 CO2吸收塔原料气系统物料衡算 (58)2.5.1计算条件： (58)2.5.2.计算 (58)2.6甲烷化 (45)2.6.1甲烷化炉的物料衡算 (46)2.6.2甲烷化炉热量衡算 (47)2.6.3校核 (48)2.6.4 104-F排水量的计算 (49)2.7净化 (66)2.7.1本菲尔溶液循环量的计算 (66)2.7.2 1103-F排水量及回流水量的计算 (68)2.7.3 1110-C、1104-C热负荷的计算 (72)2.7.4吸收、再生系统的热平衡 (57)2.8换热器热负荷的计算 (65)2.8.1 103-C热负荷计算 (65)2.8.2 104-C热负荷计算 (66)2.8.3 1107-C的热负荷 (66)2.8.4 114-C热负荷计算 (86)2.8.5 144-C热负荷计算 (87)2.8.6 115-C的热负荷计算 (89)2.8.7 1115-C热负荷计算 (90)2.8.8 136-C热负荷计算 (92)第三章加压两段填料吸收塔设计 (73)3.1设计项目： (94)3.2设计条件 (94)3.3设计计算 (96)3.3.1塔型设计 (96)3.3.2 流体接触方式及喷淋 (96)3.3.3填料选择 (96)3.3.4上塔塔径计算 (97)3.3.5上塔填料高度计算 (80)3.3.6下塔塔径计算及下塔填料计算 (82)3.3.7校核计算 (85)第1章综述氮（N），是植物生长所必需的重要元素之一，空气的主要成分是氧和氮，其中氮占78%体积。
本科毕业设计年产30万吨合成氨原料气脱碳工段工艺设计Decarbonization Process design on synthetic ammoniaAt an output of 300,000 t/a目录摘要 (I)Abstract............................................................................................................................................................ I I 引言 . (1)第一章总论 (2)1.1 概述 (2)1.1.1 氨的性质 (2)1.1.2 氨的用途及在化工生产中的地位 (2)1.2 合成氨的发展历史 (3)1.2.1 氨气的发现 (3)1.2.2 合成氨的发现及其发展 (3)1.2.3 世界合成氨工业发展 (3)1.3 文献综述 (4)1.3.1合成氨脱碳 (4)1.3.2合成氨脱碳的方法概述 (5)1.4 设计的依据 (5)第二章流程方案的确定 (6)2.1各脱碳方法对比 (6)2.1.1化学吸收法 (6)2.1.2物理吸收法 (6)2.1.3物理化学吸收法 (7)2.2碳酸丙烯酯（PC）法脱碳工艺基本原理 (8)2.2.1 PC法脱碳技术国内外现状 (8)2.2.2发展过程 (8)2.2.3技术经济 (9)第三章生产流程的简述 (6)3.1.2 解吸气体回收流程 (10)3.2液体流程 (10)3.2.1 碳酸丙烯酯脱碳流程简述 (10)3.2.2 稀液流程循环 (11)3.3存在的问题及解决的办法 (11)3.3.1综合分析PC法脱碳存在的主要问题有 (11)3.3.2解决办法 (11)第四章物料衡算和热量衡算 (13)4.1工艺参数及指标 (13)在PC中的溶解度关系 (13)24.1.2 PC的密度与温度的关系 (14)4.1.3 PC的蒸汽压 (14)4.1.4 PC的黏度 (14)4.2物料衡算 (14)4.2.1各组分在PC中的溶解量 (14)4.2.2溶剂夹带量 (15)4.2.3溶液带出的气量 (15)4.2.4出脱碳塔净化气量 (15)4.2.5 计算PC循环量 (16)4.2.6 入塔液中CO2夹带量 (16)4.2.7 带出气体的质量流量 (16)4.2.8 验算吸收液中净化气中CO2的含量 (16)4.2.9出塔气的组成 (17)4.3热量衡算 (17)第五章吸收塔的结构设计 (20)5.1确定吸收塔塔径及相关参数 (20)5.1.1基础数据 (20)5.1.2求取塔径 (21)5.1.4填料层高度的计算 (22)5.1.5 气相总传质单元高度 (24)5.1.6塔附属高度 (29)第六章塔零部件和辅助设备的设计与选取 (31)6.1 吸收塔零部件的选取 (31)6.1.1筒体、封头等部件的尺寸选取 (31)6.1.2防涡流挡板的选取 (31)6.1.3液体初始分布器 (32)6.1.4 液体再分布器 (33)6.1.5 填料支撑装置 (33)6.1.6接管管径的确定 (33)6.2 解吸塔的选取 (33)贮槽的选择 (34)6.4泵的选择 (34)结论 (34)致谢 .............................................................................................................................错误!未定义书签。
摘要氨是重要的基础化工产品之一，在国民经济中占有重要地位。
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。
本设计是以天然气为原料年产三十万吨合成氨转变工序的设计。
