摘要
变换工段是指一氧化碳与水蒸气反应生成二氧化碳和氢气的过程。一氧化碳变换既是原料气的净化过程，又是原料气制备的继续。目前，变换工段主要采用中变串低变的工艺流程。本设计针对中低温串联变换流程进行设计，对流程中各个设备进行物料、能料衡算、以及设备选型，并绘制了带控制点的流程图。
关键词：合成氨,变换,工艺设计，设备选型
30kt/a Retention Of Ammonia Synthesis Process Preliminary Design
Abstact
Transform section refers to the reactions that produce carbon dioxide carbon monoxide and hydrogen and water vapor in the process. Carbon monoxide transformation is the gas material purification process, and the preparation of gas material to continue. At present, the transformation mainly by grow string sections of variable process low. This design of low-temperature series transformation process of process design, materials, each device can material calculation, and the equipment selection, and plotted take control in the flow chart and variable furnace equipment assembly drawing.
Keywords：ammonia, transformation, process design,equipment choice
目录
摘要 (Ⅰ)
ABSTRACT (Ⅱ)
1绪论 (1)
1.1前言 (1)
1.2 氨的性质和用途 (1)
1.2.1 氨的物理性质 (1)
1.2.2氨的化学性质 (1)
1.2.3氨的用途 (2)
1.3变换工艺原理 (2)
1.4工艺条件 (3)
1.4.1 压力 (3)
1.4.2 温度 (3)
1.4.3汽气比 (4)
1.5工艺流程确定 (4)
1.5.1工艺流程简图 (5)
1.5.2流程工序简述 (5)
1.5.3主要设备的选择说明 (5)
2物料与热量衡算 (6)
2.1已知条件 (6)
2.2中变炉的物料与热量衡算 (7)
2.2.1水气比的确定 (7)
2.2.2中变炉CO的实际变换率的求取 (7)
2.2.3中变炉的物料衡算 (7)
2.2.4对出中变炉的变换气的温度进行估算 (10)
2.2.5中变炉的热量衡算 (10)
2.2.6中变炉催化剂平衡曲线 (11)
2.2.7最佳温度曲线的计算 (12)
2.2.8 中变催化剂操作线的计算 (13)
2.3低变炉的物料与热量衡算 (14)
2.3.1低变炉CO的实际变换率的求取 (14)
2.3.2.低变炉的物料衡算 (14)
2.3.3对出低变炉的变换气温度进行估算 (16)
2.3.4低变炉的热量衡算 (17)
2.3.5低变炉平衡曲线、最适宜温度曲线及操作线计算 (18)
2.4废热锅炉的热量和物料衡算 (20)
2.4.1物料衡算 (20)
2.4.2热量衡算 (21)
2.5水蒸汽的加入 (22)
2.6主换器的物料与热量的衡算 (22)
2.6.1物料衡算 (22)
2.6.2热量计算 (23)
2.7调温水加热器的物料与热量衡算 (24)
3设备的计算 (26)
3.1中变炉的计算 (26)
3.1.1触媒用量的计算 (26)
3.1.2中变催化床层触媒用量 (26)
3.1.3触媒直径的计算 (28)
3.1.4中变炉工艺计算汇总 (29)
3.1.5中变炉壁厚的计算 (29)
3.1.6封头的选择 (30)
3.1.7群座 (31)
3.1.8地脚螺栓 (32)
3.1.9人孔 (32)
3.1.10排气孔 (32)
3.1.11接管 (32)
3.1.12引出通道管 (33)
3.1.13法兰 (33)
3.1.14筋板 (34)
3.1.15中变炉材料与零部件一览表 (34)
3.2低温变换炉计算 (34)
3.2.1已知条件 (34)
3.2.2 催化剂用量计算 (35)
3.2.3 催化剂床层直径计算 (36)
3.2.4封头的选择 (37)
3.2.5塔高的计算 (38)
3.3主换热器的计算 (38)
3.3 .1已知条件 (38)
3.3 .2设备直径与列管数量确定 (39)
3.3.3传热系数的验算 (40)
3.3.4壳侧对流传热系数计算 (42)
3.3.5总传热系数核算 (44)
3.3.6传热面积的核算 (44)
4汇总 (46)
4.1物料汇总表 (46)
4.2热量汇总表 (47)
4.3主要设备一览表 (49)
5设计评述 (50)
参考文献 (51)
致谢 (52)
1绪论
1.1前言
中国合成氨是在20世纪30年代开始的，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。合成氨生产的原料气过程包括造气、净化、以及压缩和合成。各种方法制取的原料气都含有CO，而CO是合成氨催化剂的毒物，所以必须进行净化处理。通常，先经过CO变换反应，使CO转化为易于清除的CO2和氨合成所需要的H2。因此，CO变换既是原料气制造的继续，又是净化的过程。最后剩下的少量的CO用液氨洗涤法，或是低温变换串联甲烷化法加以脱除。
变换工段是指CO与水蒸气反应生成二氧化碳和氢气的过程。在合成氨工艺流程中起着非常重要的作用。
目前，变换工段主要采用中变串低变的工艺流程，这是从80年代中期发展起来的。所谓中变串低变流程，就是在B109等Fe-Cr系催化剂之后串入Co-Mo系宽温变换催化剂。在中变串低变流程中，由于宽变催化剂的串入，操作条件发生了较大的变化。一方面入炉的蒸汽比有了较大幅度的降低；另一方面变换气中的CO含量也大幅度降低。由于中变后串了宽变催化剂，使操作系统的操作弹性大大增加，使变换系统便于操作，也大幅度降低了能耗。
1.2 氨的性质和用途
氨分子式NH3,相对分子量为17.03。氨分子为三角锥型分子，是极性分子，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8h会引起慢性中毒。
1.2.1 氨的物理性质
1、色、味、态：无色、刺激性气味
2、密度：比空气轻，0℃，0.1MPa时为0.7741g/L
3、溶解性：极易溶于水（1:700），溶解时放出大量的热，可生成含NH315%～30%的氨水，氨水溶液是碱性，易挥发。
4、沸点：-33.35℃（0.1MPa），易液化（液氨可做制冷剂）
5、腐蚀性：液氨或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。
1.2.2氨的化学性质
氨在常温时相当稳定，在高温、电火花或紫外光的作用下可分解为氮和氢，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。
氨与空气或氧的混合物在一定围能够发生爆炸。常温，常压下的爆炸围分别为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反应生成NO。
氨的性质比较活泼，能与各种无机酸反应生成盐，例如
