最新可行性研究报告--石秀青(1)

重庆工商大学毕业设计 50kt/a合成氨厂变换工段设计

目录

一、总论-------------------------------------------------------------3 1、项目提出背景----------------------------------------------------3 2、项目建设的必要性与经济意义--------------------------------------3 3、可行性研究工作的主要范围----------------------------------------3 4、项目建设的结论和建议--------------------------------------------3 二、项目建设的意义---------------------------------------------------3 三、国际市场---------------------------------------------------------4 1、现状------------------------------------------------------------4 2、供求预测--------------------------------------------------------5 3、产品价格--------------------------------------------------------6 四、国内市场---------------------------------------------------------6 1、供求关系--------------------------------------------------------6 2、化肥价格--------------------------------------------------------8 五、市场分析与预测---------------------------------------------------9 六、原材料、燃料、动力供应-------------------------------------------10 1、原材料的供应----------------------------------------------------10 2、燃料、动力供应--------------------------------------------------11 七、厂址选择及生产规模-----------------------------------------------11 1、厂址选择--------------------------------------------------------11 2、生产规模--------------------------------------------------------15 八、工程项目设计-----------------------------------------------------15 1、变换工段工艺流程的比较与选择------------------------------------15 2、CO变换工艺的主要设备设备型--------------------------------------20 3、氨变换工艺的主要设备选型----------------------------------------26 4、催化剂的比较与选择----------------------------------------------21 九、环境保护和对“三废”的治理方案-----------------------------------30 1、三废的处理------------------------------------------------------30 2、噪声处理--------------------------------------------------------30 十、劳动保护和安全生产-----------------------------------------------31

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重庆工商大学毕业设计 50kt/a合成氨厂变换工段设计 1、劳动保护--------------------------------------------------------31 2、安全生产--------------------------------------------------------31 十一、结论-----------------------------------------------------------32 参考文献-------------------------------------------------------------32

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（共重庆工商大学毕业设计 50kt/a合成氨厂变换工段设计

年产5万吨合成氨变换工段 工艺设计的项目可行性研究报告

重庆工商大学，环境与生物工程学院，04化工班，石秀青

指导教师：李宁

一、总论

1、项目提出背景

氨是一种重要的化工产品，在国民经济中具有举足轻重的作用，主要用于化学肥料的生产。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。为了适应农业发展的迫切需要，发挥中央和地方办化肥厂的积极性，从20世纪60年代开始建立一大批合成氨厂，其中近30多年是合成氨工业发展最快的时期，预计今后将转入稳步增长时期。

2、项目建设的必要性与经济意义

CO变换工段是合成氨的重要工段，如果合成氨原料气中CO超标会使催化剂中毒，即而降低反应速率，影响反应过程，因此，CO变换工段中存在的问题是我们提高合成氨产量、效率必须解决的问题。最终使氨量达标，减少投资和原材料消耗量，改善能源消耗问题，提高生产能力，消除安全隐患，改善环境污染状况，降低生产成本，提高利润率。因此，解决现有工艺中存在的一系列问题，有着重要的经济意义。

3、可行性研究工作的主要范围

催化剂的选择、工艺流程的比较与选择、主要设备的比较与选择、工艺指标、生产操作、厂址选择、“三废”处理、安全生产、经济评价、人员编制等。

4、项目建设的结论和建议

通过上述几点分析和讨论，并结合实际发现该项目的研究设计有重要的市场价值，值得推广应用。根据目前的实际情况，本项目的设计是可行的，一旦试点成功将会为合成氨工业的发展出巨大的贡献，可加快企业改革力度，提高企业的竞争力，有利于促进经济的快速发展。

二、项目建设的意义

第一，我国是人口大国，以世界耕地面积的7%养活着占世界22%的人口。农业历来是我国的立国安邦的大事，它直接关系国民经济的发展和国家的长治久安。据世界粮农组织统计，化肥对粮食生产的贡献率大约为40%。我国农业部门多年研究表明，在增加农作物产量的所有因素中（包括水、肥、土、种等），化肥的贡献率是较高的，1985～1990年的平均贡献率为32.09%以上,因此大力发展化肥工业是一项重要国策.

第二,我国人口众多,粮食供应问题非常重要,目前我国超过13亿人口,人均占地只

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有1.188亩,人均粮食占有量不足380公斤,随着中国经济多年来的高速发展,城市化过程逐步加快,农业耕地面积必然会不断减少,因此,要想靠增加粮食产量来满足社会的需求,就必需大量生产化肥。所以，不论市场如何变化，我国和世界范围化肥的消耗量必然会逐年上升。

第三，加入WTO后，化肥行业面临的压力是国内粮食市场逐步开放和国外低价化肥将进入国内市场，虽然加入WTO后中国的总体关税水平将降低，但这对化肥工业的影响不大，因为目前化肥的关税已经较低（5%）。我国既是化肥生产大国，也是化肥消费大国。目前，我国的化肥消费量居世界首位，约占世界化肥总销售量的30%。这样大的化肥消费量长期依靠进口满足是不可能也不现实的，因此，化肥供应仍将基本立足国内生产。

第五，近年来我国农业经济发展迅速，导致种植业结构发生显著变化，经济作物增长很快，其需肥量一般是粮食作物的2～3倍，且需要高浓度复合肥；农作物新品种的施肥量是老品种的10～17倍，对肥料的需求量上升；使用化肥的新领域不断扩大，森林、水产、苗圃、牧草、畜牧等都将是使用化肥的新领域。

本项目的实施将增加化肥厂的市场竞争力，该项目不仅经济效益好，而且更加安全节能环保。

三、国际市场

1、现状

1999年全世界尿素总生产能力为5739万吨（折纯氮，下同）总产量为4847万吨，表观消费量为4847万吨。亚洲地区的生产能力占全世界生产能力的63.5%，其余的依次为北美、前苏联、东欧、西欧、非洲、拉丁美洲和大洋洲。世界各地区尿素生产能力见表3-1。

表3-1 世界各地区尿素生产能力（以氮计，万吨） 地 区 1987年 能力 亚洲 前苏联 北美 东欧 西欧 1856 552 508 341 381 所占比例% 47．5 14．1 12．8 8．7 9．7 1999年 能力 3697 509 652 278 261 所占比例% 64．3 8．9 11．4 4．8 4．5 2005年 能力 4257 502 648 248 237 所占比例% 66．7 7．9 10．2 3．9 3．7 第 4 页 （共 31 页）

重庆工商大学毕业设计 50kt/a合成氨厂变换工段设计 非洲 128 3．2 3．8 0．5 100 163 158 23 5739 2．8 2．8 0．4 100 179 257 55 6381 2．8 4．0 0．9 100 拉丁美洲 150 大洋洲 总计 19 3932 2、供求预测

世界尿素的供需在20世纪80年代末期以前基本达到平衡状态。但80年代末到90年代初，中东战争和前苏联及东欧的经济萧条等政治和经济情况严重地影响了世界尿素市场的供求关系。由于昂贵的天然气原料价格，有些装置不得不关闭停产。

