合成氨合成工段工艺12解释.doc

目录 1绪论 1 1.1怎样固氮 1 1.2氨从实验室到工业生产 1 1.2.1艰难的探索 1 1.2.2哈伯终成正果 1 1.3氨工业化后的发展 2 2氨的合成 3 2.1原料气来源 3 2.1.1 煤气的生成 3 2.1.2天然气制氨 3 2.1.3重质油制氨 4 2.3氨合成反应的特点和催化剂 4 2.3.1氨合成反应的特点 4 2.3.2氨合成铁系催化剂 4 2.4最佳工艺条件的选择 5 2.4.1压力 6 2.4.2温度 6 2.4.3空间速度 6 2.4.4合成塔入口气体组成 6 2.5合成氨工艺流程 6 3工艺过程设计 8 3．1 估算传热面积 8 3.1.1查取物行数据 8 3.1.2 热量衡算 8 3.1.3 确定换热器的材料和压力等级 8 3.1.4 流体通道的选择 8 3.1.5 计算传热温差 8 3.1.6 选K值，估算传热面积 9 3.1.7 初选换热器型号 9 3.2 计算流体阻力 10 3.2.1 管程流体阻力 10 3.2.2 壳程流体阻力 10 3.3 计算传热系数，校正传热面积 11 3.3.1 管程对流给热系数 11 3.3.2 壳程对流传热系数α0 11 3.3.3 计算传热系数 11 3.3.4 计算传热面积 12 4节能措施 14 5世界合成氨工业近期进展及前景展望 15 6总结 17 参考文献 18 致 谢 19 1绪论 1.1怎样固氮 氨（Ammonia），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.Berthollet）确定了氨是由氮和氢组成的。从那以后很长一段时间，氨的主要来源是氮化物，而氮化物的主要来源是自然界中的硝石矿产。 19 世纪以来，人类步入了现代化的历程。随着农业的发展，氮肥的需求量在不断提高；同时随着工业的突飞猛进，炸药的需求量也在迅速增长。1809 年，在智利发现了一个很大的硝酸钠矿产地；但是面对人类不断膨胀的需求，自然界的生物和矿产资源毕竟有限。然而全世界无论何处，大气的五分之四都是氮，如果有人能学会大规模地、廉价地把单质的氮转化为化合物的形式，那么，氮是取之不尽、用之不竭的。因此将空气中丰富的氮固定下来并转化为可被利用的形式，成为一项受到众多科学家注目和关切的重大课题，而合成氨，作为固氮的一种重要形式，也变成了19 至20 世纪化学家们所面临的突出问题之一。 1.2氨从实验室到工业生产 1.2.1艰难的探索 氨的合成反应式：N2+3H2=2NH3 合成氨的化学原理，写出来，不过这样一个方程式；但就是这样一个简单的化学方程式，从实验室研究到最终成功、实现工业生产，却经历了约150 年的艰难探索。在此期间，曾有不少著名的化学家踏上了合成氨的研究之路，但他们的最终结局却都是无功而返。 1795 年，曾有人试图在常压下进行氨合成，后来又有人在50 个大气压下试验，结果都失败了。19 世纪下半叶，物理化学的巨大进展，使人们认识到由氮、氢合成氨的反应是可逆的，增加压力将使反应推向生成氨的方向，提高温度会将反应移向相反的方向，然而温度过低又使反应速度过小；催化剂对反应将产生重要影响。这实际上就为合成氨的试验提供了理论指导。 1.2.2哈伯终成正果 在合成氨研究屡屡受挫的情况下，德国物理化学家F·哈伯（Fritz Haber）知难而进，对合成氨进行了全面系统的研究和实验，攻克了这一令人生畏的难题。 由于哈伯和博施的突出贡献，他们分别获得1918、1931 年度诺贝尔化学奖金。其他国家根据德国发表的论文也进行了研究，并在哈伯-博施法的基础上作了一些改进，先后开发了合成压力从低压到高压的很多其他方法（表1-1）。 名称 合成压力（a) 年份 开发国家 哈伯-博施法 20.3 1913 德国 克劳德法 100.3 1917 法国 卡塞莱法 70.9-80.1 1920 意大利 佛瑟法 30.4 1921 意大利 蒙特·赛尼斯-伍德法 10.1-15.2 1921 德国 氮气工程公司法 30.4 1921 美国 1931～1932年度世界氨产量（以N 计） 来源 产量（） 比例（%） 煤气副产氨水 472 15.3 氰化法 10 0.3 合成氨法 2609 84.4 20—30 年代，甲烷蒸汽转化制氢已研究成功。50 年代，天然气、石油资源得到大量开采，由于以甲烷为主要组分的天然气便于输送，适于加压操作，能降低氨厂投资和制氨成本，在性能较好的转化催化剂、耐高温的合金钢管相继出现后，以天然气为原料的制氨方法得到广泛应用。接着，抗积炭的石脑油蒸汽转化催化剂研制成功，缺乏天然气的国家采用了