化工工艺学 第四章 无机化工单元工艺--合成氨

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1、第四章无机化工单元工艺主要内容第一节无机化工概述第二节合成氨第三节无机化学矿物加工利用第四节无机酸、碱及化学肥料第一节无机化工概述第一节无机化工概述无机化学工业是相对于有机化学工业而言的庞大工业部门，它是发展最早的化工部门，在推动化工技术的发展上作出过重要的贡献。例如在过去，曾以硫酸产量的多少为标志，来衡量一个国家化学工业的发达程度，但现在已让位给乙烯了。第一节无机化工概述无机化工包括硫酸工业、纯碱工业、氯碱工业、合成氨工业、化肥工业和无机盐工业等部门。无机化工的特点1、无机化工发展历史长，对人类生存和科技发展具有积极的推动作用和影响。2、无机化工产品是重要的基本化工原料，

2、产量大，通用性强。3、与有机化工产品相比，品种相对较少，生产过程相对简单。4、新型无机化工产品不断出现，有些是高科技产品，如锂离子电池材料等。无机化工原料无机化学工业的原料来源很广，大致可分五大类：空气、水、化学矿物、化石燃料（煤、石油、天然气等）及生物质资源。无机化工主要产品硫酸工业主要产品：浓硫酸、发烟硫酸、液态三氧化硫和液态二氧化硫等；纯碱工业主要产品：碳酸钠、碳酸氢钠与氯化铵等；氯碱工业主要产品：烧碱、氯气和盐酸等；无机化工主要产品合成氨工业主要产品：氨；化肥工业主要产品：氮肥、磷肥和钾肥；无机盐工业：由金属离子或铵离子与酸根离子组成的物质。产品繁多，多

3、涉及到矿物的化学加工，如硼矿、钡矿、钾矿、硅石、萤石、锰矿、铬矿、钼矿和钛矿等。主要无机化工产品及用途一、酸、碱（三酸、两碱）二、化肥（氮肥、磷肥、钾肥）三、无机盐产品（电池原料、水处理剂等）四、无机非金属材料（先进陶瓷、炭材料、人造金刚石等）二次锂离子电池二次锂离子电池第二节合成氨一、概述二、原料气的制备三、原料气的净化四、氨的合成一、概述1.1氨的物理性质标准状态下是无色气体，具有特殊的刺激性臭味。20℃下将氨气加压0.8MPa时，液化为无色的液体。液氨或干燥的氨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。氨与空气或氧的混合物在一定浓度范围能发生爆

4、炸，有饱和水蒸气存在时，氨－空气混合物的爆炸界限较窄。一、概述1.2氨的用途★85％的氨用来制化学肥料，其余作为生产其他化工产品的原料。★氨在工业上主要用来制造炸药和各种化学纤维及塑料。★氨的其他工业用途也十分广泛，例如：在制冰、空调、冷藏等系统的致冷剂。一、概述1.3生产方法A氰化法o2000CCaO3CCaCCO2o1000CCaC2N2CaCN2CCaCN3HOCaCO2NH2233B直接法此法是在高压、高温和有催化剂时，氮气和氢气直接合成为氨的一种生产方法。目前工业上合成氨基本上都用此法。20一、概述1.4合成氨工业进展1913年：

5、在德国Oppau建成第一个工业化的合成氨装置，日产30t。一次大战后，各国都在德国被迫公开的合成氨技术的基础上，开发了一些其他方法。但氨产量增长缓慢。二战结束后，由于技术的进步，高速发展。一、概述1.4合成氨工业进展在原料构成方面：由以固体燃料（焦炭，煤等）为原料转化到了以气体或液体（天然气、石脑油、重油）为原料来合成氨。在生产规模上：实现了单系列合成氨装置的大型化，现在世界上规模最大的合成氨装置为日产1800t氨，而50年代以前，只有200t。在能耗上：新工艺的开发，能耗降低。计算机的应用实现了自动化操作控制上。一、概述1.5我国合成氨简介50年代，在恢复与扩建老

6、厂的同时，从苏联引进了三套年产50kt的装置；60年代，又从英国引进了一套年产100kt的装置，且又在全国建设了一大批小型氨厂；70年代，我国又从西方国家引进多套大型装置（年产300kt以上）。80年代后，我国设计的装置开始用于生产。一、概述1.6我国合成氨生产工艺技术现状2004年我国合成氨装置是大、中、小规模并存的格局，总生产能力为4260万t/a。大型合成氨装置有30套，设计能力为900万t/a，实际生产能力为1000万t/a；中型合成氨装置有55套，生产能力为460万t/a；小型合成氨装置有700多套，生产能力为2800万t/a。2004年我国产量为

7、4222万吨,居世界第一。一、概述1.7合成氨生产工艺概述目前的主要生产过程：(1)原料气的制备--用煤或原油、天然气作原料，制备含氮、氢气的原料气，这一过程称为造气。(2)原料气的净化--将原料气中的杂质：CO、CO、S等2脱除到ppm级。（这些物质对氨合成催化剂有毒害作用）(3)氨的合成--合成氨需要高温、高压，净化后的合成气原料气必须经过压缩到15～30MPa、450℃左右，在催化剂的作用下才能顺利地在合成塔内反应生成氨。焦炭蒸汽（无烟煤）空气造气除尘脱硫变换脱二氧化碳压缩脱一氧化碳合成氨以焦炭为原料的流程焦