NH3 + HCl →NH4Cl
NH3 + HNO3→NH4NO3
2NH3 + H2SO4 →(NH4)2SO4
NH3 + H3PO4 →(NH4)H2PO3
2NH3 + H3PO4 →(NH4)2HPO3
氨也能和CO2反应生成氨基甲酸氨，脱水生成尿素。利用氨与各种无机酸反应制取磷酸铵，硝酸铵，硫酸铵；与CO2和水反应生成碳酸氢氨。
氨能生成各种加成配位化合物，它们和水合物类似，通称氨合物或氨络物，例如对应CaCl2.6H2O和CuSO4.4H2O,也分别有CaCl2.6NH3和CuSO4.4NH3。
1.2.3氨的用途
氨在国民经济中占有重要地位。氨是最为重要的基础化工产品之一,其产量居各种化工产品的首位;同时也是能源消耗的大户,世界上大约有10%的能源用于生
产合成氨。
现在约有80%的氨用来制造化学肥料，其余作为生产其它化工产品的原料。
除液氨可直接作为肥料外，农业上使用的氮肥，例如尿素、硝酸铵、磷酸铵、硫酸铵、氯化铵、氨水以及各种含氮混肥和复肥，都是以氨为原料的。
氨在工业上主要用来制造炸药和各种化学纤维及塑料。从氨可以制得硝酸，进而再制造硝酸铵、硝化甘油、三硝基甲苯和硝基纤维素等。在化纤和塑料工业中，则以氨、硝酸和尿素等作为氮源，生产己酰胺、尼龙6单体、己二胺、人造丝、丙烯氰、酚醛树脂和脲醛树脂等产品。
氨的其它工业用途也十分广泛，例如，用作制冰、空调、冷藏等系统的制冷剂，在冶金工业中用来提炼矿石中的铜、镍等金属，在医药和生物化学方面用作生产磺胺类药物、维生素、蛋氨酸和其它氨基酸等等。
1.3变换工艺原理：
一氧化碳变换反应式为：
CO + H2O = CO2 + H2 +Q (1-1)
CO + H2 = C + H2O (1-2)
其中反应（1）是主反应，反应（2）是副反应，为了控制反应向生成目的产物的方向进行，工业上采用对式反应（1—1）具有良好选择性催化剂，进而抑制其它副反应的发生。
有氧存在时，变换过程中还包括下列反应式：
H2 + O2 = H2O +Q
一氧化碳与水蒸气的反应是一个可逆的放热反应，反应热是温度的函数。每反应1%（体积、湿基）的CO，可使气体温度升高11～12℃，生产上对于变换反应进行的程度常用变换率[1]来表示：
变换率=（Vco- Vco’）/[ Vco（100+ Vco’）]×100%
上式中Vco—转化气CO体积百分数，Vco’—变换气中CO体积百分数
从制氢和净化的角度考虑，最终变换率越高越好，如果气体中CO含量高，在甲烷化过程中消耗大量的氢。一个体积的CO需要水消耗三个体积的氢而生成甲烷，CH4在合成氨中是惰性气体，它会降低合成的有效压力，增大驰放气量和
冷冻量的消耗，所以要求有较高的变换率。一般将低变出口气（CO ）浓度降至0.2～0.3%左右即可。
1.4工艺条件
综合对反应热力学、动力学及催化剂的讨论并考虑工艺的其它特点，变换过程工艺条件综述如下。
1.4.1 压力
压力对变换反应的平衡几乎没有影响。但是提高压力将使析炭和生成甲烷等副反应易于进行。单就平衡而言加压并无好处。但从动力学角度，加压可提高反应速率。从能量消耗上看，加压也是有利。由于干原料气摩尔数小于干变换气的摩尔数，所以，先压缩原料气后再进行变换的能耗，比常压变换再进行压缩的能耗底。具体操作压力的数值，应根据中小型氨厂的特点，特别是工艺蒸汽的压力及压缩机投各段压力的合理配置而定。一般小型氨厂操作压力为0.7～1.2MPa,中型氨厂为1.2～1.8Mpa ，以天然气为原料的大型氨厂变换压力由蒸汽转化的压力决定[3]。本设计的原料气由小型合成氨厂天然气蒸汽转化而来，故压力可取1.7MPa 。
1.4.2 温度
变化反应是可逆放热反应。从反应动力学的角度来看，温度升高，反应速率常数增大对反应速率有利，但平衡常数随温度的升高而变小，即 CO 平衡含量增大，反应推动力变小，对反应速率不利，可见温度对两者的影响是相反的。因而存在着最佳反应温对一定催化剂及气相组成，从动力学角度推导的计算式[3]为
Tm=
1
2
12ln 1E E E E RT T e e
-+
式中Tm 、Te —分别为最佳反应温度及平衡温度，最佳反应温度随系统组成和催化剂的不同而变化。
1.4.3汽气比
水蒸汽比例一般指H 2O/CO 比值或水蒸汽/干原料气（摩尔比）.改变水蒸汽比例是工业变换反应中最主要的调节手段。增加水蒸汽用量，提高了CO 的平衡
变换率，从而有利于降低CO残余含量，加速变换反应的进行。由于过量水蒸汽的存在，保证催化剂中活性组分Fe3O4的稳定而不被还原，并使析炭及生成甲烷等副反应不易发生。但是，水蒸气用量是变换过程中最主要消耗指标，尽量减少其用量对过程的经济性具有重要的意义，水蒸汽比例过高，将造成催化剂床层阻力增加；CO停留时间缩短，余热回收设备附和加重等，所以，中（高）变换时适宜的水蒸气比例一般为：H2O/CO=3～5，经反应后，中变气中H2O/CO可达15以上，不必再添加蒸汽即可满足低温变换的要求[3]。
1.5工艺流程确定
工艺流程设计的依据，首先是原料气中CO含量。CO含量高则采用中（高）温变换。目前的变化工艺有：中温变换，中串低，全低及中低低4种工艺。本设计是以天然气蒸汽转化法制氨，CO含量是12.6%，由于原料气中CO含量较低，选用中串低工艺，即中变催化剂只需配置一段[3]。而后变化气经主换器冷却后进入低变炉。
1.5.1工艺流程简图
1
图1-5-1 一氧化碳中低温串联变换流程示意图
1-废热锅炉；2-中变炉；3-主换热器；4-调温水加热器；5-低变炉
1.5.2流程工序简述
由二段转化炉来的转化气，经转化气废热锅炉换热，在废热锅炉中变换气从910℃降到310℃，在废热锅炉出口加入水蒸汽使汽气比达到3到5之间，并且调温至300—370℃后进入中温变换炉，转化气中的CO和H2O在350—450℃和铁催化剂的作用下，反应生成CO2和H2，使CO≤3％（干基）以下，在降温至200—250℃后，进入低温变换炉，在此温度和铜催化剂的作用下，进一步进行
CO的变换反应，是低变出口气体中CO≤0.3％，再进入甲烷化工段。
1.5.3主要设备的选择说明
中低变串联流程中，主要设备有中变炉、低变炉、废热锅炉、换热器等。低变炉选用B302Q型催化剂。以上设备的选择主要是依据所给定的合成氨系统的生产能力、原料气中碳氧化物的含量以及变换气中所要求的CO浓度。
2物料与热量衡算
天然气成分：原始数据
表2.1.1 中变炉进口干气含量基准：1tNH3/h 组分CO2CO H2N2Ar CH4合计
年工作日330天,其余数据自定。
2.1已知条件：
中变炉进口干气含量如表2.1.1所示
计算基准：1吨氨
计算生产1吨氨需要的变换气量：
（1000/17）×22.4/（2×0.2354）=2798.74Nm3
因为在生产过程中物料可能会有损失，因此变换气量取2870.5 Nm3
年产30千吨合成氨生产能力（一年连续生产330天）：
日生产量：30000/330=90.91T/d=3.79T/h
要求出中变炉的变换气干组分中CO％小于3％。
进中变炉的变换气干组分：
表2.1.2 中变炉进口干气体组成基准：1tNH3/h
组分CO2CO H2N2Ar CH4合计
含量，％9.0 12.4 54.4 23.54 0.22 0.44 100
Nm3258.34
5
355.942 1561.552
675.71
6
6.315 12.630 2870.5
kmol 11.533 15.890 69.719 30.166 0.282 0.564 128.154
假设进中变炉的变换气温度为315℃，取变化气出炉与入炉的温差为65℃，出炉的变换气温度为380℃。进中变炉干气压力
中
P=1.75MPa.