近年来合成氨工业发展很快，大型化、低能耗、清洁生产均是合成氨设备发展的主流，技术改进主要方向是开发性能更好的催化剂、降低氨合成压力、开发新的原料气净化方法、降低燃料消耗、回收和合理利用低位热能等方面上。
设计采用的工艺流程简介：天然气经过脱硫压缩进入一段转化炉，把CH4和烃类转化成H2，再经过二段炉进一步转化后换热进入高变炉，在催化剂作用下大部分CO和水蒸气反应获H2和CO2，再经过低变炉使CO降到合格水平，去甲烷化工序。
本设计综述部分主要阐述了国内外合成氨工业的现状及发展趋势以及工艺流程、参数的确定和选择，论述了建厂的选址；介绍了氨变换工序的各种流程并确定本设计高-低变串联的流程。
工艺计算部分主要包括转化段和变换段的物料衡算、热量衡算、平衡温距及空速计算。
设备计算部分主要是高变炉催化剂用量的具体计算，并根据设计任务做了转化和变换工序带控制点的工艺流程图。
本设计的优点在于选择较为良好的厂址和原料路线，确定良好的工艺条件、合理的催化剂和能源综合利用。
另外，就是尽量减少设备投资费用。
关键字：合成氨；天然气；转化；变换；AbstractAmmonia is the most important one of basic chemical products, plays an important role inthe national economy. Ammonia production after years of development, now has developed into a mature chemical production processes.The design is based on annual output of 300,000 tons of natural gas as raw material, the design of synthetic ammonia transformation process. In recent years, the large-scale industrial development soon ammonia, low energy consumption, the clean production of synthetic ammonia equipment development are the main direction of technical improvement, is to develop better performance of catalyst, reducing ammonia synthesis pressure, the development of new materials gas purification methods, reduce fuel consumption, low heat recovery and reasonable utilization, etc.The design process used in brief are: compressed natural gas after desulfurization and conversion into a furnace, the methane and hydrocarbons into hydrogen, through the Secondary reformer further transformed into the highly variable furnace heat exchanger, the great catalyst part of the reaction of carbon monoxide and hydrogen and carbon dioxide vapor, then through the low-temperature shift to reduce to an acceptable level of carbon monoxide to methanation process.The design review described some of the major domestic and international situation and the development of synthetic ammonia industry trends and technological process, parameter identification and selection, discusses the plant's location; introduced the transformation process of the various processes and determine the design of high temperature shift and low temperature Transformation series of the process. Calculation of some of the major transformation process, including segment and transform section material balance, heat