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北京理工大学珠海学院毕业设计（论文）开题报告题目：年产5万吨合成氨变换工段工艺初步设计学院：化工与材料学院专业：化学工程与工艺学生姓名：代玉凤指导教师：李青云一、研究的现状及其意义合成氨，别名氨气，分子式为NH3，英文名：syntheticammonia，是由氮和氢在高温高压和催化剂存在下直接合成的氨。世界上的氨除少量从焦炉气中回收副产物外，绝大部分是合成的氨。氨在常温、常压下为无色气体，比空气轻，具有特殊的刺激性臭味，较易液化。当温度25℃、压力1MPa时，气态氨可液化为无色的液氨。氨气易溶于水，溶解时放出大量的热。液氨或干燥的氨气对大部分物质不腐蚀，在有水存在时，对铜、银、锌等金属有腐蚀。氨是一种可燃性气体，自燃点为630℃，故一般较难点燃。【1,2】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。液氨常用作制冷剂。【3】1.国外生产现状目前世界上合成氨主要专利供应商有丹麦哈德尔-托普索、德国伍德公司和美国KELLOGGBROWN&ROOT。在美国市场，合成氨生产商的利润大大减少，主要是因为近两年来的天然气价格上涨，在美国合成氨成本中，天然气的成本约占80％。DonaldH.Lauriente咨询公司总裁DonaldLaurente认为，到2003年底，天然气的价格将会上涨25％～30％。来自国外，尤其是特立尼达岛的大量廉价商品的涌入，也造成美国氨市场价格下滑，生产商的利润受到很大损害。美国BlueJohnson&Association公司的总裁ThomasBlue称，美国合成氨工厂的开工率一直随着天然气价格的波动而变化。1997年以来，由于合成氨的利润微薄，造成11家合成氨厂关闭，关闭生产能力达3700万吨/年，约占美国总生产能力的18％。在加拿大也有两家合成氨厂由于效益问题而关闭，关闭的生产能力为48万吨/年，约占加拿大总生产能力的8％。但是在天然气价格相对便宜的地区，如加勒比海地区、中东、北非洲和东南亚地区也增加一批生产装置。【4,5】在未来的10年中，估计世界对合成氨的需求的年平均增长率为2％～3％。在未来的三年中，除中国以外的地区生产能力的年平均增长率估计约为1.75％，到2005年的总生产能力可以达到1.3亿吨/年。2.国内生产现状我国合成氨工业的生产始于20世纪50年代，但生产规模都很小，合成氨单系列装置的生产能力最大仅为4万吨/年，氨加工产品主要为碳酸氢铵，产量满足不了市场的需求。为了满足市场快速增长的需求，70年代，我国建设了一批中型氮肥生产装置，合成氨单系列装置的生产能力达到6-12万吨/年，主要氨加工产品为尿素或硝酸铵，大部分装置采用我国开发的以无烟煤为原料的固定层气化技术。随着现代农业的快速发展，高浓度化肥的市场需求不断增加，为了满足需求，增加生产能力，我国先后引进了30套以油、天然气和煤为原料的30万吨/年合成氨装置。除此之外，我国还自行研究设计制造了以轻油为原料的生产能力为30万吨/年的合成氨生产装置。【6】目前，我国有合成氨生产企业600多家，2001年生产能力在30万吨/年以上的生产厂家有18家，新疆乌鲁木齐石油化工总厂是目前我国最大的合成氨生产厂家。我国合成氨主要生产厂家产量情况为：新疆乌鲁木齐石油化工总厂（2000年产量为71.31万吨/年，2001年产量为65.34万吨/年）、甘肃宁夏石化分公司（2000年产量为48.26万吨/年，2001年产量为55.47万吨/年）、四川泸天化集团有限公司（2000年产量为52.92万吨/年，2001年产量为52.39万吨/年）等等。【7,8】20世纪90年代以来，随着我国化学工业的不断发展，合成氨的产量也不断增加。1990年我国合成氨的产量为2129万吨/年，1999年增加到3452万吨/年，为历史最高记录，比1990年增长62%。2001年我国合成氨的产量为3408万吨，同比增长1.3%。近几年我国合成氨的产量情况为：1998年产量为3189万吨/年，1999年产量为3452万吨/年，2000年产量为3363万吨/年，2001年产量为3408万吨/年。【9】合成氨是重要的无机化工产品之一，除液氨可直接作为肥料外，农业上使用的氮肥，例如尿素、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。