合成氨生产技术.ppt

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1、化工生产操作与控制应用化工技术专业项目一合成氨SynthesisofAmmonia任务一概述任务二原料气的制取任务三原料气的净化任务四氨的合成知识目标掌握合成氨生产的原理熟悉合成氨的生产步骤及相关知识了解国内外合成氨生产现状及主要生产方法能力目标能够分析如何选择工艺条件根据化学反应规律，能够判断原料的优劣能够进行开停车操作能够画出合成氨生产的工艺流程图任务一概述Introduction空气中含有大量的游离氮，但是只有极少数农作物才能直接吸收空气中的氮。大多数作物只能吸收化合态氮来供给生长所需主要养分。固氮是化学化工研究中既古老又前沿的课题。目前已投入工业生产的

2、主要固氮方法：1.电弧法2.氰氨法3.合成氨法目前最重要最经济的方法是合成氨法。首例合成氨厂是1912年在德国建立的日产30砘合成氨的工厂。目前先进合成氨厂的规模已达到1000~1500T/日。合成氨首先为农业生产提供了充足的肥料，使农业生产产量大大提高，为人类社会发展和人口增长作出了巨大贡献。氨除了主要用作化学肥料的原料外，还是生产染料、炸药、医药、有机合成、塑料、合成纤维、石油化工等的重要原料。合成氨发展的三个典型特点：1.生产规模大型化。1000~1500T/日2.能量的合理利用。用过程余热自产蒸汽推动蒸汽机供动力，基本不用电能。3.高度自动化。自动操作

3、、自动控制的典型现代化工厂。目前的主要生产过程：(1)制气用煤或原油、天然气作原料，制备含氮、氢气的原料气。(2)净化将原料气中的杂质：CO、CO2、S等脱除到ppm级。(3)压缩和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°Ｃ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。(4)氨的分离其主要过程如图1.1和图1.2。图1.1合成氨的基本过程造气除尘脱硫CO变换脱CO2压缩脱除少量CO和CO2合成空气、煤(或天然气)、蒸汽氨任务二原料气的制取Productionofsyntheticgases合成氨的生产需要高

4、纯氢气和氮气。氢气的主要来源气态烃类转化固体燃料气化重质烃类转化氮气的主要来源物理法转化空气化学法转化空气任务二原料气的制备合成氨一、固体燃料气化法气化剂几个概念：煤气空气煤气水煤气混合煤气半水煤气任务二原料气的制备1.固定床间歇气化法合成氨工作循环五个阶段：固定床间歇式气化煤气制取工艺对煤种要求苛刻，仅适用优质无烟煤和冶金焦，而且产气量低、总能耗高；间歇法是目前我国中、小型合成氨厂广泛采用的气化方法①吹风阶段②蒸汽一次上吹③蒸汽下吹④蒸汽二次上吹⑤空气吹净2.气流床连续气化法被誉称为“第三代煤气化炉”的德士古造气技术，是当代国际上最富有竞争力的气流床连续气化

5、法的一种。德士古煤气化法原料煤种广泛，可利用劣质煤，只要灰熔点较低即可，碳转化率为98.5%~99.5%，且炉内耐火材料可以连续使用2年。该法气化强度高，可直接获得低含量烃（甲烷含量<0.1％）的原料气，无需加入蒸汽，不足之处是由于入炉水分大，氧耗较高。因此比较适合有廉价低灰熔点煤种的地区。任务二原料气的制备合成氨任务二原料气的制备二、烃类蒸气转化法烃类蒸气转化系将烃类与蒸汽的混合物流经管式炉管内催化剂床层，管外加燃料供热，使管内大部分烃类转化为H2、CO和CO2。然后将此高温（850~860℃）气体送入二段炉。此处送入合成氨原料气所需的加N2空气，以便转化气

6、氧化并升温至1000℃左右，使CH4的残余含量降至约0.3%，从而制得合格的原料气。烃类主要是天然气、石脑油和重油。重油一般采用部分氧化法，天然气和石脑油一般采用蒸汽转化法。石脑油的蒸汽转化原理与天然气蒸汽转化原理相近。合成氨任务二原料气的制备1、烃类蒸气转化法的化学反应天然气的主要成分为CH4，以天然气为原料的蒸汽转化反应为：（1）一段转化反应（2）二段转化反应催化剂床层顶部空间燃烧反应：催化剂床层中进行甲烷转化和变换反应。合成氨在高温有催化剂存在的条件下可实现下述反应：CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)CO(g)+H2O(g)=CO2(g

7、)+H2(g)但要完成这一工业过程，必须对可能发生的主要反应及副反应进行详细研究。主要的副反应有CH4(g)=C(s)+2H2(g)2CO(g)=CO2(g)+C(s)CO(g)+H2(g)=C(s)+H2O(g)动力学分析烃类蒸汽转化反应是吸热的可逆反应，高温对反应速率和反应平衡都有利，但即使在1000时，反应速率仍然很低，因此，需用催化剂来加快反应速率，由于烃类蒸汽转化过程是在高温下进行的，且存在析碳问题，这样就要求催化剂除具有高活性、高强度外，还要具有较好的热稳定性和抗析碳能力，镍催化剂是目前工业上最常用的催化剂。扩散作用对甲烷蒸汽转化反应的影响反应主要

8、取决于在催化剂内表面的反应，所以该反应