年产30万吨合成氨工艺设计20761.docx

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1、xxxx毕业设计化工原原理课课程设计计 题 目 名 称称：年产产30万万吨合成成氨转变工序序设计 系 别：化工与与制药学学院专 业：制药工程班 级：03制制药工程程（1）学 生：蒋晟学 号：2000306631007指导教师师（职称称）： （教教授） - 40 -化工原理课程设计摘要氨是重要要的基础础化工产产品之一一，在国民民经济中中占有重重要地位位。合成氨氨生产经经过多年年的发展展，现已已发展成成为一种种成熟的的化工生生产工艺艺。本设计是是以天然然气为原原料年产产三十万万吨合成成氨转变变工序的的设计。近年来来合成氨氨工业发发展很快快，大型型化、低低能耗、清清洁生产产均是合合成氨设设备发展展的

2、主流流，技术术改进主主要方向向是开发发性能更更好的催催化剂、降降低氨合合成压力力、开发发新的原原料气净净化方法法、降低低燃料消消耗、回回收和合合理利用用低位热热能等方方面上。设计采用用的工艺艺流程简简介：天天然气经经过脱硫硫压缩进进入一段段转化炉炉，把CCH4和烃类类转化成成H2，再经经过二段段炉进一一步转化化后换热热进入高高变炉，在在催化剂剂作用下下大部分分CO和和水蒸气气反应获获H2和COO2，再经经过低变变炉使CCO降到到合格水水平，去去甲烷化化工序。本设计综综述部分分主要阐阐述了国国内外合合成氨工工业的现现状及发发展趋势势以及工工艺流程程、参数数的确定和和选择，论述了建厂的选址；介绍了

3、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。本设计的的优点在在于选择择较为良良好的厂厂址和原原料路线线，确定定良好的的工艺条条件、合合理的催催化剂和和能源综综合利用用。另外外，就是是尽量减减少设备备投资费费用。关键字：合成氨氨；天然然气；转转化；变变换；AbsttracctAmmooniaa iss thhe mmostt immporrtannt oone of bassic cheemiccal proodu

4、ccts, pllayss ann immporrtannt rrolee inn thhe nnatiionaal eeconnomyy. AAmmooniaa prroduuctiion aftter yeaars of devveloopmeent, noow hhas devveloopedd innto a mmatuure cheemiccal prooducctioon pproccessses. Thhe ddesiign is bassed on annnuall ouutpuut oof 3300,0000 toons of natturaal ggas as raww m

5、aaterriall, tthe dessignn off syynthhetiic aammooniaa trranssforrmattionn prroceess. Inn reecennt yyearrs, thee laargee-sccalee inndusstriial devveloopmeent sooon aammooniaa, llow eneergyy coonsuumpttionn, tthe cleean prooducctioon oof ssyntthettic ammmoniia eequiipmeent devveloopmeent aree thhe mma

6、inn diirecctioon oof ttechhniccal impprovvemeent, iss too deevellop bettterr peerfoormaancee off caatallystt, rreduucinng aammooniaa syynthhesiis ppresssurre, thee deevellopmmentt off neew mmateeriaals gass puurifficaatioon mmethhodss, rreduuce fueel cconssumpptioon, loww heeat reccoveery andd reeas

7、oonabble utiilizzatiion, ettc.TThe dessignn prroceess useed iin bbrieef aare: coomprresssed natturaal ggas aftter dessulffuriizattionn annd cconvverssionn innto a ffurnnacee, tthe metthanne aand hyddroccarbbonss innto hyddroggen, thhrouugh thee Seeconndarry rrefoormeer ffurttherr trranssforrmedd inn

8、to thee hiighlly vvariiablle ffurnnacee heeat excchanngerr, tthe greeat cattalyyst parrt oof tthe reaactiion of carrbonn moonoxxidee annd hhydrrogeen aand carrbonn diioxiide vappor, thhen thrrouggh tthe loww-teempeeratturee shhiftt too reeducce tto aan aacceeptaablee leevell off caarboon mmonooxidde

