【正文】 《化工原理》課程設(shè)計(jì) 題 目 名 稱： 年產(chǎn)30萬噸合成氨 轉(zhuǎn)變工序設(shè)計(jì) 系 別： 化工與制藥學(xué)院 專 業(yè)： 制 藥 工 程 班 級(jí)： 03制藥工程（1） 學(xué) 生： 蔣 晟 學(xué) 號(hào)： 2003063107 指導(dǎo)教師（職稱）： （教授） 41 / 48摘要氨是重要的基礎(chǔ)化工產(chǎn)品之一，在國民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位。合成氨生產(chǎn)經(jīng)過多年的發(fā)展，現(xiàn)已發(fā)展成為一種成熟的化工生產(chǎn)工藝。本設(shè)計(jì)是以天然氣為原料年產(chǎn)三十萬噸合成氨轉(zhuǎn)變工序的設(shè)計(jì)。近年來合成氨工業(yè)發(fā)展很快，大型化、低能耗、清潔生產(chǎn)均是合成氨設(shè)備發(fā)展的主流，技術(shù)改進(jìn)主要方向是開發(fā)性能更好的催化劑、降低氨合成壓力、開發(fā)新的原料氣凈化方法、降低燃料消耗、回收和合理利用低位熱能等方面上。設(shè)計(jì)采用的工藝流程簡(jiǎn)介：天然氣經(jīng)過脫硫壓縮進(jìn)入一段轉(zhuǎn)化爐，把CH4和烴類轉(zhuǎn)化成H2，再經(jīng)過二段爐進(jìn)一步轉(zhuǎn)化后換熱進(jìn)入高變爐，在催化劑作用下大部分CO和水蒸氣反應(yīng)獲H2和CO2，再經(jīng)過低變爐使CO降到合格水平，去甲烷化工序。本設(shè)計(jì)綜述部分主要闡述了國內(nèi)外合成氨工業(yè)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)以及工藝流程、參數(shù)的確定和選擇，論述了建廠的選址；介紹了氨變換工序的各種流程并確定本設(shè)計(jì)高低變串聯(lián)的流程。工藝計(jì)算部分主要包括轉(zhuǎn)化段和變換段的物料衡算、熱量衡算、平衡溫距及空速計(jì)算。設(shè)備計(jì)算部分主要是高變爐催化劑用量的具體計(jì)算，并根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)做了轉(zhuǎn)化和變換工序帶控制點(diǎn)的工藝流程圖。本設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)在于選擇較為良好的廠址和原料路線，確定良好的工藝條件、合理的催化劑和能源綜合利用。另外，就是盡量減少設(shè)備投資費(fèi)用。關(guān)鍵字：合成氨；天然氣；轉(zhuǎn)化；變換；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 largescale 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: pressed 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 lowtemperature 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 plant39。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；目錄摘要 IAbstract II目錄 IV1 綜述 1 氨的性質(zhì)、用途及重要性 1 氨的性質(zhì) 1 氨的用途及在國民生產(chǎn)中的作用 1 合成氨生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展 2 2 4 6 合成氨的典型工藝流程介紹 6 合成氨轉(zhuǎn)化工序的工藝原理 8 8 設(shè)計(jì)方案的確定 9 原料的選擇 9 工藝流程的選擇 9 工藝參數(shù)的確定 10 工廠的選址 11 2 設(shè)計(jì)工藝計(jì)算 13 轉(zhuǎn)化段物料衡算 13 一段轉(zhuǎn)化爐的物料衡算 14 二段轉(zhuǎn)化爐的物料衡算 17 轉(zhuǎn)化段熱量衡算 20 一段爐輻射段熱量衡算 20 二段爐的熱量衡算 27 換熱器101C、102C的熱量衡算 28 變換段的衡算 30 高溫變換爐的衡算 30 低溫變換爐的衡算 32 換熱器103C及換熱器104C的熱負(fù)荷計(jì)算 35 換熱器103C熱負(fù)荷 35 換熱器104C熱負(fù)荷 35 設(shè)備工藝計(jì)算 36 參考文獻(xiàn) 40 致謝 41 附錄 42 1 綜述 氨的性質(zhì)、用途及重要性 氨的性質(zhì)氨分子式為NH3，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下是無色氣體，比空氣輕，具有特殊的刺激性臭味。