第一章_合成氨

1 第一章 物料与热量衡算

已知条件：

表1－1 原料气各组分的含量

Table 1-1 of the feed gas components in

组 分 CO2 CO H2 N2 O2 CH4 合计

含量，％ 9.60 11.42 55.71 22.56 0.33 0.38 100

计算基准：1吨氨

计算生产1吨氨需要的变换气量：

（1000/17）×22.4/（2×22.56）=2920.31 m3(标)

因为在生产过程中物料可能会有损失，因此变换气量取2962.5 m3(标)

年产12万吨合成氨生产能力（一年连续生产330天）：

日生产量：120000/330=363.6T/d=１5.16T/h

要求出中变炉的变换气干组分中CO％小于2％。

进中变炉的变换气干组分：

表1－2 进中变炉的变换气干组分

Table 1-2 into the furnace in the variable component of the transformation air-dry

组 分 CO2 CO H2 N2 O2 CH4 合计

含量，％ 9.6 11.42 55.71 22.56 0.33 0.38 100

m3(标) 284.44 338.32 1650.41 668.34 9.78 11.26 2962.50

kmol 12.696 15.103 73.679 29.837 0.436 0.503

132.25

假设进中变炉的变换气温度为330℃，取变化气出炉与入炉的温差为35℃，出炉的变换气温度为365℃。

进中变炉干气压力为1.75Mpa.

1.1水气比的确定：

考虑到是原煤转化来的原料气，所以取H2O/CO=3.5

故V（水）=3.5 V水=1184.113m3(标) ，n(水)=52.862kmol

因此进中变炉的变换气湿组分如下： 2 表1－3 进中变炉的变换气湿组分

Table 1-3 into the furnace of transformation in the variable component wet gas

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]。

1 第一单元 走进化学工业

课题2 人工固氮技术 —— 合成氨

教学目标：

知识与技能：

1.掌握氮的固定的概念，了解工业合成氨对人类社会发展的意义。

2.利用化学反应速率和化学平衡理论解释合成氨中的相关问题。

3.了解合成氨的主要原理、原料、典型设备、流程和意义。

过程与方法：

1.通过查阅资料了解工业合成氨的反应原理，并利用所学化学反应速率，化学平衡移动原理分析和讨论合成氨适宜反应条件。

2.结合合成氨的基本生产过程及合成氨工业发展，理解实际生产中问题。

情感态度与价值观：

1.能够说出环境污染的主要方面及防止污染的一些措施，增强环境意识，作环境保护的宣传者、行动者。

2.树立合理利用自然资源、节约能源的观点，激发学习工业化学的兴趣，培养创新精神。

教材分析：

本节教材的内容：本节教材是高中化学选修二第一章第二节《人工固氮技术—合成氨》的内容，合成氨工业对化学工业、国防工业和我国实现农业现代化具有重要意义，是重要的化学工业之一；同时，氨气、氢气合成氨反应也是一个学生熟悉的、典型的平衡体系。本节主要通过合成氨的反应原理、原料气的制备和净化，主要生产过程及相应设备。在化学工业中，需要化学与技术的结合，本节以此为研究对象有利于学生应用化学平衡理论和化学反应速率理论尝试综合选择化工生产的适宜条件，从而体会化学热力学理论和化学动力学理论对生产实践的指导作用。

本节教材的地位及作用：本节学生已在化学必修课中，学过NH3性质，有关氨的用途也已学过，通过“化学反应的快慢和限度”的学习，已经了解了化学反应速率的相关知识并建立了化学平衡的概念。在本课题学习中，面对合成氨的实际生产问题，通过对合成氨最佳条件的探究，进一步理解化学反应速率和化学平衡移动原理是选择合成氨生产条件的主要依据，同时也提供给学生一条综合运用化学原理和其他生产因素分析和解决实际问题的途径，使他们已有的知识得到拓展和应用，并体会到化学理论对生产实践的指导作用。

12万吨合成氨拆除方案

第一章：引言

合成氨是一种重要的化工产品，广泛用于农业、化肥、石油等领域。然而，在一些老旧厂区或不再使用的工厂中，存在大量废弃的合成氨设备。为了确保环境安全和资源的合理利用，有必要制定合成氨设备拆除方案。本文将针对一座12万吨合成氨拆除方案进行详细介绍。

第二章：拆除前准备工作

在开始拆除工作之前，需要进行详细的准备工作。首先，应组建专业的拆除团队，包括工程师、技术人员和安全专家等。其次，进行现场勘查和测量，了解合成氨设备的具体情况和周围环境。同时，需制定拆除计划，明确拆除的顺序和步骤。最后，应购买必要的拆除工具和设备，并确保其良好运行和安全性。

第三章：安全措施

在拆除过程中，安全始终是第一位的考虑因素。首先，应制定详细的安全操作规程，确保操作人员了解和遵守相关安全规定。其次，应对拆除现场进行封控，限制非相关人员的进入。同时，应配备必要的安全防护设备，如安全帽、防护眼镜、防护手套等。此外，还应定期进行安全检查和培训，确保拆除过程中没有安全事故发生。

第四章：设备拆除

在设备拆除过程中，需要按照拆除计划的顺序和步骤进行操作。首先，应先拆除与合成氨设备相关的管道和阀门等部件。其次，进行设备的分解和拆卸，将设备逐一拆解下来，并妥善处理废弃物。在拆除过程中，应注意避免设备残留物的泄漏和污染。最后，对拆除后的现场进行清理和整理，确保现场的安全和整洁。

第五章：废弃物处理

废弃的合成氨设备拆除后，产生大量的废弃物需要进行处理。首先，应对废弃物进行分类，将可回收的物品进行回收利用，如金属部件可以进行再加工。其次，对于不可回收的废弃物，应按照环境保护法规进行妥善处理，避免对环境造成污染。可以选择将废弃物送往合法的处理厂进行处理，或采取其他安全可行的处理方式。

第六章：环境评估和监测

合成氨设备拆除完成后，应进行环境评估和监测，评估拆除工作对周围环境的影响。通过监测空气、土壤、水源等方面的指标，了解拆除工作是否对环境产生了不良影响。如果发现环境问题，应及时采取措施进行修复和治理，确保环境的安全和可持续。