1999年尿素国际贸易量占世界总产量的23%，预计到2009年这一比例还会增加。世界尿素的供需及预测见表3-2。

表3-2 世界尿素供需（以氮计，万吨） 年份 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2005 生产能力 3932 4061 4158 4180 4100 4196 4363 4544 4725 4977 5250 5504 5739 6381 开工率% 生产量 83 84 85 83 84 86 83 84 86 86 83 84 84 89 3282 3424 3552 3482 3448 3618 3630 3833 4048 4274 4357 4603 4847 5669 进口量 898 942 982 881 901 941 941 1024 1123 1101 1027 961 1105 1404 出口量 898 942 982 881 901 941 941 1024 1123 1101 1027 961 1105 1404 表观消费量 3282 3424 3552 3482 3448 3618 3630 3833 4048 4274 4357 4603 4847 5669 注：表观消费量为产量+进口量-出口量。

20世纪90年代初，东欧、西欧和前苏联的消费量下降，1987～1999年间，全世界尿素的表观消费量仍增加48%。1999亚洲社会主义国家和西南亚尿素消费量占全世界总消费量的56%。预计今后前苏联和东欧地区尿素消费量会有所增加。潜在的尿素消费增

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重庆工商大学毕业设计 50kt/a合成氨厂变换工段设计 长地区为亚洲社会主义国家、西南亚以及大部分发展中国家和地区。

3、产品价格

世界尿素价格自20世纪60年代以来，变化幅度很大，西欧袋装尿素的FOB（到岸价格）曾一度达到390美元/吨，创造了尿素价格历史上的最高纪录，而70年代也曾跌破50美元/吨。20世纪60年代末70年代初，由于一大批尿素装置投入运行，尿素产量迅速增长，造成价格一路下滑，跌至40多美元/吨。1974年，由于第一次石油危机，使得原材料价格大幅度上扬，尿素价格上升到300多美元/吨。进入80年代，仍然维持在高价位，约200多美元/吨。

20世纪90年代初期，化肥消费量开始下降，同期国际市场尿素价格下滑，1993年价格降至较低水平，平均离岸价为106美元/吨。随着经济的恢复，1993年年底尿素价格又开始直线回升，消费量开始增加，1996年尿素的平均离岸价达184美元/吨，刺激了尿素生产能力的大幅度增加，1992～1999年世界尿素的生产能力增加了37%。到1999年，尿素价格又回至较低的水平，此时尿素的平均离岸价只有78美元/吨，达到了20世纪70年代中期以来的历史最低。这主要是因为随着尿素生产能力的增加，一些亚洲社会主义国家和西南亚国家尿素的生产已基本能够满足国内需求，从而减少了进口，严重影响了国际尿素市场。1993～1995年，亚洲社会主义国家和西南亚国家这两地区尿素 进口量急剧上升，此后又急剧下降。两地区1995年共进口尿素550万吨（折纯），占当年世界贸易量的49%。而1999年两地区共进口尿素170万吨，仅占当年世界贸易量的16%。2000年以来，世界尿素供需因消费量增加和价格的回升而趋于稳定。

世界尿素价格主要受原材料价格（石油、天然气）、供求关系、投资成本、国家地区政策影响。据世界有关机构受用多种模型综合预测，在没有突发事件影响全球尿素供求时，预计国际尿素价格将在140～200美元/吨之间。

四、国内市场

1、供求关系

我国现有大型氮肥企业25个，大型合成氨装置（年产30万吨）30套，其中有28套最终产品为尿素。中氮肥企业52个，其中最终产品为尿素的有37个。目前平均规模合成氨为14万吨/年，尿素为20万吨/年。近年我国尿素产量见表4-1。

表4-1 近年我国尿素产量统计（万吨，实物） 年份 1985 尿素产量 927.23 年增长量 35.53 第 6 页 （共 31 页）

占当年氮肥产量比例/% 重庆工商大学毕业设计 50kt/a合成氨厂变换工段设计 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2010* 1103.30 1185.73 1349.37 1342.89 1536.08 1795.09 2060.12 2289.73 2636.50 2936.64 3070 3149 3482 3750 4155 4309 5059 33.38 82.43 163.64 -6.46 193.19 259.01 265.03 229.61 346.77 300.14 133,36 79 333 268 405 154 150 34.93 38.62 39.80 42.21 43.52 43.95 49.56 55.46 59.64 58.88 59.35 57.37 55.79 65.0 注:*为预测值。

影响我国化肥消费增加的主要因素如下。

（1）人口增加。生活水平提高和社会发展需要增产粮食，而增施化肥是增产粮食的途径之一。

（2）农作物种植结构的变化。统计资料数据表明，1980～1998年间粮食作物面积基本保持不变，而粮食产量1998年比1980年增加近2亿吨，这是靠单产增加来实现的，而增施化肥是重要因素之一。同期经济作物面积迅速扩大，而经济作物施用化肥比同面积粮食作物多，因此化肥用量增加。

（3）速生丰产林、经济林、毛竹、苗圃的迅速发展，以及近4亿公项草地及水产养殖等需要施用化肥。

据统计，按原料划分，我国尿素生产企业中62%是以煤为原料，26%以天然气为原料，12%是以油为原料。从统计看，煤头企业占主要部分。此间，煤头企业尿素生产成本每吨普遍增加50元以上，这对尿素市场产生的影响就在于加剧小化肥企业停产甚至倒闭。据统计，在我国小氮肥企业中以煤为原料的约占70%，小氮肥企业因消耗高，效益差，

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产品结构单一，本来日子就不好过，煤炭价格的上涨对这些小氮肥企业来说更是雪上加霜；再加上从去年起大小型氮肥企业也享受免征增值税优惠政策，使得小氮肥原来的税优惠不复存在，使大多小氮肥企业亏损严重。目前，全国小氮肥中有相当一部分处于停产甚至倒闭状态。这些氮肥企业的停产和倒闭都将减少市场氮肥源的供给，从而推动尿素市场价格的上涨，这对大氮肥企业来说将是一个利好的现象。

2、化肥价格

国内市场的尿素价格主要受国家政策和粮食价格以及进口量的影响，1991 年以来，国内尿素的市场价格见表4-2。

表4-2 国内尿素市场价格（元/吨）

时间/年-月 1991 1992 1993 1994-05 1994-11 1995-11 1996-05 1996-11 1997-05 1997-11 1998-01 1998-12 1999-07 1999-12 2000-07 2001-05 2006-05 最高价 1200 1400 1600 1600 1680 2450 2490 2300 2000 1900 1900 1400 1400 1300 1250 1400 1750 最低价 800 850 900 1100 1200 1500 1780 1150 1500 1300 1300 1300 1300 1200 1190 1200 1500 备注 国内尿素价格自1997 年以来基本趋势下降，而国际价格同期基本上也是下降的，但2000 年上半年开始明显攀升。这表明，2000 年国内尿素市场价格变化趋势与国际价格相比有较大反差，这种反差是推动我国尿素出口的动力，因此2000 年尿素出口量有较大幅度的上升。

五、市场分析与预测

我国合成氨工业从建国以来，经过40多年的努力，现在已获得迅速发展，取得很大的成绩，产量排名世界第一，原料则采取气、油、煤并举，大、中、小型结合的方针，拥有多种多样的生产方法和流程。

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随着世界人口不断增长，用于制造化学肥料和其他化工产品的氨产量也在迅速增加，其中仅苏、中、美三个主要国家1989年生产的合成氨50．523Mt(以N计)。因此，经过近80年的发展，1992年世界合成氨的产量为92.363Mt(以N计)，在化工产品中仅次于硫酸，而居世界第二位，成为重要的支柱产业之一。

