16万吨合成氨厂造气工段的初步设计解读

合成氨的生产工艺设计合成氨的生产工艺设计一生产原理概述氨是一种重要的化工原料，特别是生产化肥的原料，它是由氢和氮合成。

合成氨工业是氮肥工业的基础。

为了生产氨，一般均以各种燃料为原料。

首先，制成含H2和CO等组分的煤气，然后，采用各种净化方法，除去气体中的灰尘、H2S、有机硫化物、CO、CO2等有害杂质，以获得符合氨合成要求的洁净的1：3的氮氢混合气，最后，氮氢混合气经过压缩至15Mpa以上，借助催化剂合成氨。

二半水煤气制气原理固体燃料的气化过程实际上主要是碳与氧的反应和碳与蒸汽的反应，这两个反应称为固体燃料的气化反应。

表1 以空气为气化剂主要反应方程序号反应方程式1 C＋O2（3.76N2）=CO2（+3.76N2）2 C＋O=2（3.76N2）=2CO（+3.76N2）3 C＋CO2（3.76N2）=2CO（+3.76N=2）4 2C＋3.76N2＋O2＋3.76N2=CO2＋7.52N2表2 以水蒸汽为气化剂主要反应方程式序号反应方程式1 C＋H2O（汽）=CO＋H22 C＋2H2O（汽）=CO2＋2H23 CO＋2H2O（汽）=CO2＋H24 2H2＋O2=2H2O（汽）5 C＋H2=CH46 CO＋3H2=CH4＋H2O7 CO2＋4H2=CH4＋2H2O（汽）在气化炉燃烧层中，炭与空气几水蒸汽的混合物相互作用时的产物称为半水煤气，其化学反应按下列方程式进行：2C＋O2＋3.76N2=2CO2＋3.76N2C＋H2O（汽）=CO＋H2这种煤气的组成由上列两反应的热平衡条件决定。

由于半水煤气是生产合成氨的原料气，因此，要求入炉蒸汽与空气（习惯上称为氮空气）比例恰当以满足半水煤气中（CO＋H2）：N2=3要求，但是在实际生产中要求半水煤气（CO＋H2）：N2≧3.2。

三流程图造气 -> 半水煤气脱硫 -> 压缩机1，2工段 -> 变换 -> 变换气脱硫 ->压缩机3段 -> 脱硫 ->压缩机4，5工段 -> 铜洗 -> 压缩机6段 -> 氨合成 -> 产品NH3四工艺计算及工艺条件4.1 煤气发生炉（含燃烧室）的物料及热量衡算方法：实际数据计算法实际计算法是以实测煤气组成为依据的计算法，采用此法计算时，首先将气化煤进行试烧，以得到准确的煤气组成分析数据。

齐齐哈尔大学课程设计摘要在合成氨的过程中，经变换后的合成气含有较多的二氧化碳，如不将其清除，在合成氨生产时二氧化碳会使合成氨催化剂中毒。

本设计是年产十万吨合成氨车间脱二氧化碳工段的初步设计，采用NHD法的工艺流程来脱除原料气中的二氧化碳，并对吸收液进行再生，获得纯度较高的净化气，提高二氧化碳的回收率，简化流程，降低能耗，达到较高的经济效益指标。

