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1、黄山学院本科毕业论文本科生毕业论文（设计）年产8万吨合成氨脱碳及再生工艺设计姓 名： 栗兰冬 指导教师： 詹益民 院 系： 化学化工学院 专 业： 化学工程与工艺 提交日期： 2012年 5月 5 日 目录中文摘要3外文摘要41.总述51.1 设计目的及意义51.2 合成氨生产工艺流程概述51.2.1 合成氨工艺流程51.2.2 合成氨工艺流程图71.3 合成氨脱碳及再生方法72. NHD法技术简介82.1 原料简介82.2 NHD法脱碳及再生原理92.3 NHD法参数的选定102.4 NHD法脱碳及再生工艺流程图122.5 NHD法脱碳及再生工艺流程详述122.6 设计任务书123. NHD
2、法脱碳及再生工艺物料衡算及能量衡算143.1 物料衡算143.1.1 吸收塔的物料衡算143.1.2 闪蒸过程的物料衡算163.1.3 汽提塔的物料衡算183.1.4 整个系统二氧化碳的总物料衡算183.2 热量衡算193.2.1 热量衡算数据193.2.2 吸收塔的热量衡算193.2.3 闪蒸过程的热量衡算203.2.4 汽提塔的热量衡算204. 主要设备的计算与选型214.1 已知条件214.2 吸收塔的操作线方程式214.3 塔径的计算214.4 填料层有效高度的计算224.4.1 传质单元数的计算224.4.2 传质单元高度的计算235. 生产安全及二氧化碳回收再利用245.1 生产安
3、全245.1.1 点火源的控制245.1.2 防爆电气设备的选用245.1.3 有火灾爆炸危险物质的处理245.2 二氧化碳回收再利用245.3 腐蚀及材料的选择256. 合成氨脱碳及再生工艺评析与总结25参考文献26致谢27附图28年产8万吨合成氨脱碳及再生工艺设计栗兰冬指导老师：詹益民（黄山学院化学化工学院，黄山，安徽，245041）摘 要：合成氨中脱碳的方法有很多种，有物理吸收法、化学吸收法、物理-化学吸收法和变压吸附法（PSA）。通过各种吸收方法的比较，本设计采用的是物理吸收法中的聚乙二醇二甲醚法（Selexol Process）。我国原南京化学工业公司研究院开发出的同类脱碳工艺，称之
4、为NHD净化技术，在中型氨厂实验成功。NHD溶液吸收二氧化碳和硫化氢的能力均优于国外的Selexol溶液，价格却较之便宜，目前正在国内推广使用。本设计的主要内容有：合成氨脱碳工艺流程设计与说明、物料衡算、热量衡算、设备选型、生产安全及二氧化碳的回收利用。关键词：脱碳；NHD净化技术；工艺流程设计；二氧化碳的回收利用An annual output of 80000 tons of synthetic ammonia decarburization and regeneration process designLi LandongDirector：Zhan Yimin(College of Ch
5、emistry and Chemical Engineering, Huangshan University, Huangshan, Anhui,245041)Abstract: There are many ways of decarburization synthetic ammonia-Physical absorption, Chemical absorption, Physical-Chemical absorption and Variable pressure adsorption. Through comparison with several other CO2 remova
6、l processes, the design USES is Selexol Process of Physical absorption. The former Nanjing chemical industrial company research institute developed decarburization process similar, which is called NHD purification technology and have achieved success in the medium ammonia factory. What the NHD solut
7、ion to absorb CO2 and H2S ability is better than foreign Selexol solution and is cheaper, which is domestic promoted use at present. The main contents of the design are: synthetic ammonia process design and specification decarburization, material balance calculations, heat balance calculations, equi
8、pment selection, production safety and the recycling of carbon dioxide.Keywords: decarburization; NHD purification technology; process design; the recycling of carbon dioxide1 总述1.1 设计目的及意义毕业设计是对大学所学知识的总结和利用，通过毕业设计可以提高我们对专业知识的系统认识，加深对理论知识的理解。通过设计可以把所学理论知识与实际工艺设计结合起来，来培我们分析、研究和解决实际工程技术问题的思考能力和实践能力，特别
9、是独立探索和获取新知识的能力1。合成氨脱碳及再生的工艺设计能使我掌握吸收、闪蒸、汽提等工艺流程设计方法及要点，巩固了我大学四年以来所学的专业知识，增加了解决问题的能力，为我以后的工作打下了坚实的基础。1.2 合成氨生产工艺流程概述20世纪初，德国人哈伯（）发明了由氢气和氮气直接合成氨的方法，并于1913年与博茨（）创建了合成氨工艺，由含碳原料与水蒸气、空气反应制成含和的粗合成气，再经精细地脱除各种杂质，得到:=3:1（体积比）的合成氨原料气，使其在500600、17.520及铁催化剂作用下合成为氨。近年来，该过程已可在400450、815下进行。反应为：氨的最大用途是制氮肥，氨还是重要的化工原
10、料，它是目前世界上产量最大的化工产品之一2。1.2.1 合成氨工艺流程（1） 原料气制备合成氨的第一个工段为原料气的制备工段。原料气制备的原料为煤和天然气，所含成分为氮和氢。制备原料气所用的原料不同，所用的方法也不同。制备方法有：气化法、非催化部分氧化法和二段蒸汽转化法。（2）净化各种方法制得的原料气在送去合成氨之前都需要经过净化，以除去其中的有害杂质，如硫化物、CO、CO2等。净化过程包括脱硫过程、CO变换过程和脱除CO2过程和脱除少量CO的过程。 脱硫过程脱硫过程是净化过程的第一个过程。因为含硫化合物（HS2、SO2）能使合成氨生产过程的催化剂中毒，所以我们在合成氨工段以前必须把含硫化合物
11、脱除。而且所用的合成氨的原料不同，采用的催化剂也相应的不同。脱硫的方法有物理吸收法和化学吸收法。 一氧化碳变换过程 CO变换过程是净化过程的第二个过程。在合成氨生产过程中，无论用哪种方法，都会含有CO，而且其体积分数一般都在百分之十以上。因为其含量比较高，不利于氨合成反应的进行，所以需要将其脱除。变换反应如下：CO变换过程有两个阶段：高温变换阶段和低温变换阶段。 脱碳过程脱碳过程是净化过程的第三个过程。经过了CO的变换过程，粗原料气中还含有H2、CO2、CO和CH4等气体。因为在这几种气体中，CO2的含量最多，而且CO2又能使氨合成催化剂中毒，所以必须脱除CO2。因为CO2是制氮肥的原料，所以还要兼顾CO2的再生问题。脱除CO2的方法有两大类：物理吸收法和化学吸收法。本设计所用的方法就是物理吸收法。 少量一氧化碳脱除少量CO的脱除过程是净化工段的第最后一个过程。虽然前面两个过程已经进行了CO的变换和CO2的脱除，但是原料气中还含有少量的CO和CO2。当CO和CO2的体积分数超过10cm3/m3时，就会使氨合成催化剂中毒，所以必须对少量CO进行脱除。铜氨液吸收法、液氨洗涤法和甲烷化法是脱除CO的主要方法。（3） 氨合成氨合成工段是合成氨工艺流程的最后一个工段，也是最核心的部分。在氨合成的过程中，必须在较高的压力，而且有催化剂存在才能进行。因为此反应是可逆反应，且