2.2中变炉的物料与热量衡算
2.2.1水气比的确定：
考虑到是天然气蒸汽转化来的原料气，所以取H2O/CO=3.5[1]
故V（水）=3.5 V co=3.5×355.942=1245.797Nm3，n(水)=55.616kmol
因此进中变炉的变换气湿组分
表2.2.1 中变炉入口湿气组成基准：1tNH3/h 组分CO2CO H2N2Ar CH4H2O 合计
含量，％ 6.28 8.65 37.93 16.42 0.15 0.31 30.26 100
Nm 3 258.345
355.942
1561.52
2 675.716 6.315 12.630 1245.79
7 4116.297 kmol
11.533 15.890
69.719
30.166
0.282
0.564
55.616
183.77
2.2.2中变炉CO 的实际变换率的求取：
要求变换气中CO 含量为3％，故根据变换反应：
CO+H 2O ＝H 2+CO 2，
则CO 的实际变换率公式[1]为：
X p ％=()
a a a a Y Y Y Y '+'
-1×100%
式中a Y 、'a Y 分别为原料及变换气中CO 的摩尔分率（干基） 所以：X p =(12.4-3)×100/[（100+3）×12.4]×100%=73.60%
2.2.3中变炉的物料衡算
已知：
进中变炉的变换气湿组分 如表2.2.1所示 CO 的实际变换率为73.60%. 则反应掉的CO 的量为：
355.942×73.60%=261.973 Nm 3
=11.695kmol
出中变炉的CO 的量为：
355.942-261.973=93.969 Nm 3
=4.195kmol
则反应后出中变炉的各组分的量分别为：
H2: 1561.522+261.973=1823.495 Nm3
=81.406kmol
CO2: 258.345+261.973=520.318 Nm3
=23.228kmol
故出中变炉的变换气干组分的量：
V总（干）=93.969+1823.495+520.318+675.716+6.315+12.630=3132.443 Nm3
=.841kmol
故出中变炉的变换气干组分中CO的含量：
CO％=（93.969÷3132.443）×100%=3.00%
同理得：
CO2％=（520.318÷3132.443）×100%=16.61%
H2％=（1823.495÷3132.443）×100%=58.21%
N2％=（675.716÷3132.443）×100%=21.57%
Ar％=（6.315÷3132.443）×100%=0.20%
CH4%=（12.63÷3132.443）×100%=0.41%
所以出中变炉的变换气干组分：
表2.2.2 中变炉出口干气组成基准：1tNH3/h
组分CO2CO H2N2Ar CH4合计
含量，％16.61 3.00 58.21 21.57 0.20 0.41 100
Nm3520.31
8
93.969 1823.495
675.71
6
6.315 12.630
3132.44
3
kmol 23.228 4.185 81.406 30.166 0.282 0.564 .831
剩余的H2O的量为：
1245.797-261.973=983.824 Nm3
=43.921kmol
故出中变炉的变换气湿组分的体积：
V总（湿）=V总（干）+V（水）=3132.443+983.824=4116.267Nm3
=183.762kmol
故出中变炉的变换气湿组分中H2O的含量
H2O％=（983.824÷4116.267）×100%=23.90%
故出中变炉的变换气湿组分中CO2的含量
CO2％=（520.318÷4116.267）×100%=12.64％
同理可得：
CO％=（93.969÷4116.267）×100%=2.28％
H2％=（1823.495÷4116.267）×100%=44.30％
N2％=（675.716÷4116.267）×100%=16.42％
CH4％=（12.63÷4116.267）×100%=0.31％
Ar%=（6.315÷4116.267）×100%=0.15%
所以出中变炉的变换气湿组分的含量（％）：
表2.2.3 中变炉出口湿气组成基准：
1tNH3/h
组分CO2CO H2N2Ar CH4H2O 合计含量，％12.64 2.28 44.30 16.42 0.15 0.31 23.90 100
Nm3520.318 93.969 1823.495 675.716 6.315 12.63
983.824 4116.267
Kmol 23.228 4. 81.406 30.166 0.282 0.564 43.921 183.762
表2.2.4 中变炉物料衡算汇总表基准：
2.2.4对出中变炉的变换气的温度进行估算：
已知出中变炉的变换气湿组分的含量（％）如表2.2.3所示
中变炉出口的平衡常数[1]：
Kp=（H2％×CO2％）/（H2O％×CO％）计算
Kp=（44.30％×12.64％）/（23.90％×2.28％）=10.3
得Kp =10.3
查《小合成氨厂工艺技术与设计手册》知当Kp=10.3时t=415℃
设平衡温距为35℃，则出中变炉的变换气温度为：
415℃-35℃=380℃
2.2.5中变炉的热量衡算
已知条件：进中变炉催化床层的变换气温度：315℃
出中变炉催化床层的变换气温度：380℃ 入热：
反应放热Q ：在变换气中含有H 2 、CO 、CO 2、H 2O ，这四种物质会发生以下反应： CO+ H 2O= H 2+ CO 2 该反应是放热反应.
反应取（315+380）/2=347.5℃时的热效应，由《小合成氨厂工艺技术与设计手册》表4-2-1~表4-2-4查得H 2 、CO 、CO 2、H 2O 的生成焓，列于下表：
表2.2.5 347.5℃时的生成焓 单位(kJ/kmol)
组分 H 2 CO CO 2 H 2O Ht
9646
-100810
-379492
-230425
放热： CO +H 2O=CO 2+H 2 （1）
△H 1=（∑Hi ）始－（∑Hi ）末
=-379492 +9646+100810+230425 =-38611kJ/kmol Q 1=11.695×（-38611） =-451555.645kJ
则气体反应共放热： Q=Q 1=451555.645kJ 气体吸热Q 2
变换气在347.5℃时各组分的比热容，由《小合成氨厂工艺技术与设计手册》
429P -435P 查得，热容的单位为kJ/（kmol ·K ）
查《物理化学教程》得Ar 的热容为21 .02 kJ/（kmol ·K ）
表2.2.6 347.5℃时的比热容 单位kJ/（kmol ·K ）
物质 CO CO 2 H 2 H 2O N 2 CH 4 Ar Cp
30.9
47.6
29.5
37.4
30.8
54.3
21.02
所以平均热容： Cpm=∑Y i ·Cp
Cpm=30.9×0.0228+47.6×0.1264+29.5×0.4430+37.4×0.2390+30.8×0.1642+54.3×0.0031+21.02×0.0015=33.99 kJ/（kmol ·K ） 所以气体吸热Q 2=33.99×183.762×(380-315)
=405994.575kJ
假设热损失Q 3（一般热损失都小于总热量的10%） 根据热量平衡得：
Q= Q 2+Q 3
则 Q 3=451555.645-405994.575=45561.07 kJ
2.2.6中变炉催化剂平衡曲线
根据H 2O/CO=3.5，由文献《小合成氨厂工艺技术与设计手册》上的公式 X P =
AW
q
U 2-×100％ U= K P (A+B)+(C+D) q=WV U 42- V=K P AB-CD W=K P -1
其中A 、B 、C 、D 分别代表CO 、H 2O 、CO 2及H 2的起始浓度 例：计算380℃时CO 的平衡变化率。 解：
查文献《小合成氨厂工艺技术与设计手册》431P ，380℃时K P =14.685，而CO 、H 2O 、
CO 2及H 2的起始浓度如表2.2.1所示，
U=14.685×（8.65+30.26）+（6.28+37.93）=615.603 V=14.685×8.65×30.26-6.28×37.93=3605.584 W=14.685-1=13.685
q=584.3605685.134603.6152??-=426.143 X P =
685
.1365.82142
.426603.615??-=0.8003
计算结果列于下表：
表2.2.7 各温度下的平衡转化率
T/℃ 300 320 340 360 380 400 420 440 T/K 573 593 613 633 653 673 693 713 Xp
0.9153
0.8915
0.8642
0.8337
0.8003
0.7643
0.7264
0.6869
中变炉催化剂平衡曲线如图2.2.1.
2.2.7最佳温度曲线的计算
由于中变炉选用B109型催化剂， 最适宜温度曲线由式[3]1
2
12ln 1E E E E RT T Tm e e
-+=
或者由式[1]88.1])
)(()
)((lg[1986
12+--++?=
AXp B AXp A AXp D AXp C E E Tm 进行计算。
查文献《小合成氨厂工艺技术与设计手册》734P ，可知B109型催化剂的正反应活化能分别为E 1=16046kcal/kmol=67156kJ/kmol ，CO 变换的逆反应活化能E 2 为： E 2－E 1=r(-ΔH R )
对于变换反应r=1，则
E2=(-ΔH R)+ E1
ΔH R为反应热，取其平均温度下的值，即（330+380）/2=347.5℃，由前面的计算可知：
-ΔH R =ΔH1=38611kJ/kmol
E2=67156+38611=105767 kJ/kmol
最适宜温度计算结果列于下表中：
Xp 0.9153 0.8915 0.8642 0.8337 0.8003 0.7643 0.726
4
0.686
9
Tm, K 540.15 558.3 576.4 594.4 612.2 629.8 647.3 664.7
将以上数据作图即得最适宜温度曲线如图2.2.1.