9、 tto mmethhanaatioon pproccesss. TThe dessignn reevieew ddesccribbed somme oof tthe majjor dommesttic andd innterrnattionnal sittuattionn annd tthe devveloopmeent of synntheeticc ammmonnia inddusttry treendss annd ttechhnollogiicall prroceess, paarammeteer iidenntifficaatioon aand sellecttionn, ddis

10、ccussses thee pllantts loccatiion; inntrooducced thee trranssforrmattionn prroceess of thee vaarioous proocesssess annd ddeteermiine thee deesiggn oof hhighh teempeeratturee shhiftt annd llow temmperratuure Traansfformmatiion serriess off thhe pproccesss. CCalcculaatioon oof ssomee off thhe mmajoor

11、ttrannsfoormaatioon pproccesss, iinclludiing seggmennt aand traansfformm seectiion matteriial ballancce, heaat bbalaancee, eequiilibbriuum ttempperaaturre aand airrspeeed callcullatiion. Caalcuulattionn off soome of thee maajorr eqquippmennt iis aa hiigh temmperratuure shiift cattalyyst of speeciffi

12、c terrms, annd aaccoordiing to thee deesiggn ttaskk toodo thee coonveersiion andd trranssforrmattionn prroceess floow ccharrt wwithh coontrrol poiintss. AAdvaantaage of thiis ddesiign is to chooosee a bettterr siite andd raaw mmateeriaals linne tto ddeteermiine thee goood conndittionns, reaasonnabll

13、e ccataalysst aand eneergyy uttiliizattionn. IIn aaddiitioon, invvesttmennt iin eequiipmeent dessignned to minnimiize cossts.Keywwordds: ammmoniia; natturaal ggas; trranssforrmattionn; ttrannsfoormaatioon；目录摘要IAbsttracctIII目录IVV1 综述述- 11 -1.1 氨的性性质、用用途及重重要性- 1 -1.1.1 氨氨的性质质- 11 -1.1.2 氨氨的用途途及在国国民生产产

14、中的作作用- 1 -1.2 合成氨氨生产技技术的发发展- 2 -1.2.1世界界合成氨氨技术的的发展- 2 -1.2.2中国国合成氨氨工业的的发展概概况- 4 -1.3合合成氨转转变工序序的工艺艺原理- 6 -1.3.1 合合成氨的的典型工工艺流程程介绍- 6 -1.3.2 合合成氨转转化工序序的工艺艺原理- 8 -1.3.3合成成氨变换换工序的的工艺原原理- 8 -1.4 设计方方案的确确定- 9 -1.4.1 原原料的选选择- 9 -1.4.2 工工艺流程程的选择择- 99 -1.4.3 工工艺参数数的确定定- 110 -1.4.4 工工厂的选选址- 11 -2 设计计工艺计计算- 13

15、-2.1 转化段段物料衡衡算- 13 -2.1.1 一一段转化化炉的物物料衡算算- 114 -2.1.2 二二段转化化炉的物物料衡算算- 117 -2.2 转化段段热量衡衡算- 20 -2.2.1 一一段炉辐辐射段热热量衡算算- 220 -2.2.2 二二段炉的的热量衡衡算- 27 -2.2.3 换换热器1101-C、1022-C的的热量衡衡算- 28 -2.3 变换段段的衡算算- 330 -2.3.1 高高温变换换炉的衡衡算- 30 -2.3.2 低低温变换换炉的衡衡算- 32 -2.4 换热器器1033-C及及换热器器1044-C的的热负荷荷计算- 355 -2.4.1 换换热器1103-

16、C热负负荷- 35 -2.4.2 换换热器1104-C热负负荷- 35 -2.5 设备工工艺计算算- 336 -参考文献献- 440 -致谢- 41 -附录- 42 -1 综述述1.1 氨的性性质、用用途及重重要性1.1.1 氨氨的性质质氨分子式式为NHH3，在标标准状态态下是无无色气体体，比空空气轻，具具有特殊殊的刺激激性臭味味。人们们在大于于1000cm33/m3氨的环环境中，每每天接触触8小时时会引起起慢性中中毒。氨的主要要物理性性质有：极易溶溶于水，溶溶解时放放出大量量的热。氨氨水溶液液呈碱性性，易挥挥发。液液氨和干干燥的氨氨气对大大部分物物质没有有腐蚀性性，但在在有水的的条件下下，对