本次设计的内容主要包括生产工艺的比较和确定，物料衡算和能量衡算，以及Aspen工艺流程模拟和绘制带控制点的工艺流程图。

关键词：合成氨NHD法二氧化碳工艺设计I齐齐哈尔大学课程设计AbstractIn the process of synthetic ammonia, the transformation of the syngas after contained more carbon dioxide, such as not them out, in synthetic ammonia production of carbon dioxide will make synthetic ammonia poisoning catalyst. This design is the annual capacity of one hundred thousand tons of carbon dioxide the ammonia workshop to take off a preliminary design of the section, the NHD process to removal of the carbon dioxide gas material, and the regeneration absorbing liquid, get high purity of the purification of gas, and improve the recovery of carbon dioxide, the process is simplified, reduce the energy consumption and achieve high economic efficiency index. The main content of design including production process compare and sure, material calculation and energy balance calculations, and Aspen process simulation and draw with control points of process flow diagram.Keywords:The NHD; Carbon dioxide; technological designII齐齐哈尔大学课程设计目录摘要 (I)Abstract ..........................................................................................................I I 第1章总论 (1)1.1氨的发现与制取 (1)1.2氨的用途 (1)1.3 我国合成氨工业的发展情况 (1)1.4 合成氨生产的典型流程 (2)1.5 脱碳在合成氨中的作用和地位 (3)第2章脱碳方法及工艺的选择 (4)2.1 脱碳方法的选择 (4)2.1.1脱碳方法种类及简介 (4)2.1.2脱碳方法的比较 (4)2.1.3脱碳方法的确定 (5)2.2脱碳工艺的选择 (6)2.2.1本设计工艺流程原理 (6)2.2.2本设计工艺流程简述 (6)2.3工艺操作条件 (7)2.3.1压力 (7)2.3.2温度 (8)第3章工艺计算 (9)3.1 设计条件 (9)3.2 物料衡算及热量衡算 (10)3.2.1物料衡算 (10)3.2.2热量衡算 (12)第4章三废治理和环境保护 (15)4.1 三废产生情况 (15)4.2 三废处理情况 (15)第5章自动控制 (16)5.1 自控设计原则 (16)5.2自控水平与控制点 (16)第6章全流程Aspen模拟 (17)参考文献 (22)致谢 (23)III齐齐哈尔大学课程设计第1章总论1.1氨的发现与制取氨是1754年由J.普里斯特利在加热氯化铵和石灰混合物时发现的，1784年C.L.伯托利确定氨由氢和氮组成。

文献综述毕业论文名称：年产25万吨合成氨精制工段工艺设计院系：化生系专业年级09化工班姓名：蒋晓霄指导教师：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，特别是对农业生产有重要意义。

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。

同时，氨也广泛用于化学纤维和塑料等工业中，亦常用作制冷剂。

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。

合成氨生产源于20世纪初德国等人的研究。

1912年在德国建成了日产30t的合成氨工厂。

我国合成氨生产始于20世纪30年代，新中国成立后，化肥工业得到迅速发展，70年代后，随着石油天然气工业的迅速发展和农业发展的需要，相继从外国引进大型合成氨装置，现在已形成大中小合成氨厂相结合的工艺布局。

