化学工艺学课件-合成氨.ppt

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1、化工工艺学主讲教师：续京2011.11第一部分合成氨一合成氨在国民经济中的地位1合成氨是大量有效固定氮的方法氮的固定：AIR中（78%）游离N2→氮的化合物电弧法：N2+O2→2NO(3000℃,放电)NO+1/2O2→NO2NO2+H2O→HNO32电石法(氰氨法)：CaO+3C→CaC2+COCaC2+N2→CaCN2+CCaCN2+3H2O→CaCO3+2NH3方法电弧法电石法合成氨法能耗/GJ/tNH370027921.23合成氨法:N2+3H2→2NH3(l)(高P、T、Cat.)32氨的作用化肥；

2、基本化工原料；炸药；冷冻剂二世界合成氨发展情况1合成氨的生产过程造气(N2、H2)→净化→压缩合成2四大阶段4发明与扩大阶段1901-1945原料变迁阶段1946-60年代初大型化阶段60年代初-1973节能降耗阶段1973-特点单系列大型化热能综合利用高度自动化不足不利于连续生产需维持热平衡发生事故损失巨大烃类蒸汽转化重油部分氧化5三我国合成氨工业发展情况建国前南京1936美国、硫铵、1万吨氨/年大连1937日本、碳铵、1万吨氨/年上海1940美国、电解水、1千吨氨/年58~70中小型：硫酸氨、碳酸氢氨、硝

3、酸氨70~80大型化装置国家：美Kellgg日TEC法Hemtay套数：823能耗Gc/t：9.959.810.4480~至今中小型节能降耗；大中型技改困难6四合成氨生产的原则流程气体原料造气固体原料液体原料原料气脱硫净化CO变换原料气脱碳少量CO、CO2脱除合成7以重油为原料，加压部分氧化、冷法净化制氨流程空气分离原料油部分氧化CO变换甲醇洗蒸汽合成压缩氮洗氨8五合成氨工艺课的内容不仅了解单体设备，更主要在于各设备间的有机联系生产流程、工艺条件、量量衡算、经济观点合成氨生产的特点更新快、老化快、典型性强几点

4、要求9原料液态气态固态天然气油口气焦炉气炼厂气重油石脑油煤焦碳2.1合成气的制取2.1.1烃类的蒸汽转化1011原料造气方法能量消耗（106kJ）相对投资天然气加压蒸汽转化35.61石脑油加压蒸汽转化36.81.15重油加压部分氧化41.61.5煤常压部分氧化48.61.8~2.1煤电解58.61.8~2.112原料+H2O(g)→H2+CO原料均可以看作H/C烃类与元素C组成三种原料中：天然气>液态>固态吸热反应，热量来源直接加热法间歇法自热部分氧化法131.化学反应在蒸汽转换过程中，烃类主要进行如下反应：

5、CnH2n+2+H2O=CH4+CO2CnH2n+H2O=CH4+CO214CH4＋H2OCO＋3H2CH4＋2H2OCO2＋4H2CO＋H2OCO2＋H2CO2＋CH42CO＋2H2生成的甲烷与水蒸气进行转化反应：烃类稳定性比较ΔGf,CH4最稳定15CH4C＋2H22COCO2＋CH2＋COC＋H2O烃类蒸汽转化过程中主要副反应如下：16一气态烃类转化的化学反应独立反应-反应系统中与其它反应相对独立的化学反应-独立反应数=反应系统中所有的物质数-形成这些物质的元素数原子守衡法CH4＋H2O=CO＋3H2C

6、O＋H2O=CO2＋H2CH4=C＋2H217甲烷蒸汽转化反应理论基础CH4＋H2O=CO＋3H2CO＋H2O=CO2＋H21热力学分析18平衡组成计算CH4＋H2O=CO＋3H2始1m00终1-xm-xx3xCO＋H2O=CO2＋H2始xm-x03x终x-ym-x-yy3x+y规定：转化气中甲烷的残余含量<0.5%设：T、p、m=H2O/CH4=S/C、正常生产以1molCH4为基准，设反应的CH4量为xmol，转化的CO量为ymolCH41-xCOx-yCO2yH23x+yH2Om-x-y19物质物质的量

7、干基浓度湿基浓度CH41-xCOx-yCO2yH23x+yH2Om-x-y1+3x+y100%1+m+2x100%注意：干湿基20甲烷与水蒸气混合物m=S/C=5，设转化过程没有碳黑析出。试计算0.1MPa和600℃条件下的平衡组成。已知此条件下KpΘ1=0.9618;KpΘ2=2.7。21影响甲烷蒸汽转化反应平衡组成的因素水碳比S/C、温度T、压力P22总之，提高温度、降低压力和增大水碳比均有利于提高反应的转化率，使甲烷残余含量降低232动力学分析烃类原料水蒸气燃烧外部供热COH2反应机理工业反应器常用动力

8、学方程宏观动力学-扩散影响外扩散影响较小、内扩散影响严重反应器结构24平衡温距--转化炉气体进口实际温度T与出口气体组成相对应的平衡温度TP之差称为“接近平衡温度差”ΔTe=T-TPKpJpTpTKpJpTTp吸热放热253转化过程的析碳析碳的途径：三个副反应析碳的危害：析碳的热力学析碳的动力学防止析碳的方法覆盖催化剂表面，甲烷转化率下降局部过热，缩短反应管寿命催化剂粉碎，床层阻力增大适当提高水蒸气