合成氨是重要的化工产品,被广泛的应用于农业、工业、国防、医药、冶金等方面,在国民经济中具有十分重要的意义。【10】参考文献[1]陈五平：《合成氨工艺学》[M]，北京化学工业出版社，1996，第131-167页。[2]王文善：《根据我国经济状况，促进氮肥工业的健康发展》[C],北京化工工业出版社，2004，第1-4页。[3]张成芳：《合成氨工艺与节能》[M]，上海华东化工学院出版社，1988，第62-66页。[4]侯引平：《中小型合成氨装置的变换工艺》[D]，中国优秀硕士学位论文全文数据库，2005，第1-4页。[5]梅安华：《小合成氨厂工艺技术与设计手册》（上册）[M],化学工业出版社1995年3月第一版，第730-785页。[6]黄文璐，王保国：《化工设计》[M]，北京化学工业出版社，2000，第143-150页。[7]夏清，陈常贵：《化工原理》[M]，天津大学出版社，2006，第50-85页。[8]李国庭，陈焕章：《化工设计概论》[M]，北京化学工业出版社，2008，第236-239页。[9]钱伯章，朱建芳：《合成氨催化剂的现状和发展》[J]，《小氮肥》2007，第22-38页。[10]陈钟秀，顾燕飞，胡望明：《化工热力学》[M]，北京工业出版社，2006，第302-305页。二、研究目标、研究内容和拟解决的关键问题1.研究目标根据北京理工大学珠海学院下达的任务书，依据教科书实例，结合现在合成氨工业实际,最终让学生掌握物料衡算、设备工艺计算、撰写设计说明书及绘制流程图等设计程序，通过毕业设计的训练，使学生树立起具有符合国情和生产实际的正确的设计思想和观点；树立起严谨、负责、实事求是、刻苦钻研、勇于探索并具有创新意识及与他人合作的工作作风。2.研究内容基本要求：要求学生能够综合运用所学的基本理论进行物料衡算和工艺计算，能够按标准选择辅助设备的型号，绘制带控制点流程图、主要设备结构图、物料衡算图等。具体设计内容：生产方法的选择、生产原理、生产工艺条件的论证、生产工艺流程。具体包括：工段各设备的物料衡算、工段各设备的热量衡算、设备的工艺计算（包括中温废热锅炉，中变炉，主换热器，调温水换热器，低变炉几个主要设备的选型、设备的直径以及列管数量、管长等）、工艺设备一览表、各物料进、出管管径确定等。3.拟解决的关键问题在合成氨生产中，不论以固体、液体或气体为原料，所得到的合成氨原料气中都含有CO，其体积分数一般为12%-40%。CO可使氨合成触媒中毒，对生产极为不利必须除去。而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，变换工段中CO含量的控制是关键。三、研究的基本思路和方法、技术路线、实验方案及可行性分析本设计选用中串低工艺进行CO变换过程。转化气从转化炉进入废热锅炉，在废热锅炉中变换气从920℃降到330℃，在废热锅炉出口加入水蒸汽使汽气比达到3到5之间，以后再进入中变炉将转换气中一氧化碳含量降到3%以下。再通过换热器将转换气的温度降到180℃左右，进入低变炉将转换气中一氧化碳含量降到0.3%以下，再进入甲烷化工段。中低变串联流程中，主要设备有中变炉、低变炉、废热锅炉、换热器等。低变炉选用C6型催化剂，计算得低变催化剂实际用量10.59m3。以上设备的选择主要是依据所给定的合成氨系统的生产能力、原料气中碳氧化物的含量以及变换气中所要求的CO浓度。天然气变换工段工序是合成氨生产中的第一步，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。所以，必须控制一定的工艺条件，使转化气的组成满足工艺生产的要求。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。因此，本设计的可行性很大。四、研究计划及进度安排学期周数具体任务第七学期18确定论文（设计）题目19-20下达任务书，毕业设计（论文）环节开始运行。21查阅并阅读毕业设计题目相关的文章，每人不少于10篇；翻译1篇英文文献；写出开题报告草稿。第八学期1交开题报告，开题报告要按照学校规定撰写。2-5完成计算书（主要包括物料衡算和热量衡算）6中期检查6-7完成说明书（包括任务书提及的主要内容）8-10绘图（共3张图）11-12整理论文成册1本，交老师检查，合格后打印三本（评阅老师1本，学院2本）13答辩五、指导教师意见：指导教师：年月日六、工作小组审查意见：工作小组组长：年月日