2.2.8 中变催化剂操作线的计算
由中变炉催化剂变换率及热平衡计算结果知：
中变炉入口气体温度315℃
中变炉出口气体温度380℃
中变炉入口CO变换率0
中变炉出口CO变换率73.60%
由此可作出中变炉催化剂反应的操作线见图2.2.1。
摘要 变换工段是指一氧化碳与水蒸气反应生成二氧化碳和氢气的过程。一氧化碳变换既是原料气的净化过程，又是原料气制备的继续。目前，变换工段主要采用中变串低变的工艺流程。本设计针对中低温串联变换流程进行设计，对流程中各个设备进行物料、能料衡算、以及设备选型，并绘制了带控制点的流程图。 关键词：合成氨,变换,工艺设计，设备选型
30kt/a Retention Of Ammonia Synthesis Process Preliminary Design Abstact Transform section refers to the reactions that produce carbon dioxide carbon monoxide and hydrogen and water vapor in the process. Carbon monoxide transformation is the gas material purification process, and the preparation of gas material to continue. At present, the transformation mainly by grow string sections of variable process low. This design of low-temperature series transformation process of process design, materials, each device can material calculation, and the equipment selection, and plotted take control in the flow chart and variable furnace equipment assembly drawing. Keywords：ammonia, transformation, process design,equipment choice
合成氨工艺流程标准化管理部编码-[99968T-6889628-J68568-1689N]
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~，送入脱硫塔，用溶液或其他脱硫溶液洗涤,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~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~MPa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。 原料气的制备:制备氢氮比为3:1的半水煤气 即造气。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，燃料气化后生成氢氮比为3:1的半水煤气。整个生产过程由煤气发生炉、燃烧室、废热锅炉、气柜等设备组成。 固定床半水煤气制造过程由吹风、上吹制气、下吹制气、二次上吹、空气吹净等5个阶段构成，为了调节氢氮比，在吹风末端要将部分吹风气吹入煤气，这个过程通常称为吹风回收。 吹风阶段：空气从煤气炉的底部吹入，使燃料燃烧，热量贮存于燃料中，为制气阶段碳与水蒸汽的反应提供热量。吹风气经过燃烧室和废热锅炉后放空。上吹制气阶段：从煤气炉的底部通入混有适量空气的水蒸汽，和碳反应生成的半水煤气经过炉的顶部引出。向水蒸汽中加入的空气称为加氮空气。 下吹制气阶段：将水蒸汽和加氮空气由炉顶送入，生成的半水煤气由炉底引出。二次上吹制气阶段：水蒸汽和加氮空气自下而上通过燃料层，将炉底残留的半水煤气排净，为下一步送入空气创造安全条件。 空气吹净阶段：从炉底部吹入空气，所得吹风气为半水煤气中氮的主要来源，并将残留的半水煤气加以回收。 以上五个阶段完成了制造半水煤气的主过程，然后重新转入吹风阶段，进入下一个循环。原料气的净化：除去原料气中的硫化氢、二氧化碳等杂质，将一氧化碳转化为氢气本阶段由原料气脱硫、一氧化碳变换、水洗（脱除二氧化碳）、铜洗（脱除一氧化碳）、碱洗（脱除残余二氧化碳）等几个工段构成，主要设备有除尘器、压缩机、脱硫塔、饱和塔、热水塔、一氧化碳变换炉、二氧化碳吸收塔、铜洗塔、碱洗塔等。 脱硫：原料气中硫化物的存在加剧了管道及设备的腐蚀，而且能引起催化剂中毒，必须予以除去。脱硫方法可分为干法脱硫和湿法脱硫两大类。干法脱硫是用固体硫化剂，当气体通过脱硫剂时硫化物被固体脱硫剂吸附，脱除原料气中的少量硫化氢和有机硫化物。一般先进行湿法脱硫，再采用干法脱硫除去有机物和残余硫化氢。湿法脱硫所用的硫化剂为溶液，当含硫气体通过脱硫剂时，硫化物被液体剂吸收，除去气体中的绝大部分硫化氢。
年产五万吨合成氨合成工段工艺设计设计
目录 中文摘要 (1) 英文摘要 (2) 1 引言 (2) 1.1 氨的基本用途 (2) 1.2 合成氨技术的发展趋势 (2) 1.3 合成氨常见工艺方法 (2) 1.3.1 高压法 (2) 1.3.2 中压法 (2) 1.3.3 低压法 (2) 1.4 设计条件 (2) 1.5 物料流程示意图 (2) 2 物料衡算 (2) 2.1 合成塔入口气组成 (2) 2.2 合成塔出口气组成 (2) 2.3 合成率计算 (2) 2.4 氨分离器出口气液组成计算 (2) 2.5 冷交换器分离出的液体组成 (2) 2.6 液氨贮槽驰放气和液相组成的计算 (2) 2.7 液氨贮槽物料衡算 (2) 2.8 合成循环回路总物料衡算 (2) 3 能量衡算 (2) 3.1 合成塔能量衡算 (2) 3.2废热锅炉能量衡算 (2) 3.3 热交换器能量衡算 (2) 3.4 软水预热器能量衡算 (2) 3.5 水冷却器和氨分离器能量衡算 (2) 3.6 循环压缩机能量衡算 (2) 3.7 冷交换器与氨冷器能量衡算 (2) 3.8 合成全系统能量平衡汇总 (2) 4 设备选型及管道计算 (2) 4.1 管道计算 (2) 4.2 设备选型 (2) 结论 (2) 致谢 (2) 参考文献 (2)
年产五万吨合成氨合成工段工艺设计 摘要：本次课程设计任务为年产五万吨合成氨工厂合成工段的工艺设计，氨合成工艺流程一般包括分离和再循环、氨的合成、惰性气体排放等基本步 骤，上述基本步骤组合成为氨合成循环反应的工艺流程。其中氨合成工 段是合成氨工艺的中心环节。新鲜原料气的摩尔分数组成如下：H 2 73.25%，N 2 25.59%， CH 4 1.65%,Ar 0.51%合成操作压力为31MPa， 合成塔入口气的组成为NH 3(3.0%),CH 4 +Ar(15.5%),要求合成塔出口气中 氨的摩尔分数达到17%。通过查阅相关文献和资料，设计了年产五万吨 合成氨厂合成工段的工艺流程，并借助CAD技术绘制了该工艺的管道及 仪表流程图和设备布置图。最后对该工艺流程进行了物料衡算、能量衡 算，并根据设计任务及操作温度、压力按相关标准对工艺管道的尺寸和 材质进行了选择。 关键词：物料衡算，氨合成，能量衡算
四川理工学院 毕业设计 题目年产五万吨合成氨变换工段工艺初步设计 系别化学工程与工艺 专业无机化工 011 指导教师 教研室主任 学生姓名 接受任务日期 20XX年2月28日 完成任务日期 20XX年6月1日
四川理工学院 毕业论文任务书 材料与化学工程系无机化工专业2001-1 班题目年产五万吨合成氨变换工段工艺初步设计 起迄日期20XX年 2 月25 日起至20XX 年 6 月1日止 指导老师 教研室主任（签名） 系主任（签名） 学生姓名 批准日期20XX 年 2 月25 日 接受任务日期20XX 年 2 月25 日 完成任务日期20XX 年 6 月 1 日
一、设计（论文）的要求： 1、说明书包括前言，合成氨变换工段工序原理，工艺条件及工艺流 程确定，以及主要设备的选择说明，对本设计的评述。 2、计算部分包括物料衡算，热量衡算，有效能利用率计算，主要设备 计算。 3、图纸带控制点的工艺流程图。 二、设计（论文）的原始数据： 天然气成分：以鸿化厂的实际工作数据为依据来进行。 年工作日330天,其余数据自定。 三、参考资料及说明： 《化工工艺设计手册》（上、下册）、《氮肥工艺设计手册》理化数据、《化肥企业产品能平衡》、《小合成氨厂工艺技术与设计手册》、《合成氨工学》、《化工制图》、《化工原理》、《化学工程》、《化工设计概论》以及关于氮肥的其他相关杂志。
