年产三十万吨合成氨合成工段工艺设计毕业论文
年产30万吨合成氨脱碳工段工艺设计
（签字）
年月日
注：本表可根据内容续页。
六．进度安排及参考文献
1．进度安排
2013.10-------2013.12工厂实习，采集数据
2014.2.23-------2014.3.08查阅文献，选定脱碳工艺方案，准备开题
2014.3.10-------2014.4.10脱碳工段主要装置工艺计算
2014.4.10-------2014.5.10绘制脱碳塔、脱水塔、氨冷器设备图，脱碳工段工艺流程图，脱碳工段车间平面图
电耗×10-6／KJ
1.302
1.1
1．016
冷却水／m3
15
80
70
综合能耗×10-6／KJ
2.725
5.233
4.186
①注：以氨计。
4．NHD脱Βιβλιοθήκη 脱碳技术通过比较，我选择的是NHD脱硫脱碳技术，它是一种新型的低能净化工艺。NHD溶剂的主要成分为聚乙二醇二甲醚的混合物，属于物理吸收溶剂.该工艺适用于天然气为原料的氨厂，也可用于以煤为原料，硫化物和二氧化碳含量较高的氨合成气、甲醇合成气等气体的净化。其优点有：吸收气体能力强、净化度高。溶剂的化学稳定性和热稳定性好，不氧化、不降解、不起泡，溶剂蒸汽压极低，使用过程中挥发损失少，运行中不需添加消泡剂、活化剂，生产运行稳定，操作方便，且运行及维修费低。NHD溶液无毒、挥发少、对环境无污染。溶剂无腐蚀性，吸收能力强。
四．在毕业设计中我要完成的任务
1.绘制脱碳塔氨冷气、脱水塔设备装配图、NHD脱碳系统带控制点流程图、脱碳车间平面布置图
2.对主要设备作物料衡算和热量衡算
五．本课题的研究目标和意义
通过对本课题的研究，对现在生产过程中的各种脱碳方法的研究和比较，对脱碳工段各个单元生产指标的计算和对比，可以对以往所学的专业知识进行全方位的巩固和梳理，将所学到的理论知识完全应用到生产实践上。本课题的目的是为了寻找出一套合理的脱碳工艺，以获得较高纯度的净化气，提高二氧化碳的回收率，简化合成氨脱碳流程，降低生产能耗，达到生产的较高经济效益指标。
【毕业设计】年产30万吨合成氨工艺设计
毕业设计题目名称：年产30万吨合成氨转变工序设计系别：化学工程系专业：应用化学班级： 06101学生：学号：指导教师（职称）：（教授）摘要氨是重要的基础化工产品之一，在国民经济中占有重要地位。
合成氨生产经过多年的发展，现已发展成为一种成熟的化工生产工艺。
本设计是以天然气为原料年产三十万吨合成氨转变工序的设计。
近年来合成氨工业发展很快，大型化、低能耗、清洁生产均是合成氨设备发展的主流，技术改进主要方向是开发性能更好的催化剂、降低氨合成压力、开发新的原料气净化方法、降低燃料消耗、回收和合理利用低位热能等方面上。
设计采用的工艺流程简介：天然气经过脱硫压缩进入一段转化炉，把CH4和烃类转化成H2，再经过二段炉进一步转化后换热进入高变炉，在催化剂作用下大部分CO和水蒸气反应获H2和CO2，再经过低变炉使CO降到合格水平，去甲烷化工序。
本设计综述部分主要阐述了国内外合成氨工业的现状及发展趋势以及工艺流程、参数的确定和选择，论述了建厂的选址；介绍了氨变换工序的各种流程并确定本设计高-低变串联的流程。
工艺计算部分主要包括转化段和变换段的物料衡算、热量衡算、平衡温距及空速计算。
设备计算部分主要是高变炉催化剂用量的具体计算，并根据设计任务做了转化和变换工序带控制点的工艺流程图。
本设计的优点在于选择较为良好的厂址和原料路线，确定良好的工艺条件、合理的催化剂和能源综合利用。
另外，就是尽量减少设备投资费用。
关键字：合成氨；天然气；转化；变换；AbstractAmmonia is the most important one of basic chemical products, plays an important role in the national economy. Ammonia production after years of development, now has developed into a mature chemical production processes. The design is based on annual output of 300,000 tons of natural gas as raw material, the design of synthetic ammonia transformation process. In recent years, the large-scale industrial development soon ammonia, low energy consumption, the clean production of synthetic ammonia equipment development are the main direction of technical improvement, is to develop better performance of catalyst, reducing ammonia synthesis pressure, the development of new materials gas purification methods, reduce fuel consumption, low heat recovery and reasonable utilization, etc.The design process used in brief are: compressed natural gas afterdesulfurization and conversion into a furnace, the methane and hydrocarbons into hydrogen, through the Secondary reformer further transformed into the highly variable furnace heat exchanger, the great catalyst part of the reaction of carbon monoxide and hydrogen and carbon dioxide vapor, then through the low-temperature shift to reduce to an acceptable level of carbon monoxide to methanation process. The design review described some of the major domestic and international situation and the development of synthetic ammonia industry trends and technological process, parameter identification and selection, discusses the plant's location; introduced the transformation process of the various processes and determine the design of high temperature shift and low temperature Transformation series of the process. Calculation of some of the major transformation process, including segment and transform section material balance, heat balance, equilibrium temperature and airspeed calculation. Calculation of some of the major equipment is a high temperature shift catalyst of specific terms, and according to the design task to do the conversion and