【正文】 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%。因此，原料氣在進入合成工序前，必須進行原料氣的最終凈化，即精制過程。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行，第一步是高溫變換（簡稱高變）使大部分CO轉(zhuǎn)化為CO2和H2，第二步是低溫變換簡稱低變，%左右。在目前我國的能源消費結(jié)構(gòu)里，煤炭占67％，石油占20％，％，％的世界平均水平。經(jīng)高變處理后，％左右，溫度為425～440℃。 轉(zhuǎn)化段熱量衡算 一段爐輻射段熱量衡算計算數(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)焓為計算基準(zhǔn)，數(shù)據(jù)查自[10]；同時，以1atm、25℃為計算基準(zhǔn)1kcal=。℃YiCPikcal／℃O2N2Ar合計查[3]可得 CPH2O(0～30℃)= kcal／kmolR第一層催化劑平均溫度Tm = =176?！鱰℃O27．2272CO2N2ArH2O合計CP煙氣(0～1043℃) = ++++= kcal／kmol（2）水資源優(yōu)勢 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2005年5月建成通水，總供水量為15970萬立方米，能為基地提供充足的水源保障。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、難以達標(biāo)、廠區(qū)環(huán)境惡劣；水煤漿氣化技術(shù)對煤種要求特別高，包括煤的活性，灰份含量、灰熔點、固定碳含量。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。氨的合成是提供液氨產(chǎn)品的工序，是整個合成氨生產(chǎn)過程的核心部分。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。1973年開始，首批引進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)，為了擴大原料范圍，1978年又開始第二批引進4套年產(chǎn)300kt合成氨裝置。近年由于機電一體化需要邏輯控制和模擬控制計時、計數(shù)、運算等功能相結(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。(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。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。氨作為最為重要的基礎(chǔ)化工產(chǎn)品之一，同時也是能源消耗的大戶，世界上大約有10%的能源用于合成氨。人們在大于100cm3/m3氨的環(huán)境中，每天接觸8小時會引起慢性中毒?！痘ぴ怼氛n程設(shè)計 題 目 名 稱： 年產(chǎn)30萬噸合成氨 轉(zhuǎn)變工序設(shè)計 系 別： 化工與制藥學(xué)院 專 業(yè)： 制 藥 工 程 班 級： 03制藥工程（1） 學(xué) 生： 蔣 晟 學(xué) 號： 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)濟中占有重要地位。 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)計工藝計算 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)備工藝計算 36 參考文獻 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。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。一些沒有天然氣資源的國家，如日本、英國在解決了石腦油蒸汽轉(zhuǎn)化過程的析碳問題后，1962年開發(fā)成功石腦油為原料生產(chǎn)合成氨的方法?，F(xiàn)在世界上規(guī)模最大的合成氨裝置為日產(chǎn)1800t氨，1991年在比利時的安特衛(wèi)普建成投產(chǎn)。與此同時，報警、連鎖系統(tǒng)，程序控制系統(tǒng)，采用了微機技術(shù)的可編程序邏輯控制器（PLC）代替過去的繼電器，采用由用戶編寫的程序，實現(xiàn)自動或手動的“開”或“停”和復(fù)雜程序不同的各種邏輯控制，計時、計數(shù)、模擬控制等。由于大型合成氨裝置的優(yōu)越性，1972年2月中國作出了成套引進化學(xué)肥料技術(shù)和設(shè)備的決定?！　、?脫硫脫碳過程　　各種原料制取的粗原料氣，都含有一些硫和碳的氧化物，為了防止合成氨生產(chǎn)過程催化劑的中毒，必須在氨合成工序前加以脫除，以天然氣為原料的蒸汽轉(zhuǎn)化法，第一道工序是脫硫，用以保護轉(zhuǎn)化催化劑，以重油和煤為原料的部分氧化法，根據(jù)一氧化碳變換是否采用耐硫的催化劑而確定脫硫的位置。