【正文】 下來(lái)并轉(zhuǎn)化為可被利用的形式，成為一項(xiàng)受到眾多科 學(xué)家注目和關(guān)切的重大課題，而合成氨，作為固氮的一種重要形式，也變成了 19 至 20 世紀(jì)化學(xué)家們所面臨的突出問(wèn)題之一。 19 世紀(jì)下半葉，物理化學(xué)的巨大進(jìn)展，使人們認(rèn)識(shí)到由氮、氫合成氨的反應(yīng)是可逆的，增加壓力將使反應(yīng)推向生成氨的方向，提高溫度會(huì)將反應(yīng)移向相反的方向，然而溫度過(guò)低又使反應(yīng)速度過(guò)小；催化劑對(duì)反應(yīng)將產(chǎn)生重要影響。 由于哈伯和博施的突出貢獻(xiàn)，他們分別獲得 191 1931 年度諾貝 爾化學(xué)獎(jiǎng)金。 20 世紀(jì) 70 年代以來(lái)，合成氨的生產(chǎn)不僅促進(jìn)了如高壓、低溫、原料氣制造、氣體凈化、特殊金屬冶煉以及催化劑研制等方面的發(fā)展，還對(duì)一些化學(xué)合成工業(yè)，如尿素、甲醇和高級(jí)醇、石油加氫精制、高壓聚合等起了巨大的推動(dòng)作用。焦炭、焦?fàn)t氣都是煤的加工產(chǎn)物。 烴類(lèi)燃料造氣時(shí)期早在 20— 30 年代，甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化制氫已研究成功。到 1965 年，焦、煤在世界合成氨原料中的比例僅占 ％。合成氨廠大型化通常指規(guī)模在日產(chǎn) 540t 以上的單系列裝置。氫氣是從半水煤氣中提取的，以煤為原料，在一定的高溫條件下通 入空氣、水蒸氣或富養(yǎng)空氣 水蒸氣混合氣，經(jīng)過(guò)一系列反應(yīng)生成含有一氧化碳、二氧化碳、氫氣、氮?dú)?、及甲烷等混合氣體的過(guò)程。根據(jù)所用汽化劑的不同，工業(yè)煤氣可分為下列四種。 （ 4） 半水煤氣：是混合煤氣中組成符合（ H2+CO） /N2=～ 的一個(gè)特例。以石腦油為原料的合成氨生產(chǎn)流程與此流程相似。然后將所產(chǎn)的氣氨從未 合成為氨的混合氣體中冷凝分離出來(lái)，得到產(chǎn)品液氨，分離氨后的氫氮?dú)怏w循環(huán)使用。但在適當(dāng)催化劑的作用下，減少了氫氮?dú)饣蠒r(shí)所需要的能量，因此大大加快了反應(yīng)速度 。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)氨合成反應(yīng)具有活性的一系列金屬中，以鐵為主體，并添 加有促進(jìn)劑的鐵系催化劑，價(jià)廉易得，活性良好，使用壽命長(zhǎng)。目前認(rèn)為，合成氨反應(yīng)的一種可能機(jī)理，首先是氮分子在鐵催化劑表面上進(jìn)行化學(xué)吸附，使氮原子間的化學(xué)鍵減弱。因此，使用前在一定的溫度下，用氫氮混合氣使其還原，即使氧化鐵被還原為具有活性的α型純鐵。這樣。但其主要作用是增強(qiáng)催化劑對(duì)硫化物的抗毒能力，并保護(hù)催化劑在高溫下不致因晶體破壞而降低活性，故可延長(zhǎng)催化劑 壽命。經(jīng)還原的鐵催化劑若暴露在空氣中則迅速燃燒，立即失掉活性。 最佳工藝條件的選擇 氨合成的生產(chǎn)工藝條件必須滿足產(chǎn)量高，消耗定額低、工藝流程及設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便及安全可靠等要求。從圖 2— 6可以看出，氨產(chǎn)率是隨著壓力的升高而上升的。 目前我國(guó)中小型合成氨廠操作壓力大多數(shù)采用 2032MPa，而采用離心式壓縮機(jī)的大型合成氨廠的操作壓力一般為 U=27MPa?？臻g速度大小意味著處理氣量的大小，在一定的溫度、壓力下 ，增大空間速度，就加快了氣體通過(guò)催化劑的速度，氣體與催化劑接觸時(shí)間縮短，在確定條件下，出塔氣體中氨含量要降低。 合成塔入口氣體組成 合成塔入口氣體組成包括氫氮比、惰性氣體含量與初始氨含量。 