化工生产技术（高教出版社) 03第3章合成氨

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1、知识目标l了解氨的性质、用途、贮存和合成氨技术的发展，原料气制备的主要设备；l理解制气、净化和氨合成的基本原理及工艺参数条件分析方法，各种催化剂的组成和使用条件；l掌握不同原料的制气方法、特点和条件，原料气净化方法、特点和要求，氨合成工艺控制条件、及工艺流程图的阅读分析和合成塔的结构特点。能力目标l能分析、判断和选择合成氨制气、净化、合成的工艺条件；l能阅读和绘制合成氨生产工艺流程图以及设备简图；l能进行合成氨生产过程中有关物料、热量衡算及原材料消耗、生产能力等工艺计算能力。第三章合成氨生产技术第一节概述查一查氨的发现和合

2、成氨的发展氨是化学工业中产量最大的产品之一，是化肥工业和其他化工产品的主要原料。现约有80%的氨用于制造化学肥料，除氨本身可用作化肥外，可以加工成各种氮肥和含氮复合肥料，如尿素、硫酸铵、氯化铵、硝酸铵、磷酸铵等。可以生产硝酸、纯碱，含氮无机盐等。氨还被广泛用于有机化工、制药工业、化纤和塑料工业以及国防工业中。因此，氨在国民经济中占有重要地位。目前氨是由氮气和氢气在高温、高压和催化剂作用下直接合成而得。除电解法外，不管用何种原料制得的粗原料气中都含有硫化物、一氧化碳、二氧化碳，这些物质都是氨合成催化剂的毒物，在进行合成之前，

3、需将其彻底清除。因此，合成氨的生产过程包括以下三个主要步骤。原料气的制取制备含有氢气、一氧化碳、氮气的粗原料气。原料气的净化指除去原料气中氢气、氮气以外的杂质，一般由原料气的脱硫，一氧化碳的变换，二氧化碳的脱除，原料气的精炼等组成。原料气压缩与合成将符合要求的氢氮混合气压缩到一定的压力，在铁催化剂与高温条件下合成为氨。第二节原料气的制备目前，合成氨生产原料按状态分主要有固体原料，如焦炭和煤；气体原料，如天然气、油田气、焦炉气、石油废气、有机合成废气；液体原料，如石脑油、重油等。生产方法主要有固体燃料气化法（煤或焦炭），烃类

4、蒸汽转化法（气态烃、石脑油），重油部分氧化法（重油）。一、固体燃料气化法固体燃料气化过程是以煤或焦炭为原料，在一定的高温条件下通入空气、水蒸气或富氧空气-水蒸气混合气，经过一系列反应生成含有一氧化碳、二氧化碳、氢气、氮气及甲烷等混合气体的过程。在气化过程中所使用的空气、水蒸气或富氧空气-水蒸气混合气等称为气化剂。这种生成的混合气体称为煤气。用于实现气化过程的设备称为煤气发生炉。24煤或焦炭气化因采用不同的气化剂，可以生产出下列几种不同用途的工业煤气：①空气煤气。以空气作为气化剂所制得的煤气。按体积分数计，其中约有50%的N

5、2，一定量的CO及少量的CO2和H2。②水煤气。以水蒸气作为气化剂所制得的煤气。按体积分数计，其中H2和CO的含量约85%以上。③混合煤气。以空气和适量水蒸气的混合物作气化剂所制得的煤气。按体积分数计，（CO+H2）与N2的比为1.43。④半水煤气。分别以空气和水蒸气作气化剂，然后将分别制得的空气煤气和水煤气，两者按混合后气体中（CO+H2）与N2的摩尔比为3.1~3.2的比例进行掺配，这种混合煤气称为半水煤气。也可以直接控制气化剂——空气-水蒸气二者的流量来制取半水煤气，用作合成氨的专用原料气。目前，工业上固体燃料为原料

6、制取合成氨原料气的方法，根据气化方式不同，主要有固定床间歇气化法、固定床连续气化法、沸腾床连续气化法和气流床连续气化法。1.固定床间歇气化法固定床间歇气化过程是先将空气送入煤气发生炉燃烧燃料，放出热量，提高燃料层温度，以供气化所需（因此，固定床间歇气化法也称蓄热法），生成的吹风气经回收热量后大部分放空。然后将蒸汽送入炉与碳层进行气化反应，生成水煤气。在水煤气中配入部分吹风气即成半水煤气。由于气化反应是吸热反应，使燃料层温度下降，故需重新通入空气以提高炉温，如此重复交替进行，制得半水煤气。这是目前我国中、小型合成氨厂广泛采用

7、的气化方法。工业上在间歇气化过程中，将自上一次开始送入空气至下一次再送入空气时为止，称为一个工作循环，间歇式制半水煤气的工作循环如图3-1。每个工作循环包括下列五个阶段。①吹风阶段。空气从炉底吹入，自下而上以提高煤层温度，然后将吹风气经回收热量后放空。②蒸汽一次上吹。水蒸气自下而上送入煤层进行气化反应，此时煤层下部温度下降，而上部温度升高，被煤气带走的显热增加。③蒸汽下吹。水蒸气自上而下吹入煤层继续进行气化反应。使煤层温度趋于均匀。制得煤气从炉底引出系统。④24蒸汽二次上吹。蒸汽下吹制气后煤层温度已显著下降，且炉内尚有煤气

8、，如立即吹入空气势必引起爆炸。为此，先以蒸汽进行二次上吹，将炉子底部煤气排净，为下一步吹风创造条件。查一查我国煤炭的储量情况以及煤种状况⑤空气吹净。目的是回收存在炉子上部及管道中残余的煤气，此部分吹风气应加以回收，作为半水煤气中N2的来源。以常压固定床间歇式气化煤气制取工艺对煤种要求苛刻，仅适用优质无烟