从技术上讲，我国合成氨工业已迈进了世界先进行列，生产操作高度自动化，生产规模大型化，热能综合利用合理，技术经济指标先进。

在原料方面，已从单一煤炭发展到煤粉、天然气、轻油、重油多种原料。

我国自行研究和制造的各种催化剂，已具备良好的性能。

随着工业的发展，我国的合成氨将有更大的发展。

1 合成氨概述1.1 氨的性质1.1.1 氨的物理性质氨为无色气体，具特有的强烈刺激性气味。

密度0.771g/L(标准状况)，比空气轻。

沸点-33.35℃，高于同族氢化物PH3、AsH3，易液化。

熔点-77.7℃。

液氨密度0.7253g/cm3，气化热大，达23.35kJ/mol，是常用的致冷剂。

极易溶于水，20℃时1体积水能溶解702体积NH3。

充满NH3的烧瓶做喷泉实验后得到的稀氨水约为0.045mol/L。

用水吸收NH3时要用“倒放漏斗”装置以防倒吸。

液氨是极性分子，似水，可发生电离。

也能溶解一些无机盐如NH4NO3、AgI。

空气中允许NH3最高含量规定为0.02mg/L，若达0.5％则强烈刺激粘膜，引起眼睛和呼吸器官的症状。

合成氨造气工段设计合成氨是一种重要的工业原料，在合成氨的生产过程中，造气工段是一个关键环节。

下面将对合成氨造气工段的设计进行介绍。

首先，合成氨造气工段的设计应考虑到两个主要的化学反应：水气变换反应和蒸汽重整反应。

水气变换反应是将水蒸气与一定量的天然气经由催化剂催化反应生成合成气的过程。

蒸汽重整反应是将一部分天然气与过剩的水蒸气进行催化反应，生成合成气的过程。

在合成氨造气工段的设计中，首先需要确定反应器的类型。

常见的反应器类型有管式反应器和固定床反应器。

管式反应器具有反应速率高、热传递效果好等优点，但是占地面积大。

固定床反应器具有体积小、易于控制等优点，但是反应速率较低。

根据生产规模和经济效益的要求，可以选择适当的反应器类型。

其次，合成氨造气工段的设计应确定合适的催化剂。

合成氨的制备过程需要使用催化剂来促进化学反应的进行。

常用的催化剂包括镍、钼、铁等金属，以及氧化铝、硅铝酸等载体。

选择合适的催化剂可以提高反应的选择性和效率。

另外，合成氨造气工段的设计还需要考虑反应的操作条件。

包括反应的温度、压力和气体的配比等。

在水气变换反应中，通常选择较高的温度和较低的压力，以促进反应的进行。

而在蒸汽重整反应中，通常选择较低的温度和较高的压力。

在气体配比方面，需要根据催化剂的选择和反应条件的要求进行合理搭配。

最后，合成氨造气工段的设计还需要考虑能量的回收和利用。

在合成氨的制备过程中，会产生大量的热能，如果不加以利用将会造成能源的浪费。

因此，可以考虑采用热交换器、余热回收装置等技术手段，将废热回收利用，提高能源利用效率。

综上所述，合成氨造气工段设计应考虑到反应器类型、催化剂选择、反应条件的确定以及能量回收利用等因素。

通过合理设计可以提高合成氨工艺的效率，降低生产成本，实现经济可行性和环境友好性的统一。

合成氨是一种广泛应用于农业、化工和制药等领域的重要化学原料。

合成氨的制备过程主要包括合成气的制备和氨的合成两个步骤。

目录前言------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 1一、绪论 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 21.1煤气化发展史 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 31.2煤气化技术发展趋势---------------------------------------------------------------------------------------------------------- 3二、生产方法的选择及论证------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 32.1生产方法的介绍---------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 32.1.1. 固定床气化法 ------------------------------------------------------------------------------------------------------- 42.1.2. 流化床气化 ---------------------------------------------------------------------------------------------------------- 42.1.3. 气流床气化 ---------------------------------------------------------------------------------------------------------- 52.1.4 熔浴床气化 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 52.2 生产方案的选择及论证------------------------------------------------------------------------------------------------------ 6三、常压固定床间歇气化法 ---------------------------------------------------------------------------------------------------------- 63.1 半水煤气定义 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 63.2 固定床气化法的特点--------------------------------------------------------------------------------------------------------- 63.3 生产半水煤气对原料的选择 ----------------------------------------------------------------------------------------------- 63.4半水煤气制气原理------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 73.5 发生炉内燃料分布情况------------------------------------------------------------------------------------------------------ 83.6间歇式制半水煤气的工艺条件 ------------------------------------------------------------------------------------------- 103.7间歇式气化的工作循环 ---------------------------------------------------------------------------------------------------- 11四、工艺计算部分 ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 124.1 煤气发生炉（含燃烧室）的物料及热量衡算------------------------------------------------------------------------ 124.2吹风阶段的计算：----------------------------------------------------------------------------------------------------------- 144.3制气阶段的计算（以100kg入炉燃料为基准） --------------------------------------------------------------------- 174.4总过程计算 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 204.5 配气计算 ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 234.6消耗定额 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 244.7吹净时间核算 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 244.8废热锅炉的热量衡算-------------------------------------------------------------------------------------------------------- 254.8.1设已知条件----------------------------------------------------------------------------------------------------------- 254.8.2热量衡算-------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 274.8.3热量平衡和总固体平衡 ------------------------------------------------------------------------------------------- 29五、设备计算----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 305.1设计说明 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 305.2煤气炉台数的确定----------------------------------------------------------------------------------------------------------- 315.3主要设备一览表-------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 32 参考文献 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 33前言本设计说明书是年产16万吨合成氨厂造气工段的初步设计。

