合成氨aspen模拟课程设计

合成氨课程设计报告

应用化学1101班

张 超 1115020131

1.概述

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。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。

氨主要用于农业,合成氨是氮肥工业的基础，氨本身是重要的

氮素肥料，其他氮素肥料也大多是先合成氨、再加工成尿素或各种铵盐肥料，这部分约占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、制药、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”。

世界合成氨技术的发展经历了传统型蒸汽转化制氨工艺、低

能耗制氨工艺、装置单系列产量最大化三个阶段。根据合成氨技术发展的情况分析, 未来合成氨的基本生产原理将不会出现原则性的改变, 其技术发展将会继续紧密围绕“降低生产成本、提高运行周期, 改善经济性”的基本目标, 进一步集中在“大型化、低能耗、结构调整、清洁生

化学化工学院 课程设计说明书

太 原 理 工 大 学 课 程 设 计 任 务 书 课程设计题目： 年产20万吨合成氨合成工段工艺设计 课程设计要求： 设计采用中压两级分氨流程，年产20万吨合成氨合成工段的工艺设计。设计配有设计说明书一份，图纸二张。说明书内容：原料气来源、流程方案的确定、物料衡算、热量衡算、设备选型及设计计算、车间布置、三废”治理及综合利用。二张图纸：1.带控制点的合成工段物料流程图； 2.中压合成塔的工艺装配图。 学生应交出的设计文件（纸质及电子版）： 1.设计说明书（首页附设计任务书） 2.工程设计图（CAD版） （1）主要设备图 （2）工艺流程图 主要参考资料（电子版）： 一．手册 1. 小合成氨厂工艺技术与设计手册(上册)，化学工业出版社，1994。 2. 小合成氨厂工艺技术与设计手册(下册) 梅安华主编，化学工业出版社，1994。 3. 氮肥工艺设计手册 气体压缩 氨合成 甲醇合成，化学工业出版社，1989。 4. 氮肥工艺设计手册 理化数据分册，石油化学工业出版社，1977。 二．参考文献 1中国环球化学工程公

第三章 合成氨生产技术

知识目标 ? 了解氨的性质、用途、贮存和合成氨技术的发展，原料气制备的主要设备； ? 理解制气、净化和氨合成的基本原理及工艺参数条件分析方法，各种催化剂的组成和使用条件； ? 掌握不同原料的制气方法、特点和条件，原料气净化方法、特点和要求，氨合成工艺控制条件、及工艺流程图的阅读分析和合成塔的结构特点。 能力目标 ? 能分析、判断和选择合成氨制气、净化、合成的工艺条件； ? 能阅读和绘制合成氨生产工艺流程图以及设备简图； ? 能进行合成氨生产过程中有关物料、热量衡算及原材料消耗、生产能力等工艺计算能力。 第一节 概述

氨是化学工业中产量最大的产品之一，是化肥工业和其他化工产品的主要原料。现约有80%的氨用于制造化学肥料，除氨本身可用作化肥外，可以加工成各种氮肥和含氮复合肥料，如尿素、硫酸铵、氯化铵、硝酸铵、磷酸铵等。可以生产硝酸、纯碱，含氮无机盐等。氨还被广泛用于有机化工、制药工业、化纤和塑料工业以及国防工业中。因此，氨在国民经济中占有重要地位。目前氨是由氮气和氢气在高温、高压和催化剂作用下直接合成而

摘 要

合成氨变换工段工序是合成氨生产中的重要一步，也是较为关键的一步，因为能否正常生产出合格的压缩气，是后面的所有工序正常运转的前提条件。因此，必须控制一定的工艺条件，使转化气的组成，满足的工艺生产的要求。

在本设计中，首先介绍中低温变换的意义，然后根据已知的气体组成，操作条件，采用了中变串低变的工艺流程路线。首先对中，低变进行了物料和热量衡算，确定催化剂最佳温度曲线，催化剂用量，高度，根据计算结果对主要设备选型，最终完成了本设计的宗旨。设计中一共有中变炉、主换热器、低变炉几个主要设备，并且还对中变炉进行了机械强度的计算及校核。最后根据设计结果，绘制出合成氨中-低变换工艺的带控制点的流程和主要设备图。

关键词：中-低温变换；一氧化碳；变换炉；

1

Abstract

Section of synthetic ammonia transformation process is an important step in ammonia production, is more crucial step, because a normal production of qualified compressed air, is

合成氨试题（9月份）

1. 氨在常温下为无色气体，具有刺激性气味，能灼伤皮肤、眼睛，刺激呼吸道黏膜。

2. 液氨密度0.1013MPa，-33.4℃，0.6818kg/L，挥发性很强，汽化热较大。 3. 氨极易溶于水，溶解产生大量的热。氨的溶解度呈弱碱性，易挥发。 4. 合成氨是放热体积缩小的可逆反应，其反应热不仅与温度有关还与压力和组成有关。

5. 合成氨反应过程中，H2S会引起铁系催化剂永久性中毒。 6. 合成塔的外筒主要承受高压。 7. 氨的分子量是17.

8. NH3的生成化学方程式N2＋3H2=2NH3 9. 标准状况下，NH3的自然点是630℃. 10. 升温对吸热化学反应有利。

11. 氨可以和Hg形成爆炸性混合物. 12. 压缩机升压时先升速，后升压。

13. 甲烷，NH3是导电性差的物质，它们在设备或管道内高速流动或发生泄漏外喷时产生静电荷积累，放电产生火花，发生爆炸。 14. 在常温.常压下一个体积水能溶解600体积NH3.