17、铜铜、银、锌锌等金属属有腐蚀蚀作用。氨的化学学性质有有：在常常温下相相当稳定定，在高高温、电电火花或或紫外光光的作用用下可分分解为氮氮和氢。具具有可燃燃性，自自然点为为6300，一般般较难点点燃。氨氨与空气气或氧的的混合物物在一定定范围内内能够发发生爆炸炸。氨的的性质比比较活泼泼，能与与各种无无机酸反反应生成成盐。1.1.2 氨氨的用途途及在国国民生产产中的作作用氨是重要要的无机机化工产产品之一一，在国国民经济济中占有有重要地地位。合合成氨指指由氮和氢在高温温高压和和催化剂剂存在下下直接合合成的氨氨。世界界上的氨氨除少量量从焦炉炉气中回回收外，绝绝大部分分是合成成的氨。氨氨主要用用于农业业，合

18、成成氨是我我化肥工工业的基基础，氨氨本身是是最重要要的氮素素肥料，其其他氮素素肥料也也大都是是先合成成氨，再再加工成成尿素或或各种铵铵盐肥料料，这部部分均占占70%的比例例，称之之为“化化肥氨”； 同时时氨也是是重要的的无机化化学和有有机化学学工业基基础原料料，用于于生产铵铵、胺、染染料、炸炸药、合合成纤维维、合成成树脂的的原料，这这部分约约占300%的比比例，称称之为“工工业氨”。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。合成氨是是大宗化化工产品品之一，世世界每年年合成

19、氨氨产量已已达到11亿吨以以上，其其中约有有80%的氨用用来生产产化学肥肥料，220%作作为其它它化工产产品的原原料。氨氨作为最为为重要的的基础化化工产品品之一，同同时也是是能源消消耗的大大户，世界上上大约有有10%的能源源用于合合成氨。随着世界界人口的的不断增增加，用用于制造造尿素、硝硝酸铵、磷磷酸铵、硫硫酸铵以以及其它它化工产产品的氨氨用量也也在增长长。据统统计19994年年世界氨氨产量为为1133.466Mt，其其中中国国、美国国、印度度、俄罗罗斯四个个主要产产氨国占占了一半半以上。在在化学工工业中合合成氨工工业已经经成为重重要的支支柱产业业1。1.2 合成氨氨生产技技术的发发展1.2.

20、1世界界合成氨氨技术的的发展(一) 原料构成成的变化化为了合成成氨，首首先必须须提供氮氮和氢。氮氮来自空空气，氢氢来自水水。气和和水到处处都有，而而且取之之不尽。传传统的制制氮方法法是在低低温下将将空气液液化、分分离，以以及水电电解制氢氢。由于于电解制制氢法，电电能消耗耗大，成成本高。传传统方法法还是采采用高温温下将各各种燃料料和水蒸蒸气反应应制造氢氢。因此此合成氨氨生产的的初始原原料是焦焦炭、煤煤、焦炉炉气、天天然气、石石脑油、重重油等，660多年年来世界界合成氨氨原料的的构成变变化见下下表1-1。表1.11世界合合成氨原原料构成成（%）原料1929919399195331965519711

21、19755198001985519900焦炭、煤煤65.2253.66375.89.09.05.56.513.55焦炉气15.8827.112220天然气-1.32644.226062.0071.5571.0077石脑油-4.82019.0015.0013.006重油-9.24.55.07.58.53其它191815166.55.00.51.00.5合计100100100100100100100100100由表1-1可知知，合成成氨的原原料构成成是从以以固体燃燃料为主主转移到到以气体体燃料和和液体原原料为主主。自从北美美大量开开发天然然气资源源成功之之后，220世纪纪50年年代开始始采用天天然

