摘 要
本文介绍了合成氨生产基本情况以及年产五十万吨合成氨系统流程，介绍了一氧化碳变换的基本原理，工艺条件以及工艺参数和变换催化剂的选择原则。并且对第一和第二变换炉进行热量和能量衡算，对催化剂装填量进行计算，掌握变换系统的工艺方法以提高从造气工序生产出的粗煤气中的氢含量，降低其中的一氧化碳含量。 关 键 词：合成氨 半水煤气 变换 工艺条件 一氧化碳含量 论文类型：基础研究
Summary
of synthetic ammonia system processes, describes basic principles of transformation of carbon monoxide, process conditions and the principle of process parameters and selection of catalyst. And the first and second transform furnace heat, and energy balance, perform calculations on the amount of catalyst packing, master the shift system technology to improve from the crude gas in gas-making process to produce hydrogen, reducing the concentration of carbon monoxide.
Keywords: Synthetic ammonia Semi-water gas Transform Process conditions Carbon
monoxide content
目 录
第1章 合成氨概述.......................................................................................................................... 1
1.1合成氨的生产过程 ..................................................................................................................................... 1
1.1.1氨的性质 .......................................................................................................................................... 1 1.1.2氨的用途 .......................................................................................................................................... 1 1.1.3氨合成的原料 .................................................................................................................................. 1 1.2合成氨工业在国民经济中的重要地位 ..................................................................................................... 2 1.3合成氨工业发展简介 ................................................................................................................................. 2 1.4晋开集团合成氨的生产方法 ..................................................................................................................... 3
第2章 工艺说明.............................................................................................................................. 4
2.1工艺目的 ..................................................................................................................................................... 4 2.2工艺原理 ..................................................................................................................................................... 4 2.3工艺条件对CO含量的影响 ..................................................................................................................... 4
2.3.1反应温度的影响 .............................................................................................................................. 4 2.3.2水蒸气含量的影响 .......................................................................................................................... 5 2.3.3压力的影响 ...................................................................................................................................... 6 2.4催化剂的选择 ............................................................................................................................................. 6 2．5 热量回收 ................................................................................................................................................. 7
第3章 工艺计算................................................................................................................................ 8
3.1 已知条件与要求 ........................................................................................................................................ 8 3.2 核算 ............................................................................................................................................................ 8 3.3 计算煤气成分 ............................................................................................................................................ 8 3.4变换炉温升估算 ......................................................................................................................................... 9
第4章 物料衡算.......................................................................................................................... 10
