合成氨工艺课件.ppt

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1、合成氨工艺学合成氨本章以氨的合成为重点，阐述合成原理，并对一些合成塔、合成流程进行分析对比。然后对现代合成氨工厂的一些问题如原料线路、大型化、综合利用等，着重从技术经济的角度作一些分析。①氨合成反应的特点与二氧化硫催化氧化比较，主要是在催化剂允许的温度范围内转化率很低，必须采用高压来提高转化率；必须采用循环流程以提高原料利用率。②合成氨的生产是消耗能量的生产，它所用的原料恰好又都是能源，因此节省能源是合成氨生产的又一突出的特点。合成氨反应的特点：一概述氨的合成使人类从自然界制取含氮化合物的最重要方法。氮则是进一步合成含氮化合物的最重要原料，而含氮化合物在人民生活中都是必不可少的。

2、1977~1978年，世界含氮化合物产量为4935万吨氮，1980~1981则达6284万吨。A：氨除了本身可以作为肥料外，它是进一步制取各种氮肥的原料。氮肥是现代农业生产比不可少的，年增加率达7%。目前有氨制成的氮肥，最重要的是尿素、硝酸铵、硫酸铵、碳酸氢铵、磷酸铵等。氨用于生产各种氮肥约占其总产量的80%~90%。1、合成氨的重要性B：氨可用来制造硝酸、硝酸盐、铵盐、氰化物等无机物，也可用来制造胺、磺胺、腈等有机物。氨和这些含氮化合物是生产燃料、炸药、医药、合成纤维、塑料等的原料。鉴于氨在国民经济中的重要性，许多国家都集中主要力量解决与合成氨有关的技术和理论问题。如高压技术、

3、煤的气化、深冷技术、气体净制、特种钢材、催化理论等。因此，合成氨的发展，又在理论上和技术上指导了其他新型的工业，如人造石油、甲醇、尿素的合成。乙烯的高压聚合等。氨是用氢、氮合成的，所以合成氨的直接原料为氢和氮2合成氨的原料路线及原则流程各种原料制氨的经济指标从世界范围讲，以天然气，油田气为原料的工厂占60%以上。其次是与天然气接近的轻油和炼厂气。以煤为原料的只不过10%。氨合成原则流程原料氨氨的生产过程，粗略的讲可分成四步：原料的生产；原料气的净化；氨的合成；氨的分离。除氨的合成外，其它过程的转化率和分离率都比较高。由于氨合成的转化率较低，反应后的气体经氨分离后循环返回合成塔。氨

4、生产的原则流程：造气净化氨的合成氨的分离循环气在这个原则流程中，氨的合成是核心，原料气的生产和净化工艺必须满足氨的合成要求，氨的分离和循环气返回合成塔的工艺，也主要是根据合成反应的结果来确定的。二氨合成的理论基础（1）化学反应与反应热氨的合成反应是放热、体积缩小的可逆反应：按照一般规律，反应热只与温度有关。但是合成氨是在高压下进行的，在高压下气体的规律已偏离理想状态。因此反应热与温度、压力和气体的组成有关。表2—7氨合成反应的热效应（-H⊝/KJ.mol-1）1氨合成的热力学基础在高压下，气体的行为偏离理想状态的规律，平衡常数Kp可通过下式求出：或：式中f和为各组分的逸度和逸

5、度系数。(2)化学平衡及平衡常数在氨的合成应中，设P为总压，y、yN2、yH2、yi分别代表NH3、N2、H2、惰气的摩尔分数，则原始氢氮比:(3)影响平衡时氨浓度的因素所以同样，所以在0.5N2+1.5H2=NH3反应达到平衡时氢氮比氢氮比即R，为了求取氨浓度y值最大时的R值，应对上式求导数。当导数为0时，可求得R=3。这就是说当R值等于3时，y值最大。（13-9）温度温度对平衡氨浓度的影响，可以根据Kp值判断。温度越低,Kp值越大，而且增长的程度也剧烈。因此，研制低温催化剂是当前合成氨的一个重要发展方向。压强可以看出压强越大，平衡浓度也越大。惰气含量惰气含量对平衡氨浓度有较大

6、的影响。2氨合成动力学氢氮混合气在铁催化剂表面上发生的反应大体包括下列几步：气体向催化剂表面（外表面和内表面）扩散。气体在催化剂表面发生活性吸附。N2(气)2N(吸附)H2(气)2H(吸附)吸附的氮和吸附的氢发生反应生成氨N(吸附)+H(吸附)NH(吸附)NH(吸附)+H(吸附)NH2(吸附)NH2(吸附）+H(吸附)NH3(吸附)生成的氨从催化剂表面解吸NH3(吸附)NH3(气)解吸的氨从催化剂表面向气体主流扩散。氨合成的催化剂，活性不太高，具有许多内孔，它的内表面比外表面要大几万倍。反应过程是内扩散控制还是化学动力学控制，取决于反应温度和催化剂颗粒的大小等因素。哪一步是控制步

7、骤，取决于反应条件。外扩散是否成为控制阶段，取决于气速和催化剂的活性。由于高气速还可以提高生产能力，所以采用了足够大的气速，因此外扩散通常不会成为控制阶段。由于化学反应（含化学吸附）的活化能比扩散活化能高很多倍，温度对前者的影响比后者大。所以很有可能是低温时是化学动力学控制，高温时是内扩散控制。大颗粒的催化剂由于内扩散路程长，小颗粒的路程短，所以在同样的温度下，有可能大颗粒是内扩散控制，小颗粒时是化学动力学控制，高温时是内扩散控制。扩散控制时：不同控制阶段的动力学方程应该有不同形