表5-1 1989年三个主要产氨国产量，Mt（以N计） 国 别 苏 联 中 国 美 国 产 量 20.00 17.977 12.546 合成氨工业在生产技术上也发生了重大变化。20世纪60年代，美国凯洛格（kellogg）公司首先利用工艺过程的余热副产高压蒸汽作为动力，相继建成日产600st(544.31t)和1000st(907.19t)的氨厂，实现了单系列合成氨装置的大型化，这是合成氨工业的一次重要突破。20 世纪70 年代，计算机技术应用于合成氨生产过程，使操作控制产生了质的飞跃。近年来，合成氨生产技术的改进在很大程度上是以降低能耗为目标的。以天然气为原料的日产1000t 的合成氨装置吨氨能耗已从70年代的40.19GJ下降到29.31GJ左右。其中有竞争能力的是美国布朗（S.F.Braun）公司深冷净化工艺、英国帝国化学工业公司AM-V工艺和美国凯洛格公司MEAP 工艺。

我国合成氨工业于 20 世纪30 年代起步，当时仅在南京、大连两地建有氨厂，最高年产不过50kt(1941年)，此外在上海还有一个电解水制氢生产合成氨的小车间。新中国成立后，经过数十年的努力，已形成了遍布全国、大中小型氨厂并存的氮肥工业布局，1999年合成氨产量为34310kt，排名世界第一。我国合成氨工业的发展是从建设中型氨厂开始的。20世纪 50年代初，在恢复与扩建老厂的同时，从前苏联引进以煤为原料、年产50kt 的三套合成氨装置1957年先后建成投产。在试制成功高压往复压缩机和氨合成塔后，标志着我国具有自力更生发展合成氨的工业条件，于是自行设计与自制设备，陆续建设了一批年产50kt的中型氨厂。60年代随着石油、天然气资源的开采，又从英国引进以天然气为原料的加压蒸汽转化法、年产100kt合成氨装置，并且从意大利引进以重油为原料的部分氧化法、年产50kt合成氨装置，从而形成了煤、油、气料并举的中型氨厂生产体系。迄今为止，我国已建成50多座中型氨厂。为了适应农业发展的迫切需要，1958年我国著名化学家侯德榜提出碳化法合成氨流程制取碳铵新工艺，从20 世纪60年代开始在全国各地建设了一大批小型氨厂，1979年最多时曾发展到1539座，2000年仍有600多家，其产量仍占我国合成氨产量的一半以上。20世纪70年代是世界合成氨工业大发展的时期，由于大型合成氨装置的优越性，我国陆续从国外引进并建成了29套年产300kt合成氨联产尿素的大型装置。这些大型合成氨装置的建成投产，

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不仅较快地增加我国合成氨产量和提高生产技术水平，而且也缩小了与世界先进水平的差距。此外，我国已经能自行设计年产300kt 级的大型合成氨联尿系统。第一套我国自行设计以石脑油为原料的年产年300kt合成氨装置于1980建成投产。而以天然气为原料的我国第一套年产200kt氨的国产化大型装置，于 1990 年在四川化工总厂建成，吨氨能耗已达到30.20GJ。

展望21世纪，合成氨装置将继续朝着大型化、集中化、自动化、低能耗与环境型的方向发展。并形成具有一定规模生产中心。单系列合成氨装置的能力将从1000——1350t/d提高至1500——2000t/d。预计21世纪以下技术可能实现突破并工业化： ①气体分布更均匀，阻力降更小、更合理的合成塔内件；②无毒、无害、吸收能力更强、再生能耗更低的净化技术；③ 采用低压（3.0——6.0MPa）高活性的氨合成催化剂，实现等压合成；④合成回路增设变压吸附系统，即在接近合成温度和压力条件下，选择一种对氨比对H2,N2更具有吸附能力和更强选择性的吸附剂，实现一次循环即获得纯氨产品以及未反应H2,N2再循环利用；⑤建立合成氨装置的精确的数学模型，采用APC技术，如模型多变量预估控制和在线优化控制。另外，生物固氮技术也有望在21世纪取得突破性进展，实现合成氨生产的革命性改变。

六、原材料、燃料、动力供应

1、原材料的供应

CO变换的任务是去除半水煤气中所含的CO，提供合成氨的原料。它是氨生产的重要部分。CO变换反应是在较高温度和较高压力及催化剂存在的条件下进行的。

2、燃料、动力供应

燃料主要为天然气，其主要的动力供应为电力，所以需配备相应的电力系统。

七、厂址选择及生产规模

1、厂址选择

厂址：重庆市晏家工业园区

重庆市晏家工业园区是重庆市人民政府批准的省（市）级特色工业园区，2004年进入全市前5名，成为“五个示范园区”之一。园区位于重庆市长寿区，具有完善的基础设施、便捷的交通网络、良好的自然条件、周到的政府服务、优惠的税费政策，是企业投资办厂的理想场所。

重庆市晏家工业园区位于重庆地区性中心城市——长寿区，地处重庆腹心地带，是重庆主城区通往三峡库区、华东、华中、湘西地区的必经之路，是重庆市人民政府批准

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的市级特色工业园区和重庆市“示范园区”，是长寿城市总体规划晏家组团的重要组成部分。控制面积达18平方公里，分区布置冶金及金属压延加工、机械制造、新型建材、电子电器等产业。 （1）突出的交通优势

渝长高速公路晏家互通式立交桥在园区内。沿高速公路西去重庆主城和江北机场仅50公里，距规划的重庆第二国际机场40公里。2007年底在长江南岸将新建一条经长寿、涪陵、丰都下万州接湖北利川的高速公路。2010年前将在原有二环路的基础上，再增一条环线高速公路。新增的“三环”路将把合川、铜梁、璧山、永川、綦江、南川、万盛、长寿、涪陵、武隆全部连接起来。该环线高速路全长400多公里。园区西南3公里有渝怀铁路长寿客货火车站和四川维尼纶厂铁路专线货运站，已投入使用。园区距重庆第三大港区——长江冯家湾深水港仅3公里，目前有一条二级公路直达港区。长3.7公里、宽54米的疏港大道正在修建，今年可完工。 3000吨单体船、万级吨船队全年可通达。近期总通过能力500万吨，远期总通过能力800—1000万吨，可实现江海联运。 园区是重庆市唯一一个具备水路、公路、铁路、航空近距离联运的工业园区，能确保大件产品、大宗货物便捷、低成本的运输。同时，园区500公里范围辐射人口达3亿人，是布局大工业产品的理想场所。 （2）良好的自然条件

园区地势平坦开阔，起伏较小，海拔高度多在260——290米，地质构造稳定，无滑坡、塌陷等不良地质用地，整个园区为城市建设适用地。贯通28.3平方公里，主要发展以天然气化工、精细化工、新材料等三大产业、六大产品链。有英国BP公司、日本三菱瓦斯、美国PC公司、云天化股份公司等32家大型企业入驻，投资额达200亿元。上述企业生产建设需要大量的密封件。 （3）多项扶持政策 3.1 用地政策

贵企业可在重庆市晏家工业园区以8万元/亩的价格征用已完成“七通（水、电、天然气、排污、道路、宽带、通讯）一平（土地平整）”的工业用地。 3.2 财税扶持

3.2.1 三峡库区优惠政策

3.2.1.1、三峡库区产业发展基金支持政策。国家自2004－2009年，每年安排5亿元人民币，总额30亿元，建立三峡库区产业发展基金，用于落户库区项目的建设补助或贴息。例如，落户园区的年产100万吨的润江水泥公司已享受了每年540万元的贴息政策。