balance, equilibrium temperature and airspeed calculation. Calculation of some of the major equipment is a high temperature shift catalyst of specific terms, and according to the design task to do the conversion and transformation process flow chart with control points.Advantage of this design is to choose a better site and raw materials line to determine the good conditions, reasonable catalyst and energy utilization. In addition, investment in equipment designed to minimize costs.Keywords: ammonia; natural gas; transformation; transformation；目录摘要 (I)Abstract (I)目录............................................................................................................................................... I II 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...................................................................................................................... - 13 -2.1 转化段物料衡算........................................................................................................ - 13 -2.1.1 一段转化炉的物料衡算................................................................................ - 14 -2.1.2 二段转化炉的物料衡算................................................................................ - 17 -2.2 转化段热量衡算........................................................................................................ - 20 -2.2.1 一段炉辐射段热量衡算................................................................................ - 20 -2.2.2 二段炉的热量衡算........................................................................................ - 27 -2.2.3 换热器101-C、102-C的热量衡算.............................................................. - 28 -2.3 变换段的衡算........................................................................................................... - 30 -2.3.1 高温变换炉的衡算........................................................................................ - 30 -2.3.2 低温变换炉的衡算........................................................................................ - 32 -2.4 换热器103-C及换热器104-C的热负荷计算........................................................ - 35 -2.4.1 换热器103-C热负荷.................................................................................... - 35 -2.4.2 换热器104-C热负荷.................................................................................... - 35 -2.5 设备工艺计算........................................................................................................... - 36 -参考文献.................................................................................................................................. - 40 -致谢.......................................................................................................................................... - 41 -附录.......................................................................................................................................... - 41 -1 综述1.1 氨的性质、用途及重要性1.1.1 氨的性质氨分子式为NH，在标准状态下是无色气体，比空气轻，具有特殊的刺激性臭味。
年产30万吨合成氨工程设计年产30万吨合成氨工程设计摘要氨是重要的基础化工产品之一，在国民经济中占有重要地位。
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。
本设计是以煤为原料年产三十万吨合成氨转变工序的设计。
近年来合成氨工业发展很快，大型化、低能耗、清洁生产均是合成氨设备发展的主流，技术改进主要方向是开发性能更好的催化剂、降低氨合成压力、开发新的原料气净化方法、降低燃料消耗、回收和合理利用低位热能等方面上。
设计采用的工艺流程简介：采用煤造气出来的半水煤气，通入变换炉，采用煤气冷激及蒸汽换热的方式，使半水煤气在催化剂的作用下大部分CO和水蒸气反应获得H2，使CO降到合格水平。
本设计综述部分主要阐述了国内外合成氨工业的现状及发展趋势，介绍了合成氨的各个工序流程。
工艺计算部进行了一氧化碳变换工序的物料衡算、热量衡算。
设备计算部分主要是高变炉催化剂用量的具体计算，以及热水塔和换热器的计算。
本设计的优点在于选择较为良好的厂址和原料路线，确定良好的工艺条件、合理的催化剂和能源综合利用。
关键词：合成氨,水煤气,变换目录摘要 (I)第1章绪论 (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)1.1.3产品世界产业状况 (2)1.2产品的市场需求预测 (2)1.3 产品价格分析 (3)1.4 项目内容 (3)1.4.1项目名称、地址、承办单位及性质 (3)1.4.2项目编制的依据和原则 (4)1.4.3项目背景 (4)1.5 原料的选择 (4)1.6 以煤为原料的合成氨厂总体流程选择 (5)1.7 常压气化主要工艺选择 (6)1.7.1 造气 (6)1.7.2 变换 (6)1.7.3 脱CO2 (7)1.7.4 净化 (7)1.7.5 合成氨 (7)1.7.6 结论 (7)1.8 项目意义 (8)第2章一氧化碳变换系统计算 (8)2.1 主要参数 (8)2.1.1参考操作指标 (8)2.1.2设计参数的规定 (10)2.2 中变炉工艺条件计算 (10)2.2.1中变炉一段出口温度t1的确定 (10)2.2.2中变炉生口温度2t'的确定 (12)2.2.3中变炉二段出口温度'2t的计算 (12)2.2.4出二段气体的组成含量 (13)2.2.5中变炉三段出口温度'3t的计算 (13)2.3中变炉的热量衡算 (15)2.3.1热量平衡量 (15)2.3.2喷淋水冷激段（一二段间） (16)2.3.3二段 (16)2.3.4喷水冷激段（二、三段） (16)2.3.5三段 (16)2.4 主热变换器的物热衡算 (16)2.4.1物料衡算 (16)2.4.2热量衡算 (17)2.5 低变炉工艺条件计算 (18)2.5.1低变炉出口温度t出计算 (18)2.5.2低变炉出口组成和量计算 (18)2.5.3热量衡算 (19)2.6 第一水加热器物热衡算 (19)2.6.1蒸汽露点温度115℃ (19)2.6.2第一热水塔出水绝热饱和温度ts (19)2.6.3物料衡算 (20)2.6.4热量衡算 (20)2.7 饱和塔的物热衡算 (21)2.7.1物料衡算 (21)2.7.2热量衡算 (21)2.8 热水塔的物料衡算 (22)2.8.1物料衡算 (22)2.8.2热量衡算 (22)2.8.3出热 (23)2.9 二水加热器的物热衡算 (24)2.9.1物料衡算 (24)2.9.2热量衡算 (24)2.9.3出热 (24)第3章公用工程设施 (25)3.1 公用工程方案 (25)3.2 给排水 (25)结论 (26)参考文献 (27)附录 A (28)附录 B (32)附录 C (33)附录 D (34)附录 E (35)附录 F (36)致谢 (37)第1章绪论1.1氨的性质、用途及重要性1.1.1氨的性质氨分子式为NH3，在标准状态下是无色气体，比空气轻，具有特殊的刺激性臭味。
