年产12万吨合成氨合成工段的工艺_毕设论文.doc

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1、年产12万吨合成氨合成工段的工艺引言液氨称为无水氨，是一种无色液体。具有强烈刺激性气味，极易气化为气氨。相对密度0.667g/cm,相对分子质量17.03，沸点-33.33℃，溶点-77.7℃，爆炸极限为15.7%—27%（体积分数），液氨在工业上应用广泛，而且具有腐蚀性，容易挥发。合成氨是化学工业的基础，也是我国化学工业发展的重要先驱。其产量居于各种化工产品的首位，同时是能源消耗的大户。氨产品分为农业用氨和工业用氨两大类。农业用氨主要用于生产尿素、硝铵、碳铵、硫酸铵、氯化铵、磷酸一铵、磷酸二铵、硝酸磷肥等多种含氮化肥产品。用于

2、生产尿素和碳铵的消费量约占合成氨总消费量的75%，用于生产硝铵、氯化铵等其他肥料的合成氨约占合成氨总消费量的15%；工业用氨主要用于生产硝酸、纯碱、丙烯腈、己内酰胺等多种化工产品，占总消费量的10%。合成氨生产的原料在20世纪末是以气体燃料和液体燃料为主。近年来，固体原料的比重大幅上涨。合成氨传统生产方法是在低温下将空气液化并分离制取氮，氢气则由电解水制取或在高温下将各种燃料与水蒸气反应制得。由于这两种制氢法能耗大，成本高，因此未能在工业中得到应用，因此，迫切需要改进生产工艺，降低成本，提高经济效益。世界合成氨的技术发展经历了传

3、统型蒸汽转化制氨工艺阶段、低能耗制氨工艺阶段、装置单系列产量最大化阶段。未来合成氨的基本生产原理将不会出现原则性的改变，其技术发展将会紧紧围绕“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、清洁生产、长周期运行”等方面进行技术的研究开发。54第1章概述1.1研究背景1.1.1氨的性质①物理性质常温常压下，氨是一种具有特殊刺激性气味的无色气体，有强烈的毒性。空气中含有0.5%（体积分数）的氨，就能使人在几分钟内窒息而死。在0.1MPa、-33.5℃，或在常温下加压到0.7到0.8MPa

4、，就能将氨变成无色液体，同时放出大量的热量。氨的临界温度为132.9℃，临界压力为11.38MPa。液氨的相对密度为0.667g/cm（20℃）。若将液氨在0.101MPa压力下冷至-77.7℃，就能凝结成略带臭味的无色结晶。液氨容易气化，降低压力可急剧蒸发，并吸收大量的热。氨极溶于水，可制成含氨在15%至30%（质量分数）的商品氨水。氨溶解时放出大量的热。氨的水溶液呈碱性，易挥发。②化学性质氨的化学性质活泼，能与酸反应生成盐。如与磷酸反应生成磷酸铵；与硝酸反应生成硝酸铵；与二氧化碳反应生成氨基甲酸铵，脱水后成为尿素；与二氧化碳

5、和水反应生成碳酸氢铵。在有水的条件下，氨对铜、银、锌等金属有腐蚀作用。氨的自燃点为630℃。氨与空气或氧按一定比例混合后，遇火能爆炸。常温常压下，氨在空气中的爆炸极限为15.5%到28%，在氧气中为13.5%到82%。1.1.2氨的用途①制造化学肥料的原料氨是重要的氮素肥料，农业上使用的所有氮肥、含氮混合肥和复合肥，都是以氨为原料。其它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。在氮肥需求量中，尿素约1850×10t，折实物量约4020×10t.加上工业用尿素，国内市场对尿素的总需求量为4100×10t实物量。预计近几

6、年全国氮肥生产对合成氨的需求量每年约4750×1054t；其它方面（主要是浓硝酸和铵盐等）的需求量，估计将以每年5%的速度增长，需要合成氨约550×10t.现在有87%的氨用来制造化肥，其余均为生产其它化工产品的原料。②生产其他化工产品的原料基本化学工业中的硝酸、纯碱、含氮无机盐，有机化学工业中的含氮中间体，制药工业中的磺胺类药物、维生素、氨基酸、化纤和塑料工业中的己内酰胺。己二胺、人造丝、丙烯腈、酚醛树脂等都需要直接或间接以氨为原料。③应用于国防工业和尖端技术中作为制造三硝基甲苯、三硝基苯酚、硝化甘油、硝化纤维等多种炸药的原料

7、；作为生产导弹、火箭的推进剂和氧化剂。④应用于医疗、食品行业中作为医疗食品行业中的冷冻、冷藏系统的制冷剂。1.2合成氨生产基本过程和特点合成氨生产具有传统产业和现代技术的双重特征，其生产工艺具有能量消耗高、技术要求高、高度连续化、生产工艺典型的特点。合成氨生产过程包括以下几个主要生产工序。①原料气的制备工序其任务是制备生产合成氨所用的氢、氮原料气。除电解水外，不论用何种原料制取的氢、氮原料气，都含有硫化物、一氧化碳、二氧化碳等杂质。这些杂质不但能腐蚀设备，还能使氨合成催化剂中毒。因此，把原料气送入合成塔之前，必须进行净化处理，除

8、去各种杂质，获得纯净的氢、氮原料气。②脱硫程序用脱硫剂除去原料气中的硫化物。③变换工序利用一氧化碳与蒸汽作用，生成氢和二氧化碳的变换反应，除去原料气中大部分一氧化碳。④脱碳工序在变换工序之后，原料气中含有较多的二氧化碳，其中既有原料气制备过程生成的，也有变换生成