由于采用壓縮機(jī)的型式、氨分離冷凝級(jí)數(shù)、熱能回收形式以及各部分相對(duì)位置的差異，而形成不同的工藝流程。氣體中余下的氨在冷卻、冷凝、并在第二氨分離器中分出。 高壓機(jī) 氨冷囂 冷凝塔氣 氣換熱囂合成塔 水冷器 分離器新鮮氣 新鮮氣有液氨的高壓混合氣 循環(huán)氣氣體 氣液混合混合氣體循環(huán)氣 氨氨化學(xué)工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 3 工藝過(guò)程設(shè)計(jì) 合成氨廠變換工段為回收變換氣的熱量以提高進(jìn)飽和塔的熱水溫度，需設(shè)計(jì)一臺(tái)列管式換熱器。 3． 1 估算傳熱面積 查取物行數(shù)據(jù) 水的定性溫度為 C??? 1642)168160( 。本設(shè)計(jì)中壓力稍大于 ，為安全設(shè)計(jì)，采用 的公稱(chēng)壓力等級(jí)。 查圖 229得 φ Δ t=〉 所以?xún)闪黧w的平均溫差為： Δ tm=φ Δ tΔ tm′ = =? 選 K 值，估算傳熱面積 根 據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，取 )(200 2 CmWk ??? ，則 初選換熱器型號(hào) 由于兩流體溫差小于 C?50 ，故可采用固定管板式換熱器。10 NNFppp pt?????? 因?yàn)? 5 0 4 ???i , 故 4 ??? nn c,2 21 iciudlp ????3,0 0 1 0 1 0 1 1 . 6 5 /3 6 0 0 3 6 0 0 2 . 9 8 0 . 0 8mh hqu m sS? ?? ? ???mddtd e 3442 34 22002?? ???????? ???????????? ?? ????400 51 1 . 6 5 2 . 9 8 0 . 0 2 0 2R e 4 . 0 8 1 01 . 7 1 7 1 0ehhdu ?? ???? ? ? ??,23 22 icup ???Paudlpp ici16112 2221 ????????? ??????????? ????? ??,2)1( 2020 0uNnFfp hB ????? ,2)/( 202 uDhNp hB ?????)( ???? ?? of化學(xué)工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 管子排列為正三角形排列，取 F= 當(dāng)板數(shù) )(1)1( ????? hN B 取為 7 取污垢校正系數(shù) Fs= ? ? aMpoop 1 4 3 3 4 20 ???????? 故管、殼程壓力損失均符合要求。 ??供需化學(xué)工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 4 節(jié)能措施 以煤為原料的合成氨的特點(diǎn)是生產(chǎn)能力低，噸氨能耗較高。 設(shè)置造氣吹風(fēng)氣鍋爐，吹除氣夾帶的可燃成份及本身的熱量加以利用。 合成吹除氣用氫回收裝置回收氫氣，其余 CH4等作為燃料氣。雖然使用“無(wú)機(jī)”氮的生物農(nóng)業(yè)將會(huì)有所發(fā)展，但是，在以后的 15— 20年內(nèi)，生物技， (如固定氮工藝 )還不可能取代合成氨作為化學(xué)肥料的 主要來(lái)源。這種生產(chǎn)規(guī)模較小的工廠從某些方面來(lái)說(shuō)，仍是有吸引力和競(jìng)爭(zhēng)力的，如建 3個(gè) LCA 流程的 500 噸／天工廠就比建一個(gè)日產(chǎn) 1500 噸的傳統(tǒng)世界規(guī)模工廠的投資要低些。 2．