transformation process flow chart with control points.Advantage of this design is to choose a better site and raw materials line to determine the good conditions, reasonable catalyst and energy utilization. In addition, investment in equipment designed to minimize costs.Keywords: ammonia; natural gas; transformation; transformation；目录摘要 (I)Abstract (II)目录 (IV)1 综述.................................................................. - 1 -1.1 氨的性质、用途及重要性.......................................... - 1 -1.1.1 氨的性质................................................... - 1 -1.1.2 氨的用途及在国民生产中的作用............................... - 1 -1.2 合成氨生产技术的发展............................................ - 2 -1.2.1世界合成氨技术的发展....................................... - 2 -1.2.2中国合成氨工业的发展概况................................... - 5 -1.3合成氨转变工序的工艺原理......................................... - 6 -1.3.1 合成氨的典型工艺流程介绍................................... - 6 -1.3.2 合成氨转化工序的工艺原理................................... - 8 -1.3.3合成氨变换工序的工艺原理................................... - 8 -1.4 设计方案的确定.................................................. - 9 -1.4.1 原料的选择................................................. - 9 -1.4.2 工艺流程的选择............................................ - 10 -1.4.3 工艺参数的确定............................................ - 10 -1.4.4 工厂的选址................................................ - 11 -2 设计工艺计算......................................................... - 13 -2.1 转化段物料衡算................................................. - 13 -2.1.1 一段转化炉的物料衡算...................................... - 14 -2.1.2 二段转化炉的物料衡算...................................... - 17 -2.2 转化段热量衡算................................................. - 20 -2.2.1 一段炉辐射段热量衡算...................................... - 20 -2.2.2 二段炉的热量衡算.......................................... - 27 -2.2.3 换热器101-C、102-C的热量衡算............................. - 28 -2.3 变换段的衡算................................................... - 30 -2.3.1 高温变换炉的衡算.......................................... - 30 -2.3.2 低温变换炉的衡算.......................................... - 32 -2.4 换热器103-C及换热器104-C的热负荷计算......................... - 35 -2.4.1 换热器103-C热负荷........................................ - 35 -2.4.2 换热器104-C热负荷........................................ - 35 -2.5 设备工艺计算................................................... - 36 -参考文献............................................................... - 40 -致谢................................................................... - 41 -附录................................................................... - 41 -1 综述1.1 氨的性质、用途及重要性1.1.1 氨的性质氨分子式为NH，在标准状态下是无色气体，比空气轻，具有特殊的刺激性臭味。
(完整版)年产30万吨合成氨合成工段工艺设计毕业论文
年产30万吨合成氨合成工段工艺设计目录摘要 .......................................................................................................................................... Abstract ..................................................................................................................................引言......................................................................................................................................