年产30万吨合成氨工艺设计毕业论文目录摘要 (I)Abstract (II) (IV)1 综述.................................................................. - 1 -1.1 氨的性质、用途及重要性.......................................... - 1 -1.1.1 氨的性质................................................... - 1 -1.1.2 氨的用途及在国民生产中的作用............................... - 1 -1.2 合成氨生产技术的发展............................................ - 2 -1.2.1世界合成氨技术的发展....................................... - 2 -1.2.2中国合成氨工业的发展概况................................... - 4 -1.3合成氨转变工序的工艺原理......................................... - 6 -1.3.1 合成氨的典型工艺流程介绍................................... - 6 -1.3.2 合成氨转化工序的工艺原理................................... - 8 -1.3.3合成氨变换工序的工艺原理................................... - 8 -1.4 设计方案的确定.................................................. - 9 -1.4.1 原料的选择................................................. - 9 -1.4.2 工艺流程的选择............................................. - 9 -1.4.3 工艺参数的确定............................................ - 10 -1.4.4 工厂的选址................................................ - 11 -2 设计工艺计算......................................................... - 13 -2.1 转化段物料衡算................................................. - 13 -2.1.1 一段转化炉的物料衡算...................................... - 14 -2.1.2 二段转化炉的物料衡算...................................... - 17 -2.2 转化段热量衡算................................................. - 20 -2.2.1 一段炉辐射段热量衡算...................................... - 20 -2.2.2 二段炉的热量衡算.......................................... - 27 -2.2.3 换热器101-C、102-C的热量衡算............................. - 28 -2.3 变换段的衡算................................................... - 30 -2.3.1 高温变换炉的衡算.......................................... - 30 -2.3.2 低温变换炉的衡算.......................................... - 32 -2.4 换热器103-C及换热器104-C的热负荷计算......................... - 35 -2.4.1 换热器103-C热负荷........................................ - 35 -2.4.2 换热器104-C热负荷........................................ - 35 -2.5 设备工艺计算................................................... - 36 -参考文献............................................................... - 40 -致谢................................................................... - 41 -附录................................................................... - 42 -1 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。

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，自然点为630℃，一般较难点燃。

氨与空气或氧的混合物在一定围能够发生爆炸。

氨的性质比较活泼，能与各种无机酸反应生成盐。

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192919391953196519711975198019851990焦炭、煤65.253.6375.8 9.9.5.56.513.5焦炉气15.827.122 20天然气- 1.26 4460 627171773 .2 .0 .5 .0石脑油- - -4.8 2019.015.013.06重油- - -9.2 4.55.7.58.53其它19 18 15 166.5 5.0.51.0.5合计100 1010101010101010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重油煤相对投资费用 1.0 1.5 2.0能量消耗/(GJ/t) 28 38 48 特别是以天然气为原料的合成氨工业占了很大的比重，本设计就是以天然气为原料合成氨，主要是转化工段的设计。

(二)生产规模大型化20世纪50年代以前，氨合成塔的最大能力为日产200t氨，到60年代初期为400t。

随着蒸汽透平驱动的高压离心式压缩机研制成功，美国凯洛格公司运用建设单系列大型炼油厂的经验，首先运用工艺过程的余热副产高压蒸汽作为动力，于1963年和1966年相继建成日产544.31t和907.19t的氨厂，实现了单系列合成氨装置的大型化，这是合成氨工业发展史上第一次突破。

大型化的优点是投资费用低，能量利用率高，占地少，劳动生产率高。

从20世纪60年代中期开始，新建氨厂大都采用单系列的大型装置。

但是，大型的单系列合成氨装置要求能够长周期运行，对机器和设备质量要求很高，而且在超过一定规模以后，优越性并不十分明显了。