【正文】 體密度(0℃,)/(g/cm3)氣體高熱值/(MJ/m3)臨界溫度/℃液體高熱值/(MJ/㎏)臨界壓力/ Mpa液體低熱值/(MJ/㎏)臨界體積/(L/kg)標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓H/(KJ/mol)臨界密度/(g/cm3)標(biāo)準(zhǔn)摩爾熵S(氣體，25℃,)/(J/mol、氨性質(zhì)和用途氨的分子式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。1973年開始，首批引進13套年產(chǎn)300kt合成氨的成套裝置，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。 大型氨廠的崛起20世紀(jì)70年代是世界合成氨工業(yè)大發(fā)展的時期。 小型氨廠的發(fā)展為了適應(yīng)農(nóng)業(yè)發(fā)展的迫切需要，發(fā)揮中央和地方辦化肥廠的積極性，1958年著名化學(xué)家侯德榜提出碳化法合成氨流程制取碳酸氫銨新工藝，經(jīng)過生產(chǎn)試驗，歷時6年，終于闖過了技術(shù)關(guān)、經(jīng)濟關(guān)。20世紀(jì)60年代隨著石油、天然氣資源開采，又從英國引進一套以天然氣為原料的加壓蒸汽轉(zhuǎn)化法年產(chǎn)100kt合成氨裝置；從意大利引進一套以重油為原料的部分氧化法年產(chǎn)50kt合成氨裝置，從而形成了煤、油、氣原料并舉的中型氨廠生產(chǎn)體系。在試制成功高壓往復(fù)式壓縮機、氨合成塔后，它標(biāo)志中國具有自力更生發(fā)展合成氨工業(yè)的條件。經(jīng)過50多年的努力，中國已擁有多種原料、不同流程的大、中、小型合成氨廠1000多個，位居世界第一。此外，在上海還有一個電解水制氫生產(chǎn)合成氨、硝酸的小型車間。每噸氨原料煤1000㎏，耗電1000kWh（），總能耗1010104kcal（）。（2）以天然氣為原料的中型氨廠。例如：（1）以天然氣為原料的大型氨廠。工業(yè)生產(chǎn)中合成氨的實際能耗隨原料、生產(chǎn)方法及工廠管理水平而異。由于物質(zhì)的熱值數(shù)據(jù)易得，而且與可用能數(shù)值相近，所以文獻中時常用熱值作為化工產(chǎn)品的理論能耗。 理論能耗工業(yè)上一般用熱值計算合成氨生產(chǎn)過程的理論能耗?，F(xiàn)在合成氨能耗約占全國能耗的4%?，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（Antwerp）建成投產(chǎn)。這樣，即便于操作管理，又有利于提高經(jīng)濟性。如欲擴大氨廠規(guī)模，就需設(shè)置若干平行系列裝置。氨廠采用的各種原料的相對投資和能量消耗原料天然氣重油（渣油）煤相對投資費用能量消耗/(GJ/t)283848 生產(chǎn)規(guī)模大型化20世紀(jì)50年代以前，氨合成塔的最大能力為日產(chǎn)200t氨，到60年代初期為400t。從此比石腦油價廉、來源廣泛的重油和減壓渣油開始作為合成氨的另一種原料。但石腦油價格比天然氣高，而且又是石油化工的重要原料，用于制氨受到一定限制。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)化過程的析炭問題后，1962年開發(fā)成功石腦油為原料生產(chǎn)合成氨的方法。因為天然氣便于管道輸送，用作合成氨的原料具有投資省、能耗低等明顯有點。焦炭和焦?fàn)t氣都是煤的加工產(chǎn)物，一直到二次大戰(zhàn)結(jié)束，它們始終是生產(chǎn)合成氨的主要原料，可以說20世紀(jì)30年代是合成氨以煤造氣的時代。焦?fàn)t氣除含甲烷、乙烯等組分外，尚含有50%左右的氫氣。世界合成氨原料構(gòu)成/%原料1929年1939年1953年1965年1971年1975年1980年1985年1990年焦炭、煤37焦?fàn)t氣2220天然氣——266077石腦油——————206重油——————3其它19181516合計100100100100100100100100100合成氨原料構(gòu)成是從以固體燃料為主轉(zhuǎn)移到以氣體燃料和液體燃料為主。