【正文】 在低溫下將空氣液化、分離，以及水電解制氫。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(lái)生產(chǎn)化學(xué)肥料，20%作為其它化工產(chǎn)品的原料。氨的性質(zhì)比較活潑，能與各種無(wú)機(jī)酸反應(yīng)生成鹽。 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(guó)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(wú)色氣體，比空氣輕，具有特殊的刺激性臭味。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?！痘ぴ怼氛n程設(shè)計(jì) 題 目 名 稱： 年產(chǎn)30萬(wàn)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(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位。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。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。 氨的用途及在國(guó)民生產(chǎn)中的作用氨是重要的無(wú)機(jī)化工產(chǎn)品之一，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位。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。由于電解制氫法，電能消耗大，成本高。石腦油經(jīng)脫碳、氣化后，可采用和天然氣為原料的相同生產(chǎn)裝置制氨。 氨廠采用的各種原料的相對(duì)投資和能量消耗原料天然氣重油煤相對(duì)投資費(fèi)用能量消耗/(GJ/t)283848特別是以天然氣為原料的合成氨工業(yè)占了很大的比重，本設(shè)計(jì)就是以天然氣為原料合成氨，主要是轉(zhuǎn)化工段的設(shè)計(jì)。(三) 低能耗新工藝合成氨，除原料為天然氣、石油、煤炭等一次能源外。因此，某一環(huán)節(jié)的失調(diào)就會(huì)影響生產(chǎn)，為了保證長(zhǎng)周期的安全生產(chǎn)，對(duì)過程控制提出更高的要求，從而發(fā)展到把全流程的溫度、壓力、流量、物位和成分五大參數(shù)的模擬儀表、報(bào)警、連鎖系統(tǒng)全部集中在中央控制室顯示和監(jiān)視控制。近年由于機(jī)電一體化需要邏輯控制和模擬控制計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、運(yùn)算等功能相結(jié)合，各儀表廠家的產(chǎn)品已從單一的邏輯控制，趨向多種控制功能結(jié)合為一體。經(jīng)過50多年的努力，中國(guó)已擁有多種原料、不同流程的大、中、小型合成氨廠1000多個(gè)，已躍居世界第1位，已掌握了以焦炭、無(wú)煙煤、褐煤、焦?fàn)t氣、天然氣及油田氣和液態(tài)烴等氣固液多種原料生產(chǎn)合成氨的技術(shù)，形成中國(guó)大陸特有的煤、石油、天然氣原料并存和大、中、小生產(chǎn)規(guī)模并存的合成氨生產(chǎn)格局。1973年開始，首批引進(jìn)13套年產(chǎn)300kt合成氨的成套裝置(其中10套為天然氣為原料，建在川化、瀘天化、云南、貴州等地)，為了擴(kuò)大原料范圍，1978年又開始第二批引進(jìn)4套年產(chǎn)300kt合成氨裝置。對(duì)于固體原料煤和焦炭，通常采用氣化的方法制取合成氣；渣油可采用非催化部分氧化的方法獲得合成氣；對(duì)氣態(tài)烴類和石腦油，工業(yè)中利用二段蒸汽轉(zhuǎn)化法制取合成氣。工業(yè)脫硫方法種類很多，通常是采用物理或化學(xué)吸收的方法，常用的有低溫甲醇洗法(Rectisol)、聚乙二醇二甲醚法(Selexol)等。 　　③ 氣體精制過程　　經(jīng)CO變換和CO2脫除后的原料氣中尚含有少量殘余的CO和CO2。氨的合成是提供液氨產(chǎn)品的工序，是整個(gè)合成氨生產(chǎn)過程的核心部分。在合成氨工藝流程中起著非常重要的作用。僅占資源總量的5%左右，列世界第16位，天然氣資源勘探潛力很大。我國(guó)將大力提高天然氣在我國(guó)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中的比重。煤頭技術(shù)中，固定層氣化流程，雖然工藝成熟，但氣化消耗高，環(huán)保污染嚴(yán)重、難以達(dá)標(biāo)、廠區(qū)環(huán)境惡劣；水煤漿氣化技術(shù)對(duì)煤種要求特別高，包括煤的活性，灰份含量、灰熔點(diǎn)、固定碳含量。從第二換熱器出來(lái)的氣體繼續(xù)送往變換工序處理。（2）水資源優(yōu)勢(shì) 基地位于黃河?xùn)|畔，中心區(qū)距黃河僅35公里左右，2003年底開工建設(shè)的寧東供水工程，預(yù)計(jì)2005年5月建成通水，總供水量為15970萬(wàn)立方米，能為基地提供充足的水源保障。 