第一章合成氨综述............................................................................................................1.1 氨的用途....................................................................................................................................1.2 氨的性质....................................................................................................................................1.2.1 氨的物理性质 .......................................................................................................................1.2.2 氨的化学性质 .......................................................................................................................1.3 合成氨的生产方法 .................................................................................................................1.4 合成工艺条件的选择.............................................................................................................1.4.1操作压力.................................................................................................................................1.4.2 反应温度 ................................................................................................................................1.4.3空速..........................................................................................................................................1.4.4合成塔进口气体组成..........................................................................................................1.5 合成氨工业的发展 .................................................................................................................第二章合成工段工艺简介..............................................................................................2.1 合成工段工艺流程简述 ............................................................................................2.2 工艺流程方框简图 ....................................................................................................2.3 设备简述.....................................................................................................................2.3.1 氨合成塔..................................................................................................................2.3.3 冷交换器..................................................................................................................2.3.4 氨冷器......................................................................................................................第三章工艺设计计算 .......................................................................................................3.1 设计要求.....................................................................................................................3.2 工艺流程图.................................................................................................................3.3 物料计算.....................................................................................................................3.3.1合成塔入口气体组分 ..............................................................................................3.3.2 合成塔出口气体组分 .............................................................................................3.3.3 合成率......................................................................................................................3.3.4 氨分离器气液平衡计算 .........................................................................................3.3.5 冷交换器气液平衡计算 .........................................................................................3.3.6 液氨储槽气液平衡计算 .........................................................................................3.3.7 液氨储槽物料计算 .................................................................................................3.3.8 合成系统物料计算 .................................................................................................3.3.9 合成塔物料计算 .....................................................................................................3.3.10 水冷器物料计算 ...................................................................................................3.3.11 