傳統(tǒng)方法還是采用高溫下將各種燃料與水蒸氣反應(yīng)制造氫。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。氮來源于空氣，氫來源于水。1931～1932肥料年度世界氨產(chǎn)量來源氨產(chǎn)量/kt各方法占百分率/%焦?fàn)t氣副產(chǎn)氨472氰化法氨10直接合成氨法2609肥料年度是指從當(dāng)年的7月1日開始到下一年的6月30日為止。早期的合成氨方法名稱合成壓力/Mpa年份國家哈伯博施（HaberBosch）法201913德國克勞特法（Claude）法1001917法國卡塞萊（Casale）法68～851918意大利福瑟（Fauser）法301921意大利蒙特第一次世界大戰(zhàn)結(jié)束，德國戰(zhàn)敗而被迫公開合成氨技術(shù)。人們稱這種合成氨法為哈伯博施法，它是化學(xué)工業(yè)實現(xiàn)高壓催化反應(yīng)的第一個里程碑。1912年，BASF公司在奧堡（Oppau）建成世界上第一座日產(chǎn)30t氨的全套裝置，1913年9月9日開始運轉(zhuǎn)，氨產(chǎn)量很快達到設(shè)計能力。米塔施（Mittasch）的倡議下又開展了一系列的研究，采用了2500種配方，到1911年經(jīng)過6500次的試驗，終于篩選出以鐵為活性組分的氨合成催化劑。哈伯推薦的第二種催化劑是鈾，也很昂貴，微量氧和水分對鈾又非常敏感。德國巴登苯胺純堿公司（BASF）對哈伯的研究工作很感興趣，確信直接合成法有很高經(jīng)濟價值，決定采用，并聘請德國工業(yè)化學(xué)家C博施（Bosch）參加工作，促使哈伯發(fā)明的合成氨法實現(xiàn)工業(yè)化。1908年哈伯在“循環(huán)法”的專利中作了簡述，在鋨催化劑存在下，～20Mpa和溫度500～600℃下可直接合成氨，反應(yīng)器出口氨含量達到6%。哈伯計算的氨平衡含量（體積分數(shù)）/%溫度/℃300500700900壓力/Mpa10哈伯認為，高壓條件下最有可能實現(xiàn)氨合成反應(yīng)，便傾全力于反應(yīng)速度的研究。哈伯（Haber）并不氣餒，仍積極投入了研究，開始在常溫常壓條件下進行反應(yīng)，但沒有生成可以覺察到的氨，后來在電火花下試驗，也只有少量的氨生成。后來弄清楚是在計算時用了一個錯誤的熱力學(xué)數(shù)據(jù)，以致獲得不正確的結(jié)果。第二位研究者是德國物理化學(xué)家W 直接合成法氮氣與氫氣合成氨的化學(xué)反應(yīng)式為第一位最早研究此反應(yīng)的是1901年法國化學(xué)家呂1905年在德國建成第一套工業(yè)裝置，一次大戰(zhàn)期間德國、美國主要采用此法制氨，用于制造炸藥。CaCN2在200℃下堿性介質(zhì)中水解成氨。富蘭克（Frank）和N但這樣回收的氨量不能滿足需要，促使人們研究將空氣中的游離態(tài)氮變成氨的方法，20世紀(jì)初先后實現(xiàn)了氰化法和直接合成法制氨的工業(yè)方法。19世紀(jì)中葉，煉焦工業(yè)興起，生產(chǎn)焦炭過程中制得了氨。L、合成氨工業(yè)發(fā)展簡介 氨的發(fā)現(xiàn)和制取氨是1754年由J如高壓低溫技術(shù)、催化和特殊金屬材料的應(yīng)用、固體燃料氣化、液體和氣體燃料的合理使用，以及尿素、甲醇、高級醇的合成，石油加氫，高壓聚合物（如高壓聚乙烯）的生產(chǎn)等，都是在合成氨工業(yè)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來或應(yīng)用其生產(chǎn)技術(shù)成就而獲得成功的。生產(chǎn)導(dǎo)彈、火箭的推進劑和氧化劑，同樣也離不開氨。氨還應(yīng)用于國防和尖端科學(xué)技術(shù)部門。制藥工業(yè)中的磺胺類藥物和高分子化學(xué)工業(yè)中的氨基塑料、聚酰胺纖維、丁腈橡膠等，都需直接或間接以氨為原料。