年产10万吨合成氨合成车间工艺设计任务书 - 图文

化工设计概论课程

（年产10万吨合成氨合成车间工艺设计）

年产10万吨合成氨合成车间工艺设计

目录

一、设计任务 ................................................................................................................................... 2

1.1.1项目名称 .......................................................................................................................... 2 1.1.2生产产品 .......................................................................................................................... 2 1.1.3设计规模 .......................................................................................................................... 2 1.1.4全年生产时间 .................................................................................................................. 3 1.1.5生产模式 .......................................................................................................................... 3 1.1.6建厂地区 .......................................................................................................................... 3 1.1.7水电气供应 ...................................................................................................................... 3 1.1.8广西扶绥地区水文地质资料 .......................................................................................... 3 二、概论........................................................................................................................................... 3

2.1.1氨的历史背景 .................................................................................................................. 3 2.1.2氨的性质 .......................................................................................................................... 4 2.1.3氨的用途 .......................................................................................................................... 4 三、合成氨工艺流程 ....................................................................................................................... 5

3.1合成氨原料(氮气)的制备 .................................................................................................. 5 3．1.1氮气的性质 ................................................................................................................... 5 3.1.2氮气的制备 ...................................................................................................................... 6 3.1.3深冷空分制氮 .................................................................................................................. 6 3.1.4分子筛空分制氮 .............................................................................................................. 6 3.1.5膜空分制氮 ...................................................................................................................... 7 3.1.6 PSA制氮装置 ................................................................................................................. 8 3.1.7几种空分方法的比较 ...................................................................................................... 8 3.2合成氨原料（氢气）的制备 ........................................................................................... 10 3.2.1氢气的性质 .................................................................................................................... 10 3.2.2氢气的制备 .................................................................................................................... 12 3.2.3电解制氢技术 ................................................................................................................ 12 3.2.1制氨典型流程 ................................................................................................................ 12 3.2.2以焦炭（无烟煤）为原料的流程 ................................................................................ 12 3.2.3 以天然气为原料的流程 ............................................................................................... 13 3.2.4 以重油为原料的流程 ................................................................................................... 13

一、设计任务

1.1.1项目名称：年产10万吨合成氨合成车间工艺设计 1.1.2生产产品：合成氨（NH3） 1.1.3设计规模：10万吨/年

1.1.4全年生产时间：330天 1.1.5生产模式：连续性生产 1.1.6建厂地区：广西扶绥 1.1.7水电气供应：由本厂提供

1.1.8广西扶绥地区水文地质资料：亚热带季风气候，全年平

均气温21.9C,全年平均降水量1000～2000mm。

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二、概论

2.1.1氨的历史背景

利用氮、氢为原料合成氨的工业化生产曾是一个较难的课题。从第一次实验室研制到工业化投产，约经历了150年的时间。1795年有人试图在常压下进行氨合成。后来又有人在50个大气压下试验，结果都失败了。19世纪下半叶，物理化学的巨大进展，使人们认识到由氮、氢合成氨的反应是可逆的，增加压力将使反应推向生成氨的方向，提高温度会将反应移向相反的方向，然而温度过低又使反应速度过小，催化剂对反应将产生重要影响。当时物理化学的权威、德国的能斯特就明确指出：氮和氢在高压条件下是能够合成氨的，并提供了一些实验数据。法国化学家勒夏特列第一个试图进行高压合成氨的实验，但是由于氮氢混和气中混进了氧气，引起了爆炸，使他放弃了这一危险的实验。

2.1.2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100cm/m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。

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2.1.3氨的用途

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。

三、合成氨工艺流程

3.1合成氨原料(氮气)的制备 3．1.1氮气的性质

物理性质：单质氮在常况下是一种无色无臭的气体，在标准情况下的气体密度是1.25g·dm，熔点63K,沸点75K，临界温度为126K，它是个难于液化的气体。在水中的溶解度很小，在283K时，一体积水约可溶解0.02体积的N2。氮气在极低温下会液化成白色液体，进一步降低温度时，更会形成白色晶状固体。通常市场上供应的氮气都盛于黑色气体瓶中保存。

化学性质：（1）与H2的反应显弱氧化性：N2+ 3H2== 2NH3（工业合成氨）

（2）与O2的反应显还原性：放电化合：N 2 +O2==2NO（无色，有毒，与血红蛋白结合） NO易被氧化：2NO + O2 == 2NO2（红棕色，有毒，刺激呼吸器官） NO2易溶于水：3NO2 + H2O ==2HNO3 + NO （NO2不是HNO3的酸酐） 2NO2 ? N2O4 （无色）（注①雷雨肥过后庄稼会对N2 、NO 、NO2 、HNO3 等硝酸盐进行吸收。 ②

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