第6章-合成氨 化学工艺.ppt

第6章 合 成 氨; 导入;3. 合成氨首先为农业生产提供了充足的肥料，使农业生产产量大大提高，为人类社会发展和人口增长作出了巨大贡献。 4. 氨除了主要用作化学肥料的原料外，还是生产染料、炸药、医药、有机合成、塑料、合成纤维、石油化工等的重要原料。 5. 氨还可作冷冻、冷藏系统的制冷剂。 ;合成氨Synthesis of Ammonia ;*; 氨与空气或氧的混合物在一定浓度范围能发生爆炸，有饱和水蒸气存在时，氨－空气混合物的爆炸界限较窄。 （二）、化学性质（略） ;*;（三）主要生产过程 (1) 制气 用煤或原油、天然气作原料，制备含氮、氢气的原料气。 (2) 净化 将原料气中的杂质：CO、CO2、S等脱除到ppm级。（ ppm：百万分比浓度） (3)压缩和合成 合成氨需要高温、高压，净化后的合成气原料气必须经过压缩到15~30MPa、450°Ｃ左右，在催化剂的作用下才能顺利地在合成塔内反应生成氨。 其主要过程如图1;图1 以焦炭或煤为原料的合成氨流程;二、原料气的制取Production of synthetic gases;制备方法： ①深度冷冻将空气液化，使空气中O2、N2分开，得到纯净的氮气。 ②将H2在空气中燃烧，是空气中O2与H2化合成水，剩下纯净的氮气。 ③氮气也可在合成氨制造氢气的同时制得。（二段转化时引入的空气中的O2与一段转化得到的H2燃烧，得到氮气。;氢气的制取;*;*;煤或焦炭中主要元素是碳元素，与水蒸气反应生成有效气成分是CO和H2。;*;*;*;三、原料气的净化;原料气脱硫的化学原理及工艺条件 原料气中硫化物主要是H2S，其次是有机硫。 ;【目的】通常，以天然气为原料的转化气中CO含量为12-14%。 它是合成氨铁系催化剂的毒物，合成前应去除。经变换后CO脱除至0.2-0.4% 【方法】CO的去除分两步： ① CO变换 —— CO 转化为易于清除的CO2，同时制取H2 ；（CO+H2O CO2+H2） ② 剩余的CO由后续工序继续脱除。 【生产方式】两段转化 ： 高温CO变换 ? 低温CO变换 （高温变催化剂、低温变催化剂） ; 1. 生产方式 因此，考虑采取两段式CO变换。 1、先在较高温度下变换（即：解决反应速率的问题）； 2、再在较低温度下变换（即：解决化学平衡的问题，使反应进行完全）。 ;2.1 催化剂 中变(高变)催化剂 中变催化剂一般用铁铬催化剂，其主要成份为： 主体：Fe2O3 80-90%; 添加物： Cr2O3 7-11%; 少量 K2O, MgO, 及Al2O3 使用温度为350-550℃ 它是60年前主要采用的催化剂，经变换后CO仍有0.3% 国产主要铁铬中变催化剂主要性能如表1.3。;低变催化剂 1、成分： 低变催化剂一般用铜催化剂。 主体：CuO 15.3-32%, 添加物：ZnO 32-62.2%, Al2O3 0-40.5%少量Cr2O3. 活性成份：单质Cu 2、催化剂还原： CuO(s) + H2(g) = Cu(s) + H2O(g) +Q CuO(s) + CO(g) = Cu(s) + CO2(g) +Q 3、催化剂毒物：硫化物、氯化物 4、温度控制：要注意当温度＞250 ℃时可发生反应 yCu(s) + ZnO(s) + H2(g) = ?-CuyZn(s) + H2O(g)因此，还原温度应控制在230℃以下。;【目的】 变换气中含有较多的CO2，它会是合成氨铁系催化剂中毒；同时，它是制造尿素、纯碱、碳酸氢铵的重要原料。 脱碳：就是脱除和吸收CO2的过程。 【指标】 将CO2脱出至0.1%（1×10-3）左右 【方法】 脱除CO2的方法很多，可分类为物理吸收法、化学吸收法和物理化学吸收法等。 本节主要介绍现在合成氨厂普遍采用的苯菲尔法即改良热钾碱法。 ;2 脱碳的工艺条件 2.1 “吸收”工艺条件 吸收反应：K2CO3+CO2+H2O 2KHCO3 ① 高温T： 105~130 ?C 高温是为了提高反应速度及增加KHCO3的溶解度。 但温度升高， K2CO3溶液中CO2的平衡分压也加大，气体净化度降低。 ② P： 2.7MPa左右