年产10万吨合成氨工艺设计开题报告(2)
（1）脱硫过程
各种原料制取的粗原料气，都含有一些硫和碳的氧化物，为了防止合成氨生产过程催化剂的中毒，必须在氨合成工序前加以脱除，以天然气为原料的蒸汽转化法，第一道工序是脱硫，用以保护转化催化剂，以重油和煤为原料的部分氧化法，根据一氧化碳变换是否采用耐硫的催化剂而确定脱硫的位置。工业脱硫方法种类很多，通常是采用物理或化学吸收的方法，常用的有低温甲醇洗法、聚乙二醇二甲醚法等。这里采用氨水液相催化法脱硫，反应如下：
同时，半水煤气中含有二氧化碳，也被氨水吸收，反应如下：
（2）一氧化碳变换过程
在合成氨生产中，各种方法制取的原料气都含有 ，其体积分数一般为12%~40%。合成氨需要的两种组分是 和 ，因此需要除去合成气中的 。变换反应如下：
→ + ΔH =-41.2kJ/mol
由于 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 转变为 和 ；第二步是低温变换，将 含量降至0.3%左右。因此，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。
（3）脱碳过程
粗原料气经 变换以后，变换气中除 外，还有 、 和 等组分，其中以 含量最多。 既是氨合成催化剂的毒物，又是制造尿素、碳酸氢铵等氮肥的重要原料。因此变换气中 的脱除必须兼顾这两方面的要求。
一般采用溶液吸收法脱除 。反应如下：
（4） 气体精制过程
经 变换和 脱除后的原料气中尚含有少量残余的 和 。为了防止对氨合成催化剂的毒害，规定 和 总含量不得大于10 / (体积分数)。因此，原料气在进入合成工序前，必须进行原料气的最终净化，即精制过程。
目前在工业生产中，最终净化方法有：铜氨液洗涤、甲烷化、甲醇串甲烷化、合成氨等高压联醇串甲烷化装置和液氨洗涤。目前最常用的是铜氨液洗涤法。
铜氨液是铜离子、酸根及氨组成的水溶液。以铜离子、醋酸、液氨组成的醋酸铜氨液是铜氨液的代表。铜氨液吸收 和 的化学反应如下：
→
+ + →2
同时，铜液可以吸收 和 ，反应如下：
为了能使铜氨液反复使用，降低化学原料的消耗，需要将吸收的C0和 等从铜氨液中再生出来。再生过程的化学反应如下，期间，还伴随着高价铜还原为低价铜的过程。
→ + + ↑
→ ↑+ ↑+ ↑
3.2.3氨合成
将纯净的氢、氮混合气压缩到高压，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：
+3 =2 ΔH=-92.4kJ/mol
4 研究内容
4.1 生产工艺流程设计（含工艺流程图）
(1)确定采用多少生产过程来构成由原料制得产品的全过程，以及每个生产过程之间如何连接。
(2)确定每个生产过程的具体任务，即物料通过该生产过程发生什么物理变化、化学变化和能量变化。
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