合成氨生产煤气化原理[精选].ppt

第一篇 合成氨 【第一课时】 【教学目标】 1、掌握三个步骤。 2、了解典型流程。 第一章 合成氨 原料气的制取 原料气的净化 氨的合成 图1 三催化剂净化的合成氨流程 图2 生产碳酸氢铵流程 合成氨生产的三个主要步骤 原料气的制取 制备含有氢气、一氧化碳、氮气的粗原料气。 原料气的净化 除去原料气中氢气、氮气以外的杂质，一般由原料气的脱硫、一氧化碳的变换，二氧化碳的脱除，原料气的精制等组成。 原料气压缩与合成 将符合要求的氢氮混合气压缩到一定的压力，在铁催化剂与高温条件下合成为氨。 合成氨生产常用的原料包括： 焦炭、煤、 焦炉气、天然气、石脑油和重油。 各种原料制氨的典型流程： 以煤为原料的合成氨流程 以天然气为原料的合成氨流程 以重油为原料的合成氨流程 二、合成氨生产工艺的特点 1、能量消耗高 合成氨工业是能耗较高的行业，由于原料品种、生产规模和技术先进程度的差异，吨氨能耗在28～66GJ（billion joule 十亿焦耳）。因此，当原料路线确定后，生产规模和所采用的先进技术应以总体生产节能为目标，即能耗是评价合成氨工艺先进性的重要指标之一。 2、技术要求高 合成氨的反应式很简单，但实现工业化生产过程却非常复杂。一方面由于制取粗原料气比较困难，另一方面粗原料气净化过程比较长，而且高温高压操作条件对氨合成设备要求也比较高。因此，合成氨工业是技术要求很高的系统工程。 二、合成氨生产工艺的特点 3、高度连续化 合成氨工业还具有高度连续化大生产的特点，它要求原料供应充足连续，有比较高的自动控制水平和科学管理水平，确保长周期运行，以获得较高的生产效率和经济效益。 4、生产工艺典型 合成氨生产中既有气固相、气液相非催化反应，又有气固相、气液相催化反应过程，同时工艺中还包括了流体输送、传热、传质、分离、冷冻等化工单元操作，是比较典型的化学工艺过程。 第一节 煤气化 第二课时 【教学目标】 1、掌握煤气化、空气煤气、水煤气和半水煤气的概念。 2、掌握以空气为气化剂时煤气炉内碳与氧的反应。 1、基本概念 煤气化：用气化剂对煤或焦炭等固体燃料进行热加工，使其转变成可燃性气体的过程，简称造气。 气化剂：用来与固体燃料进行气化反应的气体。 常用的气化剂有：空气、富氧空气、氧和水蒸气。 煤气：固体燃料气化后得到的可燃性气体。 进行气化反应的设备称煤气发生炉。 半水煤气 以适量空气或富氧空气与水蒸气作为气化剂，所得气体组成符合 （H2+CO）/ N2 =3.1～3.2的混合煤气，即合成氨原料气。 生产上也可用水煤气与吹风气混和配制。 一、气化原理 煤在煤气发生炉中由于受热分解放出低分子量的碳氢化合物，而煤本身逐渐焦化，此时可将煤近似看作碳。碳与气化剂空气或水蒸气发生一系列的化学反应，生成气体产物。 1、化学平衡 独立反应数的确定 系统是同时存在多个反应的平衡系统，应首先确定系统的独立反应数。 系统的独立反应数= 系统中所有的物质数-—构成这些物质的元素数。 考虑惰性气体氮，则系统中含有O2、C、CO、CO2、和N2五种物质，由C、O和N三种元素构成，故系统的独立反应数为5-3=2。 一般可选式(1-1)和式(1-3)计算平衡组成。 为简化起见仅用式(1-3)即可。反应式（1-3）的平衡常数见表1-1所示。 随温度升高，平衡常数增加。 假设O2首先全部生成CO2，然后按式(1-3）部分转化成CO，其平衡转化率为 ，空气中（摩尔比） ，反应前后各组分间的数量关系见表1-2所示。 平衡组成的计算 将不同温度下的及总压代入上式可解出，从而求出系统的平衡组成。看下表总压为0.1013MPa时空气煤气的平衡组成%。 平衡组成分析 随着温度升高，CO的平衡含量增加，CO2的平衡含量下降。当温度高于900℃时，气体中CO2的平衡含量甚少。 练习 思考：压力对空气煤气组成有何影响？ 据式（1-5），或直接用化学平衡原理解释。随着压力的提高，平衡向气体体积减小的方向移动，因此空气煤气中CO含量降低。 【作业】 1、合成氨生产分为哪三个主要步骤？各步骤的任务是什么？ 2、名词解释：半水煤气。 3、写出以空气为气化剂时，碳与氧之间的化学反应。 解：反应前各组分的物质的量为 1mol氧与碳完全反应可以得到1molCO2，被碳还原是可逆反应，平衡时有 molCO2被还原掉。 【第三课时】 【教学目标】 掌握以水蒸气为气化剂时的化学反应。 （2）以水蒸气为气化剂 以水蒸气为气化剂，碳与水蒸气发生下列反应： 独立反应数 一般可选式（1-6）（1-8）和（1-9）。 随温度的升高，放热反应的平衡常数减小 ---温度升高对放热反应不利。 吸热反应随