22、气制制氨。因因为天然然气便于于管道运运输，用用作合成成氨的原原料具有有投资省省、能耗耗低等明明显优点点。到220世纪纪60年年代末，国国外主要要产氨国国都已先先后停止止用焦炭炭、煤为为原料，而而以天然然气、重重油等为为原料，天天然气所所占比重重不断上上升。一一些没有有天然气气资源的的国家，如如日本、英英国在解解决了石石脑油蒸蒸汽转化化过程的的析碳问问题后，119622年开发发成功石石脑油为为原料生生产合成成氨的方方法。石石脑油经经脱碳、气气化后，可可采用和和天然气气为原料料的相同同生产装装置制氨氨。但石石脑油价价格比天天然气高高，而且且又是石石油化工工的重要要原料，用用于制氨氨受到一一定限制制

23、。为了了扩大原原料范围围，又开开发了用用重油部部分氧化化法制氢氢。从此此比石脑脑油价廉廉、来源源广泛的的重油和和减压渣渣油开始始作为合合成氨的的另一种种原料。表1-22为各种种原料的的日产110433.3tt合成氨氨厂，相相对投资资和能量量消耗比比较。由由表可见见，虽然然各国资资源不同同，但选选用原料料的基本本方向相相同。只只要资源源条件具具备作为为合成氨氨的原料料。首先先应考虑虑天然气气和油田田气，其其次采用用石脑油油。表1.22 氨厂厂采用的的各种原原料的相相对投资资和能量量消耗原料天然气重油煤相对投资资费用1.01.52.0能量消耗耗/(GGJ/tt)283848特别是以以天然气气为原料

24、料的合成成氨工业业占了很很大的比比重，本本设计就就是以天天然气为为原料合合成氨，主主要是转转化工段段的设计计。(二) 生产规模模大型化化20世纪纪50年年代以前前，氨合合成塔的的最大能能力为日日产2000t氨氨，到660年代代初期为为4000t。随随着蒸汽汽透平驱驱动的高高压离心心式压缩缩机研制制成功，美美国凯洛洛格公司司运用建建设单系系列大型型炼油厂厂的经验验，首先先运用工工艺过程程的余热热副产高高压蒸汽汽作为动动力，于于19663年和和19666年相相继建成成日产5544.31tt和9007.119t的的氨厂，实实现了单单系列合合成氨装装置的大大型化，这这是合成成氨工业业发展史史上第一一次

25、突破破。大型型化的优优点是投投资费用用低，能能量利用用率高，占占地少，劳劳动生产产率高。从从20世世纪600年代中中期开始始，新建建氨厂大大都采用用单系列列的大型型装置。但但是，大大型的单单系列合合成氨装装置要求求能够长长周期运运行，对对机器和和设备质质量要求求很高，而而且在超超过一定定规模以以后，优优越性并并不十分分明显了了。因此此大型氨氨厂通常常是指日日产6000t级级，日产产10000t级级和日产产15000t级级的三种种。现在在世界上上规模最最大的合合成氨装装置为日日产18800tt氨，119911年在比比利时的的安特卫卫普建成成投产。(三) 低能耗新新工艺合成氨，除除原料为为天然气气

26、、石油油、煤炭炭等一次次能源外外。整个个生产过过程还需需消耗较较多的电电力、蒸蒸汽等二二次能源源，而用用量又很很大。现现在合成成氨能耗耗占世界界能源消消费总量量的3%，中国国合成氨氨生产能能耗约占占全国能能耗的44%。由由于吨氨氨生产成成本中能能源费用用占700%以上上，因此此能耗是是衡量合合成氨技技术和经经济效益益的重要要标志。以天然气气为原料料的日产产10000t合合成氨装装置吨氨氨能耗目目前已从从20世世纪700年代的的40.19GGJ下降降到399.311GJ左左右，而而且以天天然气为为原料的的大型氨氨厂的所所需动力力约有885%可可由余热热供给3。(四) 生产自动动化合成氨生生产特点

