年产30万吨合成氨工艺设计

毕业设计题目名称：年产30万吨合成氨转变工序设计系别：化学工程系专业：应用化学班级：06101学生：学号：指导教师职称）：教授）I/42摘要氨是重要的基础化工产品之一，在国民经济中占有重要地位。合成氨生产经过多年的发展，现已发展成为一种成熟的化工生产工艺。b5E2RGbCAP本设计是以天然气为原料年产三十万吨合成氨转变工序的设计。近年来合成氨工业发展很快，大型化、低能耗、清洁生产均是合成氨设备发展的主流，技术改进主要方向是开发性能更好的催化剂、降低氨合成压力、开发新的原料气净化方法、降低燃料消耗、回收和合理利用低位热能等方面上。p1EanqFDPw设计采用的工艺流程简介：天然气经过脱硫压缩进入一段转化炉，把CH4和烃类转化成H2，再经过二段炉进一步转化后换热进入高变炉，在催化剂作用下大部分CO和水蒸气反应获H2和CO2，再经过低变炉使CO降到合格水平，去甲烷化工序。DXDiTa9E3d本设计综述部分主要阐述了国内外合成氨工业的现状及发展趋势以及工艺流程、参数的确定和选择，论述了建厂的选址；介绍了氨变换工序的各种流程并确定本设计高-低变串联的流程。工艺计算部分主要包括转化段和变换段的物料衡算、热量衡算、平衡温距及空速计算。设备计算部分主要是高变炉催化剂用量的具体计算，并根据设计任务做了转化和变换工序带控制点的工艺流程图。RTCrpUDGiT本设计的优点在于选择较为良好的厂址和原料路线，确定良好的工艺条件、合理的催化剂和能源综合利用。另外，就是尽量减少设备投资费用。5PCzVD7HxA关键字：合成氨；天然气；转化；变换；AbstractAmmoniaisthemostimportantoneofbasicchemicalproducts,playsanimportantroleinthenationaleconomy.Ammoniaproductionafteryearsofdevelopment,nowhasdevelopedintoamaturechemicalproductionprocesses.Thedesignisbasedonannualoutputof300,000tonsofnaturalgasasrawmaterial,thedesignofsyntheticammoniatransformationprocess.Inrecentyears,thelarge-scaleindustrialdevelopmentsoonammonia,lowenergyconsumption,thecleanproductionofsyntheticammoniaequipmentdevelopmentarethemaindirectionoftechnicalimprovement,istodevelopbetterperformanceofcatalyst,reducingammoniasynthesispressure,thedevelopmentII/42ofnewmaterialsgaspurificationmethods,reducefuelconsumption,lowheatrecoveryandreasonableutilization,etc.Thedesignprocessusedinbriefare:compressednaturalgasafterdesulfurizationandconversionintoafurnace,themethaneandhydrocarbonsintohydrogen,throughtheSecondaryreformerfurthertransformedintothehighlyvariablefurnaceheatexchanger,thegreatcatalystpartofthereactionofcarbonmonoxideandhydrogenandcarbondioxidevapor,thenthroughthelow-temperatureshifttoreducetoanacceptablelevelofcarbonmonoxidetomethanationprocess.Thedesignreviewdescribedsomeofthemajordomesticandinternationalsituationandthedevelopmentofsyntheticammoniaindustrytrendsandtechnologicalprocess,parameteridentificationandselection,discussestheplant'slocation。introducedthetransformationprocessofthevariousprocessesanddeterminethedesignofhightemperatureshiftandlowtemperatureTransformationseriesoftheprocess.Calculationofsomeofthemajortransformationprocess,includingsegmentandtransformsectionmaterialbalance,heatbalance,equilibriumtemperatureandairspeedcalculation.Calculationofsomeofthemajorequipmentisahightemperatureshiftcatalystofspecificterms,andaccordingtothedesigntasktodotheconversionandtransformationprocessflowchartwithcontrolpoints.Advantageofthisdesignistochooseabettersiteandrawmaterialslinetodeterminethegoodconditions,reasonablecatalystandenergyutilization.Inaddition,investmentinequipmentdesignedtominimizecosts.jLBHrnAILgKeywords:ammonia。