《合成氨工业》PPT课件

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1、第三章合成氨工业3.1概述3.2合成氨原料气的制取3.3合成氨原料气的净化3.4氨的合成一、合成氨工业的发展早期氰化法氰氨化钙1898年CaCN2＋3H2O─→2NH3＋CaCO31905年德国氮肥公司建成世界上第一座生产氰氨化钙的工厂氢氮合成氨法利用氮气与氢气直接合成氨直至1909年,德国物理化学家F.哈伯,6%卡尔斯鲁厄大学80g/h循环法德国化学家A.米塔斯工程师C.博施巴登苯胺纯碱公司于1912年在德国奥堡建成世界上第一座日产30t合成氨的装置它标志着工业上实现高压催化反应的第一个里程碑第一节概述二、氨的性质和用途1、性质氨在常温、常压下为无色气体，比空气

2、轻，具有特殊的刺激性臭味，较易液化（易形成氢键）。可与许多物质发生反应：4NH3＋5O2=4NO＋6H2O2NH3＋CO2=NH2COONH4NH2COONH4=CO（NH2）2＋H2O氨还可以与一些无机酸（如硫酸、硝酸、磷酸等）反应，生成硫酸铵、硝酸铵、磷酸铵等。可用于生产化肥。2、用途三、合成氨的生产方法简介三个步骤:1、原料气的制备2、原料气的净化3、氨的合成1、原料气的制备：1／2N2＋3／2H2＝NH3H298=-46.22KJmol-1首先必须制备合格的氢氮原料气N2：空气液化；空气通过燃料层燃烧，将生成的CO和CO2除去而制得。H2：各种燃料与水

3、蒸气作用固体燃料气化法轻质烃类蒸汽转化法重油部分氧化法2、原料气的净化采用煤和天然气等原料制得的氢、氮原料气中都含有硫化物、一氧化碳、二氧化碳，这些杂质都是氨合成催化剂的毒物，因此，氢、氮原料气在氨合成之前，必须将这些杂质脱除。3、合成氨将净化后的氢、氮混合气压缩至高压，在铁催化剂与高温条件下合成氨。第二节合成氨原料气的制取1、固体燃料气化法固体燃料的气化：工业上用气化剂对煤或焦炭进行热加工，将碳转化为可燃气体的过程。固体燃料气化的目的：制备合成氨原料气。要求：（CO＋H2）／N2应为3.1-3.23H2+N2=2NH3半水煤气的工业生产方法（1）、吹风阶段－氧与

4、碳反应C＋1／2O2＝COH298＝-110.6kJmol-1CO+1/2O2=CO2H298＝-283.2kJmol-1C+O2=CO2H298＝-393.8kJmol-1C+CO2=2COH298＝172.3kJmol-1特点：放热大于吸热（10000C）空气煤气主要成分为：N2、CO、CO2（2）、制气阶段－水蒸汽与碳反应C＋H2O＝CO＋H2H298=131.390kJmol-1C＋2H2O＝CO2＋2H2H298＝90.196kJmol-1CO＋H2O＝CO2＋H2H298＝-41.194kJmol-1C＋2H2＝CH4H

5、298＝-74.898Jmol-1制气的目的：是获得较多的H2和CO。水煤气的主要成分：CO和H2固定层煤气发生炉示意图灰渣区的作用是：预热入炉的冷空气，保护炉体使它不致在炉内高温下变形。焦炭气化层（燃料与水蒸汽反应）干燥层（水分蒸发）灰渣层（预热、保护作用）鼓风干馏层（受热释放出烃类气体）氧化层(C+O2=CO2)还原层(CO2+C=2CO)制气工艺流程（1）、空气吹风：自下而上地通入空气，提高燃料层温度（2）、蒸汽上吹：为保持正常炉温，可在水蒸气中配入部分空气进行气化。（3）、蒸汽下吹：水蒸气与加氮空气从上而下进行气化反应，使燃料层温度趋于均衡。（4）、蒸汽二

6、次上吹：将炉底的煤气排净，为吹入空气作准备。（5）、空气吹净：此部分吹风气加以回收，作为半水煤气中氮的主要来源。间歇式制半水煤气各阶段气体流向示意图1234567水蒸气空气煤气吹风气阶段阀门开闭情况1234567吹风○××○○××一次上吹×○×○×○×下吹××○××○○二次上吹×○×○×○×空气吹净○××○×○×二、烃类蒸汽转化法反应原理：天然气中约有90%左右的甲烷，在较高的温度及催化剂的存在下与水蒸气作用转化为氢气。CH4+H2O=CO+3H2CH4+2H2O=CO2+4H2为了制备合成氨原料气（氢、氮气），通常使天然气的转化分为两段进行，即顺序地在一段转化炉

7、和二段转化炉中完成转化反应。2、转化过程的分段（1）一段转化并联的转化反应管(耐热的高镍铬钢制成,其中填充着镍催化剂)辐射段(高温燃料气体对转化反应管进行辐射传热)温度:800~820oC主要反应:CH4+H2O=CO+3H2甲烷含量:9.5%（2）、二段转化一段转化炉出口气体中CH4仍有8－10％，引入空气进行部分燃烧转化，使残余的甲烷浓度降至0.2-0.5%，同时引入了N2。主要反应：H2+1／2O2＝H2OCO＋1／2O2＝CO2CH4＋H2O＝CO＋3H2放热反应使温度达到12000C首先是一段转化气与空气混合进行燃烧，温度可达12000C，然后在充填镍催

8、化剂的转化