液氨是一种重要的工业原料，广泛应用于化工、冶金、医药等领域。

在液氨的合成工艺设计中，需要考虑反应器的选择、催化剂的选择与效果、溶液的制备与处理、反应温度与压力控制等因素。

1.反应器的选择
液氨的合成反应通常使用催化剂进行，因此需要选择适合的反应器。

常见的反应器包括固定床反应器、压力固定床反应器和循环沉降床反应器。

根据工艺需要和经济效益，选择适当的反应器类型。

2.催化剂的选择与效果
常用的液氨合成催化剂主要有铁系和铼系催化剂。

选择合适的催化剂
可以提高反应效率和选择性。

催化剂的活性、稳定性、寿命和成本等因素
需要考虑。

3.溶液的制备与处理
液氨的合成需要合适的溶液，常用的载体物质是纳米氧化铝或硅胶。

溶液的制备要考虑物料的配比、混合方式、反应温度和压力等因素。

4.反应温度与压力控制
液氨合成反应是一个放热反应，根据催化剂的特性和工艺要求，需要
控制反应温度。

同时，根据反应平衡控制压力，提高反应速率和转化率。

5.杂质的处理
液氨合成反应中，常见的杂质有水、氮气和氢气。

这些杂质会影响反
应速率和催化剂的活性。

因此，需要考虑杂质的处理方式，如脱水、吸附
等方法。

以上是液氨合成工段工艺设计的一些关键要点。

根据具体工艺流程和工艺要求，可以进一步详细设计，并考虑实际的生产条件和成本等因素进行综合考虑，确保工艺的稳定性和经济性。

十五万吨合成氨工艺初步设计说明书项目名称：二十万吨合成氨工艺设计2013.01目录前言 (4)第一章总论 (5)1.1项目建设依据 (5)1.2项目建设范围 (5)1.3主要设计原则 (5)1.4设计特点 (6)1.5设计标准 (6)第二章项目可行性论证 (7)2.1项目背景 (7)2.1.1研究背景 (7)2.1.2项目建设的意义 (7)2.2 市场预测 (7)2.2.1国内外市场现状与预测 (7)2.2.2价格分析 (8)2.3.原料路线 (8)2.3.1原料选择 (8)2.3.2原料来源 (9)2.4产品结构 (10)第三章工艺技术方案 (11)3.1工艺技术方案的选择 (11)3.2生产工艺简介 (11)3.2.1工艺简介 (11)3.3.2项目产品及建设规模 (11)第四章环境保护 (12)4.1环保治理措施 (12)4.1.1“三废”处理 (12)4.1.2噪声处理 (12)4.1.3绿化情况 (13)4.2环境可行性及评价结论 (13)第五章通风和空气调节 (14)5.1设计依据 (14)5.2设计范围 (14)5.3设计方案 (14)5.3.1通风要求 (14)5.3.2通风设计 (15)第六章电气 (16)6.1设计原则 (16)6.2防雷、防静电 (16)第七章消防 (17)7.1 消防系统 (17)7.2消防实施 (17)7.2.1室内消防设施 (17)7.2.2室外消防设施 (18)7.2.3管材及接口 (18)7.3消防排水 (18)7.3.1排水方式 (18)7.3.2管材及接口 (18)第八章劳动卫生安全 (19)8.1职业安全卫生事故分类 (19)8.1.1火灾、爆炸 (19)8.1.2噪声及振动 (19)8.1.3机械伤害 (19)8.1.4触电事故 (19)8.1.5高空坠落 (19)8.2职业安全卫生主要设施 (19)第九章储运与物流 (21)9.1原料仓储 (21)9.2产品仓储 (21)9.3包装及装卸搬运方案 (21)9.4运输过程注意事项 (21)9.4.1运输事故预防措施 (21)9.4.2 产品泄漏应急处理方案 (22)9.4.3 已造成损害的处理方案 (22)前言合成氨与硫酸和纯碱一样是世界上较为重要的基础化学品之一。