4.1变换炉的物料衡算 ................................................................................................................................... 10
4.1.1 第一变换炉的物料衡算 ............................................................................................................... 10 4.1.2第二变换炉的物料衡算 ................................................................................................................ 12 4.2 变换炉催化剂用量的物料衡算 ............................................................................................................ 14
4.2.1运用《无机物工艺学》上册变换催化剂用量计算 .................................................................... 15 4.2.2通过触媒床气体的体积确定 ........................................................................................................ 15
第5章 热量衡算.......................................................................................................................... 17
5.1第二换热器进口煤气温度的计算 ........................................................................................................... 17 5.2第一换热器进口煤气温度的计算 ........................................................................................................... 18 5.3第一换热器热量衡算 ............................................................................................................................... 19 5.4第二换热器热量衡算 ............................................................................................................................... 20 5.5第一变换炉的热量衡算 ........................................................................................................................... 21 5.6第二变换炉的热量衡算 ........................................................................................................................... 21
参考文献 ............................................................................................................................................ 23 致 谢 ................................................................................................................................................ 24
1.1合成氨的生产过程
第1章 合成氨概述
20世纪初，德国物理化学家哈勃（F.Haber）成功的采用化学合成的方法，将氢氮气通过催化剂的作用，在高温高压下制取氨。为了与其他制氨方法相区别，将这种直接合成的产物称为“合成氨”。目前工业上生产氨的方法几乎全部都采用氢氮气直接合成法，但合成氨的名称一直沿用至今。 1.1.1氨的性质
合成氨别名：氨气。分子式NH3，英文名：synthetic ammonia。世界上的氨除少量从焦炉气中回收副产物外，绝大部分是合成的氨。
氨在常温、常压下为无色气体，比空气轻，具有特殊的刺激性臭味，较易液化。当温度250C、压力1MPa时，气态氨可液化为无色的液氨。
氨气易溶于水，溶解时放出大量的热。
液氨或干燥的氨气对大部分物质不腐蚀，在有水存在时，对铜、银、锌等金属有腐蚀。 氨是一种可燃性气体，自燃点为6300C，故一般较难点燃。 1.1.2氨的用途
合成氨主要用作化肥、冷冻剂和化工原料。
合成氨生产，首先必须制取含氢和氮的原料气。氮气来源于空气，可以在低温下将空气液化，分离而得；也可在制氢过程中加入空气，直接利用其中的氮。合成氨生产大多采用后一种方式提供氮。氢气的主要来源是水和碳氢化合物中的氢元素，以及含氢的工业气体。
1.1.3氨合成的原料
合成氨生产常用的原料包括：焦碳、煤、焦炉气、天然气、石脑油和重油。不论以固体、液体或气体为原料，所得到的合成氨原料气中均含有一氧化碳。固体燃料气化所得半水煤气中的一氧化碳含量为28%~30%，烃类蒸汽转化为12%~13%，焦炉转化气为11%~15%，重油部分氧化为44%~48%。一氧化碳的清除一般分为两次。大部分一氧化碳，先通过变换反应，即在催化剂存在的条件下，一氧化碳与水蒸气作用生成氢气和二氧化碳。通过变换反应，既能把一氧化碳变为易于清除的二氧化碳，同时，又可制得与反应了的一氧化碳相等摩尔的氢，而所消耗的只是廉价的水蒸气。因此，一氧化碳的变换既是原料气的净化过程，又是原料气制造的继续。最后，残余的一氧化碳再通过铜氨液洗涤法、液氮洗涤法或甲烷化法等方法加以脱除。
1.2合成氨工业在国民经济中的重要地位
合成氨是化工的重要组成部分，在国民经济中有相当重要的位置。氨是化学工业的重要原料之一，用途十分广泛。以氮和氢为原料合成氨，是目前世界上采用最广泛，也是最经济的一种方法。氨的用途很广。以氨为主要原料可以制造各种氮素肥料和复合肥料。氨本身就是一种高效肥料，液氨含氮82.3%，一些国家已大规模直接施用液氨。可见，合成氨工业是氮肥工业的基础，对农业增产起着十分重要的作用。
氨是氮肥的主要原料，可生产尿素、硫酸铵、硝酸铵、碳酸氢铵等；氨还可用来生产多种复合化肥，如磷酸氢铵等。对农业生产有重大意义。
氨也是一些工业部门的重要原料。工业用氨量已占合成氨产量的百分之十以上。基本化学工业中的硝酸、纯碱、各种含氮无机盐，有机化学中的各种含氮中间体。制药工业中的磺胺类药物和高分子化学工业中的氨基塑料、聚酰胺纤维、丁腈橡胶等，都需直接或间接以氨为原料。食品工业中，氨广泛用作冷冻剂，冶金工业、石油加工工业、机械工业亦需使用氨或其加工产品。
氨还应用于国防和尖端科学技术部门。制造三硝基甲苯、三硝基苯酚、硝化甘油、硝化纤维等多种炸药都要消耗大量的氨。生产导弹、火箭的推进剂和氧化剂，同样也离不开氨。不仅如此，合成氨工业的迅速发展，又促进了一系列科学技术和化学合成工业的发展。如高压低温技术、催化和特殊金属材料的应用、固体燃料气化、液体和气体燃料的合理使用，以及尿素、甲醇、高级醇的合成，石油加氢，高压聚合物（如高压聚乙烯）的生产等，都是在合成氨工业的基础上发展起来或应用其生产技术成就而获得成功的。随着科学和生产技术的发展，合成氨工业在国民经济各部门中的作用必将日益显著。
1.3合成氨工业发展简介
1784年，有学者证明氨是由氮和氢组成的。19世纪，人们试图利用高温、高压、电弧、催化剂等手段试验直接合成氨，均未成功。19世纪末，在化学热力学、动力学和催化剂等领域取得一定进展后，对合成氨反应的研究有了新的进展。1901年法国物理化学家吕·查得利开创性地提出氨合成的条件是高温、高压，催化剂存在。1912年在德国建立了世界上第一个日产30吨的合成氨厂。在以后的生产过程中，人们对合成氨的生产工艺进行了不断改进和完善，如变换工艺的改进。原料气净化方法的革新及合成塔的改造等，但工艺路线没有大的变化。
改革开放以来，我国合成氨工业发展很快，产量不断增加，在原料气制造方面，基本掌握了煤、油、气不同原料的气化技术。为了满足我国社会主义建设发展的需要，在发展煤炭加工业的同时，还积极开发石油和天然气资源，开展综合利用，逐步扩大了合成氨工业的原料来源。近年来，由于透平式离心压缩机和电子计算机自动控制等新技术的应用，