化工工艺学1章合成氨分析.ppt

化工工艺学Chemical engineering technics 54学时 前 言 化工工艺学 是关于化工生产工艺基本概念和基本理论的学科。 原料 产品 掌握几个典型的化工产品的生产过程： 合成氨、氮肥（尿素、硝酸铵）、磷酸、硫酸、硝酸、纯碱、乙烯等基本有机化工产品的生产及石油炼制、煤化工。 化学原理 生产方法 工艺条件（T、P、catalyst……) 工艺流程 关键设备 本门课是进行化工过程开发（开发新工艺、新产品、新设备）、设计、化工厂建设的基础，是进入化工企事业所须掌握的一门基础课。 合成氨Synthesis of Ammonia 1 概述 2 原料气的制取 3 原料气的净化 4 氨的合成 一、 概述 Introduction 固定氮: 游离氮→氮化合物 固定氮方法： 1.合成氨法 2. 氰氨法 3.电弧法 目前最重要最经济的方法是合成氨法。 首例合成氨厂是1912年在德国建立的日产30砘合成氨的工厂。目前先进合成氨厂的规模已达到1000~1500T/日。 氨在国民经济中的作用： 主要用作化学肥料，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。 合成氨发展的三个典型特点： 1. 生产规模大型化。 1000~1500T/日 2. 能量的合理利用。 用过程余热自产蒸汽推动蒸汽机供动力，基本不用电能。 3. 高度自动化。自动操作、自动控制的典型现代化工厂。 目前的主要生产过程： (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 净化后的原料气必须经过压缩到15~30MPa、450℃左右，在催化剂的作用下才能在合成塔内反应生成氨。 其主要过程如图1和图2。 图1 以焦炭或煤为原料的合成氨流程 图2 以天然气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 氢气的主要来源有：气态烃类转化、固体燃料气化和重质烃类转化。其中以天然气为原料的气态烃类转化过程经济效益最高，因此本节重点介绍气态烃类蒸汽转化过程。 天然气中主要成份为甲烷，还含有乙烷、丙烷及其他少量烯烃等，其中也有极少量的S等对催化剂有害的元素。 气态烃原料以甲烷为主要成分，在高温、催化剂的条件下发生如下反应： CH4(g) + H2O(g) = CO(g) + 3H2(g) － Q （1） CO(g) + H2O(g) = CO2(g) + H2(g) + Q （2） 气态原料烃中其他高级烷烃进行如下反应： （3） 主要的副反应有： CH4(g) = C (s) + 2H2(g) － Q （4） 2CO(g) = CO2(g) + C(s) + Q （5） CO(g) + H2(g) = C(s) + H2O(g) + Q （6） 2.