年产11000吨合成氨合成工段工艺设计(doc毕设论文)

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1、摘要本文介绍了合成氨生产的用途及年产一万一千吨合成氨系统流程，介绍了氨的性质及其用途，介绍了合成氨的工艺流程论述，工艺合成的方法及计算，并对氨冷器、合成塔进行热量衡算和系统的物料衡算，对合成塔内件的强化措施以及设备的工艺计算。关键词：合成，工艺，方法，计算一、氨的性质及用途（一）氨的物理化学性质1．物理性质氨是一种无色有刺激性气味的气体，对人的神经也有刺激作用，吸多了就会中毒。常温下-34℃即可融化，氨的沸点为-33．35℃，凝固点为-77．7℃，氨极易溶于水，溶解时放出大量的热，可生产含15﹪—30﹪的氨水，氨水是碱性，易挥发，液氨或干燥的氨气对大部分物质没有腐蚀性，但在有水的

2、条件下，对铜、银、锌等金属有腐蚀作用。2．化学性质氨在常压时相对稳定，在高温，电火花或紫外光的作用下可分解为氢和氮，其分解速度在很大程度上与气体接触的表面性质有关。氨是一种可燃性物质，自燃点为630℃，一般较难点燃。氨与空气或氧气的混合物在一定范围内能够发生爆炸，常温常压下的爆炸范围为15．5﹪—28﹪（空气）和13．5﹪—82﹪（氧气）。氨易与许多物质发生反应，例如在铂催化剂作用下能与氧气发生反应生成NO。氨的性质比较活泼，能与各种有机酸反应生成盐，能和二氧化碳反应生成氨基甲酸铵，脱水成尿素利用氨与各种有机酸反应制取磷酸铵，与二氧化碳和水反应生成碳酸氢铵。（二）氨的用途氨是一种

3、重要的无机化学工艺产品之一，主要用于化学肥料的生产。除液氨可直接作为肥料外，农业上使用的氨肥，例如尿素、硝酸铵、氯化铵以及各种含氨复合肥，都是以氨为原料的。1909年德国化学家哈伯提出了工业氨的合成方法即“循环法”，这是工业上目前普遍采用的直接合成法。反应过程中为解决氢气和氨气合成转变率低的问题，将氨产品从合成反应后的气体中分解出来。为反应氢气和氨气混合重新参与合成反应，合成氨反应式如下：合成氨指由氮气和氢气在高压催化剂存在下直接合成的氨，别名：氨气。世界上的氨除少量从焦炉气中回收副产外，绝大多数是合成的氨。合成氨主要用作化肥、冷冻剂和化工原料。氮是自然界里分布较广的一种元素。它

4、是蛋白质的主要组成部分按重量计约占蛋白质的六分之一。可见氮元素对生命的重要性。空气中含氮含量很多，约79﹪（体积）。固定氮的方法很多，以氮为原料合成氨是目前世界上用途最为广泛，也是最经济的一种方法，工业用氮一般是使用高压液化瓶储存，是制造肥料和炸弹的原料，也是冷库设备常用的制冷剂，因为极易溶于水，常温常压下，一体积水可溶解700体积氨，所以农业应用时常把它溶解到里存储运输。氨的用途很广。以氨为原料可以制造各种氮肥，氮肥施用量在化学肥量中占首位。氮本身就是一种高效肥料。合成氨工业是氮肥的基础，对农业增产起着十分重要的作用，农业对化肥的需求是合成氨发展的持久推动力，世界人口不断增长给

5、粮食供应带来压力，而用化学肥料是农业增产的有效途径。二、工艺流程的论述（一）合成氨工艺流程图1合成氨工艺流程图1-氨合成塔；2-水冷器；3-氨分离器；4-循环压缩机；5-滤抽器；6-冷凝塔；7-氨冷器（二）工艺说明将无烟煤（或焦炭）由炉顶加入固定床层煤气发生炉中，并交替向炉内通入空气和水蒸汽，燃料气化所生成的半水煤气经燃烧室、废热锅炉回收热量后送入气柜。半水煤气由气柜进入电除尘器，除去固体颗粒后依次进入压缩机的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段，加压到1．9－2．0Mpa，送入脱硫塔，用脱硫溶液洗涤，以除去硫化氢，随后，气体经饱和塔进入热交换器，加热升温后进入一氧化碳变换炉，用水蒸汽使气体中的一氧化碳

6、变为氢。变换后的气体，返回热交换器进行降温，并经热水塔的进一步降温后，进入变换器脱硫塔，以除去变换时产生的硫化氢。然后，气体进入二氧化碳吸收塔，用水洗法除去大部分二氧化碳。脱碳后的原料进入压缩机Ⅳ、Ⅴ段，升压到压缩机12．09－13．0Mpa后，依次进入铜洗塔和碱洗塔，使气体中残余的一氧化碳和二氧化碳含量进一步降至20（ppm）以下，以满足合成氨的要求。净化后的原料气进入压缩机的最后一段，升压到30．0－32．0MPa进入滤油器，在此与循环压缩机来的循环气混合，经除油后，进入冷凝塔和氨冷器的管内，再进入冷凝塔的下部，分离出液氨。分离出液氨后的气体进入冷凝塔上部的管间，与管内的气体

7、换热升温后进入氨合成塔。在高温高压并有催化剂存在的条件下，将氮氢气合成氨。出合成塔的气体中，约含氨10－20%，经水冷器与氨冷器将氨液化并分离后，其气体进入循环压缩机循环使用，分离出的液氨进入液氨贮槽。（三）氨的合成工艺说明氨的合成是合成氨生产的最后一道工序，其任务是将经过精制的氢氮混合气合成为氨。工业上合成氨的各种工艺流程一般以压力的高低来分类。1．分类（1）高压法：操作压力70—100MPa，温度为550—650度。这种方法的主要优点是氨合成效率高，混合气中的氨易被分离。故流