氨分离器物料计算................................................................................................3.3.12 冷交换器物料计算 ...............................................................................................3.3.13 氨冷器的物料计算 ...............................................................................................3.3.14 冷交换器物料计算 ...............................................................................................3.3.15 液氨贮槽物料计算 ...............................................................................................3.4 热量衡算.....................................................................................................................3.4.2 氨冷凝器热量计算 .................................................................................................3.4.3 循环机热量计算 .....................................................................................................3.4.4 合成塔热量衡算 .....................................................................................................3.4.5 废热锅炉热量计算： .............................................................................................3.4.6 热交换器热量计算 .................................................................................................3.4.7 水冷器热量衡算： .................................................................................................3.4.8 氨分离器热量衡算： .............................................................................................第四章设备的选型与计算..............................................................................................4.1 设备选型.....................................................................................................................4.1.1 设备简述..................................................................................................................4.1.2 流程说明..................................................................................................................4.2 合成塔设计.................................................................................................................4.2.1 合成塔筒体设计 .....................................................................................................4.2.2 催化剂层设计 .........................................................................................................4.2.3 下换热器..................................................................................................................4.2.4 层间换热器..............................................................................................................4.3 辅助设备选型 ............................................................................................................4.3.1 废热锅炉..................................................................................................................4.3.2 热交换器..................................................................................................................4.3.3 水冷器......................................................................................................................4.3.4 冷交换器..................................................................................................................4.3.5 氨冷器I ...................................................................................................................结论......................................................................................................................................致谢......................................................................................................................................参考文献.................................................................................................................................附录......................................................................................................................................年产30万吨合成氨合成工段工艺设计摘要：氨是一种重要的化工产品，在国民经济中有重要的作用。