目录1. 总论 (1)1.1.1栲胶的组成及性质 (1)1.1.2栲胶脱硫的反应机理 (1)1.1.3生产中副产品硫磺的应用 (2)2. 流程方案的确定 (2)2.1栲胶脱硫法的理论依据 (2)2.2工艺流程方框图 (3)3. 生产流程的简述 (3)3.1简述物料流程 (3)3.1.1气体流程 (3)3.1.2溶液流程 (3)3.1.3硫磺回收流程 (4)3.2工艺的化学过程 (4)3.3反应条件对反应的影响 (5)3.3.1 影响栲胶溶液吸收的因素 (5)3.3.2 影响溶液再生的因素 (6)3.4工艺条件的确定 (7)3.4.1 溶液的组成 (7)3.4.2 喷淋密度和液气比的控制 (8)3.4.3 温度 (8)3.4.4再生空气量 (8)4. 物料衡算和热量衡算 (9)4.1物料衡算[6-10] (9)4.2热量衡算（以0℃为计算基准） (12)5. 车间布置说明 (16)6. 三废治理及利用 (16)6.1废水的处理 (16)6.1.1废水的来源及特点 (16)6.1.2废水处理工艺 (17)6.2废渣的处理 (17)6.2.1废渣的来源 (17)6.2.2废渣的处理工艺 (17)附录 (18)工艺流程图 (18)年产30万吨合成氨脱硫工段工艺设计1. 总论1.1.1 栲胶的组成及性质栲胶是由植物的皮（如栲树，落叶松）、果（如橡椀）、叶（如漆树）和干（如坚木、栗木）的水淬液熬制而成。
栲胶的主要成分是丹宁，丹宁是化学结构十分复杂的化合物组成的混合物。
含有大量邻二或邻三羟基酚。
多元酚的羟基受电子云的影响，间位羟基比较稳定，而连位或邻位羟基则很活泼，容易被空气中的氧氧化。
用于脱硫的栲胶属于水解类热溶栲胶，在碱性溶液中更容易氧化成醌类；已氧化的栲胶在还原过程中氧取代基又被还原为羟基。
虽然丹宁各组分的分子结构相当悬珠，但它们都是具有酚式结构的多羟基化合物，有的还含有醌式结构，这就是栲胶能用于脱硫过程的原因。
1.1.2栲胶脱硫的反应机理栲胶法脱硫属于湿法脱硫 ,是利用碱性栲胶[T(OH)O 2]的水溶液吸收半水煤气中的 H 2S ，然后借助栲胶和矾作为载体和催化剂将吸收的H 2S 转化为单质硫，发生吸收反应后的栲胶溶液利用空气在溶液再生槽中进行再生，然后进入溶液循环槽重复循环使用。
其脱硫反应机理如下:1) 碱性溶液吸收 H 2S 的反应 ：Na 2CO 3 + H 2S = NaHS + NaHCO 3NaHCO 3+H 2S ＝NaHS+CO 2+H 2O2) NaHS 与偏钒酸钠反应生成焦钒酸钠：硫氢化钠与偏钒酸钠反应生成焦钒酸钠，析出单质硫。
2NaHS + 4NaVO 3 + H 2O = Na 2V 4O 9 + 4NaOH + 2S3) 将 Na 2V 4O 9 氧化成偏钒酸钠：醌态栲胶氧化四价钒络离子为五价钒络离子使钒络离子恢复活性而醌态栲胶被还原为酚态栲胶失去活性。
332942)(242)(2OH T NaVO NaOH O OH T O V Na +=++4) 还原态栲胶的氧化：酚态栲胶被氧化获得再生，同时生成H 2O 2。
222232)(22)(2O H O OH T O OH T +=+O H NaVO O V Na NaOH O H 23942223422+=++H2O2+NaHS ＝H2O+S+NaOH1.1.3生产中副产品硫磺的应用硫磺是一种重要的化工原料，肥料工业是硫的最大用户， 硫磺的其它用途包括炸药、钢铁酸洗、医药食品工业、安全剥离、水处理、橡胶、电解工业、催化剂、颜料、化学品、硫磺胶泥、硫磺混凝土、醇类、黏合剂、农药、黑色火药、鞭炮等。
作为易燃固体，硫磺主要用于制造硫酸、染料和橡胶制品，也应用于医药、农药、火柴、火药和工业陶瓷、建材制品辅助材料等工业部门。
2. 流程方案的确定2.1 栲胶脱硫法的理论依据栲胶脱硫是利用碱性栲胶水溶液从气体中脱除硫化氢 ,属于二元氧化还原过程。
栲胶是有酚式结构的多羟基化合物,是一种良好的载氧体,又能对多种重金属离子起络合作用。
其脱硫反应机理如下:1) 碱性溶液吸收 H 2S 的反应 ：Na 2CO 3 + H 2S = NaHS + NaHCO 3NaHCO 3+H 2S ＝NaHS+CO 2+H 2O2) NaHS 与偏钒酸钠反应生成焦钒酸钠：硫氢化钠与偏钒酸钠反应生成焦钒酸钠，析出单质硫。
2NaHS + 4NaVO 3 + H 2O = Na 2V 4O 9 + 4NaOH + 2S3) 将 Na 2V 4O 9 氧化成偏钒酸钠：醌态栲胶氧化四价钒络离子为五价钒络离子使钒络离子恢复活性而醌态栲胶被还原为酚态栲胶失去活性。
332942)(242)(2OH T NaVO NaOH O OH T O V Na +=++4) 还原态栲胶的氧化：酚态栲胶被氧化获得再生，同时生成H 2O 2。
