7.第八章合成氨.ppt

一、原料线路与原则流程二、原料气的制备与净化三、氨的合成原理与工艺 四、冷冻系统和液氨贮存五、制氨总流程和工艺特点及发展前景 配入0.25-0.5%氢的天然气,在3.6MPa压力下被烟道气预热到380℃左右，在脱硫器中经脱硫后，使其总硫含量小于0.5μg/g。 在3.8MPa下配入3.5倍体积的中压水蒸气，进一步加热到500℃左右，进装有α-Al2O3为载体的镍催化剂的反应管内。气体在反应管内于650～800℃温度下发生转化反应： 从热力学分析可知,低温有利提高平衡氨含量 从动力学分析可知,存在最适宜的反应温度 反应温度受催化剂活性温度范围的影响 若按最适宜温度线操作,初始温度往往超过催化剂的耐热温度.因此,操作温度既要力求接近最适宜温度线,又要在催化剂活性温度范围内,即床层入口温度应等于或略高于活性温度的下限，热点温度应小于或等于催化剂使用温度的上限。 三、氨的合成原理与工艺 （三）如何组织氨合成的工艺流程 1、氨合成的工艺条件 空速：低压法取5000-10000h-1,中压法取15000~30000h-1,高压法可达60000h-1。 氢氮比：进塔控制略低于3 惰性气体： 若以增产为主，惰性气体控制12%~16% 若以降低原料成本为主，控制16%~20% 入塔氨含量: 入塔氨含量越低,氨净值就越大,R越快,生产能力越高 过低降低冷凝温度而增加氨冷负荷,在经济上并不可取 合成压力30MP时,控制3.2~3.8%;15~20MP,2~3%. 若用水吸收分离,如塔氨量可在0.5%以下 附：主要工艺参数的确定 ——压力的选择 需考虑 的因素 反应方程和化学平衡 反应速度 限制条件 设备的费用 运行的可靠性 压力对反应温度的影响 对原料和产物的影响 后续分离系统的要求 问题:上述的工艺条件是如何选择的? 试分析之 氨合成压力的选择分析: P↑→ 因此压力不宜过高,选择主要依据是综合费用 (包括能量消耗、原料费用、设备投资） 能量消耗主要涉及到功的消耗 即原料气的压缩功耗、循环气和冷冻系统的压缩功耗 综合费用与操作压力的关系 (基准:30MPa,二级冷凝流程的综合费用) 实线:三级冷凝流程 虚线:二级冷凝流程 点画线:一级冷凝流程 某日产900t氨合成压力与功耗的关系 15~30MPa,总功耗相差不大、且低 10~35MPa,P↑→综合费用↓ 实践证明:合成压力13~30MPa是较经济的 现状: 中小型厂:30~32MPa,采用往复式压缩机 大型厂:15~24MPa, 采用蒸汽透平驱动的高压离心式压缩机 随着技术的进步,采用低压降的径向合成塔, 装填高活性的催化剂 →会提高氨合成率,降低循环机攻耗, 可使操作压力降到6~15MPa 展望: 附:主要工艺参数的确定 ——温度的确定 需考虑 的因素 温度对平衡常数的影响 可用Vant Hoff方程表示 反应特性:反应速度与温度的关系 可用Arrhenius方程表达 限制条件 催化剂使用温度范围 材质使用温度范围 反应物和产物的分解 反应的压力 设备条件等等 氨合成温度的选择分析: 氨产率与温度、空速的关系 最适宜温度 氨合成温度的选择分析: 多段绝热操作--连续换热反应器--中间换热或冷激 氨合成温度的选择分析: 问题3:铜液吸收工艺条件呢？ 铜洗法 温度：低温，增加铜液的吸收能力 当温度超过150C后，铜液吸收能力迅速降低 过低，铜液粘度增大，同时生成碳酸铵结晶，易堵塞 故铜液温度控制在8~120C 问题3:铜液吸收工艺条件呢？ 铜洗法 压力：分压超过0.5MP后， 吸收能力已不再明显增加 故操作压力控制在12~15MP 问题3:铜液吸收工艺条件呢？ 铜洗法 铜液的组成 铜比和总铜: 总铜 2.0~2.5mol/L;铜比5~6 氨含量:总氨8.5~12.5mol/L, 游离氨2.0~2.5mol/L 醋酸含量:超过总铜量的10~15% 一般为2.2~3.5mol/L 铜液中残余的CO和CO2 铜洗法 问题4:铜液的再生原理呢？ 再生反应: “湿式燃烧反应” : 铜洗法 再生条件 温度: 回流塔45~500C;还原塔60~680C;再生塔75~780C 压力: 0.106~0.108MP 再生时间:器内停留时间30~40min 液