工業(yè)用氨量已占合成氨產(chǎn)量的百分之十以上。對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有重大意義?？梢?，合成氨工業(yè)是氮肥工業(yè)的基礎(chǔ)，對農(nóng)業(yè)增產(chǎn)起著十分重要的作用。以氨為主要原料可以制造各種氮素肥料和復(fù)合肥料。以氮和氫為原料合成氨，是目前世界上采用最廣泛，也是最經(jīng)濟的一種方法。年產(chǎn)300kt合成氨轉(zhuǎn)化工序工藝設(shè)計畢業(yè)論文目錄第一章 綜述 合成氨工業(yè)在國民經(jīng)濟中的重要地位 合成氨工業(yè)發(fā)展簡介 4 氨的發(fā)現(xiàn)和制取 4 合成氨生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展 中國合成氨工業(yè)發(fā)展概況 10 恢復(fù)老廠和新建中型氨廠 10 小型氨廠的發(fā)展 10 大型氨廠的崛起 1氨性質(zhì)和用途 11 物理性質(zhì) 11 化學(xué)性質(zhì) 12 氨的用途 1合成氨工藝 13 13 合成氨工藝 1合成氨生產(chǎn)的幾種節(jié)能型工藝 2幾種節(jié)能型工藝簡介 24 凱洛格制氨流程介紹（天然氣加壓蒸汽轉(zhuǎn)化法） 2設(shè)計方案的討論 26 轉(zhuǎn)化反應(yīng)的特點 27 天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化的工藝條件 27 天然氣轉(zhuǎn)化工序流程描述 28第二章 消耗定額計算 30 工藝計算條件 30 消耗定額計算 31第三章 物料及熱量衡算（轉(zhuǎn)化工序） 33 一段爐物料衡算 33 一段爐熱量衡算 35 二段爐物料衡算 37 二段爐熱量衡算 41 換熱設(shè)備熱負荷計算 42第四章 燃料用量的計算 44 44 輔助鍋爐燃料用量計算 49 對流段燃燒用量計算 53第五章 熱效率的計算 59 輻射段熱效率的計算 59 輔助鍋爐的熱效率計算 60 全爐熱效率的計算 60第六章 第二廢熱鍋爐的設(shè)計計算 62 設(shè)計要求 62 熱力學(xué)計算 62附表一 設(shè)備一覽表 71參考文獻 72畢業(yè)設(shè)計總結(jié) 73致謝 74外文文獻及翻譯 75第一章 綜述、合成氨工業(yè)在國民經(jīng)濟中的重要地位合成氨是化工的重要組成部分，在國民經(jīng)濟中有相當(dāng)重要的位置。氨是化學(xué)工業(yè)的重要原料之一，用途十分廣泛。氨的用途很廣。氨本身就是一種高效肥料，%，一些國家已大規(guī)模直接施用液氨。氨是氮肥的主要原料，可生產(chǎn)尿素、硫酸銨、硝酸銨、碳酸氫銨等；氨還可用來生產(chǎn)多種復(fù)合化肥，如磷酸氫銨等。氨也是一些工業(yè)部門的重要原料?；净瘜W(xué)工業(yè)中的硝酸、純堿、各種含氮無機鹽，有機化學(xué)中的各種含氮中間體。食品工業(yè)中，氨廣泛用作冷凍劑，冶金工業(yè)、石油加工工業(yè)、機械工業(yè)亦需使用氨或其加工產(chǎn)品。制造三硝基甲苯、三硝基苯酚、硝化甘油、硝化纖維等多種炸藥都要消耗大量的氨。不僅如此，合成氨工業(yè)的迅速發(fā)展，又促進了一系列科學(xué)技術(shù)和化學(xué)合成工業(yè)的發(fā)展。隨著科學(xué)和生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，合成氨工業(yè)在國民經(jīng)濟各部門中的作用必將日益顯著。普里斯特利（Priestley）在加熱氯化銨和石灰混合物時發(fā)現(xiàn)，1784年C伯托利（Berthollet）確定氨由氮和氫組成。煤中的氮約有20%～25%轉(zhuǎn)化為氨，煤氣中氨含量為8～11g/m3，因而可從副產(chǎn)焦?fàn)t氣中回收氨。 氰化法制氨早在1898年A卡羅（Caro）發(fā)現(xiàn)碳化鈣加熱時與氮氣反應(yīng)生成氰氨化鈣，并獲得專利。