27、点之一是是工序多多、连续续性强。220世纪纪60年年代以前前的过程程控制多多采取分分散方式式，在独独立的几几个车间间控制室室中进行行。自从从出现单单系列装装置的大大型氨厂厂，除泵泵类有备备用外，其其它设备备和机器器都是一一台。因因此，某某一环节节的失调调就会影影响生产产，为了了保证长长周期的的安全生生产，对对过程控控制提出出更高的的要求，从从而发展展到把全全流程的的温度、压压力、流流量、物物位和成成分五大大参数的的模拟仪仪表、报报警、连连锁系统统全部集集中在中中央控制制室显示示和监视视控制。自从200世纪770年代代计算机机技术应应用到合合成氨生生产以后后，操作作控制上上产生了了飞跃。1197

28、55年美国国霍尼威威尔公司司开发成成功TCCP-220000总体分分散控制制系统（TTotool DDisttribbuteed CConttroll Syysteem），简简称集散散控制系系统（DDCS）。DCS是是现代计计算机技技术、控控制技术术、数据据通讯技技术和荧荧光显示示技术（CCRT）相相结合的的产物。在在CRTT操作平平台上可可以存取取、显示示多种数数据和画画面，包包括带控控制点的的流程，全全部过程程变量、控控制过程程变量，以以及其参参数的动动态数值值和趋势势图，从从而实现现集中监监视和集集中操作作。操作作人员对对于人一一控制点点、控制制单元、生生产设备备、车间间以及全全厂的运运

29、作情况况进行随随机或定定势的观观察，只只要通过过键操作作调出相相应的画画面，即即可把所所需内容容显示在在CRTT上，以以便监视视、控制制和修改改某些参参数。需需要的数数据、流流程都可可随机或或定时在在打印机机上打印印和彩色色硬拷贝贝机上拷拷贝。与与此同时时，报警警、连锁锁系统，程程序控制制系统，采采用了微微机技术术的可编编程序逻逻辑控制制器（PPLC）代代替过去去的继电电器，采采用由用用户编写写的程序序，实现现自动或或手动的的“开”或“停”和复杂杂程序不不同的各各种逻辑辑控制，计计时、计计数、模模拟控制制等。近近年由于于机电一一体化需需要逻辑辑控制和和模拟控控制计时时、计数数、运算算等功能能相

30、结合合，各仪仪表厂家家的产品品已从单单一的逻逻辑控制制，趋向向多种控控制功能能结合为为一体。因因此，用用“可编程程序控制制器”（PCC）这一一名称较较为确切切。此外，若若配置有有高一级级管理、控控制功能能的上位位机系统统，还能能进行全全厂综合合优化控控制和管管理，这这种新颖颖的过程程控制系系统不仅仅可以取取代常规规模拟仪仪表，而而且还可可以完成成局部优优化控制制以及模模拟仪表表难以实实现的复复杂自控控系统。若若能用仿仿真技术术进行操操作人员员的模拟拟培训只只需在一一台高性性能的计计算机上上配合相相应的软软件以代代替实际际生产装装置的控控制、运运作设备备，这样样就可以以在较短短的时间间内学习习开

31、停车车、正常常操作和和事故状状态操作作。这些些都表示示氨生产产技术自自动化进进入新的的阶段，改改变了几几十年合合成氨生生产控制制的面貌貌。1.2.2中国国合成氨氨工业的的发展概概况中国合成成氨生产产是从220世纪纪30年年代开始始的，但但当时仅仅在南京京、大连连两地建建有氨厂厂，一个个是由著著名爱国国实业家家范旭东东先生创创办的南南京永利利化学工工业公司司铔厂 永永利宁厂厂，现南南京化学学工业公公司的前前身；另另一个是是日本占占领东北北后在大大连开办办的满洲洲化学工工业株式式会社，最最高年产产量不超超过500Kt（119411年）。此此外在上上海还有有一个电电解水制制氢生产产合成氨氨、硝酸酸的

32、小型型车间。中华人民民共和国国成立以以来，化化工部门门贯彻为为农业服服务的方方针，把把发展化化肥生产产放在首首位。经经过500多年的的努力，中中国已拥拥有多种种原料、不不同流程程的大、中中、小型型合成氨氨厂10000多多个，119999年总产产量为334.552Mtt氨，已已跃居世世界第11位，已已掌握了了以焦炭炭、无烟烟煤、褐褐煤、焦焦炉气、天天然气及及油田气气和液态态烃等气气固液多多种原料料生产合合成氨的的技术，形形成中国国大陆特特有的煤煤、石油油、天然然气原料料并存和和大、中中、小生生产规模模并存的的合成氨氨生产格格局。中国合成成氨工业业的发展展经历了了以下几几个阶段段。第一、恢恢复老厂

