甲烷合成氨

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

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

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

毕业设计

题目名称 年产10万吨合成氨变换脱碳

甲烷化工序设计

化学工程系

系别

专业/班级 应用化学09101班 学学

生 孙 毅 号 41309117

、解鹤（助教） 指导教师（职称） 顾海平（副教授）

宁夏理工学院毕业设计（论文）

摘 要

氨是重要的无机化工产品之一，在国民经济中占有重要地位。在农业方面，氨主要用于制造氮肥和复合肥料。工业上，氨是重要的无机化学和有机化学工业基础原料。氨是由氮气与氢气在一定温度、压力、以及催化剂条件下反应生成。本设计是以天然气为原料年产十万吨合成氨的变换脱碳与甲烷化工序的设计。

我国是传统的农业大国，对氨的需求量很大，更多合成氨厂的建立对农业的发展尤为重要。通过比较，选择了以天然气为原料合成氨的工艺流程，因为天然气是一种洁净环保经济的优质能源，几乎不含硫、粉尘和其他有害物质，能从根本上改善环境质量，以天然气为原料合成氨耗能较少，运输方便，而且现在以天然气为原料合成氨的工艺已经很成熟，我国的天然气储量也比较丰富。本设计主要流程如下：

原料气转化→变换→脱碳→甲烷化

本设计主要阐述了国内外合成氨工业的现状及发展趋势，介绍了合成氨变换工序的流程、

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

合成氨题库

合成氨工段压缩题库

一、单项选择：

1、径向轴承供油压力（ b ）

a、0.9～1.3×105pa b、0.3～1.3×105pa 2、推力轴承供油压力（ a ）

a、0.9～1.3×105pa b、0.3～1.3×105pa 3、透平和压缩机通油后（ b ）分钟可启动盘车。

a、30 b、60

4、压缩机氮气置换时，分析氧含量（ a ）以下，为氮气置换合格

a、0.5% b、1.0%

5、蒸汽透平启动时，（ b ）下旋开车手轮，建立跳车油。

a、顺时针 b、逆时针 6、建立真空时，应先开（ a ），再开（ b ）。

a、蒸汽阀 b、空气阀 7、停真空时，应先关（ b ），再关（ a ）。

a、蒸汽阀 b、空气阀

8、机组开车时，停止盘车运行（ a ）内机组必须冲转

毕业设计

题目名称 年产10万吨合成氨变换脱碳

甲烷化工序设计

化学工程系

系别

专业/班级 应用化学09101班 学学

生 孙 毅 号 41309117

、解鹤（助教） 指导教师（职称） 顾海平（副教授）

宁夏理工学院毕业设计（论文）

摘 要

氨是重要的无机化工产品之一，在国民经济中占有重要地位。在农业方面，氨主要用于制造氮肥和复合肥料。工业上，氨是重要的无机化学和有机化学工业基础原料。氨是由氮气与氢气在一定温度、压力、以及催化剂条件下反应生成。本设计是以天然气为原料年产十万吨合成氨的变换脱碳与甲烷化工序的设计。

我国是传统的农业大国，对氨的需求量很大，更多合成氨厂的建立对农业的发展尤为重要。通过比较，选择了以天然气为原料合成氨的工艺流程，因为天然气是一种洁净环保经济的优质能源，几乎不含硫、粉尘和其他有害物质，能从根本上改善环境质量，以天然气为原料合成氨耗能较少，运输方便，而且现在以天然气为原料合成氨的工艺已经很成熟，我国的天然气储量也比较丰富。本设计主要流程如下：

原料气转化→变换→脱碳→甲烷化

本设计主要阐述了国内外合成氨工业的现状及发展趋势，介绍了合成氨变换工序的流程、

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 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