人們稱氰氨化鈣制得氨的方法為氰化法。每噸氨要消耗能量190GJ，能量利用率非常低，與后來開發(fā)的直接合成法相比，很不經(jīng)濟。查得利（Le Chatelier），試驗時在氮氫混合氣中不幸混入了少量空氣，結(jié)果反應(yīng)過程發(fā)生爆炸，還沒有查明爆炸原因，他就草率地放棄這項研究。納斯脫（Nernst），他通過計算，認為氮氫合成氨反應(yīng)不大可能。雖然化學(xué)家們在研究合成氨中遇到了挫折，但德國化學(xué)家F1905年哈伯在慕尼黑出版了《工業(yè)氣體反應(yīng)熱力學(xué)》，書中闡述對氮氫反應(yīng)平衡的研究，并計算了不同壓力溫度下氨的平衡含量。哈伯得出結(jié)論：即使氮氫轉(zhuǎn)化率很低，如果把生成的氨在高壓下除去，再將該高壓氣體進行循環(huán)，這種方法還是可行的。并于1909年7月在卡爾斯魯厄大學(xué)建立一個80g/h氨的試驗裝置。當(dāng)時博施意識到，鋨這種稀有金屬，當(dāng)時世界上只有幾公斤存貨，也就是BASF公司搞到的那些，因而，必須首先找到另一種有效的催化劑。BASF公司在德國化學(xué)家A這種鐵系催化劑比鋨廉價、易得，活性高，而且耐用，至今仍在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用。一次大戰(zhàn)被用以生產(chǎn)炸藥和氮肥硫酸銨。由于哈伯和博施的突出貢獻，他們分別獲得1918年度和1931年度諾貝爾化學(xué)獎。于是一些國家先后在哈伯博施法的基礎(chǔ)上開發(fā)了不同氨合成壓力的其它方法。賽尼斯（MontCenis）法10～151921德國氮氣工程公司（NEC）法301921美國哈伯博施法生產(chǎn)的噸氨能耗為氰化法的一半，在20世紀(jì)30年代以后即成為氨的主要方法。 合成氨生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展 原料構(gòu)成變化為了生產(chǎn)合成氨，首先必須提供原料氮和氫?？諝夂退教幎加校胰≈槐M。由于電解制氫法，電能消耗大，成本高。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（渣油）等，60多年來世界合成氨原料構(gòu)成變化見下表。（1）以固體燃料為原料生產(chǎn)合成氨最早建立的合成氨廠用焦炭為原料，20世紀(jì)20年代以后開始出現(xiàn)焦?fàn)t氣深度冷凍分離制取氫氣的方法。當(dāng)時為了避免采用昂貴的焦炭，對煤的連續(xù)氣化進行了研究，并開發(fā)成功流化床粉煤氣化工藝。 （2）以氣體燃料和液體燃料為原料生產(chǎn)合成氨自從北美大量開發(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。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，天然氣所占的比重不斷上升。石腦油經(jīng)脫硫、氣化后，可采用與天然氣為原料相同生產(chǎn)裝置制氨。為了擴大原料范圍，由開發(fā)了用重油部分氧化法制氫。只要資源條件具備，作為合成氨的原料首先應(yīng)考慮采用天然氣和油田氣，其次采用石腦油和重油。但系列裝置的日產(chǎn)能力亦不過日產(chǎn)400t氨。若能提高單系列裝置的生產(chǎn)能力，就能減少平行系列裝置數(shù)。大型氨廠通常是指日產(chǎn)600t（年產(chǎn)量為20萬t）級，日產(chǎn)1000t（年產(chǎn)量為30萬t）級和日產(chǎn)1500t（年產(chǎn)量為50萬t）級的三種。 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，整個生產(chǎn)過程還需要消耗較多的電力、蒸汽等二次能源，而用量又很大。由于噸氨生產(chǎn)成本中能源費用占70%以上，因而能耗是衡量合成氨技術(shù)水平和經(jīng)濟效益的重要標(biāo)志。25℃狀態(tài)下氨合成反應(yīng)的化學(xué)計量式，通過反應(yīng)物和生成物的低熱值計算，