222232)(22)(2O H O OH T O OH T +=+O H NaVO O V Na NaOH O H 23942223422+=++H2O2+NaHS ＝H2O+S+NaOH此外,在生产中还有生成硫代硫酸钠的副反应:2NaHS + 2O2 = Na2S2O3 + H2O2Na2S2O3 + 3O2 = 2Na2SO4 + 2SO24H2O2+2NaHS＝5H2O+Na2S2O32NaOH+Na2S2O3+4H2O2＝2Na2SO4+5H2O2.2工艺流程方框图3. 生产流程的简述3.1 简述物料流程3.1.1气体流程半水煤气从造气车间出来后，经过洗涤塔除尘、降温，水封后，从脱硫塔的底部进入塔内，脱硫液从塔顶喷淋而下，水煤气与碱性栲胶溶液在塔内逆向接触，其中的大部分硫化氢气体被溶液吸收，脱硫后的气体从塔顶出来至气柜。
3.1.2溶液流程从脱硫塔顶喷淋下来的溶液，吸收硫化氢后，称为富液，经脱硫塔液封槽引出至富液槽（又称缓冲槽）。
在富液槽内未被氧化的硫氢化钠被进一步氧化，并析出单质硫，此时，溶液中吸收的硫以单质悬浮状态存在。
出富液槽的溶液用再生泵加压后，打入再生槽顶部，经喷射器高速喷射进入再生槽，同时吸入足够的空气，以达到氧化栲胶和浮选硫膏之目的。
再生后的溶液称为贫液，贫液经液位调节器进入贫液槽，出贫液槽的贫液用脱硫泵打入脱硫塔顶部，经喷头在塔内喷淋，溶液循环使用。
再生槽浮选出的单质硫呈泡沫悬浮于液面上，溢流至硫泡沫槽内，上部清液回贫液槽循环使用，沉淀出的硫膏入熔硫釜生成副产品硫磺。
3.1.3硫磺回收流程再生槽中溢出的硫泡沫经泡沫槽后在离心机分离，得到硫膏，硫膏放入熔硫釜，用夹套蒸汽加热精制，放出做成98%纯度的硫磺锭，离心分离出的母液至富液槽回系统中使用。
3.2工艺的化学过程水煤气经过洗涤塔进入脱硫塔，脱硫液从塔顶喷淋下来，气液两相在塔里充分接触后,硫化氢被脱硫液吸收，吸收硫化氢的脱硫液在再生槽中氧化再生后解析出单质硫。
栲胶脱硫的反应过程如下：（1）碱性水溶液吸收气相中的H 2S ，生成HS -Na 2CO 3+H 2S ＝NaHS+NaHCO 3NaHCO 3+H 2S ＝NaHS+CO 2+H 2O（2）硫氢化钠与偏钒酸钠反应生成焦钒酸钠，析出单质硫2NaHS +4NaVO 3 +H 2O = Na 2V 4O 9 + 4NaOH ＋2S↓此反应过程中五价钒被还原成四价钒，但是这个反应不能用吹空气的方法倒转回去使钒再生，必须靠氧化态栲胶将四价钒氧化成五价钒，而还原态栲胶则可利用吹空气再生，这便是栲胶脱硫的根本所在。
（3）醌态栲胶氧化四价钒络离子为五价钒络离子使钒络离子恢复活性而醌态栲胶被还原为酚态栲胶失去活性。
332942)(242)(2OH T NaVO NaOH O OH T O V Na +=++（4）酚态栲胶被氧化获得再生，同时生成H 2O 2222232)(22)(2O H O OH T O OH T +=+2H 2O 2+2NaOH+Na 2V 4O 9＝4NaVO 3+3H 2OH 2O 2+NaHS ＝H 2O+S+NaOH式中 2)(O OH T ——醌态栲胶3)(OH T ——酚态栲胶气体中含CO 2、O 2及溶液中的H 2O 2引起的副反应Na 2CO 3+CO 2+H 2O ＝2NaHCO 32NaHS+2O 2＝Na 2S 2O 3+H 2O4H 2O 2+2NaHS ＝5H 2O+Na 2S 2O 32NaOH+Na 2S 2O 3+4H 2O 2=2Na 2SO 4+5H 2O3.3 反应条件对反应的影响3.3.1 影响栲胶溶液吸收的因素Ⅰ、溶液组分浓度的影响 栲胶法中含有Na 2CO 3 、 NaVO 3 、 T(OH)O 2 ，此外还有生成物S 、NaHCO 3、Na 2S 2O 3 等，上述组分均影响溶液的吸收。
(1) 溶液中Na 2CO 3：若Na 2CO 3过低则吸收H 2S 不完全，脱硫效果差;若过高则副反应加剧、碱耗大、浪费严重，一般Na 2CO 3浓度控制在 3～5g/L 。
(2) 溶液中NaVO 3：若溶液中NaVO 3浓度高，析硫快、颗粒小、难分离 ,且碱耗增大;若浓度低，则副反应加剧，Na 2S 2O 3的生成速度加快，易析出矾-氧-硫沉淀。
其浓度一般控制在 0.75～1.0g/ L 。
(3) 溶液中T(OH)O 2：若T(OH)O 2 过少，则脱硫效率低、胶性差、硫颗粒易沉淀、碱矾消耗大、副反应快；T(OH)O 2 过多，溶液胶性过强硫粒细、出硫差，一般控制在 1.5～2.0g/L 。
(4) 溶液的pH 值：溶液的 pH 值过低，不利H 2S 的吸收和栲胶的氧化，并降低了氧的溶解度，溶液再生差;pH 值过高，则析硫较慢，副反应加快，一般控制在8.15～9.12。
(5) 总碱度：溶液中的碱度较高时，可提高溶液吸氧能力，有利于再生氧化；但过量的碱不仅增加副反应的发生，同时会使硫的回收困难，硫磺产量下降。
故碱度应控制在21.3~31.8g/L 。
(6) 溶液中NaHCO 3：若溶液中NaHCO 3 浓度高，将使pH 值升高，对再生吸氧和析硫都不利。
(7) 悬浮硫的影响 溶液中悬浮硫浓度越低越好，若过高则易发生沉淀从而堵塞管道设备，还会影响吸收再生，同时伴有副反应发生。
Ⅱ、吸收塔喷淋密度的影响喷淋密度是指吸收塔内单位截面积的溶液循环量。
适当提高喷淋密度，不但利于提高气体净化度，还有利于对填料表面和空隙中硫的冲刷；但喷淋密度过高，则会使溶液质量下降，还会导致系统阻力上升。
Ⅲ、液气比的影响液气比增加，溶液的循环量增加，可提高气体的净化度，防止H2S过高，易产生矾-氧-硫沉淀；如液气比小，溶液的循环量小，对气体的净化度有影响，同时产生的硫颗粒易沉积在填料环、管道、设备中，时间长易造成脱硫塔塔阻上涨。