33、厂和新建建中型氨氨厂20世纪纪50年年代初，在在恢复和和扩建老老厂的同同时，从从原苏联联引进以以煤为原原料、年年产500kt的的三套合合成氨装装置，并并创建了了吉化、兰兰州、太太原三大大化工基基地，后后又自行行设计、制制造了77.5万万吨合成成氨系统统，以川川化的创创建为标标志。到到60年代中期期中氮已投产了了15家家。200世纪660年代代随着石石油、天天然气资资源的开开采，又又从英国国引进一一套以天天然气为为原料的的加压蒸蒸汽转化化法年产产1000kt合合成氨装装置(即即泸天化化)；从从意大利利引进一一套以重重油为原原料的部部分氧化化法年产产50kkt合成成氨装置置，从而而形成了了煤油气气

34、原料并并举的中中型氨厂厂生产系系统，迄迄今为止止，已建建成500多座中中型氨厂厂。第二、小小型氨厂厂的发展展从20世世纪600年代开开始在全全国各地地建设了了一大批批小型氨氨厂，119799年最多多时曾发发展到115399座氨厂厂。第三、大大型氨厂厂的崛起起20世纪纪70年年代是世世界合成成氨工业业大发展展时期。由由于大型型合成氨氨装置的的优越性性，19972年年2月中中国作出出了成套套引进化化学肥料料技术和和设备的的决定。119733年开始始，首批批引进113套年年产3000ktt合成氨氨的成套套装置(其中110套为为天然气气为原料料，建在在川化、泸泸天化、云云南、贵贵州等地地)，为为了扩大

35、大原料范范围，119788年又开开始第二二批引进进4套年年产3000ktt合成氨氨装置。中国是世世界上人人口最多多的农业业大国，为为了在220000年氮肥肥产量达达到基本本自给自自足，最最近十年年先后陆陆续引进进14套套具有220世纪纪90年年代先进进水平的的年产3300kkt合成成氨成套套设备，同时从20世纪70年代起，我国开始了大型合成氨成套装置的自行设计、自行制造工作，第一套年产30万吨的合成氨装置于80年在上海建成投产。特别是于90年代初在川化建成投产的年产20万吨合成氨装置达到了当时的国际先进水平。从而掌握了世界上几乎所有先进的工艺和先进技术如低能耗的凯洛格工艺、布朗工艺等，通过对引

36、进技术的消化吸收和改造创新，不但使合成氨的技术水平跟上了世界前进的步伐，而且促进了国内中小型氨厂的技术发展。至今，在在32套套引进装装置中，原原料为天天然气、油油田气的的17套套，渣油油7套，石石脑油55套，煤煤2套和和尤里卡卡沥青11套，加加上上海海吴泾，成成都的两两套国产产化装置置，合成成氨总能能力为110.222Mtt。中国国潜在的的天然气气资源十十分丰富富，除新新勘探的的新疆塔塔里木盆盆地有大大量的天天然气可可以通过过长距离离的管线线东输外外，对海海南莺歌歌海域蕴蕴藏的天天然气已已决定在在新世纪纪初新建建一套引引进的年年产4550ktt合成氨氨装置，这这将是中中国规模模最大的的一套合合

37、成氨装装置11。1.3合合成氨转转变工序序的工艺艺原理1.3.1 合合成氨的的典型工工艺流程程介绍合成氨的的生产过过程包括括三个主主要步骤骤：原料料气的制制备、净净化和压压缩和合合成。(1)原原料气制制备 将煤和天天然气等等原料制制成含氢氢和氮的的粗原料料气。对对于固体体原料煤煤和焦炭炭，通常常采用气气化的方方法制取取合成气气；渣油油可采用用非催化化部分氧氧化的方方法获得得合成气气；对气气态烃类类和石脑脑油，工工业中利利用二段段蒸汽转转化法制制取合成成气。(2)净净化对粗原料料气进行行净化处处理，除除去氢气气和氮气气以外的的杂质，主主要包括括变换过过程、脱脱硫脱碳碳过程以以及气体体精制过过程。