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重庆工商大学毕业设计 50kt/a合成氨厂变换工段设计 园区每年已享受了总额1200万元的贴息。

3.2.1.2、后期扶持基金：从三峡发电收入中，按照0.005元/度.年的标准，每年7亿元，连续计提10年，用于扶持库区重点项目发展。

3.2.1.3、返还进口关税的政策：2007年前落户库区项目进口的自用设备及物资，可享受返还关税和进口环节增值税的政策。

3.2.1.4、市移民局、市对口资源办拟在重庆库区开展对口支援“321项目”工作，即在重庆库区选择30家已竣工投产的对口支援企业、20个已签约并正在做前期准备工作和10个拟正式签约的对口资源项目从政策、资金、措施等方面给予重点扶持和跟踪落实。本项目可纳入三峡库区321重点项目范畴，可申请专项扶持基金。正式文件有望在2006年出台。

3.2.2 、西部大开发优惠政策

企业属于国家鼓励类产业的内外资企业，从2001年至2010年减按15％的税率征收企业所得税。

3.2.3 、现行企业主要优惠政策

3.2.3.1、从2001年至2005年，凡列入国家级、市级开发的新产品，经鉴定投产后，按现行财政体制，由市、区县（自治县、市）财政安排补贴。补贴标准为：国家级新产品三年内、市级新产品两年内按新产品新增增值税地方留成部分的60％计算给予拨款补贴。

3.2.3.2、企业研究开发新产品、新技术、新工艺所发生的各项费用应逐年增长，增长幅度在10％以上的企业，可再按实际发生额的50％抵扣应交所得税。

3.2.3.3、企业为开发新技术、研制新产品所购置的试制用关键设备、测试仪器，单台价值在10万元以下的，可一次或分次摊入管理费用，其中达到固定资产标准的应单独管理，不再提取折旧。

3.2.3.4、企业进行技术转让，以及在技术转让过程中发生的与技术转让有关的技术咨询、技术服务、技术培训所得，年净收入在30万元以下的，暂免征企业所得税。 3.2.3.5、企业为验证、补充相关数据，确定完善技术规范或解决产业化、商品化规模生产关键技术而进行的中间试验，中试设备的折旧在国家规定的基础上加速30－50％。 3.2.3.6、国家认定的企业技术中心在合理范围内进口国内不能生产的科学研究用品，直接用于科学研究的免征进口关税和进口环节增值税、消费税。

3.2.3.7、符合国家产业政策的内资企业技术改造项目，购置的国产设备投资的40％可用于抵扣新增所得税。

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重庆工商大学毕业设计 50kt/a合成氨厂变换工段设计 3.3 园区优惠政策

3.3.1、 除执行西部开发的有关税收优惠政策，企业所得税统一按15%执行外，企业所得税、增值税、营业税的区级财政收入部分再给予优惠。

3.3.2企业所得税自投产年起，第一至第二年按区级财政分成部分的100%奖励，第三至第五年按区级财政分成部分的50%奖励。

3.3.3、增值税自实现销售之日起，第一年按总额的10%、第二至第三年年按总额的5%、第四至第五年按总额的2%奖励。

3.3.4、园区企业的建设项目综合规费每平方米10元，城市建设配套费每平方米20元。 3.4 融资条件好

3.4.1、园区已与交通银行、招商银行等多家银行达成了厂房按揭的建设模式。园区土地可实行等值贷款或超值贷款，确保企业购地成本最低并且能够获得更多的发展资金。 3.4.2、国家开发银行重庆分行和重庆市商业银行在长寿开展了中小企业信用担保贷款。通过重庆宏昌信用担保公司可获得国家开发银行单笔在3千万元以内的贷款。通过重庆晏家信用担保公司可获得重庆市商业银行在1千万以内的单笔贷款。 3.5 建设规费优惠政策

园区企业的建设项目综合规费每平方米10元，城市建设配套费每平方米20元。 （4）与重庆市主城区建设成本比较优势

4.1土地成本。与重庆主城区比较，100亩工业用地可节约成本1000万元以上。 4.2、基建成本。长寿区修建普通标准厂房及办公用房建设成本每平方米比主城区至少节约200元以上（即设计标准可按1000元/平方米，但建设费用只需800元/平方米），如修建4万平方米厂房可节约投资800万元。

4.3、规费成本。长寿与重庆主城区比较建设性规费每平方米减少100元以上，如修建4万平方米厂房建设可节约投资400万元。 以上三项可以让企业一次性投入减少2200万元 （5）长期运行成本的优势

5.1劳动力成本。长寿普通工人均月工资600元左右，比主城区平均少300元左右，按贵公司用普工100人计算，每年可节省工资支出36万元。 5.2运输成本

5.2.1、水路运输可将企业的运输成本降至最低标准。

5.2.2、园区已有中国长江航运集团公司、重庆钢铁集团的大型物流企业进入园区，可为入园企业提供优化服务，降低运输设备的投入和长期运行成本。

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重庆工商大学毕业设计 50kt/a合成氨厂变换工段设计 5.2.3、运营成本 --- 电力

大工业电价10KV以下，基本电价16元/千伏安.月。均价0.5元/度，峰电价0.8元/度，谷电价0.2元/度。 5.2.4、运营成本 --- 水

晏家工业园区工业用水每吨仅2.05元人民币。 5.2.5、运营成本 --- 天然气 （单位：元/立方米）

园区企业可选择重庆燃气集团、重庆渝川天然气公司、重庆凯源天燃气公司提供天然气，价格为1.2元/立方米左右，用气量可得到充分保障 （6）良好的投资服务

长寿行政审批实行“区规格、县体制”，具有多项独立的行政审批权。园区实行“一个窗口”对外“一站式”办公和“一条龙”服务的办事原则，企业所需办理的一切手续均可由园区管委会负责办理。 （7）完善的投资保障体系

除法律法规规定外，任何部门和单位未经区政府同意不得擅自进入园区影响和干扰企业的正常生产和经营。园区已实行经警24小时巡逻，能确保入园企业、投资者、工作人员的生命财产安全。 （8）优美的商住环境

长寿主城区正在由重庆协信集团和上海百年广场公司全力打造渝东地区品位最高的、面积最大、购物环境最好的大型购物广场，可满足在长各方人员的购物需要。同时，园区的生活服务区也由上市公司—渝开发公司进行规划建设，首期商住楼将于六月底动工兴建。该服务区建成后可成为工业园区的后花园，满足园区工作人员的基本需要。 （9）入园企业

园区从2003年3月开工建设以来，已正式入住园区的企业有66家，总投资达110亿元。正在洽谈且有投资意向的项目近15户，投资总额35亿元。

2、生产规模

本项目拟建年产5万吨氨的生产规模，主要考查的是合成氨变换工艺的设计与建设。

八、工程项目设计

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1、变换工段工艺流程的比较与选择

变换工艺流程设置，主要根据合成氨生产中的原料种类及各项工艺指标的要求、催化剂特性和热能的利用及脱除残余一氧化碳方法等综合考虑。

首先应依据原料气中CO含量高低来加以确定，CO含量高，应采用中温变换，这是因为中温变换催化剂操作温度范围较宽，而且价廉易得，使用寿命长。当CO含量高于15%时，须考虑反应器分为二段或三段。其次，是根据进入系统的原料气温度和湿含量，考虑气体的预热和增湿，合理利用余热。第三是将CO变换和脱除残余CO的方法结合考虑。如果CO脱除方法允许CO残余量较高，则仅用中温变换即可，否则，采用中变与低变串联，以降低变换气中CO含量。