甲烷化反應(yīng)如下：CO+3H2CH4+H2O ΔH=； CO2+4H2CH4+2H2O ΔH=； (3)氨合成 將純凈的氫、氮混合氣壓縮到高壓，在催化劑的作用下合成氨。地質(zhì)資源總量約38～39萬億立方米，列世界第十位，其中陸上30萬億立方米，海上9萬億立方米。天然氣工藝技術(shù)目前最可靠，天然氣合成氨工藝成熟、生產(chǎn)可靠、連續(xù)。該化工基地有著得天獨厚的優(yōu)勢：（1）天然氣資源優(yōu)勢 該基地臨近陜甘寧天然氣田，此氣田是我國迄今探明的世界級特大型整裝氣田，探明控制儲量達7000多億立方米，一期輸氣管線已建成，二期管線正在規(guī)劃建設(shè)中?！鍯Pi(0～252℃)kcal／kmolCPH2O(0～30℃) Rlgk = 故 k = 按90%進行計算，取k = = KP = 則 w = KP 1= u = KP (A+B)+(C+D) = (+)+(+)= v = KP (AB)(CD) = ()()= = == x = = 2wx = 2=將上述式子代入（1）中 == （）=解之得 = h1第二層平均溫度Tm = =176。℃Q空氣帶入熱=Q干氣帶入熱+Q水蒸氣帶入熱= a、 轉(zhuǎn)化管熱負(fù)荷計算轉(zhuǎn)化管入口統(tǒng)一基準(zhǔn)焓（510℃）如下表：組 分ni kmol/hHi kcal／kmolniHi kJ／hCH4106C2H610764106C3H8106C4H10106C5H128．9600106N2106H2106Ar0．2000106干氣106H2O106合計106轉(zhuǎn)化管出口氣統(tǒng)一基準(zhǔn)焓（822℃）如下表：組 分ni kmol/hHi kcal／kmolniHi kJ／hCO106CO2106H2106CH4106N2106Ar106干氣106H2O106合計106故一段爐轉(zhuǎn)化管的熱負(fù)荷Q1為：△H= H2 H1 = 106 （106）=106 kJ／hQ1 =△H=106 kJ／h一段爐上升管氣統(tǒng)一基準(zhǔn)焓（850℃）如下表：組 分ni kmol/hHi kcal／kmolniHi kJ／hCO106CO2106H2106CH4106N2106Ar106干氣106H2O106合計106故上升管的熱負(fù)荷Q2為：Q2= H3 H2 =106 kJ／h輻射段總熱負(fù)荷Q為：Q= Q2 + Q1 =106 +106 =106 kJ／hb、 一段轉(zhuǎn)化爐輻射段混合燃料計算和熱量衡算計算數(shù)據(jù)依據(jù)：（1） 混合燃料氣進入輻射段溫度為：510℃；（2） 根據(jù)[3] 燃料氣組成為：天然氣 60%，弛放氣 40%（體）。氣體通過高變廢熱鍋爐，冷卻到336℃左右。加大天然氣在能源消費結(jié)構(gòu)中的比重，既有利于促進節(jié)能減排，又能夠維持經(jīng)濟與社會可持續(xù)發(fā)展。因此，CO變換既是原料氣制造的繼續(xù)，又是凈化的過程?！　∧壳霸诠I(yè)生產(chǎn)中，最終凈化方法分為深冷分離法和甲烷化法。合成氨需要的兩種組分是H2和N2，因此需要除去合成氣中的CO。到60年代中期中氮已投產(chǎn)了15家。DCS是現(xiàn)代計算機技術(shù)、控制技術(shù)、數(shù)據(jù)通訊技術(shù)和熒光顯示技術(shù)（CRT）相結(jié)合的產(chǎn)物。大型化的優(yōu)點是投資費用低，能量利用率高，占地少，勞動生產(chǎn)率高。（%）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。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”； 同時氨也是重要的無機化學(xué)和有機化學(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”。s location。設(shè)計采用的工藝流程簡介：天然氣經(jīng)過脫硫壓縮進入一段轉(zhuǎn)化爐，把CH4和烴類轉(zhuǎn)化成H2，再經(jīng)過二段爐進一步轉(zhuǎn)化后換熱進入高變爐，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。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。 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。，相對投資和能量消耗比較。，而且以天然氣為原料的大型氨廠的所需動力約有85%可由余熱供給[3]。這些都表示氨生產(chǎn)技術(shù)自動化進入新的階段，改變了幾十年合成氨生產(chǎn)控制的面貌。至今，在32套引進裝置中，原料為天然氣、油田氣的17套，渣油7套，石腦油5套，煤2套和尤里卡瀝青1套，加上上海吳涇，成都的兩套國產(chǎn)化裝置?！　∫话悴捎萌芤何辗摮鼵O2。在一段