内 蒙 古 化 工 职 业 学 院
题 目 名 称：院 别：专 业：班 级：学 生：学 号：指 导 教 师：
毕
业
设 计
年产60万吨合成氨生产工艺设计 内 蒙 古 化 工 职 业 学 院 应 用 化 工 技 术 应化10—7班 安亮亮 101017003 王洪亮
毕业设计 毕业设计 毕业设计
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。
本设计是以煤为原料年产六十万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。
设计采用的工艺流程简介：煤经过煤气化炉制取天然气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。
本设计综述部分主要阐述了以煤为原料制合成氨过程中煤制气、脱硫、变换、脱碳、精制和合成等各工序地方法及比较，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；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。
本设计的优点在于选择较为良好的原料路线，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。
目录
摘要 .................................................................... - 1 - 目录 .................................................................... - 1 -
- 1 -
毕业设计 毕业设计 毕业设计
1 合成氨工业概述 ........................................................ - 2 -
1.1 氨的性质、用途及重要性 .......................................... - 2 -
1.1.1 氨的性质 ................................................... - 2 - 1.1.2 氨的用途及在国民生产中的作用 ............................... - 3 - 1.2 合成氨生产技术的发展 ............................................ - 3 -
1.2.1世界合成氨技术的发展 ....................................... - 3 - 1.2.2中国合成氨工业的发展概况 ................................... - 6 - 1.3合成氨转变工序的工艺原理 ......................................... - 8 -
1.3.1 合成氨的典型工艺流程介绍 ................................... - 8 - 1.3.2 合成氨转化工序的工艺原理 .................................. - 10 - 1.3.3合成氨变换工序的工艺原理 .................................. - 10 - 1.4 设计方案的确定 ................................................. - 11 -
1.4.1 原料的选择 ................................................ - 11 - 1.4.2 工艺流程的选择 ............................................ - 11 - 1.4.3 工艺参数的确定 ............................................ - 12 - 2.7 生产质量控制……………………………………………………………………- 40 -
2.8 三废处理…………………………………………………………………………- 42 -
参考文献 - 19 - 1 合成氨工业概述
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。
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。
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，自燃点为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。
- 2 -
毕业设计 毕业设计 毕业设计
1.1.2 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。
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。
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重要的支柱产业[1]。
1.2 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。
表1.1世界合成氨原料构成（%）
原料 焦炭、煤
1929 65
1939 53
1953 37
1965 5.
- 3 -
1971 9.
1975 9.
1980 5.
1985 6.
1990 13
毕业设计 毕业设计 毕业设计
.2
焦炉气
15.8 -
.6 27.1 1.3 -
22
8 20 44.2 4.8 9.2 16 100
0 0 5 5 .5
天然气 26 60
62.0 19.0 5.0 5.0 100
71.5 15.0 7.5 0.5 100
71.0 13.0 8.5 1.0 100
77
石脑油 - - 20 4.5 6.5 100
6
重油 - - - 3 0.5 100
其它 19 100
18 100
15 100
合计
由表1-1可知，合成氨的原料构成是从以固体燃料为主转移到以气体燃料和液体原料为主。
自从北美大量开发天然气资源成功之后，20世纪50年代开始采用天然气制氨。因为天然气便于管道运输，用作合成氨的原料具有投资省、能耗低等明显优点。到20世纪60年代末，国外主要产氨国都已先后停止用焦炭、煤为原料，而以天然气、重油等为原料，天然气所占比重不断上升。一些没有天然气资源的国家，如日本、英国在解决了石脑油蒸汽转化过程的析碳问题后，1962年开发成功石脑油为原料生产合成氨的方法。石脑油经脱碳、气化后，可采用和天然气为原料的相同生产装置制氨。但石脑油价格比天然气高，而且又是石油化工的重要原料，用于制氨受到一定限制。为了扩大原料范围，又开发了用重油部分氧化法制氢。从此比石脑油价廉、来源广泛的重油和减压渣油开始作为合成氨的另一种原料。
表1-2为各种原料的日产1043.3t合成氨厂，相对投资和能量消耗比较。由表可见，虽然各国资源不同，但选用原料的基本方向相同。只要资源条件具备作为合成氨的原料。首先应考虑天然气和油田气，其次采用石脑油。
表1.2 氨厂采用的各种原料的相对投资和能量消耗
原料
天然气
- 4 -
重油 煤