目录 1.前言 (4) 2.工艺原理 (4) 3.工艺条件 (5) 4.工艺流程的确定 (6) 5.主要设备的选择说明 (6) 6.对本设计的综述 (6) 第一章变换工段物料及热量衡算 (8) 第一节中变物料及热量衡算 (8) 1．确定转化气组成 (8) 2．水汽比的确定 (8) 3．中变炉一段催化床层的物料衡算 (9) 4．中变炉一段催化床层的热量衡算 (11) 5．中变炉催化剂平衡曲线 (13) 6. 最佳温度曲线的计算 (14) 7．操作线计算 (15) 8．中间冷淋过程的物料和热量计算 (16) 9．中变炉二段催化床层的物料衡算 (17) 10.中变炉二段催化床层的热量衡算 (18) 第二节低变炉的物料与热量计算 (19) 第三节废热锅炉的热量和物料计算 (24) 第四节主换热器的物料与热量的计算 (26) 第五节调温水加热器的物料与热量计算 (28) 第二章设备的计算 (29) 1. 低温变换炉计算 (29) 2. 中变废热锅炉 (31) 及致谢 (35)
合成氨仿真实习报告 篇一：合成氨仿真实习报告 南京工业大学 城建学院 仿真实习报告书 刘皓 28 安全工程系 化学化工实验教学中心 XX年10月 合成仿真实习报告 30万吨合成氨装置模型照片 一、实习的目的 合成仿真实习是理论联系实际，应用和所学专业知识的一项重要环节，是培养我们动手能力和学习能力的一个重要手段。仿真实习是以仿真的实习模式，在既保证学生安全又能完美提供实习机会的情况下，学校给予我们的一次专业实践的机会。是我们在学习专业知识后进行实际运用的重要环节，它对培养我们的动手能力有很大的意义，同时也能使我们了解化工工艺的重点要素，仿真实习是我们走向工作岗位的必要前提。
二、实习要求 1．实习装置为合成氨生产仿真装置。要求了解并熟悉生产过程及控制，包括： 1）生产方法和原理，原料、催化剂及产品特性； 2）生产工艺流程（流程中设备、主副管线，过程操作和控制）； 3）各工序工艺条件及控制：主要设备操作温度、压力和组成； 4）主要设备型式、结构； 5）主要设备及管线上的控制仪表及调节方法。 2.搜集信息途径 1）听讲座（拟安排工艺及设备、仿真装置及操作等讲座）； 2）现场实习：熟悉工艺流程、设备、及仿真软件操作，熟悉仿真模型； 3）阅读实习指导书、流程图、设备图及其它文献资料。 三、实习内容 仿真实习的主要内容是：以河南化肥厂为原型的大型合成氨全流程仿真模型和以宁夏化工厂为原型的合成氨大工段DCS控制系统仿真软件。两者均以天然气为原料的合成氨工艺，通过仿真实习了解合成氨工艺原理与流程，掌握合成
氨生产中的主要参数和DCS控制系统的操作。 以下为东方仿真软件的合成氨工艺流程。 (1) 合成氨装置转化工段 1 概述 转化工段包括下列主要部分: 原料气脱硫、原料气的一段蒸汽转化、转化气的二段转化、高变、低变、给水、炉水和蒸汽系统。 2 原料气脱硫 天然气中含有少量硫化物，这些硫化物可以使多种催化剂中毒而不同程度地使其失去活性，硫化氢能腐蚀设备管道。因此，必须尽可能地除去原料气中的各种硫化物。 加氢转化主要指在加入氢气的条件下使原料气中有机硫转化为无机硫。加氢转化不能达到直接脱硫的目的，但经转化后就大大的利于硫的脱除。在有机硫转化的同时，也能使烯烃类加氢转化为烷氢类从而可减少下一工序蒸汽转化催化剂析炭的可能性。 在采用钴钼催化剂的条件下，主要进行如下反应： R-SH+H2=RH+H2S R-S-R’+2H2=RH+R’H+H2S C4H4S+4H2=C4H10+H2S RC=CR’+H2=RCH2-CH2R’
目录 摘要 (3) ABSTRACT (4) 第一章总论 (5) 1.1 概述 (5) 1.2 氨的性质 (5) 1.2.1 氨的物理性质 (5) 1.2.2氨的化学性质 (6) 1.3 原料气来源 (6) 1.4 文献综述 (6) 1.4.1 合成氨工业的发展 (7) 1.4.2我国合成氨工业的现状 (7) 1.4.3合成氨工业的发展趋势 (7) 1.5 设计任务的项目来源 (8) 第二章流程方案的确定 (9) 2.1生产原理 (9) 2.2各生产方法及特点 (9) 2.3工艺条件的选择 (10) 2.4合成塔进口气的组成 (11) 第三章工艺流程简述 (13) 3.1 合成工段工艺流程简述 (13) 3.2 工艺流程方框图 (14) 第四章工艺计算 (15) 4.1 物料衡算 (15) 4.1.1设计要求 (15) 4.1.2计算物料点流程图 (16) 4.1.3合成塔入口气组分 (16) 4.1.4合成塔出口气组分 (17) 4.1.5合成率 (18)
4.1.6氨分离器气液平衡计算 (18) 4.1.7冷交换器气液平衡计算 (20) 4.1.8液氨贮槽气液平衡计算 (21) 4.1.9合成系统物料计算 (24) 4.1.10合成塔物料计算 (25) 4.1.11水冷器物料计算 (26) 4.1.12氨分离器物料计算 (27) 4.1.13冷交换器物料计算 (27) 4.1.15氨冷器物料计算 (30) 4.1.17液氨贮槽物料计算 (30) 4.2 热量衡算 (30) 4.2.1冷交换器热量计算 (30) 4.2.2 氨冷凝器热量衡算 (33) 4.2.3循环机热量计算 (33) 4.2.4合成塔热量衡算 (35) 4.2.5废热锅炉热量计算 (37) 4.2.6热交换器热量计算 (38) 4.2.7水冷器热量衡算 (39) 第五章设备选型及设计计算 (40) 5.1 合成塔催化剂层设计 (40) 5.2 废热锅炉设备工艺计算 (42) 5.2.1计算条件 (42) 5.2.2管内给热系数的计算 (42) 5.2.3管外给热系数 (46) 5.2.4传热总系数K (46) 5.2.5传热温差 (47) 5.2.6传热面积 (47) 参考文献 (50) 致谢 (51)
工艺流程说明： 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A.D.A.溶液或其他脱硫溶液洗涤,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30.0~32.0 MPa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。 原料气的制备:制备氢氮比为3:1的半水煤气 即造气。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，燃料气化后生成氢氮比为3:1的半水煤气。整个生产过程由煤气发生炉、燃烧室、废热锅炉、气柜等设备组成。 固定床半水煤气制造过程由吹风、上吹制气、下吹制气、二次上吹、空气吹净等5个阶段构成，为了调节氢氮比，在吹风末端要将部分吹风气吹入煤气，这个过程通常称为吹风回收。 吹风阶段：空气从煤气炉的底部吹入，使燃料燃烧，热量贮存于燃料中，为制气阶段碳与水蒸汽的反应提供热量。吹风气经过燃烧室和废热锅炉后放空。 上吹制气阶段：从煤气炉的底部通入混有适量空气的水蒸汽，和碳反应生成的半水煤气经过炉的顶部引出。向水蒸汽中加入的空气称为加氮空气。 下吹制气阶段：将水蒸汽和加氮空气由炉顶送入，生成的半水煤气由炉底引出。 二次上吹制气阶段：水蒸汽和加氮空气自下而上通过燃料层，将炉底残留的半水煤气排净，为下一步送入空气创造安全条件。 空气吹净阶段：从炉底部吹入空气，所得吹风气为半水煤气中氮的主要来源，并将残留的半水煤气加以回收。 以上五个阶段完成了制造半水煤气的主过程，然后重新转入吹风阶段，进入下一个循环。原料气的净化：除去原料气中的硫化氢、二氧化碳等杂质，将一氧化碳转化为氢气本阶段由原料气脱硫、一氧化碳变换、水洗（脱除二氧化碳）、铜洗（脱除一氧化碳）、碱洗（脱除残余二氧化碳）等几个工段构成，主要设备有除尘器、压缩机、脱硫塔、饱和塔、热水塔、一氧化碳变换炉、二氧化碳吸收塔、铜洗塔、碱洗塔等。 脱硫：原料气中硫化物的存在加剧了管道及设备的腐蚀，而且能引起催化剂中毒，必须予以除去。脱硫方法可分为干法脱硫和湿法脱硫两大类。干法脱硫是用固体硫化剂，当气体通过脱硫剂时硫化物被固体脱硫剂吸附，脱除原料气中的少量硫化氢和有机硫化物。一般先进行湿法脱硫，再采用干法脱硫除去有机物和残余硫化氢。湿法脱硫所用的硫化剂为溶液，当含硫气体通过脱硫剂时，硫化物被液体剂吸收，除去气体中的绝大部分硫化氢。 CO变换：一氧化碳对氨催化剂有毒害，因此在原料气进入合成氨工序之前必须将一氧
毕业设计 题目年产五万吨合成氨变换工段工艺初步设计 系别化学工程与工艺 专业 指导教师 教研室主任 学生姓名 接受任务日期 完成任务日期
四川理工学院 毕业论文任务书 指导老师 教研室主任（签名） 系主任（签名） 学生姓名 批准日期2005 年 2 月25 日接受任务日期2005 年 2 月25 日完成任务日期2005 年 6 月 1 日