年产18万吨合成氨厂合成工段工艺设计一、设计依据：计算基准按1000Nm 3新鲜原料气。

本工段计算中全部采用绝对压力，为简便计算，下文中的压力单位中“绝对”二字略去不写。

1、工艺流程：3、压力：①系统压力为30MPa ；②废热锅炉产蒸汽压力为2.5MPa ；③计算循环机进出口气体温升时，其进出口压差取2.5MPa ； ④系统压力降忽略不计。

4、温度：①新鲜气温度为35℃；②合成塔底进气温度190℃；③合成塔出口（至废热锅炉）气体温度约为320℃； ④废热锅炉出口气体温度195℃，进入合成塔前预热器； ⑤入水冷器气体温度80℃； ⑥水冷器出口气体温度为35℃；⑦废热锅炉进口软水温度约为122℃；⑧冷却水供水温度为30℃，冷却回水温度为40℃； ⑨进循环机气体温度28℃； ⑩氨库来源氨温度20℃。

塔前预热器去氢回收5、气体组成：①合成塔进出口气体中氨含量为3%； ②合成塔出口气体中氨含量为16.7%； ③循环气中H 2/N 2为3；④循环气中（CH 4+Ar ）含量为15%；⑤各气体组分在液氨中的溶解量忽略不计。

6、年操作日：285。

7、参考书：①《小氮肥工艺设计手册》 ②《合成氨工艺》二、物料衡算基准：1000Nm 3新鲜气为基准 1、 合成物料衡算：⑴、放空气体量V 1及其组成 V 1=15%0.38%)(1.21%1000+⨯=106Nm 3查手册查得35℃时，气相中平衡氨含量为：y*NH3=9.187%，取过饱和度为10%，则： y NH3=9.187%⨯（100%+10%）=10.11%y H2=%17.56%)15%11.10%100(43=--⨯ y N2=72.18%)15%44.10%100(41=--⨯%y CH4=15%%42.1138.0%21.1%21.1=+⨯y Ar =15%%58.3%38.0%21.1%38.0=+⨯所以放空气组成及其体积列表如下：（2）、氨产量V 4由气量平衡：V 2－V 0＝V 3－V 1－V 4 ① 由于氨合成时体积减少，故：Ｖ2－V 3＝V 4＋10.11%V 1 ② 式中：V 0——补充新鲜气 Nm 3 V 1——放空气体积 Nm 3 V 2——进入合成塔混合气体积 Nm 3V 3——出合成塔混合气体体积 Nm 3 V 4——冷凝成产品氨（液氨）的体积 Nm 3301000Nm V = 31106Nm V =由①、②解得：V4=31064.44121061011.1100021011.1Nm V V =⨯-=-（3）、合成塔出口气体3V 及其组成（进入循环机中氨含量控制在3%） 由氨平衡：1423%11.10%3%7.16V V V V ++= ③ 由③+②⨯3% 得：11443%3033.0%11.10%3%7.13V V V V V +++= 314393.3400%7.13%)3033.0%11.10(%)3%100(Nm V V V =+++=%05.1393.3400)64.44193.3400(%15)(%15)%(3434=-⨯=-⨯=+V V V Ar CH%69.52%)05.13%7.16%100(432=--⨯=H y %56.17%)05.13%7.16%100(412=--⨯=N y%93.9%38.0%21.1%21.1%05.134=+⨯=CH y%12.3%38.0%21.1%38.0%05.13=+⨯=Ar y%7.163=NH y（4）、合成塔进口气量及其组成由①得：30413229.3853100064.44110693.3400Nm V V V V V =+--=+--=%52.11%05.13)(234=⨯=+V V Ar CH y%48.85%52.11%3%100)(22=--=+N H y所以，%77.8%38.0%21.1%21.1%52.114=+⨯=CH y%75.2%77.8%52.11=-=Ar y%11.6443%48.852=⨯=H y %37.21%11.64%48.852=-=N y合成塔进口量及组成：2、水冷器物料衡算（1）、水冷器进口的物料同合成塔出口3V 相同 （2）、水冷器出口气体组成与放空气相同 设经水冷器后1标准立方气体中所含氨量为x 出水冷器体积：)%7.16%100(35x V V +-=因为35℃时气相平衡氨含量：%187.9*=a y ，取过饱和度为10%，则：1011.0%)10%100(%187.9*=+⨯=⨯δa y%11.10%100%)7.161(=⨯+-xx解得：%37.9=x3364.3151%)37.9%7.161(93.3400%)37.9%7.161(Nm V V =+-⨯=+-⨯=出水冷器冷凝下来的氨量=合成塔出口的氨量—水冷器出口的氨量=333.24963.31896.567Nm =-3、 冷交换器的物料衡算 （1）、冷交换器进口热气组成与放空气相同 其体积为：3564.304510664.3151Nm V =-=（2）、出口组成及体积 设出口温度为19℃。