人們?cè)诖笥?00cm3/m3氨的環(huán)境中，每天接觸8小時(shí)會(huì)引起慢性中毒。氨的主要物理性質(zhì)有：極易溶于水，溶解時(shí)放出大量的熱。氨水溶液呈堿性，易揮發(fā)。液氨和干燥的氨氣對(duì)大部分物質(zhì)沒有腐蝕性，但在有水的條件下，對(duì)銅、銀、鋅等金屬有腐蝕作用。氨的化學(xué)性質(zhì)有：在常溫下相當(dāng)穩(wěn)定，在高溫、電火花或紫外光的作用下可分解為氮和氫。具有可燃性，自然點(diǎn)為630℃，一般較難點(diǎn)燃。氨與空氣或氧的混合物在一定范圍內(nèi)能夠發(fā)生爆炸。氨的性質(zhì)比較活潑，能與各種無機(jī)酸反應(yīng)生成鹽。 氨的用途及在國民生產(chǎn)中的作用氨是重要的無機(jī)化工產(chǎn)品之一，在國民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位。合成氨指由氮和氫在高溫高壓和催化劑存在下直接合成的氨。世界上的氨除少量從焦?fàn)t氣中回收外，絕大部分是合成的氨。氨主要用于農(nóng)業(yè)，合成氨是我化肥工業(yè)的基礎(chǔ)，氨本身是最重要的氮素肥料，其他氮素肥料也大都是先合成氨，再加工成尿素或各種銨鹽肥料，這部分均占70%的比例，稱之為“化肥氨”； 同時(shí)氨也是重要的無機(jī)化學(xué)和有機(jī)化學(xué)工業(yè)基礎(chǔ)原料，用于生產(chǎn)銨、胺、染料、炸藥、合成纖維、合成樹脂的原料，這部分約占30%的比例，稱之為“工業(yè)氨”。氨作為工業(yè)原料和氨化飼料，用量約占世界產(chǎn)量的12％。硝酸、各種含氮的無機(jī)鹽及有機(jī)中間體、磺胺藥、聚氨酯、聚酰胺纖維和丁腈橡膠等都需直接以氨為原料生產(chǎn)。液氨常用作制冷劑。合成氨是大宗化工產(chǎn)品之一，世界每年合成氨產(chǎn)量已達(dá)到1億噸以上，其中約有80%的氨用來生產(chǎn)化學(xué)肥料，20%作為其它化工產(chǎn)品的原料。氨作為最為重要的基礎(chǔ)化工產(chǎn)品之一，同時(shí)也是能源消耗的大戶，世界上大約有10%的能源用于合成氨。隨著世界人口的不斷增加，用于制造尿素、硝酸銨、磷酸銨、硫酸銨以及其它化工產(chǎn)品的氨用量也在增長(zhǎng)。，其中中國、美國、印度、俄羅斯四個(gè)主要產(chǎn)氨國占了一半以上。在化學(xué)工業(yè)中合成氨工業(yè)已經(jīng)成為重要的支柱產(chǎn)業(yè)[1]。 合成氨生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展(一) 原料構(gòu)成的變化為了合成氨，首先必須提供氮和氫。氮來自空氣，氫來自水。氣和水到處都有，而且取之不盡。傳統(tǒng)的制氮方法是在低溫下將空氣液化、分離，以及水電解制氫。由于電解制氫法，電能消耗大，成本高。傳統(tǒng)方法還是采用高溫下將各種燃料和水蒸氣反應(yīng)制造氫。因此合成氨生產(chǎn)的初始原料是焦炭、煤、焦?fàn)t氣、天然氣、石腦油、重油等，60多年來世界合成氨原料的構(gòu)成變化見下表11。（%）原料192919391953196519711975198019851990焦炭、煤37焦?fàn)t氣2220天然氣266077石腦油206重油3其它19181516合計(jì)100100100100100100100100100由表11可知，合成氨的原料構(gòu)成是從以固體燃料為主轉(zhuǎn)移到以氣體燃料和液體原料為主。自從北美大量開發(fā)天然氣資源成功之后，20世紀(jì)50年代開始采用天然氣制氨。因?yàn)樘烊粴獗阌诠艿肋\(yùn)輸，用作合成氨的原料具有投資省、能耗低等明顯優(yōu)點(diǎn)。到20世紀(jì)60年代末，國外主要產(chǎn)氨國都已先后停止用焦炭、煤為原料，而以天然氣、重油等為原料，天然氣所占比重不斷上升。一些沒有天然氣資源的國家，如日本、英國在解決