合成氨联产甲醇工艺

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浅议合成氨联产甲醇及双甲工艺

20世纪60年代末，合成氨联产甲醇在我国实现工业化，这是世界化肥史上的一项新创举，这一新创举不仅使合成氨在节能降耗有了新发展，同时使化肥厂改变了产品结构，增加了产品种类，增强了市场应变能力。从此联醇工艺进入了合成氨工业变革的史册。

联醇工艺是以合成氨生产中需要清除的CO、CO2及原料中H2为原料，合成有较高经济价值的化工产品甲醇。增设联醇后，联醇前原料气中CO、CO2含量提高，这样节省了变换与脱碳的能耗，醇后气中CO、CO2含量下降，减少了原料气精制的消耗，这样可使合成氨的成本有明显的降低，所以联醇工艺是合成氨工艺发展中的一种优化的净化组合工艺。20世纪90年代，随着我国市场经济的发展，一批生产规模偏小、产品品种单一的小化肥厂，适应不了市场的变化，被迫停产。而部分增设了联醇的厂，灵活调整甲醇、液氨、碳铵的产量，满足市场的变化，走出了困境。

联醇工艺又是我国早起甲醇工业的重要组成部分，迄今为止它的产量仍占我国目前甲醇总产量的1/3，且它的灵活产量调节技能可起到稳定甲醇市场的作用。由于合成氨厂在我国星罗棋布，可为燃料甲醇和二甲醚供应创造很好的布局。过去的联醇工艺多数是用于老厂的改造，利用老厂的条件。相对单纯装

毕业论文（设计）

2012 届

题目合成氨合成工段工艺

专业

学生

学号

小组成员

指导教师

完成日期2012-04-10

毕业论文（设计）任务书班级日期2012-04-10

1、论文（设计）题目：合成氨合成工段工艺

2、论文（设计）要求：

（1）学生应在教师指导下按时完成所规定的容和工作量，最好是独立完成。（2）选题有一定的理论意义与实践价值，必须与所学专业相关。

（3）主题明确，思路清晰。

（4）文献工作扎实，能够较为全面地反映论文研究领域的成果及其最新进展。（5）格式规，严格按系部制定的论文格式模板调整格式。

（6）所有学生必须在月日之前交论文初稿。

3、论文（设计）日期：任务下达日期2011年12月10日

完成日期2012 年4 月10日

4、指导教师签字：

毕业论文（设计）成绩评定

报告

毕业论文答辩及综合成绩

合成氨合成工段工艺

摘要：在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。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，这

以煤为原料合成氨

1概述

氨（Ammonia，旧称阿莫尼亚）是重要的无机化工产品之一，在国民经济中占有重要地位。农业上使用的氮肥，除氨水外，诸如尿素、硝酸铵、磷酸铵、氯化铵以及各种含氮复合肥都是以氨为原料生产的。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。

合成氨指由氮和氢在高温高压和催化剂存在下直接合成的氨。别名氨气，分子式为NH3，英文名：synthetic ammonia。世界上的氨除少量从焦炉气中回收外，绝大部分是合成的氨。

合成氨主要用于制造氮肥和复合肥料。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。

铵根离子 ：NH4 ；其中氮的化学价为+ 3 ；NH3是氨气。

+

1.1发现和历史

1.1.1怎样固氮——问题浮出水面

氨（Amonia），分子式NH3，1754 年由英国化学家普里斯特利（J.Joseph Priestley）加热氯化铵和石灰石时发现。1784 年，法国化学家贝托雷（C.L.Bertho

合成 第一章 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

31H2?N2?NH3?Q 22氨合成的化学反应式如下：

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

1、 平衡常数 氨合成反应的平衡常数Kp可表示为： Kp=

p(NH3)

P1.5(H2)?p0.5(N2)式中p(NH3)、p(H2)、p(N2)-----为平衡状态下氨、氢、氮的分压。

由于按合成反应是可逆、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，因此平衡常数增大。

2、平衡氨含量 反应达到平衡时按在混和气体中的百分含量，称为平衡氨含量，或称为氨的平衡产率。平衡氨含量是给

? 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

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

? 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