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产
20
万
吨
氨
的
生
产
工
艺
设
计目录
摘要 1
第一章 概述 2
1.1 氨的发现与合成 2
1.2 氨的物化性质 2
1.3氨的用途 3
1.4合成氨的原料 3
第二章 合成氨的工艺确定 4
2.1 电化学方法常压合成氨 4
2.2 常温常压流光放电合成氨 4
2.3 天然气合成氨 5
2.4 生物固氮合成氨 5
第三章 原料气的净化 6
3.1 湿法脱硫 6
3.2 一氧化碳变换 6
3.3 二氧化碳的脱除 7
3.4原料气的精制 8
3.4.1铜氨液吸收法 8
3.4.2甲烷化法 9
3.4.3深冷液氨洗涤法 10
第四章 合成氨的基本原理及工艺操作条件 11
4.1氨合成的基本原理 11
4.2合成氨的工艺操作条件 11
4.2.1反应温度 11
4.2.2 反应压力 12
4.2.3空间速度 14
4.3催化剂 15
4.3.1催化剂的组成和作用 15
4.3.2催化剂的还原和使用 16
第五章 合成氨的工艺流程及设备 18
5.1合成氨的工艺流程 18
5.2 合成氨的主要设备 19
5.2.1 氨合成塔 19
第六章 合成塔的物料衡算和热量衡算 21
6.1 物料衡算 21
6.2 热量衡算 23
第七章 合成氨的发展方向 26
7.1 节能降耗 26
7.2 提高运转率 26
7.3 产品结构 26
致谢 27
参考文献 28
附图一 29
附图二 30
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。
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,用量约占世界氨产量的12%。氨还应用于国防工业和尖端技术中,制作三硝基苯酚、硝化甘油、硝化纤维等多种炸药都消耗大量的氨。生产导弹、火箭的推进器和氧化剂,同样也离不开氨。还可以作冷冻、冷藏系统的制冷剂。
本设计是以氮气和氢气为原料,用合成法制备氨气。文章中主要介绍了氨气的产生、发展、用途和行业特点,还介绍了氨气的合成方法、原理、工艺参数、工艺流程以及主要设备等,并对主要设备进行了物料衡算和热量衡算。同时优化了工艺流程,选择了最适宜的工艺参数和合成设备,并展望了合成氨的发展前景。
关键词:氮气 氢气 合成氨 氨合成塔
第一章 概述
1.1 氨的发现与合成
氨是1754年普里斯特利(Priestley)加热氯化铵和石灰混合物时发现的。1784年,伯托刊确定氨有氮和氢组成。
19世纪中叶,随着炼焦工业兴起,副产焦炉气中除氢、甲烷等主要组成外,尚有少量氨可以回收,但因回收的氨量不能满足需求,促使人们研究将空气的游离态氮转变成氨的方法。
1901年,昌查得利第一个提出氨的合成条件时高温、高压并采用适当的催化剂。随后哈伯(Haber)和能斯特(Nernst)从化学热力学角度研究了高压下氨的合成和分解,并在一定压力下采用催化剂进行氨的合成实验。
1.2 氨的物化性质
氨在标准状态下是无色气体,比空气密度小,具有刺激性气味,会灼烧皮肤、眼睛,刺激呼吸气管粘膜。空气中氨质量分数在0.5%~1.0%时,就能使人在几分钟内窒息。
氨的相对分子质量为17.03,沸点(0.1013MP)-33.35℃,,冰点-77.7℃,临界温度132.4℃,临界压力11.28MPa。液氨的密度(0.1013MPa、-33.4℃)为0.6813kg/L。标准状态下气氨的密度7.714×10-4kg/L.摩尔体积22.08L/mol。液氨挥发性很强,气化热较大。氨极易容易水,可生成含氨15%~30%(质量分数)的商品氨水,氨溶解时放出热。
氨与空气或氧的混合物在一定范围内能够发生爆炸,常压、常温下的爆炸范围分别为15.5%~28%和13.5%~82%。
氨的化学性质较活泼,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;于二氧化碳反应生成氨基甲酸氨,脱水后生成尿素;二氧化碳和水反应生成碳酸氢铵等等。氨水溶液呈弱碱性,但在有水存在的条件下,对铜、银、锌等金属有腐蚀作用。
1.3氨的用途
氨主要用来制造化学肥料,也作为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、纤维素、氨基酸、化纤和塑料工业中的己内酰胺、己二胺,甲苯二异氰酸酯、人造丝、丙烯、酚醛树脂等,都需要直接或间接以氨为原料。
氨还应用于国防工业和尖端技术中,制作三硝基苯酚、硝化甘油、硝化纤维等多种炸药都消耗大量的氨。生产导弹、火箭的推进器和氧化剂,同样也离不开氨。还可以作冷冻、冷藏系统的制冷剂。
1.4合成氨的原料
合成氨,首先需要含氢气和氮气的原料气。氮气来源于空气,可以在低温下将空气液化分离而得,也可制氢过程中加入空气,氮的生产大多采用后者。
氢气的主要来源是水、碳氢化合物中的氢元素以及含氢的工
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