naturalgas。transformation。transformation；xHAQX74J0X目录摘要ILDAYtRyKfEAbstractIZzz6ZB2Ltk目录IIdvzfvkwMI11综述-1-rqyn14ZNXI1.1氨的性质、用途及重要性-1-EmxvxOtOcoIII/421.1.1氨的性质-1-SixE2yXPq51.1.2氨的用途及在国民生产中的作用-1-6ewMyirQFL1.2合成氨生产技术的发展-2-kavU42VRUs1.2.1世界合成氨技术的发展-2-y6v3ALoS891.2.2中国合成氨工业的发展简况-5-M2ub6vSTnP1.3合成氨转变工序的工艺原理-6-0YujCfmUCw1.3.1合成氨的典型工艺流程介绍-6-eUts8ZQVRd1.3.2合成氨转化工序的工艺原理-8-sQsAEJkW5T1.3.3合成氨变换工序的工艺原理-9-GMsIasNXkA1.4设计方案的确定-9-TIrRGchYzg1.4.1原料的选择-9-7EqZcWLZNX1.4.2工艺流程的选择-10-lzq7IGf02E1.4.3工艺参数的确定-11-zvpgeqJ1hk1.4.4工厂的选址-11-NrpoJac3v12设计工艺计算-12-1nowfTG4KI2.1转化段物料衡算-12-fjnFLDa5Zo2.1.1一段转化炉的物料衡算-13-tfnNhnE6e52.1.2二段转化炉的物料衡算-16-HbmVN777sL2.2转化段热量衡算-19-V7l4jRB8Hs2.2.1一段炉辐射段热量衡算-19-83lcPA59W92.2.2二段炉的热量衡算-25-mZkklkzaaP2.2.3换热器101-C、102-C的热量衡算-26-AVktR43bpw2.3变换段的衡算-28-ORjBnOwcEd2.3.1高温变换炉的衡算-28-2MiJTy0dTT2.3.2低温变换炉的衡算-30-gIiSpiue7A2.4换热器103-C及换热器104-C的热负荷计算-32-uEh0U1Yfmh2.4.1换热器103-C热负荷-32-IAg9qLsgBX2.4.2换热器104-C热负荷-33-WwghWvVhPE2.5设备工艺计算-33-asfpsfpi4k参考文献-36-ooeyYZTjj1IV/42致谢-37-BkeGuInkxI附录-37--1-/421综述1.1氨的性质、用途及重要性1.1.1氨的性质氨分子式为NH3，在标准状态下是无色气体，比空气轻，具有特殊的刺激性臭味。人们在大于100cm3/m3氨的环境中，每天接触8小时会引起慢性中毒。PgdO0sRlMo氨的主要物理性质有：极易溶于水，溶解时放出大量的热。氨水溶液呈碱性，易挥发。液氨和干燥的氨气对大部分物质没有腐蚀性，但在有水的条件下，对铜、银、锌等金属有腐蚀作用。3cdXwckm15氨的化学性质有：在常温下相当稳定，在高温、电火花或紫外光的作用下可分解为氮和氢。具有可燃性，自然点为630℃，一般较难点燃。氨与空气或氧的混合物在一定范围内能够发生爆炸。氨的性质比较活泼，能与各种无机酸反应生成盐。h8c52WOngM1.1.2氨的用途及在国民生产中的作用氨是重要的无机化工产品之一，在国民经济中占有重要地位。合成氨指由氮和氢在高温高压和催化剂存在下直接合成的氨。世界上的氨除少量从焦炉气中回收外，绝大部分是合成的氨。氨主要用于农业，合成氨是我化肥工业的基础，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，再加工成尿素或各种铵盐肥料，这部分均占70%的比例，称之为“化肥氨”；同时氨也是重要的无机化学和有机化学工业基础原料，用于生产铵、胺、染料、炸药、合成纤维、合成树脂的原料，这部分约占30%的比例，称之为“工业氨”。氨作为工业原料和氨化饲料，用量约占世界产量的12％。硝酸、各种含氮的无机盐及有机中间体、磺胺药、聚氨酯、聚酰胺纤维和丁腈橡胶等都需直接以氨为原料生产。液氨常用作制冷剂。v4bdyGious合成氨是大宗化工产品之一，世界每年合成氨产量已达到1亿吨以上，其中约有80%的氨用来生产化学肥料，20%作为其它化工产品的原料。氨作为最为重要的基础化工产品之一，同时也是能源消耗的大户，世界上大约有10%的能源用于合成氨。J0bm4qMpJ9随着世界人口的不断增加，用于制造尿素、硝酸铵、磷酸铵、硫酸铵以及其它化工产品的氨用量也在增长。据统计1994年世界氨产量为113.46Mt，其中中国、美国、印度、俄罗斯四个主要产氨国占了一半以上。在化学工业中合成氨工业已经成为-2-/42重要的支柱产业[1]。XVauA9grYP1.2合成氨生产技术的发展1.2.1世界合成氨技术的发展(一)原料构成的变化为了合成氨，首先必须提供氮和氢。氮来自空气，氢来自水。气和水到处都有，而且取之不尽。传统的制氮方法是在低温下将空气液化、分离，以及水电解制氢。由于电解制氢法，电能消耗大，成本高。传统方法还是采用高温下将各种燃料和水蒸气反应制造氢。因此合成氨生产的初始原料是焦炭、煤、焦炉气、天然气、石脑油、重油等，60多年来世界合成氨原料的构成变化见下表1-1。bR9C6TJscw表1.1世界合成氨原料构成%）原料192919391953196519711975198019851990焦炭、煤65.253.6375.89.09.05.56.513.5焦炉气15.827.12220天然气-1.32644.26062.071.571.077石脑油---4.82019.015.013.06重油---9.24.55.07.58.53其它191815166.5