合成氨生产工艺简介.pptx

合成氨工业生产工艺 西北工程部兰州工程中心 姓名：葸国隆 工号：040908 2012年6月 主要内容： 简要介绍氨的用途及合成氨的一些理论基础。 重点介绍氨的生产过程及合成氨的工艺流程。 简要介绍HOLLiAS-MACS针对合成氨工业集散控制的解决方案。 氨的用途及合成氨的理论基础 氨可生产多种氮肥,如尿素、硫酸铵、硝酸铵、碳酸氢铵等；还可生产多种复合肥，如磷肥等。 氨也是重要的工业原料。基本化学工业中的硝酸、纯碱及各种含氮无机盐; 有机工业各种中间体，制药中磺胺药物，高分子中聚纤维、氨基塑料、丁腈橡胶、冷却剂等。 国防工业中三硝基甲苯、硝化甘油、硝化纤维等 一. 合成氨简介 1．概述 （1）合成氨工业的重要性 合成氨工业是基础化学工业的重要组成部分，有十分广泛的用途。 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）合成氨的原料及原则流程 （3）合成氨生产的原则流程如图示。 合成氨过程由许多环节构成，氨合成反应过程是整个工艺过程的核心。 从化学工艺的角度看其核心是反应过程工艺条件的确定，而确定反应的最佳工艺条件，需先从事反应热力学和动力学的研究。 氢气和氮气合成氨是放热，体积缩小的可逆反应，反应式如下： 0.5N2＋1.5H2==NH3 ΔHӨ298=－46.22 kJ·mol-1 其反应热不仅与温度有关，还与压力和组成有关。合成塔内压力一般都在30MPa左右。 2．氨合成理论基础 （1）氨合成反应的热效应 催化剂的活性成分是金属铁，而不是铁氧化物。使用前用氢氮混合气对催化剂还原，使铁氧化物还原为具有较高活性的a型纯铁。还原反应方程式为： （2）催化剂 以铁为主的催化剂(铁系催化剂)有催化活性高、寿命长、活性温度范围大、价廉易得、抗毒性好等特点，广泛地被国内外合成氨厂家采用。 FeO·Fe2O3＋4H2==3Fe＋4H2O A12O3在催化剂中能起到保持原结构骨架作用，从而防止活性铁的微晶长大，增加了催化剂的表面积，提高了活性。 氨的生产过程及合成氨的工艺流程 。 二. 氨的生产过程 制造氨合成原料——氢气 填充来自空分的氮气 1.造气 固体燃料气化法 把煤或焦炭中的可燃物质转变为H2、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。 粉煤漏斗 中间储煤槽 储煤槽 发生炉 上部储灰槽 下部储灰槽 低温分离器 脱气槽 2.净化 脱硫，变换，脱碳, 气体的精制（甲烷化）. （1）脱硫 主要是H2S,其次是CS2,COS,还有一些有机硫。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。 （2）变换 用煤或烃生产出的气体都含有相当量的CO，如固体燃料制得的半水煤气含28％－31％，气体烃蒸汽转化法含15％～18％，重油气化法含46％左右。CO对氨合成催化剂有毒害，必须除去。变换利用水蒸气把CO变换为H2和易清除的CO2，同时又制得了所需的原料气H2。其反应为： CO + H2O(g)= CO2 + H2 ΔH0= -41 kJ·mol-1 温度、反应物组成及催化剂性能都是影响平衡转化率的因素。 脱气槽 物理吸收是利用CO2能溶于水和有机溶剂的特点。常用的有加压水洗、低温甲醇洗涤等。如在3MPa、-30— -70℃下，甲醇洗涤气体后气体中的 CO2可以从 33％降到10μg·g-1，脱碳十分彻底。 脱除CO2的方法很多，工业上常用的是溶液吸收法，分为物理吸收和化学吸收两种。 （3）脱碳 变换气中含有大量的CO2(15％一35％)，对原料气的精制及氨合成不利。 化学吸收是用氨水、有机胺或碳酸钾的碱性溶液为吸收剂，利用CO2能与溶液中的碱性物质进行化学反应而将其吸收。大中型厂多采用改良热碱法，此法以K2CO3水溶液为吸收液，并添加少量活化剂如氨基乙酸或乙二醇胺。吸收解吸反应如下： K2CO3 + CO2 + H2O = 2KHCO3 当吸收液中添加氨基乙酸，吸收压强2～3MPa、温度85～100℃时，气体中的 CO2可从 20～28%降至 0.2%～0.4％；解吸压强为10～30kPa，温度105～110℃,用热碱脱除CO