合成氨流程一、定义半水煤气：是利用蒸汽作为汽化剂制气，然后参入一定量的空气。

水煤气：是利用蒸汽、空气作为汽化剂间歇制气。

炉煤气：利用空气和蒸汽同时制气。

空气煤气：是单独利用空气制气的。

二、合成氨流程1.碳酸氢铵造气工段以原料煤、空气、水蒸汽为原料，制取合格半水煤气贮于气柜。

罗茨鼓风机把半水煤气从气柜中抽出经一次脱硫工段脱硫后，经静电除焦塔除焦油后送入压缩机一段入口。

半水煤气经压缩机一段、二段加压送往变换工段，在变换工段将一氧化碳变换为二氧化碳，再经二次脱硫岗位脱除部分硫化物，经碳化工段洗去二氧化碳，返回压缩工段，加压后送铜洗工段。

在铜洗工段除去残余的一氧化碳、二氧化碳、氧等，再回到压缩工段进行最后一级压缩，提压后送氨合成工段。

氢氮气在氨合成工段合成为氨。

氨送往碳化系统加工制成碳酸氢铵。

2.尿素造气工段以原料煤、空气、水蒸汽为原料，制取合格半水煤气贮于气柜。

罗茨鼓风机把半水煤气从气柜中抽出经一次脱硫工段脱硫后，（并经静电除焦塔除焦油后）送入压缩机一段入口。

半水煤气经压缩机一段、二段加压送往变换工段，在变换工段将一氧化碳变换为二氧化碳，再经二次脱硫岗位脱除部分硫化物，回压缩机三段，加压后送脱碳工段，再经精脱硫岗位进行精脱硫，经脱硫后送回压缩工段，脱碳气加压后送铜洗工段，洗去残余的一氧化碳、二氧化碳、氧等，再回压缩工段，加压后送氨合成工段。

氢氮气在氨合成工段合成为氨。

氨合成工段产出的氨经氨冷凝器气化送冷冻工段，经冷冻工段制成液氨，由液氨泵加压送至尿素系统。

脱碳工段脱得的二氧化碳经过净化后，由二氧化碳压缩机提压送往尿素系统。

液氨、二氧化碳在尿素系统加工成最终产品——尿素。

3.联醇在碳酸氢铵生产厂的合成氨生产装置的铜洗工段前，串入一个甲醇合成系统，利用变换后残余的一氧化碳和碳化后残余的二氧化碳与碳化气中的氢反应合成甲醇。

粗甲醇送精馏工段加工为精甲醇产品。

为了保护甲醇催化剂，在碳化工段后设置了精脱硫装置。

三、半水煤气脱硫来自造气工段的半水煤气，经焦炭过滤器除去所含的部分粉尘、煤焦油等杂质后，由罗茨风机加压后送入气体冷却塔冷却，然后进入脱硫塔与贫液接触吸收。