（1）中温变换流程

中温变换工艺早期均采用常压，经节能改造，现在大都采用加压变换。加压中温变换工艺主要特点是：采用低温高活性的中变催化剂，降低了工艺上对过量蒸汽的要求；采用段间喷水冷激降温，减少了系统的热负荷和阻力，减小外供蒸汽量；合成与变换，铜构成第二换热网络，合理利用热能。其中有两种模式，一是“水流程”模式，二是“汽流程”模式。前者指在合成塔后设置水加热器以热水形式向变换系统补充热能，并通过变换工段设置的两个饱和热水塔使自产蒸汽达到变换反应所需的汽气比。后者在合成塔设后置式锅炉或中置式锅炉产生蒸汽供变换用，变换工段则设置第二热水塔回收系统余热供精炼铜液再生用；采用锅炉升温，革新了变换工段燃烧炉升温方法，使之达到操作简单、平衡、省时、节能效果。

三段加压中温变换工艺流程如图3-1所示。

半水煤气经脱硫后由压缩机加压后进入焦油过滤器除去半水煤气中的煤焦油等杂质，送入饱和塔下部，与自上而下的热水逆流接触，气体被加热，并被水蒸气饱和从塔顶出来，经蒸汽混合器，补加部分蒸汽，依次进入第一、第二热交换器，与反应后变换

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气换热，进入变换炉一段进行CO变换反应，再依次经过第二、第三段进行变换反应，使出变换炉的变换气中CO含量降至3%以下。在各段催化剂床层之间，装有冷激水喷头，以降低各段反应后气体的温度。出变换炉的变换气，依次进入第一、第二交换器，经第一水加热器加热由热水泵来的水，进入热水塔，在塔内变换气与自上而下的热水逆流接触，第二水加热器，加热送锅炉软水，最后经冷激塔，气体温度降至常温送碳化或脱碳工段。

系统中的热水在饱和塔、热水塔及第一水加热器中循环，定期排污及加水，保持循环水的质量和水平衡。

如果合成气最终精制采用铜洗和液氮洗流程，只需采用中温变换即可，若最后精制采用甲烷化流程，则经中温变换的气体脱除CO2后，还需精脱硫，使气体中总硫降至1mL/m3以下，再进行低温变换，使低变所中CO含量降至0.3%-0.5%，然后经过第二脱碳进入甲烷化炉，将残余CO和CO2除去。若中温变换串耐硫低温变换,就不需脱硫，可省去二次脱碳，并且高变气经过耐硫低温变换最终使CO降到0.3%-1%。

（2）中温变换串低温变换流程

中温变换串低变换流程，就是采用铁铬系中温变换催化剂后串铜锌系低温变换催化剂。由于铜锌催化剂对硫敏感，所以以煤或重油为原料制取的原料气在进行中温变换后，一般要经过湿法脱硫、一次脱碳、氧化锌脱硫后，才能进行，低温变换，最后还要二次脱碳，流程长、设备多、能耗大。对于以天然气为原料制气氨厂，由于在蒸汽转化前脱硫已很彻底，而且加入了大量蒸汽，所以中温变换后可直接进行低变换，流程比较简单。

天然气蒸汽转化制氨变换系统采用中温变换串低温变换工艺流程如图3-2所示。

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含CO13%-15%的原料气经废热锅炉降温，进入中变炉，因原料气中水蒸气含量较高，一般不需补加蒸汽，经反应后气体中CO降到3%左右，进入中变废热锅炉，被冷却，使锅炉产生饱和蒸汽，再经甲烷化炉进气预热器，冷却后进入低变炉，低变气残余CO降到0.3%-0.5%。该反应余热还可经脱碳贫液再沸器进一步回收利用。为了提高传热效果，可向气体中喷入少量水，使其达到饱和状态，这样，当气体进入脱碳贫液再沸器时，水蒸气很快冷凝，使传热系数增大。气体出变换系统后送往脱碳工段脱除CO2。

目前，这种流程主要差别在于中变废热锅炉的不同。大型合成氨厂可产生高压蒸汽，而中、小型合成氨厂产生中压蒸汽或预热锅炉给水。由于铜锌系催化剂对气体纯度要求高，总硫体积分数<0.1?10?6,氯体积分数<0.01?10?6,因而限制了使用范围。

20世纪80年代，为适用含硫较高的重油、煤、焦油制气的要求，科技人员在研制成功钴钼耐硫变换催化剂的基础上，开发了中变串低变工艺流程。所谓中变串低流程，即在铁铬催化剂后串一段钴钼耐硫变换催化剂，耐硫变换催化剂被用作低变催化剂放在中变炉最后一段，或者另设一低变炉串在中变炉中。

在图3-2中，在中变炉后增加一个低变炉，就成为一个中变串低变流程。从中变三段出口的变换气含有5%-7%的CO，经第一、第二热交换器降温回收热量后进入低变炉继续反应，使气体中CO降至1.5%,进入第一水加热器。其他流程相同。

与传统的中温变换流程相比，由于串入耐硫低变催化剂，使操作条件有所改变，主要是入炉半水煤气汽气比有较大幅度降低，为实现蒸汽自给提供了有力保证。另一方面变换气中CO含量由单一中变流程的3.0%-3.5%降至1.0%1.5%，减轻了铜洗和压缩的负荷，降低了合成氨半水煤气消耗，提高了原料的利用率。但存在设备腐蚀和低变催化剂反硫化问题。 （3）全低变流程

全低变流程是指不用中变催化剂而全部采用宽温区的钴钼系耐硫变换催化剂，进行一氧化碳变换的工艺过程。国内从1990年实现工业生，经过多年的实践已获成功，并在中、小型氨厂推广使用。

全低变流程的优点是：变换炉入口温度及床层内的热点温度均比中变炉入口及热点温度下降100-200℃，使变换系统在较低的温度范围内操作，有利于提高CO平衡变换率，在满足出口变换气中CO含量的前提下，可降低入炉蒸汽量，使全低变流程比中变及中变串低变流程蒸汽消耗降低。催化剂用量减少一半，使床层阻力下降。由于钴钼系催化剂耐高硫，对半水煤气脱硫指标放宽，但因氧化、反硫化及硫酸根、氯根、油等污染，使催化剂活性下降快，使用寿命相对较短，一般需在一段入口前装填脱氧、脱水保护层，

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重庆工商大学毕业设计 50kt/a合成氨厂变换工段设计 以保护低变催化剂。另外饱和塔酸腐蚀严重。

全低变生产流程如图3-3所示。

半水煤气首先进入系统的饱和热水塔，在饱和塔内与塔顶流下的热水逆流接触，两相间进行传热、传质，使半水煤气提温增湿。出饱和塔气体进入气体分离器分离夹带的液滴，并补充从主热交换器来的蒸汽，使汽气比达到要求，升温进入变换炉一段，经一段催化剂层反应，温度升高引出，在段间换热器与热水换热，降温后进入二段催化剂层反应，反应后的气体在主热功当量交换器与半水煤气换热，并经水加热器降温后进入三段催化剂层，反应后气体中CO含量降至1%-1.5%离开变换炉。变换气依次经第一水加热器、热水塔、软水加热器回收热量后进入冷凝器冷却至常温。