一、设计（论文）的要求： 1、说明书包括前言，合成氨变换工段工序原理，工艺条件及工艺流 程确定，以及主要设备的选择说明，对本设计的评述。 2、计算部分包括物料衡算，热量衡算，有效能利用率计算，主要设备 计算。 3、图纸带控制点的工艺流程图。 二、设计（论文）的原始数据： 天然气成分：以鸿化厂的实际工作数据为依据来进行。 年工作日330天,其余数据自定。 三、参考资料及说明： 《化工工艺设计手册》（上、下册）、《氮肥工艺设计手册》理化数据、《化肥企业产品能平衡》、《小合成氨厂工艺技术与设计手册》、《合成氨工学》、《化工制图》、《化工原理》、《化学工程》、《化工设计概论》以及关于氮肥的其他相关杂志。
目录 1.前言 (4) 2.工艺原理 (4) 3.工艺条件 (5) 4.工艺流程的确定 (6) 5.主要设备的选择说明 (6) 6.对本设计的综述 (6) 第一章变换工段物料及热量衡算 (8) 第一节中变物料及热量衡算 (8) 1．确定转化气组成 (8) 2．水汽比的确定 (8) 3．中变炉一段催化床层的物料衡算 (9) 4．中变炉一段催化床层的热量衡算 (11) 5．中变炉催化剂平衡曲线 (13) 6. 最佳温度曲线的计算 (14) 7．操作线计算 (15) 8．中间冷淋过程的物料和热量计算 (16) 9．中变炉二段催化床层的物料衡算 (17) 10.中变炉二段催化床层的热量衡算 (18) 第二节低变炉的物料与热量计算 (19) 第三节废热锅炉的热量和物料计算 (24) 第四节主换热器的物料与热量的计算 (26) 第五节调温水加热器的物料与热量计算 (28) 第二章设备的计算 (29) 1. 低温变换炉计算 (29) 2. 中变废热锅炉 (31) 参考文献及致谢 (35)
南京工业大学 合成氨仿真实习报告书 学院：城市建设与安全工程学院班级、学号：安全1905090323 姓名（签名）： 2011年11 月
1 实习目的 仿真实习是认识实习实习计划的组成部分，通过实习使学生了解化工生产一般特点、规律和工艺参数的控制，获得化工生产实践知识，培养运用化工专业理论知识，分析和解决实际问题的能力，为今后毕业论文（设计）和所从事的化工实际工作打下良好的实践基础。 2 实习要求 1.实习装置为合成氨生产仿真装置。要求了解并熟悉生产过程及控制，包括： 1）生产方法和原理，原料、催化剂及产品特性； 2）生产工艺流程（流程中设备、主副管线，过程操作和控制）； 3）各工序工艺条件及控制：主要设备操作温度、压力和组成； 4）主要设备型式、结构； 5）主要设备及管线上的控制仪表及调节方法。 2.搜集信息途径 1）听讲座（拟安排工艺及设备、仿真装置及操作等讲座）； 2）现场实习：熟悉工艺流程、设备、及仿真软件操作，熟悉仿真模型； 3）阅读实习指导书、流程图、设备图及其它文献资料。 3 实习内容 仿真实习的主要内容是：以河南化肥厂为原型的大型合成氨全流程仿真模型和以宁夏化工厂为原型的合成氨大工段DCS控制系统仿真软件。两者均以天然气为原料的合成氨工艺，通过仿真实习了解合成氨工艺原理与流程，掌握合成氨生产中的主要参数和DCS控制系统的操作。
3.1 合成氨装置转化工段 1、概述 转化工段包括下列主要部分: 原料气脱硫、原料气的一段蒸汽转化、转化气的二段转化、高变、低变、给水、炉水和蒸汽系统。 2、原料气脱硫 天然气中含有少量硫化物，这些硫化物可以使多种催化剂中毒而不同程度地使其失去活性，硫化氢能腐蚀设备管道。因此，必须尽可能地除去原料气中的各种硫化物。 加氢转化主要指在加入氢气的条件下使原料气中有机硫转化为无机硫。加氢转化不能达到直接脱硫的目的，但经转化后就大大的利于硫的脱除。在有机硫转化的同时，也能使烯烃类加氢转化为烷氢类从而可减少下一工序蒸汽转化催化剂析炭的可能性。 在采用钴钼催化剂的条件下，主要进行如下反应： R-SH+H2=RH+H2S R-S-R’+2H2=RH+R’H+H2S C4H4S+4H2=C4H10+H2S RC=CR’+H2=RCH2-CH2R’ 氧化锌是一种内表面积颇大，硫容较高的接触反应型脱硫剂。除噻吩及其衍生物外，脱除硫化氢及各种有机硫化物的能力极高，可将出口气中硫含量降至0.1PPm以下。 氧化锌脱硫反应：ZnO+H2S=ZnS+H2O 原料天然气在原料气预热器（141－C）中被低压蒸汽预热后，进入活性碳脱硫槽（101－DA、102－DA一用一备），进行初脱硫后，经压缩机（102－J）加压。在一段炉对流段低温段加热到230℃左右与103-J段来的氢混合后进入Co －Mo加氢和氧化锌脱硫槽（108－D）终脱硫后，天然气中的总硫≤0.1ppm。 3、原料气的一段蒸汽转化 经脱硫后的原料气的总硫含量降至0.1PPm以下，与水蒸汽混合后进行转化反应：
合成氨工艺控制方案总结 一合成氨工艺简介 中小型氮肥厂是以煤为主要原料，采用固定层间歇气化法制造合成氨原料气。从原料气的制备、净化到氨的合成，经过造气、脱硫、变换、碳化、压缩、精炼、合成等工段。工艺流程简图如下所示： 该装置主要的控制回路有：（1）洗涤塔液位； （2）洗涤气流量； （3）合成塔触媒温度； （4）中置锅炉液位； （5）中置锅炉压力； （6）冷凝塔液位； （7）分离器液位； （8）蒸发器液位。 其中触媒温度控制可采用全系数法自适应控制，其他回路采用PID控制。 二主要控制方案 （一）造气工段控制 工艺简介： 固定床间歇气化法生产水煤气过程是以无烟煤为原料，周期循环操作，在每一循环时间里具体分为五个阶段；(1)吹风阶段约37s；(2)上吹阶段约39s；(3)下吹阶段约56s；(4)二上吹阶段约12s；(5)吹净阶段约6s. l、吹风阶段 此阶段是为了提高炉温为制气作准备的。这一阶段时间的长短决定炉温的高低， 时间过长，炉温过高；时间过短，炉温偏低并且都影响发气量，炉温主要由这一阶段控制。般工艺要求此阶段的操作时间约为整个循环周期的18％左右。 2、上吹加氮制气阶段 在此阶段是将水蒸汽和空气同时加入。空气的加入增加了气体中的氮气含量，是调节H2/N2的主要手段。但是为了保证造气炉的安全该段时间最多不超过整个循环周期的26％。 3、上吹制气阶段 该阶段与上吹加氯制气总时间为整个循环的32％，随着上吹制气的进行下部炉温逐渐下降，为了保证炉况和提高发气量，在此阶段蒸汽的流量最好能得以控制。 4、下吹制气阶段 为了充分地利用炉顶部高温、提高发气量，下吹制气也是很重要的一个阶段。这段时间
工商职业技术学院 毕业论文 题目：合成氨变换工段设计 作者：焦鹏丽学号：2101100125系别：化工工程系 专业：应用化工技术 指导教师：晋萍专业技术职务讲师 2012 年1月1
工商职业技术学院 毕业设计说明书 题目：合成氨变换工段设计 作者：焦鹏丽学号：2101100125 系别：化工工程系 专业：应用化工技术 指导教师：晋萍专业技术职务讲师 2012 年1月1
摘要:本文是关于煤炭为原料一氧化碳变换工段初步设计。在合成氨的生产中，一氧化碳变换反应是非常重要的反应。用煤炭制造的原料气中，含有一部分一氧化碳，这些一氧化碳不能直接做为合成氨的原料，而且对合成氨的催化剂有毒害作用，必须在催化剂的催化作用下通过变换反应加以除去。一氧化碳变换反应既是原料气的净化过程，又是原料气的制造过程。本设计主要包括工艺路线的确定、中温变换炉的物料衡算和热量衡算、触媒用量的计算、中温变换炉工艺计算和设备选型、换热器的物料衡算和热量衡算以及设备选型等。 关键词：煤炭；一氧化碳变换；中温变换炉；流程图 结论中提到完成了设计宗指，但你的设计宗指到底是什么?没有表达出来。结论中也没有对你的设计做一个总结，你到底做这个设计的做用是什么?解决了什么问题?目录中二级目录应比一级目录再缩进两格，下级目录同理。
目录 第一章绪论 0 1.1 氨的性质和用途 0 1.1.1 氨的性质 0 1.1.2 氨的用途 0 1.2 我国合成氨生产现状 (1) 1.3 一氧化碳变换在合成氨中的意义 (1) 第二章变换流程及工艺条件 (2) 2.1 变换工艺原理 (2) 2.1.1变换反应的热力学分析 (2) 2.1.2 变换反应的动力学分析 (2) 2.2变换工艺的选择 (3) 2.3 工艺条件 (4) 2.3.1 温度 (4) 2.3.2 压力 (5) 2.3.3 水汽比 (5) 第三章工艺计算 (6) 3.1 基本工艺数据的确定 (6) 3.1.1水气比的确定 (6) 3.2中变炉一段催化床层的物料衡算 (7) 3.2.1 中变炉一段催化床层的物料衡算 (7) 3.2.2中变炉一段催化床层的热量衡算 (8) 3.2.3 中变一段催化剂操作线的计算 (11) 3.3中间冷凝过程的物料和热量计算 (12) 3.4中变炉二段催化床层的物料与热量衡算 (13) 3.4.1中变炉二段催化床层的物料衡算： (13) 3.4.2中变炉二段催化床层的热量衡算 (15) 3.4.3中变二段催化剂操作线计算 (16) 3.5 主换热器的物料与热量的衡算 (18)