二段轉(zhuǎn)化爐的物料衡算設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)依據(jù)：空氣組成：N2：78%；O2：21%；Ar：1%；補(bǔ)加蒸汽量為加入空氣量的10%；出口甲烷含量：%；出口壓力：；出口溫度：1003℃?！鍻27．2272CO2N2ArH2O合計(jì)CP煙氣(0～1043℃) = ++++= kcal／kmol△t△t求得變換爐各處氣體組成如下表：位置氣體組成溫度℉絕溫176。R第一層催化劑平均溫度Tm = =176。CPi（0～1043℃) ℃YiCPikcal／℃O2N2Ar合計(jì)查[3]可得 CPH2O(0～30℃)= kcal／kmol℃CP煙氣(0～252℃)= ++++= kcal／kmol 轉(zhuǎn)化段熱量衡算 一段爐輻射段熱量衡算計(jì)算數(shù)據(jù)依據(jù)：入反應(yīng)管溫度：510℃入反應(yīng)管壓力： 出上升管溫度：850℃出上升管壓力：入一段轉(zhuǎn)化爐爐芯燃料氣溫度為：105℃ 輻射段出口煙氣溫度為：252℃熱量衡算以統(tǒng)一基準(zhǔn)焓為計(jì)算基準(zhǔn)，數(shù)據(jù)查自[10]；同時(shí)，以1atm、25℃為計(jì)算基準(zhǔn)1kcal=。 （4）土地資源優(yōu)勢(shì) 基地處于荒山丘陵地帶，地形平緩，地勢(shì)開闊，有成片的發(fā)展用地，為工業(yè)建設(shè)提供了廣闊的土地資源。經(jīng)高變處理后，％左右，溫度為425～440℃。在本設(shè)計(jì)中，甲烷和其他烴類轉(zhuǎn)化為CO和H2的轉(zhuǎn)化工序采用的是兩段爐催化轉(zhuǎn)化，經(jīng)過二段轉(zhuǎn)化后，%左右。在目前我國(guó)的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)里，煤炭占67％，石油占20％，％，％的世界平均水平。寧夏天然氣資源也十分豐富，所以在選擇天然氣作為原料合成氨有著明顯的區(qū)位優(yōu)勢(shì)。變換工段主要利用CO變換反應(yīng)式：CO+H2O→CO2+H2 ΔH 298=在不同溫度下分兩步進(jìn)行，第一步是高溫變換（簡(jiǎn)稱高變）使大部分CO轉(zhuǎn)化為CO2和H2，第二步是低溫變換簡(jiǎn)稱低變，%左右。氨合成反應(yīng)式如下：N2+3H2 2NH3(g) ΔH=； 合成氨轉(zhuǎn)化工序的工藝原理本設(shè)計(jì)中的合成氨轉(zhuǎn)變工序是指轉(zhuǎn)化工序和變換工序的合稱。因此，原料氣在進(jìn)入合成工序前，必須進(jìn)行原料氣的最終凈化，即精制過程。CO2既是氨合成催化劑的毒物，又是制造尿素、碳酸氫銨等氮肥的重要原料?！　、?一氧化碳變換過程　　在合成氨生產(chǎn)中，各種方法制取的原料氣都含有CO，其體積分?jǐn)?shù)一般為12%～40%。特別是于90年代初在川化建成投產(chǎn)的年產(chǎn)20萬(wàn)噸合成氨裝置達(dá)到了當(dāng)時(shí)的國(guó)際先進(jìn)水平。第一、恢復(fù)老廠和新建中型氨廠20世紀(jì)50年代初，在恢復(fù)和擴(kuò)建老廠的同時(shí)，從原蘇聯(lián)引進(jìn)以煤為原料、年產(chǎn)50kt的三套合成氨裝置，并創(chuàng)建了吉化、蘭州、太原三大化工基地，后又自行設(shè)計(jì)、以川化的創(chuàng)建為標(biāo)志。此外，若配置有高一級(jí)管理、控制功能的上位機(jī)系統(tǒng)，還能進(jìn)行全廠綜合優(yōu)化控制和管理，這種新穎的過程控制系統(tǒng)不僅可以取代常規(guī)模擬儀表，而且還可以完成局部?jī)?yōu)化控制以及模擬儀表難以實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜自控系統(tǒng)。1975年美國(guó)霍尼威爾公司開發(fā)成功TCP2000總體分散控制系統(tǒng)（Totol Distributed Control System），簡(jiǎn)稱集散控制系統(tǒng)（DCS）。現(xiàn)在合成氨能耗占世界能源消費(fèi)總量的3%，中國(guó)合成氨生產(chǎn)能耗約占全國(guó)能耗的4%。隨著蒸汽透平驅(qū)動(dòng)的高壓離心式壓縮機(jī)研制成功，美國(guó)凱洛格公司運(yùn)用建設(shè)單系列大型煉油廠的經(jīng)驗(yàn)，首先運(yùn)用工藝過程的余熱副產(chǎn)高壓蒸汽作為動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)了單系列合成氨裝置的大型化，這是合成氨工業(yè)發(fā)展史上第一次突破。為了擴(kuò)大原料范圍，又開發(fā)了用重油部分氧化法制氫。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(lái)世界合成氨原料的構(gòu)成變化見下表11。其中中國(guó)、美國(guó)、印度、俄羅斯四個(gè)主要產(chǎn)氨國(guó)占了一半以上。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。氨水溶液呈堿性，易揮發(fā)。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 reac