38、 一氧氧化碳变变换过程程在合合成氨生生产中，各各种方法法制取的的原料气气都含有有CO，其其体积分分数一般般为122%40%。合成成氨需要要的两种种组分是是H2和N2，因此此需要除除去合成成气中的的CO。变变换反应应如下：CO+HH2OHH2+COO2H=-411.2kkJ/mmol；由于COO变换过过程是强强放热过过程，必必须分段段进行以以利于回回收反应应热，并并控制变变换段出出口残余余CO含含量。第第一步是是高温变变换，使使大部分分CO转转变为CCO2和H2；第二二步是低低温变换换，将CCO含量量降至00.3%左右。因因此，CCO变换换反应既既是原料料气制造造的继续续，又是是净化的的过程，为

39、为后续脱脱碳过程程创造条条件。 脱硫硫脱碳过过程各种种原料制制取的粗粗原料气气，都含含有一些些硫和碳碳的氧化化物，为为了防止止合成氨氨生产过过程催化化剂的中中毒，必必须在氨氨合成工工序前加加以脱除除，以天天然气为为原料的的蒸汽转转化法，第第一道工工序是脱脱硫，用用以保护护转化催催化剂，以以重油和和煤为原原料的部部分氧化化法，根根据一氧氧化碳变变换是否否采用耐耐硫的催催化剂而而确定脱脱硫的位位置。工工业脱硫硫方法种种类很多多，通常常是采用用物理或或化学吸吸收的方方法，常常用的有有低温甲甲醇洗法法(Reectiisoll)、聚聚乙二醇醇二甲醚醚法(SSeleexoll)等。粗原原料气经经CO变变换

40、以后后，变换换气中除除H2外，还还有COO2、COO和CHH4等组分分，其中中以COO2含量最最多。CCO2既是氨氨合成催催化剂的的毒物，又又是制造造尿素、碳碳酸氢铵铵等氮肥肥的重要要原料。因因此变换换气中CCO2的脱除除必须兼兼顾这两两方面的的要求。一般般采用溶溶液吸收收法脱除除CO22。根据据吸收剂剂性能的的不同，可可分为两两大类。一一类是物物理吸收收法，如如低温甲甲醇洗法法(Reectiisoll)，聚聚乙二醇醇二甲醚醚法(SSeleexoll)，碳碳酸丙烯烯酯法。一一类是化化学吸收收法，如如热钾碱碱法，低低热耗本本菲尔法法，活化化MDEEA法，MMEA法法等。 气体体精制过过程经CCO

41、变换换和COO2脱除后后的原料料气中尚尚含有少少量残余余的COO和COO2。为了了防止对对氨合成成催化剂剂的毒害害，规定定CO和和CO22总含量量不得大大于100cm33/m3(体积积分数)。因此此，原料料气在进进入合成成工序前前，必须须进行原原料气的的最终净净化，即即精制过过程。目前前在工业业生产中中，最终终净化方方法分为为深冷分分离法和和甲烷化化法。深深冷分离离法主要要是液氮氮洗法，是是在深度度冷冻(-1100)条件件下用液液氮吸收收分离少少量COO，而且且也能脱脱除甲烷烷和大部部分氩，这这样可以以获得只只含有惰惰性气体体1000cm33/ mm3以下的的氢氮混混合气，深深冷净化化法通常常

42、与空分分以及低低温甲醇醇洗结合合。甲烷烷化法是是在催化化剂存在在下使少少量COO、COO2与H2反应生生成CHH4和H2O的一一种净化化工艺，要要求入口口原料气气中碳的的氧化物物含量(体积分分数)一一般应小小于0.7%。甲甲烷化法法可以将将气体中中碳的氧氧化物(CO+CO22)含量量脱除到到10ccm3/m3以下，但但是需要要消耗有有效成分分H2，并且且增加了了惰性气气体CHH4的含量量。甲烷烷化反应应如下：CO+33H2CH4+H2OH=-2006.22kJ/moll；CO2+4H22CH4+2HH2OH=-1665.11kJ/moll；(3)氨氨合成 将纯净净的氢、氮氮混合气气压缩到到高压

