合成氨原料气净化第二节讲解.ppt

合成氨工艺 合成氨原料气的净化 合成氨工艺一般用燃料高温转化制备原料气，有三种典型的方法： 固体燃料气化法； 烃类蒸汽转化法； 重质烃部分氧化法。 间歇式制半水煤气的主要步骤： a. 空气吹风 b. 上吹制气  c. 下吹制气 d. 二次上吹 e. 空气吹净 4.2 合成氨原料气的净化 脱硫 变换 脱碳 气体的精制 4.2.1 脱硫 固体燃料、天然气、重油为原料制备的氢、氮原料气中，都含有一定成分的硫化物，主要是H2S,其次是CS2，COS，RSH等有机硫。 H2S对合成氨生产有着严重的危害，对设备和管道有腐蚀作用，可使变换及合成系统的催化剂中毒，还可在铜洗系统中生成硫化亚铜沉淀，使操作恶化，增加铜耗。因此，必须脱硫。 必须脱除硫化物 按脱硫剂的状态可分为干法和湿法两种。 干法脱硫：用固体脱硫剂(如氧化锌、活性炭、分子筛等)将气体中的硫化物吸收除掉。 湿法脱硫：用碱性物质或氧化剂的水溶液即液体脱硫剂(如氨水法、碳酸盐法、乙醇胺法、蒽醌二磺酸钠ADA法等)吸收气体中的硫化物。 吸收塔中的反应 以pH为8.5-9.2的Na2CO3稀碱液吸收H2S生成NaHS， Na2CO3+H2S= NaHS+NaHCO3 偏钒酸钠NaVO3氧化NaHS为S，还原为焦性偏钒酸钠Na2V4O9 2NaHS+4NaVO3+H2O=Na2V4O9+4NaOH+S 氧化态ADA氧化焦性偏钒酸钠Na2V4O9，生成偏钒酸钠NaVO3 Na2V4O9+2ADA(氧化态)+2NaOH+H2O=4NaVO3+ 2ADA(还原态) 吸收塔 循环槽 氧化塔 硫泡沫槽 离心机 循环泵 原料气 脱硫后气体 空气 元素硫 氧化态ADA 还原态ADA 还原态ADA 还原态ADA 还原态ADA 氧化再生塔中的反应 还原态ADA被空气中O2氧化生成氧化态ADA ，回 复氧化活性，之后溶液循环使用，反应式为 2ADA(还原态)+ O2= 2ADA(氧化态) +2H2O 吸收塔 循环槽 氧化塔 硫泡沫槽 离心机 循环泵 原料气 脱硫后气体 空气 元素硫 氧化态ADA 还原态ADA 还原态ADA 还原态ADA 还原态ADA ADA法脱硫工艺流程 吸收塔 循环槽 氧化塔 硫泡沫槽 离心机 循环泵 原料气 脱硫后气体 空气 元素硫 氧化态ADA 还原态ADA 还原态ADA 还原态ADA 还原态ADA 干法脱硫的优点是既能脱无机硫，又能脱有机硫，可把硫脱至极微量。 干法的共同缺点是脱硫剂不能再生。 湿法脱硫采用液体脱硫，便于再生，并能回收硫，易于构成连续脱硫循环系统，可采用较小的设备脱除大量硫化物。 湿法的缺点是对有机硫脱除能力差，且净化度不如干法高。 4.2.2 变换 变换的概念：利用水蒸气把半水煤气中的CO变换为H2，既把CO转变成易于清除的CO2，同时又制得了所需的原料气H2。 变换的反应： CO + H2O(g)= CO2 + H2?? ΔH0= -41 kJ·mol-1 放热反应 变换催化剂有中温变换催化剂与低温变换催化剂。 中变催化剂的铁铬或铁镁催化剂反应温度高，反应速度大，有较强的耐硫性，价廉而寿命长。 低温的铜系催化剂则正相反。 为了取长补短，工业上采用中变、低变串联的流程。 约320-380℃的原料气进入中变一段器，反应后温度升至450-500℃，用水蒸气冷激到380℃，再进入中变二段器，反应后温度升到 425-450℃，转化率达 90％，喷入水蒸气，使温度下降。经废热锅炉冷却到330℃，热交换器冷却至200℃，除去其中的冷凝水，再进入低变反应器，转化率可达 99％。 1-中变反应器； 2-废热锅炉； 3，5-换热器； 4-低变反应器 1 2 3 5 4 中、低变串联流程 4.2.3 脱碳 变换气中含有大量的CO2，约15-35％，一方面它的存在对原料气的进一步精制及氨合成不利；另一方面，它也是制造尿素、纯碱、碳酸氢铵等的原料。因此，变换气中的CO2必须脱除，并加以回收利用。 脱除CO2主要有物理吸收法和化学吸收法 物理吸收：加压水洗、低温甲醇洗涤。 例如在3 MPa、-30至 -70℃下，甲醇洗涤变换气后，CO2可从 33％降到10μg·g-1，脱碳十分彻底。 化学吸收：用氨水、有机胺或碳酸钾的碱性溶液吸收CO2。 4.2.4 气体的精制 净化过的气体仍有少量的CO等有害气体。气体的精制就是要将它们进一步