最新化工工艺学 第八章教学内容.ppt

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1、1784年，有学者证明氨是由氮和氢组成的。1901年法国物理化学家吕·查得利提出氨合成的条件是高温、高压，并有适当催化剂存在。合成氨工业发展简介1909年，德国人哈伯以锇为催化剂在17～20MPa和500～600℃温度下进行了合成氨研究，得到6％的氨。1911年米塔希研究成功以铁为活性组分的合成催化剂，铁基催化剂活性好、比锇催化剂价廉、易得。第二节合成氨工艺流程概述合成氨的原料是氢气和氮气。氮气来源于空气，可以在制氢过程中直接加入空气，或在低温下将空气液化、分离而得；氢气来源于水或含有烃的各种燃料。工业上普遍采用的是以焦炭、煤、天然气、重油等燃料与水蒸气作用的气化方法。

2、合成氨生产的原则流程如图所示。以煤为原料合成氨的全流程如图所示。选用了改良蒽琨二磺酸法脱硫、氨基乙酸法脱CO2、加压变换等新技术。以天然气等气态烃为原料二段转化法流程如图。特点是把脱硫放在转化之前。有益于转化和变换催化剂，避免转化后把温度降到常温下脱硫，节省和利用了大量的热能。以重油为原料流程如图。采用什么样的流程，应根据不同的原料，对各工序拟使用的生产方法进行技术经济分析和综合评价比较，以求操作可行和经济合理。表列出了不同原料路线生产氨的经济指标。不同原料制氨的技术经济比较用什么原料，主要取决于来源与价格。天然气制氨的投资最少、能耗最小、成本也较低。第三节原料气的制备

3、与净化合成氨的生产需要高纯氢气和氮气。氮气用最丰富而廉价的空气来制取。氢气的主要来源有：气态烃类转化、固体燃料气化和重质烃类转化。制取粗原料气，都可用下式表示：CnHm+nH2O(g)=nCO+(n+m/2)H2或C+H2O=CO+H2原料气的生产步骤：一、造气燃料与空气、水反应生成N2，H2，CO二、变换CO与水反应生成H2，实现氢氮比R＝3氢氮比动力学指出，氮的活性吸附是控制阶段，适当增加原料气中氮含量利于提高反应速率。为达到高的出口氨浓度、生产稳定的目的，循环气氢氮比略低于3(取2.8--2.9)，新鲜原料气中的氢氮比取3：1。造气把煤或焦炭中的可燃物质转变为H2

4、、CO和CO2，这一过程叫做固体燃料气化，简称造气。气化所得的气体统称煤气，进行气化的设备叫煤气发生炉。采用间歇法造气时，空气和蒸汽交替通入煤气发生炉。通入空气的过程称为吹风，制得的煤气叫空气煤气；通入水蒸气的过程称为制气，制得的煤气叫水煤气；空气煤气与水煤气的混合物称为半水煤气。以煤（或焦炭）为原料的造气过程a．空气吹风空气从造气炉底部吹入，送风发热，提高炉温，吹风后的气体去废热锅炉回收热量后放空；为充分利用热量和安全，生产过程如图所示(五阶段一循环）。工业上采用间歇操作法，即交替进行吹风和制气。b．上吹制气蒸汽从炉底吹入制水煤气，水煤气通过废热锅炉回收热量，除尘、洗

5、涤后送入气柜。d．二次上吹下吹后，炉底充满水煤气，此时吹入空气升高炉温，可能引起爆炸。再从炉底吹入蒸汽将炉底煤气排净，为吹风作准备。二次上吹虽可制气，但炉温低，气质差，二次上吹时间尽可能短；c．下吹制气上吹制气后，炉底温度下降，炉顶温度尚高，使蒸汽从炉顶吹入与碳反应，生成半水煤气从炉底导出，经除尘、洗涤,送入气柜；e．空气吹净空气从炉底吹入，将残存的水煤气吹出并送入气柜，同时制得的吹风气(空气煤气)与b,c,d阶段制得的水煤气在气柜中混合为半水煤气。以轻质烃为原料生产原料气。有操作连续，工程投资省，能量消耗低等优点。以轻质烃为原料的造气过程轻质烃原料主要是天然气、油田气

6、、炼厂气、轻油等，其中应用最多的是天然气，其主要成分是CH41.化学反应及转化率CH4+H2O３H2+CＯ可逆、吸热，体积增大的催化反应2.副反应及催化剂中毒CH4C+2H22COC+CO2CO+H2C+H2OCH4+2H2OCO2+4H2原料气中少量的硫会使镍催化剂中毒，因此要采取措施降低硫的含量。所以转化反应前必须脱硫。3.反应压力综合考虑能量消耗和经济效益，实际生产的操作压力为3.5~5.0Mpa。3.反应压力烃类蒸汽转化法应用最多的是加压两段催化转化法，该法的生产流程如图上所示.以轻质烃为原料生产原料气。有操作连续，工程投资省，能量消耗低等优点。4.生产工艺流程

7、1烟道气预热炉2脱硫槽3一段反应管4一段转化炉5二段转化炉6废热锅炉以渣油为原料的造气过程原料气的净化脱硫主要是H2S,其次是CS2,COS,RSH等有机硫。其含量取决于原料的含硫量及加工方法.以煤为原料，原料气中H2S含量一般为2～3g·m-3，有的高达20～30g·m-3。H2S对设备和管道有腐蚀作用，使变换及合成系统的催化剂中毒，还使铜洗系统的低价铜生成硫化亚铜沉淀，增加铜耗。工业脱硫方法很多，分为干法和湿法两种。前者是用固体脱硫剂(如氧化锌、活性炭、分子筛等)将气体中的硫化物除掉；后者用碱性物质或氧化剂的水溶液即脱硫剂(如氨水法、