合成氨工艺的发展历史.ppt

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1、第十三章合成氨工艺主要内容：1、氨合成概述2、氨合成的热力学基础3、氨合成动力学4、原料气的生产与净化5、氨生产全流程6、合成氨生产发展趋势7、尿素的合成§13-1概述一、合成氨的重要性生产氮肥、硝酸盐、胺、纤维、染料等。二、原料路线直接原料：氢和氮以下方法获得粗原料气：氢气、氮气、一氧化碳、二氧化碳粗原料气变换：变换气以氢气、氮气、二氧化碳为主，其中氢分子与氮分子之比为：3:1除杂净化得到合乎要求的氢氮混合气。三、氨合成原则流程和各化学反应过程相互关系氨合成这一步最困难，工艺条件要求也最严格，是主要化学反应过程，应首先进行优化。§13-2氨合成的热力学基础一、氨合成反应与反应热二、

2、反应平衡常数三、影响平衡时氨浓度的因素1、氢氮比R：R=3(此时y最大)2、温度：温度越低，Kp越大。低温催化剂为发展方向。3、压力：压力越大，平衡浓度越大。4、惰性气体含量：有较大的影响。§13-3氨合成动力学一、催化剂铁催化剂：A10型催化剂：活化能约170KJ/mol，起燃温度370度，耐热温度510度，活性最高时的温度450度左右，粒径2.2~13mm.二、反应动力学不同粒度催化剂、压力30MPa、空速30000h-1时，不同温度下的反应结果：低温时：化学动力学控制，氨含量不受颗粒大小影响；高温时：内扩散控制，小颗粒催化剂效果较好。§13-3氨的合成与分离一、工艺条件的优化1

3、、温度：400~510度（可逆放热反应，最快反应速率时的反应温度随转化率的提高而降低）2、压力：加压有利于提高转化率。20世纪：10~15MPa;近年：3~4MPa3、空间速度：气固相催化反应空间速度越大，反应时间越短，生产强度越大。4、氢氮比：氮的活性吸附为合成反应的控制阶段，氮的含量对反应速率影响较大，略低于3可加快反应速率。实践：32MPa、450度、催化剂粒度1.2~2.5mm空速24000(1/h)、R=2.5出口氨浓度最大采取的方法：新鲜原料气比为3，混合后的循环气在合成塔入口的比约为2.8。5、进塔气中的惰性气体含量：一般≤2%6、催化剂颗粒：反应初期：温度440~47

4、0度粒径0.6~3.7mm;反应后期：温度420~440度粒径8~16mm二、氨的分离方法：降低温度使氨液化通过气液分离器使液氨与其他气体分离。四段冷激轴向合成塔原料气→主进气口→沿环隙至顶部→换热器管间预热420度，与冷激气混合温度降为410度→第一段催化剂床层，温度由410上升到496度再与冷激气混合降至430度，此时NH3%为6.9%→二段、三段、四段→中心管→换热器管内→出塔（130~200度）径向塔：气体的走向是径向，每段催化剂的厚度只有塔径的30%~70%。径向塔的优点：1、阻力小：通气面积大、催化剂床层薄；2、空速高；3、催化剂活性高四、合成与分离循环流程一次分离流程只

5、进行压缩和冷却液化分离。适于合成压力较低（约10-15MPa)出塔气中氨%<12%二次分离流程适用于压力较高（约30MPa）的场合。处理过程中出塔气氨%≈15%，第一次分离是在水冷的条件下使近一半的氨液化分离出去，气体中剩余的氨%=8%经压缩机升压和氨冷在-5度的条件下进行二次分离。§13-5原料气的生产与净化一、生产原料气的原料天然气、油田气占18.6%、轻油6.3%、重油8.1%、煤和焦65%、焦炉气1%原料气的生产分两步：造气和变换二、以煤焦为原料的造气过程及其优化造气与送风的五个阶段间歇操作：第一阶段为送风发热，后四个阶段为造气。1、空气吹风：送风发热、提高炉温2、上吹造气：

6、将水蒸气和炉气从炉底吹入生产半水煤气经废热锅炉、洗涤塔送至气柜。3、下吹造气：上吹后炉底温度降低，炉顶温度尚高，改为下吹造气。先从炉顶向下吹几秒水蒸气，防止直接吹空气与煤气相遇爆炸。得半水煤气经废热锅炉、洗涤塔送至气柜。4、二次上吹：为返回第一阶段空气吹风做准备，同时回收炉内残存的半水煤气。防止炉底爆炸，先吹水蒸气。持续时间很短。5、空气吹净：把炉内残存的半水煤气吹出并收集。持续时间更短。五个阶段为一个循环，每个循环需3~4min。生产出的半水煤气中：H2%=38~42%;CO%=27~31%;N2%=19~22%;CO2%=6~9%.少量的甲烷、氧气、硫化氢、二硫化碳等。三、变换1

7、、化学反应与平衡转化率变换的目的将一氧化碳变成氢。2、工艺条件的优化(1)、催化剂：铜催化剂：氧化铜、氧化锌、氧化铝烧结用氢还原活性温度为180-250度，为低变催化剂。铁铬催化剂：氧化铁、氧化铬，活性温度为350-450度，为中变催化剂。(2)、原料气组成：使水蒸气过量，提高转化率。200度时，CO与H2O体积比由1：1提高到1：6时转化率由93.8%提高到99.9%。(3)、反应温度：可逆放热反应最大反应速率时的反应温度随转化率提高而降低。因此：反应前