15. 应用化学平衡移动原理可知，降低温度.提高压力有利于氨的形成。 16. 影响平衡氨含量的主要因素有.：压力.温度.氢氮比.惰性气体含量。

17. 氨合成反应是可逆

合成氨工业

基本无机化工之一。氨是化肥工业和基本有机化工的主要原料。从氨可加工成硝酸，现代化学工业中，常将硝酸生产归属于合成氨工业范畴。合成氨工业在20世纪初期形成，开始用氨作火炸药工业的原料，为战争服务;第一次世界大战结束后,转向为农业、工业服务。随着科学技术的发展，对氨的需要量日益增长。50年代后氨的原料构成发生重大变化，近30年来合成氨工业发展很快。

世界合成氨工业概况 ①生产能力和产量。合成氨是化学工业中产量很大的化工产品。1982年，世界合成氨的生产能力为125Mt氨,但因原料供应、市场需求的变化，合成氨的产量远比生产能力要低。近年，合成氨产量以苏联、中国、美国、印度等十国最高，占世界总产量的一半以上(表1[ 世界合成氨主要生产国产量(kt)])。②消费和用途。合成氨主要消费部门为化肥工业，用于其他领域的（主要是高分子化工、火炸药工业等）非化肥用氨，统称为工业用氨。目前,合成氨年总消费量(以N计)约为78.2Mt，其中工业用氨量约为10Mt，约占总氨消费量的12％。③原料。合成氨主要原料有天然气、石脑油、重质油和煤等。1981年，世界以天然气制氨的比例约占71％,苏联为92.2％、美国为96％、荷兰为100％；中国仍以煤、焦炭

? 一、设计题目：年产（8+n）万吨合成氨工艺设计（工艺1班，n为学号最后1位数字，分精制、变换、合成等工段）

? ?

二、设计条件（变换工段）： 1、原料（半水煤气）规格：

组成 H2 N2 CO CO2 CH4 O2 Σ V%（干） 38.0 22.0 30.0 8.3 1.5 0.2 100.0 半水煤气入系统（入饱和塔）温度为：50℃

? 2、产品规格

? 出变换工序气体中CO≤3.5%（干）；变换气出系统温度35℃ ? 3、生产方式：加压变换

? 半水煤气进系统压力：0.8MPa；系统压差0.05MPa ? 4、地区条件：家乡所在地 ? 5、催化剂型号：型号自选

? 6、其他条件：外加蒸汽1.0MPa饱和或过热蒸汽（过热温度为300℃） ? 7、年生产日：330天

二．吸收塔和解析塔的物料衡算和热量衡算

通过Aspen plus运行可知：

2.1物料衡算 物质 A B C D G H I MoleFlow 2853.62 1763.50665 kmol/hr MassFlow 54965.8191 35326.1545

陕西能源职业技术学院

毕业设计

课题名称 导师 课题来源 课题 内容 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、能量合算 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 课题进度 基本条件要求 按化工设计要求进度进行 职称 年产10吨小合成氨厂中温变换工段工艺设计 类型 化工工艺设计 1. 入工序气体流量3500Nm3/h（干基）压力：2.0Mpa 温度：40℃ 2.入口气体组分：CO%=32.5% CO2%=6.5% H2%=41.5% N2%=18% CH4%=1.0% O2%=0.5%(体积比) 3. 出口气体组分：CO%=2%（体积比）

变换工艺设计说明书

设计题目 年产10吨小合成氨厂中温变换工段工艺设计 课题来源 年产10吨小型合成氨厂变换工段 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

? 一、设计题目：年产（8+n）万吨合成氨工艺设计（工艺1班，n为学号最后1位数字，分精制、变换、合成等工段）

? ?

二、设计条件（变换工段）： 1、原料（半水煤气）规格：

组成 H2 N2 CO CO2 CH4 O2 Σ V%（干） 38.0 22.0 30.0 8.3 1.5 0.2 100.0 半水煤气入系统（入饱和塔）温度为：50℃

? 2、产品规格

? 出变换工序气体中CO≤3.5%（干）；变换气出系统温度35℃ ? 3、生产方式：加压变换

? 半水煤气进系统压力：0.8MPa；系统压差0.05MPa ? 4、地区条件：家乡所在地 ? 5、催化剂型号：型号自选

? 6、其他条件：外加蒸汽1.0MPa饱和或过热蒸汽（过热温度为300℃） ? 7、年生产日：330天

二．吸收塔和解析塔的物料衡算和热量衡算

通过Aspen plus运行可知：

2.1物料衡算 物质 A B C D G H I MoleFlow 2853.62 1763.50665 kmol/hr MassFlow 54965.8191 35326.1545

? 一、设计题目：年产（8+n）万吨合成氨工艺设计（工艺1班，n为学号最后1位数字，分精制、变换、合成等工段）

? ?

二、设计条件（变换工段）： 1、原料（半水煤气）规格：

组成 H2 N2 CO CO2 CH4 O2 Σ V%（干） 38.0 22.0 30.0 8.3 1.5 0.2 100.0 半水煤气入系统（入饱和塔）温度为：50℃

? 2、产品规格

? 出变换工序气体中CO≤3.5%（干）；变换气出系统温度35℃ ? 3、生产方式：加压变换

? 半水煤气进系统压力：0.8MPa；系统压差0.05MPa ? 4、地区条件：家乡所在地 ? 5、催化剂型号：型号自选

? 6、其他条件：外加蒸汽1.0MPa饱和或过热蒸汽（过热温度为300℃） ? 7、年生产日：330天

二．吸收塔和解析塔的物料衡算和热量衡算

通过Aspen plus运行可知：

2.1物料衡算 物质 A B C D G H I MoleFlow 2853.62 1763.50665 kmol/hr MassFlow 54965.8191 35326.1545