「年产三万吨合成氨厂变换工段工艺设计」
年产三万吨合成氨厂变换工段工艺设计一、工艺流程概述1.原料准备：将天然气（主要是甲烷）与空气作为主要原料，通过气体净化系统去除其中的杂质、硫化物和水分。
2.原料配送：将净化后的天然气和空气分别输送至气体净化系统进行进一步的处理和分析。
3.变换反应槽：将净化后的天然气和空气通过压缩机压缩至一定压力后，经过暖气交换器加热至高温（约500-600℃），再进入变换反应槽。
4.变换催化剂：在变换反应槽中，使用催化剂（通常是高温高压下的铁-钴催化剂）促进N2和H2的反应。
反应生成的合成氨会随气流从反应槽中流出。
5.除气系统：将反应槽中的气体通过除尘器，冷却器和吸附剂等设备进行处理，去除其中的固体颗粒、水分和其他杂质。
6.合成氨回收：经过除气系统处理后的气体中仍含有未反应的氮气和氢气，通过压缩机再次压缩进入蒸馏塔。
在蒸馏塔中，根据不同的沸点，将氨气和氮气分离开来，再通过冷凝器冷凝为液态氨。
7.废水处理：在工艺过程中产生的废水会经过处理系统去除其中的有机物和杂质，以保证排放的废水符合环保要求。
二、设备布置和操作要点1.变换反应槽的设计要考虑到温度、压力和气体流动速度的控制。
同时，需要定期更换催化剂，以维持优良的反应性能。
2.除气系统中的设备要进行定期维护和清洁，确保其正常工作和去除气体中的杂质、固体颗粒和水分。
3.合成氨回收装置要根据产品质量要求设置合适的操作参数，例如蒸馏塔的温度和压力。
此外，冷凝器的冷却水流需要保持稳定，以确保气体顺利冷凝为液态氨。
4.废水处理系统应配置适当的物理和化学处理单元，如过滤器、沉淀池和生物处理等，以达到废水排放标准。
5.需要建立相应的安全措施，如设立监测系统，确保气体和液体在整个工艺中的安全运输和使用。
三、工艺控制和性能优化1.在变换反应槽中，可以通过调节供气比例、压力和温度等参数来控制合成氨的产率和选择性。
同时，也可以根据反馈控制系统监测和调整催化剂的性能。
2.除气系统中的设备可以通过监测气体的组成和温度、压力等参数，来调整操作参数，以达到满足产品质量要求的除气效果。
(论文)年产30万吨合成氨原料气脱碳工段工艺设计毕业论文[精选整理]
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本科毕业设计年产30万吨合成氨原料气脱碳工段工艺设计Decarbonization Process design on synthetic ammoniaAt an output of 300,000 t/a目录摘要 (I)Abstract............................................................................................................................................................ I I 引言 . (1)第一章总论 (2)1.1 概述 (2)1.1.1 氨的性质 (2)1.1.2 氨的用途及在化工生产中的地位 (2)1.2 合成氨的发展历史 (3)1.2.1 氨气的发现 (3)1.2.2 合成氨的发现及其发展 (3)1.2.3 世界合成氨工业发展 (3)1.3 文献综述 (4)1.3.1合成氨脱碳 (4)1.3.2合成氨脱碳的方法概述 (5)1.4 设计的依据 (5)第二章流程方案的确定 (6)2.1各脱碳方法对比 (6)2.1.1化学吸收法 (6)2.1.2物理吸收法 (6)2.1.3物理化学吸收法 (7)2.2碳酸丙烯酯（PC）法脱碳工艺基本原理 (8)2.2.1 PC法脱碳技术国内外现状 (8)2.2.2发展过程 (8)2.2.3技术经济 (9)第三章生产流程的简述 (6)3.1.2 解吸气体回收流程 (10)3.2液体流程 (10)3.2.1 碳酸丙烯酯脱碳流程简述 (10)3.2.2 稀液流程循环 (11)3.3存在的问题及解决的办法 (11)3.3.1综合分析PC法脱碳存在的主要问题有 (11)3.3.2解决办法 (11)第四章物料衡算和热量衡算 (13)4.1工艺参数及指标 (13)在PC中的溶解度关系 (13)24.1.2 PC的密度与温度的关系 (14)4.1.3 PC的蒸汽压 (14)4.1.4 PC的黏度 (14)4.2物料衡算 (14)4.2.1各组分在PC中的溶解量 (14)4.2.2溶剂夹带量 (15)4.2.3溶液带出的气量 (15)4.2.4出脱碳塔净化气量 (15)4.2.5 计算PC循环量 (16)4.2.6 入塔液中CO2夹带量 (16)4.2.7 带出气体的质量流量 (16)4.2.8 验算吸收液中净化气中CO2的含量 (16)4.2.9出塔气的组成 (17)4.3热量衡算 (17)第五章吸收塔的结构设计 (20)5.1确定吸收塔塔径及相关参数 (20)5.1.1基础数据 (20)5.1.2求取塔径 (21)5.1.4填料层高度的计算 (22)5.1.5 气相总传质单元高度 (24)5.1.6塔附属高度 (29)第六章塔零部件和辅助设备的设计与选取 (31)6.1 吸收塔零部件的选取 (31)6.1.1筒体、封头等部件的尺寸选取 (31)6.1.2防涡流挡板的选取 (31)6.1.3液体初始分布器 (32)6.1.4 液体再分布器 (33)6.1.5 填料支撑装置 (33)6.1.6接管管径的确定 (33)6.2 解吸塔的选取 (33)贮槽的选择 (34)6.4泵的选择 (34)结论 (34)致谢 .............................................................................................................................错误!未定义书签。
年产30万吨合成氨工艺设计毕业论文
年产30万吨合成氨工艺设计毕业论文目录摘要 (I)Abstract (II) (IV)1 综述.................................................................. - 1 -1.1 氨的性质、用途及重要性.......................................... - 1 -1.1.1 氨的性质................................................... - 1 -1.1.2 氨的用途及在国民生产中的作用............................... - 1 -1.2 合成氨生产技术的发展............................................ - 2 -1.2.1世界合成氨技术的发展....................................... - 2 -1.2.2中国合成氨工业的发展概况................................... - 4 -1.3合成氨转变工序的工艺原理......................................... - 6 -1.3.1 合成氨的典型工艺流程介绍................................... - 6 -1.3.2 合成氨转化工序的工艺原理................................... - 8 -1.3.3合成氨变换工序的工艺原理................................... - 8 -1.4 设计方案的确定.................................................. - 9 -1.4.1 原料的选择................................................. - 9 -1.4.2 工艺流程的选择............................................. - 9 -1.4.3 工艺参数的确定............................................ - 10 -1.4.4 工厂的选址................................................ - 11 -2 设计工艺计算......................................................... - 13 -2.1 转化段物料衡算................................................. - 13 -2.1.1 一段转化炉的物料衡算...................................... - 14 -2.1.2 二段转化炉的物料衡算...................................... - 17 -2.2 转化段热量衡算................................................. - 20 -2.2.1 一段炉辐射段热量衡算...................................... - 20 -2.2.2 二段炉的热量衡算.......................................... - 27 -2.2.3 换热器101-C、102-C的热量衡算............................. - 28 -2.3 变换段的衡算................................................... - 30 -2.3.1 高温变换炉的衡算.......................................... - 30 -2.3.2 低温变换炉的衡算.......................................... - 32 -2.4 换热器103-C及换热器104-C的热负荷计算......................... - 35 -2.4.1 换热器103-C热负荷........................................ - 35 -2.4.2 换热器104-C热负荷........................................ - 35 -2.5 设备工艺计算................................................... - 36 -参考文献............................................................... - 40 -致谢................................................................... - 41 -附录................................................................... - 42 -1 综述1.1 氨的性质、用途及重要性1.1.1 氨的性质氨分子式为NH3，在标准状态下是无色气体，比空气轻，具有特殊的刺激性臭味。
年产30万吨合成氨工艺设计
年产30万吨合成氨工艺设计作者姓名000专业应用化工技术11-2班指导教师姓名000专业技术职务副教授（讲师）目录摘要 (4)第一章合成氨工业概述 (5)1.1氨的性质、用途及重要性 (5)1.1.1氨的性质 (5)1.1.2 氨的用途及在国民生产中的作用 (6)1.2 合成氨工业概况 (6)1.2.1发展趋势 (6)1.2.2我国合成氨工业发展概况 (7)1.2.3世界合成氨技术的发展 (9)1.3合成氨生产工艺 (11)1.3.1合成氨的典型工艺流程 (11)1.4设计方案确定 (13)1.4.1原料的选择 (13)1.4.2 工艺流程的选择 (14)1.4.3 工艺参数的确定 (14)第二章设计工艺计算2.1 转化段物料衡算 (15)2.1.1 一段转化炉的物料衡算 (16)2.2 转化段热量衡算 (24)2.2.1 一段炉辐射段热量衡算 (24)2.2.2 二段炉的热量衡算 (32)2.2.3 换热器101-C、102-C的热量衡算 (34)2.3 变换段的衡算 (35)2.3.1 高温变换炉的衡算 (35)2.3.2 低温变换炉的衡算 (38)2.4 换热器103-C及换热器104-C的热负荷计算 (41)2.4.1 换热器103-C热负荷 (41)2.4.2 换热器104-C热负荷 (42)2.5 设备工艺计算 (42)2.6 带控制点的工艺流程图及主要设备图 (46)2.7 生产质量控制 (46)2.8 三废处理 (47)摘要氨是重要的基础化工产品之一，在国民经济中占有重要地位。
合成氨生产经过多年的发展，现已发展成为一种成熟的化工生产工艺。
本设计是以天然气为原料年产三十万吨合成氨的设计。
近年来合成氨工业发展很快，大型化、低能耗、清洁生产均是合成氨设备发展的主流，技术改进主要方向是开发性能更好的催化剂、降低氨合成压力、开发新的原料气净化方法、降低燃料消耗、回收和合理利用低位热能等方面上。
年产30万吨合成氨基础工艺设计
毕业设计题目名称: 年产30万吨合成氨转变工序设计系别: 化学工程系专业: 应用化学班级: 06101 学生: 学号: 指导老师（职称）: （教授）摘要氨是关键基础化工产品之一, 在国民经济中占相关键地位。
合成氨生产经过多年发展, 现已发展成为一个成熟化工生产工艺。
本设计是以天然气为原料年产三十万吨合成氨转变工序设计。
多年来合成氨工业发展很快, 大型化、低能耗、清洁生产均是合成氨设备发展主流, 技术改善关键方向是开发性能愈加好催化剂、降低氨合成压力、开发新原料气净化方法、降低燃料消耗、回收和合理利用低位热能等方面上。
设计采取工艺步骤介绍: 天然气经过脱硫压缩进入一段转化炉, 把CH4和烃类转化成H2, 再经过二段炉深入转化后换热进入高变炉, 在催化剂作用下大部分CO和水蒸气反应获H2和CO2, 再经过低变炉使CO降到合格水平, 去甲烷化工序。
本设计综述部分关键叙述了中国外合成氨工业现实状况及发展趋势以及工艺步骤、参数确定和选择, 叙述了建厂选址; 介绍了氨变换工序多种步骤并确定本设计高-低变串联步骤。
工艺计算部分关键包含转化段和变换段物料衡算、热量衡算、平衡温距及空速计算。
设备计算部分关键是高变炉催化剂用量具体计算, 并依据设计任务做了转化和变换工序带控制点工艺步骤图。
本设计优点在于选择较为良好厂址和原料路线, 确定良好工艺条件、合理催化剂和能源综合利用。
另外, 就是尽可能降低设备投资费用。