43、，在在催化剂剂的作用用下合成成氨。氨氨的合成成是提供供液氨产产品的工工序，是是整个合合成氨生生产过程程的核心心部分。氨氨合成反反应在较较高压力力和催化化剂存在在的条件件下进行行，由于于反应后后气体中中氨含量量不高，一一般只有有10%20%，故采采用未反反应氢氮氮气循环环的流程程。氨合合成反应应式如下下：N2+33H22NHH3(g) HH=-992.44kJ/moll；1.3.2 合合成氨转转化工序序的工艺艺原理本设计中中的合成成氨转变变工序是是指转化化工序和和变换工工序的合合称。转换工序序是指天天燃气中中的气态态烃类转转换成HH2、COO和COO2，并达达到要求求，合成成氨厂的的转化工工序分

44、为为两段进进行。在在一段转转化炉里里，大部部分烃类类与蒸汽汽于催化化剂作用用下转化化成H22、COO和COO2。烷烃：CnH22n+nn+nHH2OnCOO+(22n+11)H22或 C0nHH2n+n+22nH22OnCOO2+(33n+11)H22烯烃：CnH22n+nnH2OnCOO+2nnH2CnH22n+22nH22OnCOO2+3nnH2接着一段段转化气气进入二二段转化化炉，在在此加入入空气，由由一部分分H2燃烧放放出热量量，催化化剂床层层温度上上升到11200012250 ，并继继续进行行甲烷的的转化反反应。CH4+H2OCO+3H22CH4+2H22OCO+4H22二段转化化炉

45、出口口气体温温度约995010000 ，残余余甲烷含含量和（HH2+COO）/NN2比均可可达到指指标。1.3.3合成成氨变换换工序的的工艺原原理变换工序序是指CCO与水水蒸气反反应生成成二氧化化碳和氢氢气的过过程。在在合成氨氨工艺流流程中起起着非常常重要的的作用。目前，各各种方法法制取的的原料气气都含有有CO，其其体积分分数一般般为122%440%，合成氨需要的两种组分是H2和N2，因此需要除去合成气中的CO。变换工段主要利用CO变换反应式：CO+HH2OCO2+H2H 2298=-411.200kJ/moll在不同温温度下分分两步进进行，第第一步是是高温变变换（简简称高变变）使大大部分CC

46、O转化化为COO2和H2，第二二步是低低温变换换简称低低变，将将CO含含量降到到0.33%左右右。因此此，COO变换既既是原料料气制造造的继续续，又是是净化的的过程。1.4 设计方方案的确确定1.4.1 原原料的选选择合成氨生生产的原原料有焦焦炭、煤煤、焦炉炉气、天天然气、石石脑油、重重油等。本本设计选选择天然然气作为为原料，主主要考虑虑到我国国天然气气资源丰丰富及清清洁节能能等原因因，详如如下述。 首先，我我国天然然气资源源比较丰丰富，宁宁夏地区区有得天天独厚的的区位优优势。地地质资源源总量约约3839万万亿立方方米，列列世界第第十位，其其中陆上上30万万亿立方方米，海海上9万万亿立方方米。已已探明储储量约11.9万万亿立方方米，仅仅占资源源总量的的5%左左右，列列世界第第16位位，天然然气资源源勘探潜潜力很大大。近年年来我国国天然气气勘探取取得了重重大突破破，陆上上已在川川渝、陕陕甘宁、新新疆和青青海形成成四大气气区；海海上气田田以渤海海、南海海西部地地区和东东海西湖湖凹陷作作为重点点勘探和和增加产产量的地地区。宁宁夏天然然气资源源也十分分丰富，所所以在选选择天然然气作为为原料合合成氨有有着明显显的区位位优势。其次，我我国天然然气工业业高速发发展方兴兴未艾。据最新