（4）中低低流程

中低低流程是在一段铁铬系中温变换催化剂后直接串二段钴钼系耐硫变换催化剂，利用中温变换的高温来提高中反应速率，脱除有毒杂质，利用两段低温变换提高变化率，实现节能降耗。这样充分发挥了中变催化剂和低变催化剂的特点，实现了最佳组合，达到了能耗低、阻力小、操作方便的理想效果。该流程与中变串低变相比，关键是增加了第一低变，填补了280-250℃这一中变串低变所没有的反应温区，充分利用了低变催化剂在这一温区的高活性。比全低变工艺操作稳定在于中低低工艺以铁铬系中变催化剂为净化剂，过滤煤气中氧和油污，起到了保护钴钼系耐硫催化剂的作用。

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中低低工艺流程如图3-4所示。

由压缩机来的半水煤气先进入系统的饱和塔，在塔内与塔顶流下的热水逆流接触进行热量与质量的传递，提高半水煤气的温度和湿度后进入蒸汽混合器，使汽气比达到0.4-0.45，经热交换器升温，进入一段中变催化剂床层。

进行反应（为调节一段中变入口温度，热交换器上应设置副线），气体温度升至460-480℃，CO含量为5%-15%，再依次进入热交换器、调温水加1，温度降至180-240℃，进入二段耐硫低变催化剂，反应后温度为260-300℃，再经调温水加2，降温至180-220℃，进入第三段耐硫低变催化剂，反应后温度为210-220℃，CO含量降至0.5%左右，再经水加热器，热水塔回收热量后，送入后工段。从热水塔底出来的热水由热水泵送入水加热器换热后，一部分直接进入饱和塔，另一部分经调温水加1调温水加2换热后，再进入饱和塔与半水煤气进行换热。

2 、CO变换工艺的主要设备选型

（1）变换炉

装有催化剂的变换器是变换反应的中心环节。根据原料气的组分，催化剂的性能，确定反应的段数及最适宜的温度，根据反应平衡的条件确定过量水蒸汽的数量。变换炉结构设计的合理与否，直接影响到合成氨原料气中CO含量的技术经济指标。对它的基本要求有一下几点：

1、变换炉的处理气量尽可能大；

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重庆工商大学毕业设计 50kt/a合成氨厂变换工段设计 2、气流的阻力小、气体在炉内分布均匀； 3、热损失小----这是稳定生产的生要条件；

4、结构简单，便于制造和维修，并能符合最适宜温度的分布。 一氧化碳中温变换的工艺流程，一般分为常压变换和加压变换两大类。 1．1、常压变换炉

半水煤气和蒸汽的混合物由顶部进入，经多也孔筛板均匀分布后，进入第一、第二层催化剂。冷凝液自设备中部进入蒸发层。为了防止冷凝液滴进入第三层催化剂，在蒸发层下部设有分离水的托盘。多余的冷凝液可通过管道排至器外。气体由托盘下的多孔板均匀分布，并通过第三、第四层催化剂后离开变换炉。中间间接换热的变换炉，中间不设水蒸发层，而将上下两段催化剂用钢板隔开，并将上段气体出口和下段气体的入口加大，其他部分相同。

上述流程是早期采用的流程，具有下列优点：

（1）变换器两段的催化剂及两段之间冷却气体的蒸发器均合并在一个设备内。 （2）采用了蒸发器，可获得部分蒸汽，有利于一氧化碳变换的平衡。要求严格控制喷洒用的冷凝液的质量，如含氯化物较多，可能积聚在第二段催化剂上，不但增加阻力，还会降低催化剂的活性。

（3）在饱和塔-热水塔系统中增设了一个水加热器，以充分回收变换气的显热。由于采用水加热器后，以提高热水温度，多产蒸汽。

（4）比原来的流程简单，操作控制方便。

这种流程希望半水煤气净化较好，并采用低温活性较好的催化剂。

变换炉为圆柱形，外壳由钢板制成。依靠设备外部的保温层，防止散热。在每层催化剂下面均有支承结构。在水蒸发器中装有钢制的填料。为了装卸填料与催化剂，设备的各层均用法兰连接。也有些变换炉不用法兰连接而从人孔进行装卸填料与催化剂。为了便于测量炉内各处温度，在炉壁上多处装有热电偶。

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1．2、中间间接冷却的加压变换炉

半水煤气及蒸汽由顶部进入。经过分布器进入第一、第二层催化剂（一段）。一段变换气经中间换热器或增湿器（加入冷凝液或水蒸汽）进入第三层催化剂（二段），变换气经底部分配装置后出变换炉。

加压变换炉与常压变换炉在结构上相似。主要不同之处是保温层改在炉内，以降低炉壁温度。保温层有两种结构：一种用耐热混凝土；另一种靠炉壁钢板处衬石棉板，外砌一层硅藻土砖，再砌一层轻质粘土砖。催化剂靠支架支承，支架上铺篦子板、钢丝网

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及耐火材料球。为了便于测量炉内各处温度，炉壁上多处装有热电偶。另外，炉壁上还配置有人孔与装卸催化剂的口。

加压变换系统有下列优点：

（1）加压下变换可以提高反应速度，变换催化剂的空间速度比常压下大一倍以上； a.由于气体体积大为缩小，设备要比常压变换小，布置紧凑； b.压缩煤气的动力可节省15%左右； c.可以省去煤气鼓风工段和变换气气柜； d.节省基建投资。 （2）饱和塔和热水塔 2．1、填料饱和塔和热水塔

从水加热器出来的变换气在常压变换时仍在100℃左右，并含有大量水蒸汽。因此，将其导入热水塔以回收其热量。热水塔的水送入饱和塔。热水塔在饱和塔之上，并用钢板隔开。塔为圆筒形。热水由顶部进入，通过分布板上许多斜口的溢流管向下喷淋，热水由底部经过一个水封流入饱和塔。饱和塔的构造与热水塔相似，填料层都是放置50*50*5瓷环。不同点是在顶部设有除沫层，填充25*25*3瓷环，以免气体中夹带水滴进入热交换器。饱和塔下部容积较大，兼作循环水的贮槽，并附有液面计。

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2．2、波纹板饱和热水塔

小型厂常用的另一种塔型----波纹板饱和热水塔。在饱和塔中设有11块波纹塔板，其开孔率由下至上逐渐增大。热水塔中设有5块塔板，开孔率是由下而上逐渐减小的。这主要是因为饱和塔中进行的是半水煤气增湿过程，气体由下而上逐渐被水蒸汽增湿，体积增大。而热水塔中，气体由下而上时，有足够的穿孔速度，从而形成良好的液体泡

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沫层，以强化气液接触过程，在同一塔中应根据沿塔高的气体量的变化来选用不同的孔径、孔间距和开孔率。 2．3、填料塔与波纹板塔比较

波纹板与填料塔相比，具有生产强度大、气液接触良好、阻力小等优点。但基于填料塔构造简单，操作稳定可靠，目前仍为一些厂所采用。

表6-1 几种类型饱和热水塔的结构情况 序号 1 工作压力 4.5-6大气压 主要结构情况 ?800,H11910毫米 上部饱和塔，波纹板11块 下部热水塔，波纹板5块 2 4．5-6大气压 填料塔，?1000毫米 H15900毫米。上部饱和塔 50?50?5及25?25?3瓷环4.5米，下部热水塔 50?50?5及25?25?3瓷环5米 3 常压 填料塔?3000毫米 H23870毫米 上部热水塔填料5米 下部饱和塔填料7米 填料规格 50?50?5及80?80?8瓷环