氨合成仿真实习报告 一、实习目的及意义 仿真实习是毕业实习计划的组成部分，通过实习使学生了解化工生产一般特点、规律和工艺参数的控制，获得化工生产实践知识，培养运用化工专业理论知识，分析和解决实际问题的能力，为今后毕业论文（设计）和所从事的化工实际工作打下良好的实践基础。 二、合成氨工艺原理与流程 (1) 合成氨装置转化工段 1 概述 转化工段包括下列主要部分: 原料气脱硫、原料气的一段蒸汽转化、转化气的二段转化、高变、低变、给水、炉水和蒸汽系统。 2 原料气脱硫 天然气中含有少量硫化物，这些硫化物可以使多种催化剂中毒而不同程度地使其失去活性，硫化氢能腐蚀设备管道。因此，必须尽可能地除去原料气中的各种硫化物。 加氢转化主要指在加入氢气的条件下使原料气中有机硫转化为无机硫。加氢转化不能达到直接脱硫的目的，但经转化后就大大的利于硫的脱除。在有机硫转化的同时，也能使烯烃类加氢转化为烷氢类从而可减少下一工序蒸汽转化催化剂析炭的可能性。 在采用钴钼催化剂的条件下，主要进行如下反应： R-SH+H2=RH+H2S R-S-R’+2H2=RH+R’H+H2S C 4H 4 S+4H 2 =C 4 H 10 +H 2 S RC=CR’+H 2=RCH 2 -CH 2 R’ 氧化锌是一种内表面积颇大，硫容较高的接触反应型脱硫剂。除噻吩及其衍生物外，脱除硫化氢及各种有机硫化物的能力极高，可将出口气中硫含量降至0.1PPm以下。 氧化锌脱硫反应：ZnO+H 2S=ZnS+H 2 O 原料天然气在原料气预热器（141－C）中被低压蒸汽预热后，进入活性碳脱硫槽（101－DA、102－DA一用一备），进行初脱硫后，经压缩机（102－J）加压。在一段炉对流段低温段加热到230℃左右与103-J段来的氢混合后进入Co－Mo加氢和氧化锌脱硫槽（108－D）终脱硫后，天然气中的总硫≤0.1ppm。
1、合成氨生产工艺介绍 1）造气工段 造气实质上是碳与氧气和蒸汽的反应，主要过程为吹风和制气。具体分为吹风、上吹、下吹、二次上吹和空气吹净五个阶段。原料煤间歇送入固定层煤气发生炉内，先鼓入空气，提高炉温，然后加入水蒸气与加氮空气进行制气。所制的半水煤气进入洗涤塔进行除尘降温，最后送入半水煤气气柜。 造气工艺流程示意图 2）脱硫工段 煤中的硫在造气过程中大多以H2S的形式进入气相，它不仅会腐蚀工艺管道和设备，而且会使变换催化剂和合成催化剂中毒，因此脱硫工段的主要目的就是利用DDS脱硫剂脱出气体中的硫。气柜中的半水煤气经过静电除焦、罗茨风机增压冷却降温后进入半水煤气脱硫塔，脱除硫化氢后经过二次除焦、清洗降温送往压缩机一段入口。脱硫液再生后循环使用。
脱硫工艺流程图 3）变换工段 变换工段的主要任务是将半水煤气中的CO在催化剂的作用下与水蒸气发生放热反应，生成CO2和H2。河南中科化工有限责任公司采用的是中变串低变工艺流程。经过两段压缩后的半水煤气进入饱和塔升温增湿，并补充蒸汽后，经水分离器、预腐蚀器、热交换器升温后进入中变炉回收热量并降温后，进入低变炉，反应后的工艺气体经回收热量和冷却降温后作为变换气送往压缩机三段入口。
变换工艺流程图 4）变换气脱硫与脱碳 经变换后，气体中的有机硫转化为H2S，需要进行二次脱硫，使气体中的硫含量在25mg/m3。脱碳的主要任务是将变换气中的CO2脱除，对气体进行净化，河南中科化工有限责任公司采用变压吸附脱碳工艺。来自变换工段压力约为1.3MPa左右的变换气，进入水分离器，分离出来的水排到地沟。变换气进入吸附塔进行吸附，吸附后送往精脱硫工段。 被吸附剂吸附的杂质和少量氢氮气在减压和抽真空的状态下，将从吸附塔下端释放出来，这部分气体称为解析气，解析气分两步减压脱附，其中压力较高的部分在顺放阶段经管道进入气柜回收，低于常 压的解吸气经阻火器排入大气。
《化工工艺设计任务书》
变换工艺设计说明书 设计题目小合成氨厂低温变换工段工艺设计 课题来源小合成氨厂低温变换工段工艺设计变换工段化学工艺设计标准变换工段在合成氨生产起的作用既是气体净化工序，又是原料气的再制造工序，经过变换工段后的气体中的CO含量大幅度下降，符合进入甲烷化或者铜洗工段气质要求。 要求：1.绘制带控制点的工艺流程图 2.系统物料、能量衡算 3.系统主要设备能力及触媒装填量核算 4?该工段设备多，工艺计算复杂，分变换炉能力及触媒装填量核算、系统热量核算和系统水循环设备及能力核算。 变换工艺流程 低压机四段来的半水煤气压力 2.0 MPa，温度40C的半脱气经热水洗涤塔除去气体中的油 污、杂质，进入饱和塔下部与上部喷淋下来的166?175 C的热水逆流接触，进行传质传热， 使气体中的水汽含量接近饱和，从塔顶出来到蒸汽喷射器，补入外管来的高压蒸汽，进一步 提高气体的温度和水气比，使出0/干气=0.6?0.7。达到变换所需的液气比值。接着气体进 入半水煤气换热器I,半水煤气换热器n管内加热，温度升至300 C,经过加压电炉进入中 变炉内。中变炉触媒分三段，每段各装一层触媒，上段出口变换气CO含量13?15%，温度 437C，通过甲烷化加热器壳程换热和增湿器降温，增湿温度降至370C进入中变二段，二 段出口CO变换率8?9%，温度403 C进入增温器，三段出口变换气中，CO 3?3.5%，温度386C，经过半水煤气换热器n和半水煤气换热器I的管间，加热进中变的半水煤气，温度降至285C 然后进入一水加热器被管内的循环热水降温至185C,进入低变炉进行低温变换。 低变炉触媒分上、下两段，每段各层一层耐硫变换催化剂，上段出口变换气温度222C，含CO 0.5?0.6%，进入段间冷却器管间，温度降至190C，进入低变炉下段反应，出口变换气 温度232 C,含CO 0.2?0.3%，进入二水加热器降温后，温度170 C进入热水塔与饱和塔底 出来的热水逆流接触，进行传质传热，进一步降温并回收热量，147C的变换气接着又进入 脱盐水预热器管内与来自脱盐水站的脱盐水换热后进入变换气水冷器管间，出来后温度降至 40 C,在变换气水分离器内，分离冷凝水后去变脱工段。 变换工段化学工艺设计原则 1.入工序气体流量：6000kmol/h （干基）压力： 2.47Mpa温度：40 C 2.入口气体组分：CO%=2.01% CO2%=10.95% 出％=41.49% 2%=1 3.93% CH4%=0.21% H2O%=31.23% Ar=0.18 %（体积比） 3.出口气体组分：CO% < 0.34% （体积比） 目录
摘要 本文是关于重油为原料年产8万吨氨一氧化碳变换工段初步设计。在合成氨的生产中，一氧化碳变换反应是非常重要的反应。用重油制造的原料气中，含有一部分一氧化碳，这些一氧化碳不能直接做为合成氨的原料，而且对合成氨的催化剂有毒害作用，必须在催化剂的催化作用下通过变换反应加以除去。一氧化碳变换反应既是原料气的净化过程，又是原料气的制造过程。本设计主要包括工艺路线的确定、中温变换炉的物料衡算和热量衡算、触媒用量的计算、中温变换炉工艺计算和设备选型、换热器的物料衡算和热量衡算以及设备选型等。并且综合各方面因素对车间设备布置进行了合理的设计，最终完成了20 000字的设计说明书及生产工艺流程图、车间平立面布置图及主体设备装配图的绘制。 关键词：重油；一氧化碳变换；中温变换炉；流程图
Abstract This article was about the annual output of heavy oil as raw materials to transform eight thousand tons of carbon monoxide ammonia preliminary design section. In the production of ammonia, transformation of carbon monoxide was a very important reaction. Manufactured using heavy oil feed gas which containa part of carbon monoxide, carbon monoxide could not be directly used as those of the raw materials of synthetic ammonia, but also a catalyst for ammonia poisoning effect there must be a catalyst for transformation through the catalytic reaction to be removed. Transformation of carbon monoxide is a gas purification process of raw materials, but also the manufacturing process of feed gas. The design of the main routes which include the identification process, the medium variant of the furnace material balance , heat balance, the calculation of the amount of catalyst, in the variable furnace process of calculation and selection of equipment, heat exchanger of the material balance and heat balance as well as equipment selection type and so on. Taking all factors and workshop equipment to carry out a reasonable arrangement of the design. In the end, the20 000-word statement and map production process, shopping facade and the main equipment layout drawing assembly were completed. Key words: Heavy oil; Transformation of carbon monoxide; Temperature shift converter; Flow chart
