合成氨生产原料确定—张杰华.pptVIP

合成氨生产原料的确定 小组成员：骆骁 张杰华 包二 刘灿 刘江霞 一、 合成氨生产条件的比较 目前，合成氨的生产方法主要有固体燃料气化法（煤或焦炭的气化），烃类蒸汽转化法（天然气，石脑油），重油部分氧化法。由于合成氨原料气中的氮气容易取得，所以原料气的制备主要是制取氢气，而CO在变换过程能产生同体积的氢气，因此把原料气中的CO和H2看作有效气体成分。 氨的合成需要H2：N2为3:1的原料气，要求造气制得的煤气中有效气成分与氮气比例为（3.1—3.2）：1，这就是通常所说的半水煤气。 （一）固体燃料气化法 工业上用气化剂对煤或焦炭进行热加工，将碳转换为可燃性气体的过程，称为固体燃料的气化。气化所得的可燃性气体通称为煤气 ⑴空气煤气：以空气为汽化剂制得的煤气。主要成分为 N2+CO(CO2) ⑵水煤气：以水为气化剂,主要成分为H2+CO ⑶混合煤气：以空气和水为汽化剂所得煤气。 ⑷半水煤气：以适量空气（或富氧空气）和水蒸汽作为气化剂，所得气体的组成符合（CO+H2)/N2=3.1～3.2(摩尔比)以能满足生产合成氨对氢氧比的要求. （二）烃类蒸汽转化法 该法是在催化剂存在下与水蒸汽反应转化制气。 1.烃类蒸汽转化法基本反应原理 主要发生下述反应： CH4＋H2O→CO＋H2 CO＋H2O→CO2＋H2 CnH2n＋nH2O→nCO＋（2n＋l）H2 反应在800-820℃下进行。从上述反应可知，也有部分氢气来自水蒸汽。 由以上反应原理可知：总反应为吸热、体积增大的可逆反应。提高温度、增加水蒸气的配入量，有利于提高甲烷的平衡转化率，而提高压力则降低甲烷的平衡转化率。 工业条件下不论何种烃类原料与水蒸气反应都需要经过甲烷转化这一阶段，甲烷是所有烃类中生成自由焓最低的，即最稳定的一种低碳烃，因而，它的蒸气转化最为困难。为此，轻质烃类的蒸气转化可用甲烷蒸气转化反应来代表。 用该法制得的气体组成中，氢气含量可达74％（体积），其生产成本主要取决于原料价格，我国轻质油价格高，制气成本贵，采用受到限制。大多数大型合成氨合成甲醇工厂均采用天然气为原料，催化水蒸汽转化制氢的工艺。我国在该领域进行了大量有成效的研究工作，并建有大批工业生产装置。我国曾开发采用间歇式天然气蒸汽转化制氢工艺，制取小型合成氨厂的原料，这种方法不必用采高温合金转化炉，装置投资成本低。以石油及天然气为原料制氢的工艺已十分成熟，但因受原料的限制目前主要用于制取化工原料。 （三）重油部分氧化法 重油部分氧化是指重质烃类和氧气进行部分燃烧，由于反应放出的热量，使部分碳氢化合物发生热裂解以及裂解产物发生转化反应，最终获得了以H2和CO为主体，含有少量CO2和CH4的合成气。 （四）小结 从生产工艺条件上看，烃类蒸汽转化法所需工艺条件最简单，对设备要求稍高，转化率高；重油部分氧化法对温度，压力要求高，对设备要求高；固体燃料气化法温度压力比较适中。总体上烃类蒸汽转化法最好转化率最高。 二：生产工艺可靠性比较 各种工艺比较，天然气工艺技术目前最可靠。天然气合成氨工艺成熟、生产可靠、连续。 煤头技术中，固定层气化流程，虽然工艺成熟，但气化消耗高，环保污染严重、难以达标、厂区环境恶劣；水煤浆气化技术对煤种要求特别高，包括煤的活性，灰份含量、灰熔点、固定碳含量；Shell(壳牌)技术还没有运行先例。 因此，煤为原料的连续气化的合成氨风险很大！ 三：生产能耗比较 工艺成熟 * * 1.固体燃料气化的基本原理 mol kJ H CO O CO / 2 . 283 2 1 0 2 2 - = D = + 由反应原理可知：碳与水蒸气的反应为吸热反应，而碳与空气的反应为放热反应，如果控制空气和水蒸气的比例，使碳与空气反应放出的热量等于碳与水蒸气反应所需的热量，则制气过程可以维持自热运行，但生产的气体组成难以满足要求。 2.固体燃料气化法的条件分析 固体燃料中的碳和汽化剂在煤气发生炉中所进行的反应属于气固相系统的多相反应。其反应速度的大小不仅与碳和汽化剂的化学反应速度有关，同时还受汽化剂向碳的表面扩散速度的影响。 ①碳和氧的反应 实践证明： Ⅰ、在温度高于1000℃时，燃烧产物主要是CO、在500℃以下时主要是CO２， Ⅱ、温度低于775℃ ，属动力学控制； Ⅲ、温度高于900℃ ，扩散控制加剧。 ②碳和水蒸气的反应 实践证明： Ⅰ、t＝400℃～1100℃ ，属动力学控制； Ⅱ、t大于1100℃ ，属扩散控制。 由图可知：压力一定、温度升高时，H2及CO含量增加；CO2及CH4等减小。 由上述热力