化工工艺学 教学课件 作者 朱志庆 主编3课件第3章无机化工.ppt

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1、第3章无机化工产品典型生产工艺3.1合成氨3.1.1以煤与天然气为原料合成氨生产总流程3.1.2煤为原料制合成气3.1.3天然气为原料制合成气3.1.4一氧化碳变换3.1.5合成气中硫化物与二氧化碳的脱除3.1.6氨的合成3.1.7合成氨技术发展趋势合成氨化学发展史1900年，在研究平行移动的基础上通过理论计算，认为氢气和氮气在高压条件下可以直接化合生成氨。他用实验来验证，但在实验过程中发生了爆炸。他没有调查事故发生的原因，而是觉得这个实验有危险，于是放弃了这项研究工作，合成氨实验夭折了。后来查明实验失败的原因，是他所用混合气体中含有氧气，在实验过程氧气和氢气发生

2、了爆炸反应。法国化学家勒沙特列通过理论计算，认为合成氨是不能进行的。因此人工合成氨的研究又惨遭厄运。后来才发现，他在计算时误用一个热力学数据，以致得到错误的结论。德国化学家能斯特在合成氨研究屡屡受挫情况下，哈伯知难而进，对合成氨进行全面系统的研究和实验，1908年7月在实验室用氢气和氮气在600℃，200atm下合成出氨，尽管产率仅有2％，却也是一项重大突破。德国化学家哈伯——1918年获得诺贝尔化学奖合成氨主要用途氮肥硝酸、纯碱含氮无机盐制药、氨基塑料聚酰胺丁腈橡胶等制冷剂制备原料气脱硫CO变换CO2脱除脱除少量CO压缩合成氨产品氨原料天然气重油渣油煤水蒸气空气

3、净化合成氨生产过程3.1.2煤为原料制合成气煤的气化过程以煤或煤焦为原料，以氧气（空气、富氧或纯氧）、水蒸气或氢气等作气化剂，在高温条件下通过化学反应把煤或煤焦中的可燃部分转化为气体的过程。煤气开发洁净煤技术高效低污染煤利用技术CO+H2气化过程中碳的基本反应非均相反应（气/固）ΔΗ（298K,0.1MPa）kJ/molkcal/molR1部分燃烧C+0.5O2═CO-123-29.4R2燃烧C+O2═CO2-406-97.0R3碳与水蒸气反应C+H2O═CO+H2+119+28.3R4碳与水蒸气反应C+2H2O═CO2+2H2+90.3+22R5Boudouar

4、d反应C+CO2═2CO布多尔反应+162+38.4R6加氢气化C+2H2═CH4-87-20.9气相燃烧反应R7H2+0.5O2═H2O-242.00-57.80R8CO+0.5O2═CO2-283.20-67.64均相反应（气/气）R9均相水煤气反应CO+H2O═CO2+H2-42-10.1R10甲烷化CO+3H2═CH4+H2O-206-49.2热裂解反应R11CHxOy=(1—y)C+yCO+x/2H2+17.4R12CHxOy=(1—y—x/8)C+yCO+x/4H2+x/8CH48.1移动床气化炉逆流操作煤气化的分类方法（按反应器类型）流化床气化炉气流

5、床气化炉并流操作编号平衡常数式lgKp600℃800℃1000℃1200℃1400℃R3Kp1=p(CO)p(H2)/p(H2O)-4.24-1.330.451.652.50R4Kp2=p(CO2)p2(H2)/p2(H2O)-5.05-2.96-1.66-0.763-0.107R5Kp3=p2(CO)/p(CO2)-2.490.792.123.13.84R6Kp4=p(CH4)/p2(H2)—-3.316-4.301——反应式R3～R6的平衡常数煤气化的工艺条件（1）温度的影响气化反应均为可逆反应，总反应过程是强吸热反应动力学分析提高控制步骤的速率，才能有效地提

6、高总过程速率煤种温度/℃反应速率控制步骤强化措施泥煤褐煤＜900慢动力学提高温度＞900快内、外扩散控制提高扩散速率焦炭＞1200快扩散控制提高扩散速率无烟煤900～1200慢动力学控制提高温度1200～1500过渡控制区同时提高扩散和反应速率＞1500快扩散控制提高扩散速率减小颗粒度和提高气流速度＞900℃才有满意的气化速率常压压力单位：atm煤焦-O2煤焦-H2O煤焦-CO2煤焦-H2反应速度高压煤焦-H2反应提高更快不利CO和H2的平衡浓度提高反应速率减小反应体积目前气化一般为2.5～3.2MPa，CH4含量比常压法高（2）压力的影响（3）水蒸气和氧气的比例

7、氧的作用是与煤燃烧放热，为水蒸气与煤的气化反应提高热量（4）煤气化的煤种条件煤的性质：反应活性、粘结性、结渣性、热稳定性、机械强度、粒度组成以及煤的水分、灰分和硫分等由煤气化生产方法来定根据煤的性质，选择适合的煤气化工艺煤气化制合成气的方法碳与水蒸气反应生成的煤气是强吸热反应需提供分解水蒸气所需的热量间歇气化法交替用空气和水蒸气为气化剂历史悠久，其缺点是生产必须间歇操作连续气化法同时用氧和水蒸气为气化剂连续气化法生产水煤气已是当前的发展趋势（1）间歇式制气法主要由吹空气和吹水蒸气两个阶段组成空气吹净燃烧反应（蓄热）吹风水蒸气吹净上吹制气下吹制气二次上吹制气吹水蒸气

8、（制气）辅