美國(guó)凱洛格公司對(duì)氨廠的某些工藝單元及設(shè)備的傳統(tǒng)構(gòu)型進(jìn)行了改革，開(kāi)發(fā)出了合成氨生產(chǎn)的 4種新技術(shù)，即用于氨合成回路的 KAAP 工藝，用于工藝氣轉(zhuǎn)化換熱的KRES 系統(tǒng)，以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的氨廠節(jié)能降耗動(dòng)態(tài)控指 KDAC 技術(shù)和公用工程蒸汽系統(tǒng)的冷凝液汽提 KICS 技術(shù)。該廠采用了伍德公司開(kāi)發(fā)的組合自熱式轉(zhuǎn)化爐，與傳統(tǒng)的二段轉(zhuǎn)爐不同之處在于：轉(zhuǎn)化反應(yīng)管安裝于一個(gè)有 內(nèi)襯里的加壓設(shè)備中，管內(nèi)裝有一段轉(zhuǎn)化催化劑，管下端開(kāi)口，原料工藝氣溫度升高到 580℃，自上而下通過(guò)管內(nèi)。 雖然合成氨生產(chǎn)技術(shù)的更遠(yuǎn)的改變時(shí)是可以預(yù)見(jiàn)的，但是，就目前來(lái)說(shuō)， 除對(duì)氨廠的個(gè)別傳統(tǒng)工藝程序、催化劑和設(shè)備的較小改進(jìn)外，至少在今后 10~15 年內(nèi)，合成氨生產(chǎn)技術(shù)還不會(huì)發(fā)生根本的改變。今后世界合成氨產(chǎn)量的大部分都將由規(guī) 模為日產(chǎn) 1000~2020 噸的工廠所生產(chǎn)。其他幾種生產(chǎn)方法，重油或 渣油氣化法噸氨能耗為 35— 36GJ，煤氣化法的噸氨能耗為 ，噸氨能耗也都在日漸降低，但不可能再有進(jìn)一步的顯著減少。硝酸、各種含氮的無(wú)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。氮跟氫化合成氨是一個(gè)放熱的可逆反應(yīng)。 化學(xué)工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 參考文獻(xiàn) 1． 北京大學(xué)研究中心 .世界文明百科全書(shū) .山西 :太原出版社 ,1992. 2． 劉俊蘭 . 以煤為原料的合成氨工藝選擇 [J]. 化學(xué)工業(yè)與工程技術(shù) ,2020,21(4):16. 3． 趙忠祥 . 氮肥生產(chǎn)概論 .北京 :化學(xué)工業(yè)出版社 .1995. 4． 朱世勇 . 環(huán)境與工業(yè)氣體凈化技術(shù) .北京 .化學(xué)工業(yè)出版社 .2020. 5． 史克昕 ,任畢龍 . 影響一氧化碳變換率因素的淺析 [J].小氮肥設(shè)計(jì)技術(shù) ,2020,27(3). 6． 徐躍華 . 化工裝置節(jié)能技術(shù)與實(shí)例分析 .北京 :中國(guó)石化出版社 .2020. 7． 周旭美 ,姚飛編等 .合成氨仿真實(shí)習(xí)教材 .北京 :化學(xué)工業(yè)出版社 .2020. 8． 龔紹英 .工業(yè)化學(xué) .北京 :中國(guó)輕工業(yè)出版社 .1998. 9． 王瑾 .節(jié)能型合成氨工藝與技術(shù) [J].貴州化工 ,2020,33(1). 10． 汪家銘 .世界合成氨工業(yè)近期進(jìn)展及前景展望 [J].化工科技動(dòng)態(tài) ,1995(7). 化學(xué)工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 致 謝 本 次論文設(shè)計(jì) 是在我的 指 導(dǎo) 老師的精心指導(dǎo)和悉心關(guān)懷下完成的，在我的學(xué)業(yè)和論文中受導(dǎo)師的嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)態(tài)度、淵博的知識(shí)、無(wú)私的奉獻(xiàn)精神使我深受的啟迪。 我 之所以能完成這份畢業(yè)設(shè)計(jì) 與 老 師的熱情關(guān)懷和精心指導(dǎo)是分不開(kāi)的， 在畢業(yè)設(shè)計(jì) 完成之際，特別向 幫助我的老師和同學(xué) 致以衷心的感謝和崇高