氨合成工段仿真实训讲义 一、实验目的 １、深入了解化工过程操作原理。提高学生对化工过程的开车、停车运行能力。 2 、掌握控制系统的投运和调整技术。 3 、提高对复杂化工过程动态运行的分析和决策能力。 4 、提高识别和排除事故的能力。 5 、科学的严格的考核与评价学生经过训练后所达到的操作水平和理论联系实际的能力。 二、 工艺原理 氨的合成是氨厂最后一道工序，任务是在适当的温度、压力和有催化剂存在的条件下，将经过精制的氢氮混和气直接合成为氨。然后将所生成的气体氨从未合成为氨的混和气体中冷凝分离出来，得到产品液氨，分离氨后的氢氮气体循环使用。 (一) 氨合成反应的特点 氨合成的化学反应式如下： Q NH N 2 1H 23322+?+ 这一化学反应具有如下几个特点： （1） 是可逆反应。即在氢气和氮气反应生成氨的同时，氨也分解成氢气和氮气。 （2） 是放热反应。在生成氨的同时放出热量，反应热与温度、压力有关。 （3） 是体积缩小的反应。 （4） 反应需要有催化剂才能较快的进行。 (二) 氨合成反应的化学平衡 氨合成反应的平衡常数p K 可表示为： p K =) N (p )H (P )NH (p 25.025.13? 式中p(NH 3)、p(H 2)、p(N 2)-----为平衡状态下氨、氢、氮的分压。
由于合成反应是可逆、放热、体积缩小的反应，根据平衡移动定律可知，降低 温度，提高压力，平衡向生成氨的方向移动，平衡常数增大。所以，在实际生产中，氨的合成反应均在加压下进行。 (三) 氨合成动力学 （1）反应机理 氮与氢自气相空间向催化剂表面接近，其绝大部分自外表面向催化剂毛细孔的 内表面扩散，并在表面上进行活性吸附。吸附氮与吸附氢及气相氢进行化学反应，一次生成NH 、NH 2、、NH 3。后者至表面脱附后进入气相空间。可将整个过程表示如下： )(2N H )(2N H )(2N H )2N H ()()(N 33H22H2H222气相吸附吸附吸附吸附气相脱吸气相中的气相中的气相中的??→?????→?????→ ?????→?→N 在上述反应过程中，当气流速度相当大，催化剂粒度足够小时，外扩散光和内 扩散因素对反应影响很小，而在铁催化剂上吸附氮的速度在数值上很接近于合成氨的速度，即氮的活性吸附步骤进行的最慢，是决定反应速度的关键。这就是说按得合成反应速度是由氮的吸附速度所控制的。 （2）反应速度 反应速度是以单位时间内反应物质浓度的减少量或生成物质浓度的增加量来 表示。在工业生产中，不仅要求获得较高的氨含量，同时还要求有较快的反应速度，以便在单位时间内有较多的氢和氮合成为氨。 根据氮在催化剂表面上的活性吸附是氨合成过程的控制步骤、氮在催化剂表面 成中等覆盖度、吸附表面很不均匀等条件，捷姆金和佩热夫导得的速度方程式如下： ) ()()()()(W 25.132325.121H p NH p k NH p H p N p k -= W-----反应的瞬时总速度，为正反应和逆反应速度之差 1k 、2k ----正、逆反应速度常数 )NH (P )N (P )H (p 322、、----为氢、氮、氨气体的分压。 （3）内扩散的影响
目录 中文摘要 (1) 英文摘要 (2) 1 引言 (3) 1.1 氨的基本用途 (3) 1.2 合成氨技术的发展趋势 (4) 1.3 合成氨常见工艺方法 (4) 1.3.1 高压法 (5) < 1.3.2 中压法 (5) 1.3.3 低压法 (5) 1.4 设计条件 (5) 1.5 物料流程示意图 (6) 2 物料衡算 (8) 2.1 合成塔入口气组成 (8) 2.2 合成塔出口气组成 (8) 2.3 合成率计算 (9) 《 2.4 氨分离器出口气液组成计算 (10) 2.5 冷交换器分离出的液体组成 (13) 2.6 液氨贮槽驰放气和液相组成的计算 (13) 2.7 液氨贮槽物料衡算 (15) 2.8 合成循环回路总物料衡算 (17) 3 能量衡算 (28) 3.1 合成塔能量衡算 (28) 3.2废热锅炉能量衡算 (30) ~ 3.3 热交换器能量衡算 (31) 3.4 软水预热器能量衡算 (32) 3.5 水冷却器和氨分离器能量衡算 (33) 3.6 循环压缩机能量衡算 (35) 3.7 冷交换器与氨冷器能量衡算 (36) 3.8 合成全系统能量平衡汇总 (38) 4 设备选型及管道计算 (40) 4.1 管道计算 (40) , 4.2 设备选型 (42) 结论 (43) 致谢 (44) 参考文献 (45)
年产五万吨合成氨合成工段工艺设计 摘要：本次课程设计任务为年产五万吨合成氨工厂合成工段的工艺设计，氨合成工艺流程一般包括分离和再循环、氨的合成、惰性气体排放等基本步骤，上述基本步骤组合成为氨合成循环反应的工艺流程。其中氨合成工段是合成氨工艺的中心环节。新鲜原料气的摩尔分数组成如下：H273.25%， N225.59%，CH41.65%,Ar0.51%合成操作压力为31MPa，合成塔入口气的组成为NH3(3.0%>,CH4+Ar(15.5%>,要求合成塔出口气中氨的摩尔分数达到 17%。通过查阅相关文献和资料，设计了年产五万吨合成氨厂合成工段的 工艺流程，并借助CAD技术绘制了该工艺的管道及仪表流程图和设备布置图。最后对该工艺流程进行了物料衡算、能量衡算，并根据设计任务及操作温度、压力按相关标准对工艺管道的尺寸和材质进行了选择。 关键词：物料衡算，氨合成，能量衡算 , The Design of 50kt/a Synthetic Ammonia Process Abstract:There are many types of Ammonia synthesis technology and process,Generally,they includes ammonia synthesis, separation and recycling, inert gases Emissions and other basic steps, Combining the above basic stepsturnning into the ammonia synthesis reaction and recycling process , in which ammonia synthesis section is the central part of a synthetic ammonia process. The task of curriculum design is theammonia synthesis section of an annual fifty thousand tons synthetic ammonia plant . The composition of fresh feed gas is: H2(73.77%>,N2(24.56%>,CH4(1.27%>,Ar(0.4%>, the temperature is 35℃, the operating pressure is 31MPa, the inlet gas composition of the Reactor is : NH3(3.0%>,CH4+Ar(15.7%>,it Requires the mole fraction of ammonia reacheds to 16.8% of outlet gas of synthesis reactor. By consulting the relevant literature and information,we designed the ammonia synthesis section of an annual fifty thousand tons synthetic ammonia