3、催化剂的比较与选择

（1）中温变换催化剂 1．1、组成和性能

中温变换催化剂含Fe2O380%?90%,Cr，并有少量的K2O、MgO和?11%2O37%Al2O3等成分。活性组分是Fe2O3，使用前需将Fe2O3还原为Fe3O4。Cr2O3为促进剂，可与Fe3O4形成固溶体,高度分散于活性组分Fe3O4晶粒之间,使催化剂具有更细的微孔结构和更大的比表面积,从而提高催化剂的活性和耐热性,延长使用寿命。添加剂K2O可提高催化剂的活性，MgO和Al2O3能增加催化剂的耐热性，MgO还具有良好的耐硫性能。

1．2、还原与氧化

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中温变换催化剂中Fe2O3需经还原成Fe3O4才具有活性，通常用H2或CO在一定温度下进行还原，其主要反应为：

3Fe2O3?H2?2Fe3O4?H2O 3Fe2O3?CO?2Fe3O4?CO2

由于还原反应为放热反应，还原时要严格控制H2和CO的加入量，以避免温度急剧升高，而影响催化剂的活性。同时要加入适量水蒸气，以防Fe3O4被一步还原成Fe，发生过度还原现象。当催化剂中含有硫酸根时，会被还原成硫化氢（放硫），使中温变换串低温变换流程中后面的低变催化剂中毒。因此在中变催化剂的还原过程，应严防硫化氢进入低变催化剂。

活性组分Fe3O4在50-60℃以上十分不稳定，遇氧即被氧化，且是剧烈放热反应。 4Fe3O4?O2?6Fe2O3

因此，在生产中要严格控制原料气中的氧含量在系统停车检修时，先用水蒸气或氮气降低催化剂温度，同时，通入少量空气使催化剂缓慢氧化，在表面形成一层Fe2O3保护膜后，才能与空气接触，这一过程为催化剂的钝化。 1．3、催化剂的中毒与衰老

在变换生产中，主要是原料气中的硫化物引起催化剂的中毒，使其活性下降，其反应如下：

Fe3O4?3H2S?H2?3FeS?4H2O

由于CO变换时将大部分的有机硫转化为硫化氢，从而使催化剂受大量H2S毒害，然而，反应是一个可逆放热反应，属于暂时性中毒，当增大水蒸气用量、降低原料气中

H2S含量，催化剂的活性即能逐渐恢复。但是，这种暂时中毒如果反复进行，也会引起催化剂微晶结构发生变化，而导致活性下降。原料气的灰尘及水蒸气中的无机盐等物质，均会使催化剂的活性显著下降造成永久性中毒。

促使催化剂活性下降的另一个生要因素是催化剂的衰老。所谓衰老，是指催化剂经过长期使用后活性逐渐下降的现象。使催化剂衰老的原因有：长期处于高温下，逐渐变质；温度波动，使催化剂过热或熔融；气流不断冲刷，破坏了催化剂表面状态；操作不当，半水煤气中氧含量高和带水等。 （2）低温变换催化剂 2．1、组成和性能

目前工业上应用的低温变换催化剂均以氧化铜为主，以过还原后具有活性的 组分是细小的铜微晶。但单纯的铜微晶在操作温度下极易烧结，导致微晶增大，比

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面积减小，活性下降和寿命缩短。为此，在催化剂中加入氧化锌、氧化铝、氧化铬等添加物。作用是将铜微晶有效的分隔起来，提高其稳定性。根据添加物不同，低温变换催化剂可分为铜锌、铜锌铝和铜锌铬三种。其中，铜锌铝型性能好，生产成本低，且无毒。

ZnO32%2b.?低温变换催化剂的组成范围为CuO152%（高铜催化剂可达42%）、

、

Al2O330%?40.5%。

2．2、还原和氧化

低温变换催化剂用H2或CO进行还原，其反应如下： CuO?H2?Cu?H2O?g? CuO?CO?Cu?CO2

氧化铜的还原反应是强放热反应，而低温变换催化剂对热比较敏感，因此，必须严格控制还原条件，将催化剂层的温度控制在230℃以下。

还原后的催化剂与空气接触，产生如下反应：

1 CuO?O2?CuO

2如果与大量空气接触，放出的反应热将使催化剂超温烧结，因此，停车取出催化剂前，应先通入少量氧气逐渐将其氧化，在催化剂表面形成一层氧化铜保护膜，才能与空气接触。这一过程成为催化剂的钝化。钝化方法用氮气或蒸汽将催化剂层的温度降至150℃，然后在氮气或蒸汽中配入0.2%的氧，在温升不大于50℃情况下逐渐提高氧的浓度，直到全部切换为空气时，钝化结束。

2．3、催化剂的中毒

低温变换催化剂对毒物十分敏感。引起催化剂中毒或活性降低的物质有冷凝水、硫化物和氯化物。变换系统气体中，含有大量水蒸气，为避免冷凝水的出现，低变温度一定要高于该条件下气体的露点温度。

硫化物主要来自原料气和中变催化剂的“放硫”，它使低温变换催化剂永久中毒。当催化剂硫含量达1.1%，催化剂就基本失去了活性。所以必须对原料气精细脱硫，使H2S含量小于1cm3/m3，并保证“放硫”安全。一般低变炉上部装有ZnO，用来进一步脱硫。

氯化物是对低变催化剂危害最大的毒物，当催化剂中氯含量达0.01%时，就明显中毒；当氯含量为0.1%时，催化剂的活性基本丧失。氯主要来源于水蒸气，为了保护催化剂，要求水蒸气中氯含量小于0.01。

中温变换催化剂的工业操作条件

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重庆工商大学毕业设计 50kt/a合成氨厂变换工段设计 中变4-2号 中变6号 中变9号 1．温度范围℃ 2．变换炉入口气体温度℃ 3．蒸汽：煤气中CO 4．空间速度，小时-1 常压 加压（10kg/cm2以上） 380-500 >380 3-5 300-400 380-480 >360 3-4 300-500 350-450 300-350 3-4 300-500 800-1500 注：空间速度是以煤为原料制得的半水煤气的数据

4、工艺参数的选择

实际生产中，反应不可能达到平衡，变换工艺参数的选择除了考虑平衡CO含量外，还要考虑反应速率、催化剂使用特性以及系统的生产能力、原料和能量消耗等，以期达到良好的技术经济指标。CO变换反应的工艺参数包括温度、压力、空速、汽气比、惰性气体含量和初始CO含量等。 （1）温度

