合成氨生产工艺 河南化工

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1、合成氨生产工艺河南化工技校魏葆婷氨的合成氨的合成是量后一道工序，任务是在适当的温度、压力和有催化剂存在的条件下，将经过精制的氨氮混合气直接合成为氨。然后将所生成的气体氨从末合成为氨的混合气体中冷凝分离出来，得到产品液氨，分离氨后的白白氢氮气体循环使用。凝分离出来，得到产品液氨，分离氨后的氢氮气体循环使用。第一节氨合成的基本理论一、氨合成反应的特点3H2+N2=2NH3+Q(1)是可逆反应。即在氢气和氮气反应生成氨的同时，氨也分解成氢气和氮气。(2)是放热反应。在生成氨的同时放出热量，反应热与温度、压力有关。(3)是体积缩小的反

2、应。(4)反应需要有催化剂才能较快的进行。二、氨合成反应的化学平衡1.平衡常数:降温、加压平衡常数增大2.平衡氨含量反应达到平衡时氨在混合气体中的百分含量，称为平衡氨含量，或氨的平衡产率。氢氮混合气体中所含的甲烷和氩等不参加氨合成反应的气体成分，称为惰性气体。提高平衡氨含量的措施为降低温度，提高压力，保持氢氮比等于3，并少惰性气体含量。三、氨合成动力学(一)反应机理在催化剂的作用下，氢与氮生成氨的反应是一多相气体催化反应。由以下几个步骤所组成：(1)气体反应物扩散到催化剂外表面；(2)反应物自催化剂外表面扩散到毛细孔内表面；(3)气

3、体被催化剂表面(主要是内表面)活性吸附(与普通吸附的区别在于有化学力参与在内，并放出热量)；(4)吸附状态的气体在催化剂表面上起化学反应，生成产物；(5)产物自催化剂表面解吸；·(6)解吸后的产物从催化剂毛细孔向外表面扩散；(7)产物由催化剂外表面扩散至气相主流。以上七个步骤中，(1)、(7)为外扩散过程；(2)、(6)为内扩散过程；(3)、(4)和（5）总称为化学动力学的过程。二、反应速度反应速度是以单位时间内反应物质浓度的减少量或生成物质浓度的增加量表示。影响氨合成反应速度因素：1.压力提高压力可加快氨的生成速度使气体中氨含量迅

4、速增加。2.温度反应速度随着温度升高显著加快。第二节氨合成催化剂可以作氨合成催化剂的物质很多，如铁、铂、锰、钨和铀等。但由于以铁为主体的催化剂具有原料来原广，价格低廉，在低温下有较好的活性抗毒能力强，使用寿命长等优点、广泛采用。一、催化剂的组成及性能1．催化剂在还原前的化学组成及其作用铁催化剂在还原之前，以铁的氧化物状态存在。其主要成分是三氧化二铁(Fe2O3）和氧化亚铁(FeO)。此外，催化剂中还加入各种促进剂。(1)氧化铁的组成(2)促进剂的组成及作用促进剂又称助催化剂，它本身没有催化活性，但加入催化剂中，可改善催化剂的物理结构

5、，从而提高催化剂的活性。合成氨铁催化剂中，普遍采用的促进剂有三氧化二铝(A12O3)、氧化钾(K2O)和氧化钙(CaO)等。二、催化剂的还原与钝化1.催化剂的还原（1）催化剂还原反应的原理催化剂中氧化铁不能加速氨合成反应速度，必需将其还原成活泼的铁，才具有催化活性，常用还原方法是将制成的催化剂装在合成塔内通入氢氮混合气，使催化剂中的氧化铁被氢气还原成金属铁。FeO+H2+Fe+H2O-QFe2O3+3H2=2Fe+2H2O-Q催化剂的还原程度用还原前催化剂中铁的氧化物被还原的百分率表示称还原度。（3）.催化剂的预还原为了使合成氨系

6、统在短时间内投入生产，将铁催化剂在合成塔外预先进行还原，即所谓催化剂的预还原。2．催化剂的钝化还原后的活性铁遇到空气会发生强烈的氧化反应，放出的热量能使催化剂烧结失去活性。钝化方法是将压力降到0.5~1MPa，温度降到50~80度，用氮气置换系统后逐渐导入空气使氮气中氧含量在0.2~0.5%.三、催化剂的中毒与衰老1．催化剂的中毒进入合成塔的新鲜混合气，虽然经过了净化，但仍然含有微量的有毒气体，使催化剂缓慢中毒，活性降低。2．催化剂的衰老催化剂经长期使用后，活性会逐渐下降，生产能力逐渐降低，这种现象称为催化剂的衰老。催化剂的中毒

7、和衰老几乎是无法避免的，但是选用耐热性能较好的催化剂，改善气体质量和稳定操作，能大大延长催化剂的使用寿命。第三节氨合成操作条件的选择氨合成的生产工艺条件必须满足产量高、消耗定额低、工艺流程及设备结构简单、操作方便及安全可靠等要求。决定生产条件最主要的因素是压力、温度、空间速度、气体组成和催化剂等。一、压力在一定的空速下，合成压力越高，出口氨浓度越高，氨净值(合成塔出入口氨含量之差)越高，合成塔的生产能力也就越大。氨合成系统的能量消耗主要包括原料气压缩功、循环气压缩功和氨分离的冷冻功。生产实践证明，操作压力在20～35MPa时总能量

8、消耗比较低。二、温度将某种催化剂在一定成产条件下具有最高氨生成率的温度称为最适宜的温度。最适宜温度还和空间速度、压力等有关经生产实践得出氨合成操作温度控制在470~520度较为适宜。三、空间速度当操作压力、温度及进塔气组成一定时，空速