日产千吨合成氨蒸汽转化工段工艺设计

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1、课程设计设计题目日产千吨合成氨蒸汽转化工段工艺设计学生姓名徐超学号专业班级化学工程与工艺12-2班指导教师王百年2016年3月13日29目录摘要2关键词2第一章前言21.1中国合成氨行业概况21.2合成氨生产的基本过程31.3氨的主要用途41.4甲烷蒸汽转化制合成气概述51.4.1生产方法51.4.2工艺原理51.4.3转化催化剂和反应动力学71.4.4工艺流程和主要设备9第二章工艺计算122.1设计条件122.2物料衡算132.2.1物料衡算主要方程式132.2.2物料衡算基准142.2.3一段转化炉物料衡算162.2.4二段转化炉物料衡算192.3能量衡算212.3

2、.1已知数据212.3.2计算过程222.4管径计算23第三章总结及致谢27参考文献2829摘要：本设计以天然气为原料通过水蒸气转化法制合成气，为日产千吨合成氨提供原料气。设计文件由设计说明书，工艺流程图和厂区平面布置图组成。设计内容包括工艺路线设计，物料衡算，热量衡算，管道确定。工艺路线通过一段蒸汽转化和二段加水蒸汽工艺空气氧化联合转化过程。设计中通过平衡温距法计算一二段炉进出口物料组成以及通过物料流量及相关资料计算进出口管径，同时对一段炉进行能量衡算。关键词：天然气水蒸气物料衡算平衡温距法能量衡算初步设计第一章前言1.1中国合成氨行业概况氨是最为重要的基础化工产品之

3、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。未来合成氨技术进展的主要趋势是“大型化、低能耗、结构调整、清洁生产、长周期运行”。中国合成氨产量位居世界第一位，现已掌握了以焦炭、无烟煤、焦炉气、天然气及油田伴生气和液态烃多种原料生产合成氨、尿素的技术，形成了特有的煤、石油、天然气原料并存和大、中、小生产规模并存的生产格局。2013年，中国合成氨总生产能力为7400万吨左右，氮肥工

4、业已基本满足了国内需求；在与国际接轨后，具备与国际合成氨产品竞争的能力，今后发展重点是调整原料和产品结构，进一步改善经济性。中国目前有中型合成氨装置55套，生产能力约为500万吨/年；其下游产品主要是尿素和硝酸铵。其中以煤、焦为原料的装置有34套，以渣油为原料的装置有9套，以气为原料的装置有12套。目前，中国有小型合成氨装置700多套，生产能力约为3000万吨/年；其下游产品主要是碳酸氢铵，但现有已有112套经过改造后开始生产尿素。29中国合成氨生产装置原料以煤、焦为主；其中以煤、焦为原料的占总装置的96％，以气为原料的仅占4％。中国引进大型合成氨装置的总生产能力为10

5、00万吨/年，只占中国合成氨总产能的1/4左右，因此可以说我国合成氨行业对外依赖性并不高。中国自行研发了多套工艺技术，促进了氮肥生产的发展和技术水平的提高，如合成气制备、CO变换、脱硫脱碳、气体精制和氨合成技术[1-2]。1.2合成氨生产的基本过程合成氨工艺流程叙述：(1)原料气制备将煤和天然气等原料制成含氢和氮的粗原料气。对于固体原料煤和焦炭，通常采用气化的方法制取合成气；渣油可采用非催化部分氧化的方法获得合成气；对气态烃类和石脑油，工业中利用二段蒸汽转化法制取合成气。(2)净化对粗原料气进行净化处理，除去氢气和氮气以外的杂质，主要包括变换过程、脱硫脱碳过程以及气体精

6、制过程。①一氧化碳变换过程在合成氨生产中，各种方法制取的原料气都含有CO，其体积分数一般为12%~40%。合成氨需要的两种组分是H2和N2，因此需要除去合成气中的CO。变换反应如下：CO+H2O=H2+CO2ΔH=-41.2kJ/mol由于CO变换过程是强放热过程，必须分段进行以利于回收反应热，并控制变换段出口残余CO含量。第一步是高温变换，使大部分CO转变为CO2和H2；第二步是低温变换，将CO含量降至0.3%左右。因此，CO变换反应既是原料气制造的继续，又是净化的过程，为后续脱碳过程创造条件。各种原料制取的粗原料气，都含有一些硫和碳的氧化物，为了防止合成氨生产过程催

7、化剂的中毒，必须在氨合成工序前加以脱除，以天然气为原料的蒸汽转化法，第一道工序是脱硫，用以保护转化催化剂，以重油和煤为原料的部分氧化法，根据一氧化碳变换是否采用耐硫的催化剂而确定脱硫的位置。工业脱硫方法种类很多，通常是采用物理或化学吸收的方法，常用的有低温甲醇洗法(Rectisol)、聚乙二醇二甲醚法(Selexol)等。粗原料气经CO变换以后，变换气中除H2外，还有CO2、CO和CH4等组分，其中以CO2含量最多。CO2既是氨合成催化剂的毒物，又是制造尿素、碳酸氢铵等氮肥的重要原料。因此变换气中CO2的脱除必须兼顾这两方面的要求。一般采