根据化学平衡移动原理，升高温度可促使反应平衡向左方移动，降低温度反应便向右方移动。因此，反应温度愈低，愈有利于变换反应的进行。但降低反应温度必须与反应速度和催化剂的性能一并考虑。对于一氧化碳含量较高的半水煤气，开始反应时，为了加快反应速度，一般在较高的温度下进行，而在反应的后一阶段，为了要使反应比较完全，就必须使反应温度降低一些，工业上一般采用两段或三段中温变换就是根据这一概念确定的。对于一氧化碳含量为2—4％的中温变换后的气体，就只需要在230℃左右，用低温变换催化剂进行一段变换。反应温度与催化剂的活性温度有很大的关系，一般工业用的变换催化剂低于某一温度反应便不能正常进行，但高于某一温度也会损坏催化剂，因此，一氧化碳变换反应必须在催化刘的适用温度范围内选择优惠的工艺条件。 （2）压力 压力对变换反应的平衡几乎没有影响，但加压可提高反应速度和催化剂的生产能力，可采用较大的空间速度，使设备紧凑，有利于过热蒸汽回收。由于干原料气的物质的量小于干交换气物质的量，所以，先压缩原料气进行加压变换的能耗，比常压变换后再压缩变换气的能耗低15%-30%，但加压变换需用压力较高蒸汽，对设备材质要求高。 （3）汽气比

增加水蒸汽量，有利于提高CO的平衡变换率，降低CO残余含量，加快反应速率，

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为此生产上均采用过量水蒸气。过量水蒸气的存在，抵制了析炭及四烷化的副反应发生，保证了催化剂活性组分Fe3O4的稳定而不被过度还原，同时还起到载热体的作用，使催化剂床层温升减小。所以，改变水蒸气用量是调节床层温度的有效手段。

但是水蒸气用量是变换过程中最主要的消耗定额，为了达到节能降耗的目的，工业生产中应在满足变换工艺要求的前提下，习题降低水蒸气消耗。降低水蒸气用量，一方面要采用新型低温活性催化剂，使反应在低温下进行，降低反应的汽气比。另一方面要合理地确定CO最终变换率或残余CO量，催化剂层段数要合适，段间要冷却良好。加强余热的回收利用均可降低蒸汽消耗。中温变换操作适宜的汽气比为1.5-4，经中温变换后气体中的汽气比可达15以上，不必再加蒸汽即可直接进行低温变换。

九、环境保护和对“三废”的治理方案

1、三废的处理

环境保护是我国的一项基本国策，它不仅是保护人类赖以生存的自然环境，而且也保护了人类自身。根据建设项目“三同时”（环保设施同时设计，同时施工，同时投产）的要求，必须对本工段产生的“三废”（废水，废气，废渣）进行必要的综合治理。

（1）废水处理

按照国家环境保护局1992年颁发的≤合成氨工业污水污染物排放标准≥排放。 （2）废气处理

本工段严格来说不存在废气处理问题，但是难免存在NH3的泄露，一旦出现就可能造成事故问题，所以，应该引起重视，防止废气的产生。

（3）废渣处理

由于催化剂的中毒和衰老几乎是无法避免的，所以就存在废渣的处理问题。

2、噪声处理

按照工业企业噪声卫生标准（试行草案）的规定：工业企业的生产车间和作业场所的工作地点的噪声标准为85dB，现有工业企业经过努力暂时达不到标准是，可适当放宽，但不得超过90dB。一般解决噪声控制问题，首先应从减少、减弱噪声振动源着手；其次，对已产生的噪声振动采取防治措施。具体防治措施如下。

（1）建筑布局 合理规划和布局，将噪声大的厂房用绿化带与其他厂房隔开一定距离。

（2）采用消声器 利用消声器使声波在消声器里经过膨胀、摩擦、扩散、反射、吸收等作用使声能大大衰减。常用的有阻性消声器，抗性消声器，阻抗复合性消声器。 （3）吸声与隔声 在厂房内表面装置吸声材料，或者在室内悬挂空间吸声体，吸收

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一部分声音，另外在机器上用隔声罩，或操作室采取隔声门、墙、割断声音的传播，也能收到一定的防治效果，压缩机操作室一般采用这种方法。

十、劳动保护和安全生产

1、劳动保护

化工生产过程具有易燃、易爆、易中毒、高温、高压、有腐蚀等特点，因而必须高度重视劳动安全保护，制定并采用完整可行的劳动保护职工的人身安全和健康，是职工能安心工作。

2、安全生产

化工生产中易出现安全事故问题，常见的安全事故有生产事故（生产过程中由于违反工艺规程、岗位操作规程或操作不当等造成原料、半成品或成品损失的事故）、设备事故（生产过程中各种设备、仪表、管道、建筑物等由于各种因素造成损失或减产的事故）、工伤事故、火灾事故、爆炸事故、交通事故。造成事故的原因主要有劳动组织不正确；工作制度不合理；人员分工不恰当；工作地点、通道不良；设备、管线、装置、电器仪表等平面布置图不合理；违反工艺技术操作规程；操作人员的培训教育程度不够，不能胜任工作。因此，为了安全生产，必须找到可能发生事故的隐患，给予高度重视，并制定相关的生产制度，严格执行，力争消除事故的发生。

某些气体及可燃物蒸汽的爆炸极限 物质名称 爆炸极限/% 物质名称 爆炸极限/% 下限 上限 下限 上限 氢 4.0 75.6 甲烷 5.0 15.0 氨 15.0 28.0 汽油 1.4 7.6 一氧化碳 12.5 74.0 煤油 0.7 5.0 二硫化碳 1.0 60.0 乙酸 4.0 17.0 乙炔 1.5 82.0 硫化氢 4.3 45.0 甲醇 5.5 36.0 乙醇 3.5 19.0 混合气体爆炸极限 名称 成分 爆炸极限 CO2 水煤气 半水煤气

6.2 7.0 O2 0.3 0.2 CO 39.2 32.0 H2 49.2 40.0 CH4 2.3 0.8 N2 3.0 20.0 下限 上限 6.9 8.1 69.5 70.5 第 29 页 （共 31 页）

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中小氮肥厂常见的有毒气体在车间内允许的最高浓度见下表：

车间空气中有毒气体的最高允许浓度 物质名称 一氧化碳 氨 硫化氢 甲醇 氧化氮二硫化碳 （换算成NO2） 最高允许浓度/（mg/m3） 30 30 10 50 5 10 保证车间有毒气体不超标的主要措施如下。

① 消除跑冒滴漏，按无泄氨工厂标准进行设备和管道的管理，使泄露率降到2‰以下，力争达到万分之五以下。 ② 加强车间内通风。

③ 按照≤化肥生产安全技术规程≥的规定，定点、定期进行尘毒检测，有条件应设置毒物自动分析报警装置，及时发现及时消除。

十一、结论

经过全面的研究和考察，年产5万吨合成氨变换工段工艺设计在技术上可行，在经济上合理。

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参考文献

[1] 中国石化集团上海工程有限公司编《化工工艺设计手册》[M].第3版上册.化学

工业出版社.2002年

[2] 陈五平主编.《无机化工工艺学(一)》 [M]合成氨 .第2版.化学工业出版社.1995

年05月

[3] 刘镜远主编.《合成氨工艺技术与设计手册》[M].化学工业出版社.2002年01月

第1版

[4] 姜圣阶等编著.《合成氨工学》[M]第二卷.合成氨原料气的净化.石油化学工业出

版社.1976年03月第1版

[5] 姜圣阶等编著.《合成氨工学》[M]第三卷.石油化学工业出版社.1977年12月第

1版

[6] 大连工学院译遍.《日产千吨氨厂操作手册》[M].1975年06月 [7] 林立波等主编.《合成氨生产工艺》[M].化学工业出版社.2006年2月

[8] 梅安华等主编.《小合成氨厂工艺技术与设计手册》[M].化学工业出版社.1994年

10月

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