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第三章合成氨工业1
第 四 章
合 成 氨 工 业
3.1概述
3.2合成氨原料气的制取
3.3合成氨原料气的净化
3.4氨的合成
;第一节 概 述;2、用途 ;二、我国合成氨工业的发展情况 ;三、合成氨的生产方法简介 ;2、原料气的净化;第二节 合成氨原料气的制取
1、固体燃料气化法
固体燃料的气化:工业上用气化剂对煤或焦炭进行热加工,将碳转化为可燃气体的过程。
固体燃料气化的目的:制备合成氨原料气。
要求:(CO+H2)/N2应为3.1-3.2
3H2+N2=2NH3;半水煤气的工业生产方法
(1)、吹风阶段-氧与碳反应
C+1/2O2=CO ?H?298 =-110.6kJmol-1
CO+1/2O2=CO2 ?H?298 =-283.2kJmol-1
C+O2=CO2 ?H?298=-393.8kJmol-1
C+CO2=2CO ?H?298=172.3kJmol-1
特点:放热大于吸热(10000C)
空气煤气主要成分为:N2、CO、CO2
;(2)、制气阶段-水蒸汽与碳反应
C+H2O=CO+H2 ?H?298 =131.390kJmol-1
C+2H2O=CO2+2H2 ?H?298=90.196kJmol-1
CO+H2O=CO2+H2 ?H?298 =-41.194kJmol-1
C+2H2=CH4 ?H?298=-74.898Jmol-1
制气的目的:是获得较多的H2和CO。
水煤气的主要成分:CO和H2
; 固定层煤气发生炉示意图
灰渣区的作用是:预热入炉的冷空气,保护炉条使它不致在炉内高温下变形。
焦炭
; 制 气 工 艺 流 程
(1)、空气吹风:自下而上地通入空气,提高燃料层温度
(2)、蒸汽上吹:为保持正常炉温,可在水蒸气中配入部分空 气进行气化。
(3)、蒸汽下吹:水蒸气与加氮空气从上而下进行气化反应,使燃料层温度趋于均衡。
(4)、蒸汽二次上吹:将炉底的煤气排净,为吹入空气作准备
。
(5)、空气吹净:此部分吹风气加以回收,作为半水煤气中氮的主要来源。
;间歇式制半水煤气各阶段气体流向示意图; 阶段 阀门开闭情况
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吹风 ○ × × ○ ○ × ×
一次上吹 × ○ × ○ × ○ ×
下吹 × × ○ × × ○ ○
二次上吹 × ○ × ○ × ○ ×
空气吹净 ○ × × ○ × ○ ×;二、烃类蒸汽转化法
反应原理:
天然气中约有90%左右的甲烷,在较高的温度及催化剂的存在下与水蒸气作用转化为氢气。
CH4+H2O=CO+3H2
CH4+2H2O=CO2+4H2
为了制备合成氨原料气(氢、氮气),通常使天然气的转化分为两段进行,即顺序地在一段转化炉和二段转化炉中完成转化反应。
;2、转化过程的分段
(1)一段转化
CH4+H2O=CO+3H2
特点:主反应都为可逆、吸热、体积增大的反应。反应在高温,低压及过量水蒸汽存在下进行,有利于提高烃及甲烷的平衡转化率。
在转化反应中催化剂上会发生析碳现象,而使催化剂活性降低,气体流动受阻及局部过热等发生,因此,对碳原子较多的烃类应防止析碳。
;(2)、二段转化
一段转化炉出口气体中CH4仍有8-10%,引入空气进行部分燃烧转化,使残余的甲烷浓度降至0.2-0.5%,同时引入了N2。
主要反应:
H2+1/2O2=H2O
CO+1/2O2=CO2
CH4+H2O=CO+3H2
放热反应使温度达到12000C
首先是一段转化气与空气混合进行燃烧,温度可达12000C,然后在充填镍催化剂的转化器下部,继续进行甲烷的转化。
在转化炉内原料气在管内继续被管外燃烧气加热,进行转化反应。转化炉所需高温由燃料用天然气燃烧放热所产生。;天然气蒸汽转化流程
;三、重油部分氧化法
以重油为原料的部分氧化法是使一部分重油与氧气完全燃烧生成CO2,同时放出大量的热。
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