关键字: 合成氨; 天然气; 转化; 变换;AbstractAmmonia is the most important one of basic chemical products, plays an important role in the national economy. Ammonia production after years of development, now has developed into a mature chemical production processes.The design is based on annual output of 300,000 tons of natural gas as raw material, the design of synthetic ammonia transformation process. In recent years, the large-scale industrial development soon ammonia, low energy consumption, the clean production of synthetic ammonia equipment development are the main direction of technical improvement, is to develop better performance of catalyst, reducing ammonia synthesis pressure, the development of new materials gas purification methods, reduce fuel consumption, low heat recovery and reasonable utilization, etc.The design process used in brief are: compressed natural gas after desulfurization and conversion into a furnace, the methane and hydrocarbons into hydrogen, through the Secondary reformer further transformed into the highly variable furnace heat exchanger, the great catalyst part of the reaction of carbon monoxide and hydrogen and carbon dioxide vapor, then through the low-temperature shift to reduce to an acceptable level of carbon monoxide to methanation process. The design review described some of the major domestic and international situation and the development of synthetic ammonia industry trends and technological process, parameter identification and selection, discusses the plant's location; introduced the transformation process of the various processes and determine the design of high temperature shift and low temperature Transformation series of the process. Calculation of some of the major transformation process, including segment and transform section material balance,heat balance, equilibrium temperature and airspeed calculation. Calculation of some of the major equipment is a high temperature shift catalyst of specific terms, and according to the design task to do the conversion and transformation process flow chart with control points.Advantage of this design is to choose a better site and raw materials line to determine the good conditions, reasonable catalyst and energy utilization. In addition, investment in equipment designed to minimize costs.Keywords: ammonia; natural gas; transformation; transformation;目录摘要........................................................ 错误!未定义书签。
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年产三十万吨合成氨合成工段工艺设计毕业论文1.绪论1.1合成氨简介在高温高压和催化剂存在的条件下，将精制的氢氮混合气直接合成为氨，然后将所得的气氨从未合成的为氨的混合气中冷凝分离出来。
由于受反应平衡影响，氢氮混合气不能全部转化为氨，反应后气体中一般只有10%-20%，通常采用冷冻的方法将已合成的氨分离，然后在未反应的氢氮混合气中补充新鲜气进行循环反应。
氨合成反应是一个放热反应，而氨分离过程又要消耗大量的冷量。
在氨合成系统中合理设计回收反应热的设备，可降低冷量的消耗。
氨合成工段的生产状况直接影响到合成氨厂生产成本的高低，它是合成氨厂节能减排的关键工序之一。
根据合成氨反应中采用的压力、温度及催化剂型号的不同，氨合成的方法可以分为低压法（15-20MPa）、中压法(20-32MPa)和高压法三种。
目前合成氨厂普片采用的采用的是低压法和中压法。
1.2 合成氨概况合成氨是重要的无机化工产品之一，最早是由德国化学家哈伯于1902年研究出来的，其原理是由氮气和氢气在一定条件下直接合成氨，并于1908年申请专利。
后来，他继续研究，于1909年改进了合成技术，使氨的含量达到6%以上。
合成氨工业起初是因为制作炸药而被重视，在20世纪初期形成规模，为战争服务;第一次世界大战结束后,转向为农业、工业服务。
随着科学技术的发展，对合成氨的需要量日益增长。
20世纪50年代后氨的原料构成发生重大变化，近数十年来合成氨工业发展很快，大型化、低能耗、清洁生产成为合成氨装置发展主流，技术改进主要方向是研制性能更好的催化剂、降低氨合成压力、开发新的原料气净化方法、降低燃料消耗、回收和合理利用低位热能等。
合成氨工业已有一个世纪的历史，在国民经济中占有重要地位。
合成氨在农业上有非常重要的地位，氮肥，尿素、硝酸铵、磷酸铵、氯化铵以及各种含氮复，都是以氨为原料的。
同时，合成氨也是大宗化工产品之一，世界每年合成氨有80%用来生产化学肥料，20%作为其它化工产品的原料。
据IFA全球合成氨产能的调查，统计从2007年的1.763亿吨NH3已增加到2012年的4.652亿吨NH3，增加量的三分之一将通过产能改造实现，其余三分之二将通过全球围近50套生产装置的开车实现，其中有一半来自中国。
2008年中国合成氨新建或拟建项目产能达300万吨，其中平安化肥有限责任公司设计年产合成氨15万吨、硝铵30万吨，项目总投资8亿元，建设周期为2009年-2010年；潞安矿业集团有限责任公司计划投资年产合成氨30万吨建设周期为2009-2011年，总投资为28亿元；中国石油油田分公司投资建设年产合成氨45万吨，前期工作已开始，项目总投资25亿元；同德化工股份08年投资建设年产合成氨18万吨、硝酸铵10万吨、甲醇3万吨、尿素22万吨。
省市建设年产18万吨合成氨、年加工30万吨尿素的生产装置。
该项目建设周期为2008年-2010年，项目总投资为8.4399亿元；三星化工有限责任公司投资年产50万吨合成氨100万吨尿素6万吨三聚氰胺工程。
2009年初年国务院研究通过保障化肥生产供应，促进化肥行业改革和发展的政策，标志着国化肥市场化改革的正式启动，国家对支持农业生产、保障粮食安全给予了极大的重视，为了调动农民的种田积极性，各项农资补贴大幅度提高。
这些政策不但调动了农民种田、购肥的积极性，也成为支撑化肥市场的信心，国化肥市场产能大量释放。
春节过后，随着供电和运输逐步恢复，尿素和硝酸企业开始复工或加大生产负荷，春季用肥季节的逐渐临近，各地尿素市场开始出现回暖，对合成氨市场需求也逐渐上升，来自chemsino分析预测,09年合成氨市场仍将保持稳定，新建装置项目计划延展受到国家产业政策的鼓励，当前我国尿素供应依旧紧，今后5-10年，我国尿素的需求将增加1000万吨以上，合成氨行业景气度依旧看好。
1.3 合成氨工业的发展趋势原料路线的变化方向煤的储量约为石油、天然气总和的10倍，自从70年代中东石油涨价后,从煤制氨路线重新受到重视,但因以天然气为原料的合成氨装置投资低、能耗低、成本低的缘故，到20世纪末,世界大多数合成氨厂仍将以气体燃料为主要原料。
节能和降耗合成氨成本中能源费用占较大比重，合成氨生产的技术改进重点放在采用低能耗工艺、充分回收及合理利用能量上，主要方向是研制性能更好的催化剂、开发新的原料气净化方法、降低燃料消耗、回收和合理利用低位热能等。
与其他产品联合生产合成氨生产中副产大量的二氧化碳，不仅可用于冷冻、饮料、灭火，也是生产尿素、纯碱、碳酸氢铵的原料。
如果在合成氨原料气脱除二氧化碳过程中能联合生产这些产品，则可以简化流程、减少能耗、降低成本。
1.4 合成氨的工艺流程合成氨的主要原料可分为固体原料、液体原料和气体原料。
经过近百年的发展，合成氨技术趋于成熟，形成了一大批各有特色的工艺流程，但都是由三个基本部分组成，即原料气制备过程、净化过程以及氨合成过程。
由于本设计主要研究氨合成过程中的合成工段，所以对于原料制备和气体净化过程不做介绍，以免影响读者参阅，如有兴趣可查看其相关资料。
氨合成是将纯净的氢、氮混合气加压到高压，在催化剂的作用下合成氨。
氨的合成是提供液氨产品的工序，是整个合成氨生产过程的核心部分。
氨合成反应在较高压力和催化剂存在的条件下进行，由于反应后气体中氨含量不高，一般只有10%~20%，故采用未反应氢氮气循环的流程。
氨合成反应式如下：N2+3H2→2NH3(g) ΔH =-92.4kJ/mol1.5 工艺流程的选择合成氨的生产工艺条件必须满足产量高，消耗低，工艺流程及设备结构简单，操作方便及安全可靠等要求。
决定生产条件最主要的因素有操作压力、反应温度、空间速度和气体组成等。
氨合成反应是气体体积缩小的反应，提高压力有利于反应平衡向右移动。
压力增加平衡常数增大，因而平衡氨含量也增大。
所以，提高压力对氨合成反应的平衡和反应速度都有利，在一定空速下，合成压力越高，出口氨浓度越高，氨净值越高，合成塔的生产能力也越大。
氨合成压力的高低，是影响氨合成生产中能量消耗的主要因素之一。
主要能量消耗包括原料气压缩功、循环气压缩功和氨分离的冷冻功。
提高操作压力，原料气压缩功增加，合成氨净值增高，单位氨所需要的循环气量减少，因而循环气压缩功减少，同时压力高也有利于氨的分离，在较高气温下，气氨即可冷凝为液氨，冷冻功减少。
但是压力高、时，对设备的材料和制造的要求均高。
同时，高压下反应温度一般较高，催化剂使用寿命也比较短，操作管理比较困难。
所以。
要根据能量消耗、原料费用、设备投资等综合技术经济效果来选择操作压力。
目前我国中小型合成氨厂合成操作压力大多采用15~32MPa。
合成氨反应是一个可逆放热反应，当温度升高时，平衡常数下降，平衡氨含量必定减少。
因此从化学平衡角度考虑，应尽可能采用较低的反应温度。
实际生产中还要考虑反应速率的要求。
为了提高反应速率，必须使用催化剂才能实现氨合成反应。
而催化剂必须在一定的温度围才具有活性，所以氨合成反应温度必须维持在催化剂的活性围。
合成氨生产所用的催化剂活性温度在400~500 ℃。
反应温度不能低于活性温度，在活性温度围选用较低温度，也有利于延长催化剂的使用寿命。
在合成氨生产过程中，对应于任意一个瞬时转化率都存在一个最大的反应速率的温度，即最佳温度。
就整个反应过程来说，随着反应的进行，转化率不断增加，最佳温度随转化率增加而降低。
在实际生产中，应尽可能沿着最佳温度曲线进行。
反应温度的控制还与催化剂的使用时间有关。
新的催化剂因活性比较高，可采用较低的温度。
在中期活性降低，操作温度应比初期适当提高8~10 ℃。
催化剂使用到末期，活性因衰老而减弱，应再适当提高温度。
本设计采用冷凝法。
一般含氨混合气体的冷凝分离是经水冷却器和氨冷嚣二步实现的。
液氨在氨分离器中与循环气体分开，减压送入贮槽。
贮槽压力一般为1.6～1.8 MPa，此时，冷凝过程中溶解在液氨中的氢、氮及惰性气体大部分可减压释放出来。
1.6 合成工段工艺流程简述由高压机送来的新鲜气与冷凝塔一次出口循环气混合送入氨冷器，在氨冷器，气体走管，液氨走管外，由于液氨的蒸气吸取热量，气体被进一步冷却，并使气体中部分气氨冷凝管外蒸气的气氨经沫除器分离掉液氨后，去氨气柜或硝铵车间。
氨的高压混合气，自氨冷器出来，进入冷凝塔下部的氨分离器，分离液氨,除氨后的混合气，再经过冷凝塔上部的热交换器与循环机气体换热，二次出冷凝塔。
自冷凝塔二次出口的循环气其中一部分进入合成塔上部一次入口，气体沿着件与外箱间环隙向下冷却塔壁后，进入下部换热器管外，另一部分循环气直接进入塔外气-气换热器冷气入口，通过管外并与管废锅口出来气体换热后，设有副线气流分成四股，其中二股作为冷凝气分别从塔顶进入菱形分布器和层间换热器，一股为塔底副线，另一股进入合成塔下部二次入口与一次入口气体混合，通过下部热交换器与管气体换热后与塔底副线气混合，由中心管进入第一轴层反应，反应后气体与塔顶引入的第一冷凝气混合进入第二轴向层反应气体进入层间换热器管与第二冷凝气换热降低气体温度进入径向层，第二冷凝气换热后提高自身温度进入外中心管与中心管，气体混合进入第一轴向层，径向层自里向外径向流出，通过整个触媒层进入下部换热器管，与管外换热后出塔进入废锅炉，与脱氧水换热副产品，0.8MPa的蒸汽,气体温度降低到217 ℃以下,进入气-气换热器,气流经与管外气体换热器降温后进入水冷器,后进入循环机,补充压力,经滤油器除去油圬后,进入冷凝塔上部的热交换器,出热交换器后与新鲜气混后开始下一个循环。
2工艺计算2.1 物料衡算2.1.1计算依据（1）产量：W=37.88tNH/h3（2）催化剂用量： 70m3（3）精炼气成分见下表表1 精炼气成分=2.00%（4）合成塔入口氨含量：NH3入合成塔出口氨含量：NH3=17.00%出合成塔入口惰性气体含量：AR +CH4=18.00%（5）合成塔操作压力：30Mp（设备及管道造成的压力降；设备及管道的a冷热量损失;冷交换器及氨冷器中溶解在液氨中的气量均忽略不计）（6）精炼气温度：35 ℃（7）水冷器冷却水温度：25℃（8）循环机进出口压差：2.97MPa（9）年工作日：330天（10）计算基准：生产一吨液氨。
2.1.2 计算物料点流程图1 物料恒算流程图2.1.3 合成塔入口气组分由计算依据得：入塔氨含量： y 5 NH 3=2.000%入塔甲烷含量：y 5 CH 4=18.00%38.029.129.1+⨯=15.19% 入塔氩含量： y 5A R =18.00%38.029.138.0+⨯=4.48% 入塔氢气含量：y 5H 2=[100-(2.00+15.19+4.48)] ×(3/4) ×100%=58.77% 入塔氮含量: y 5 N 2=[100-(2.00+15.19+4.48)] ×(1/4) ×100%=19.56%表2 入塔气组分含量（%）2.1.4 合成塔出口气组分以1000kmol 入塔气作为计算基准求出塔气组分：塔生成氨含量：N NH3=3338NH 5NH 8NH 5y 1)-(+y y N =250.77kmol 出塔气量（N 8）=入塔气量-生成氨含量=1000-250.77=749.23kmol出塔氨含量: 38NH y =17.00%出塔甲烷含量：48CH y =⨯85N N45CH y =100015.19%749.23⨯=20.27% 出塔氩含量： 8AR y =⨯85N N 8AR y =1000 4.48%749.23⨯=5.98% 出塔氢气含量：y 8H2 = 43(1-y 8NH3-y 8CH4-y 8A R )⨯100%=43(1-0.17-0.20-0.06)⨯100% =42.75%出塔氮含量：y 8N2 = 41(1-y 8NH3-y 8CH4-y 8A R )⨯100% =41(1-0.17-0.20-0.06)⨯100%=14.25%2.1.5 合成率由式%100-1123,333⨯-+-=））（（）（，入，出出，入，出i NH NH NH NH y y y y y α得: 式中 α——氨合成率，%；i y ——进合成塔气体中惰性气体含量,(摩尔分率)%。