第三章_合成氨工业.ppt

第 四 章 合 成 氨 工 业 3.1概述 3.2合成氨原料气的制取 3.3合成氨原料气的净化 3.4氨的合成 第二节 合成氨原料气的制取 1、固体燃料气化法 固体燃料的气化：工业上用气化剂对煤或焦炭进行热加工，将碳转化为可燃气体的过程。 固体燃料气化的目的：制备合成氨原料气。 要求：（CO＋H2）／N2应为3.1-3.2 3H2+N2=2NH3 半水煤气的工业生产方法 （1）、吹风阶段－氧与碳反应 C＋1／2O2＝CO ?H?298 ＝-110.6kJmol-1 CO+1/2O2=CO2 ?H?298 ＝-283.2kJmol-1 C+O2=CO2 ?H?298＝-393.8kJmol-1 C+CO2=2CO ?H?298＝172.3kJmol-1 特点：放热大于吸热（10000C） 空气煤气主要成分为：N2、CO、CO2 （2）、制气阶段－水蒸汽与碳反应 C＋H2O＝CO＋H2 ?H?298 =131.390kJmol-1 C＋2H2O＝CO2＋2H2 ?H?298＝90.196kJmol-1 CO＋H2O＝CO2＋H2 ?H?298 ＝-41.194kJmol-1 C＋2H2＝CH4 ?H?298＝-74.898Jmol-1 制气的目的：是获得较多的H2和CO。 水煤气的主要成分：CO和H2 固定层煤气发生炉示意图 灰渣区的作用是：预热入炉的冷空气，保护炉条使它不致在炉内高温下变形。 焦炭 制 气 工 艺 流 程 （1）、空气吹风：自下而上地通入空气，提高燃料层温度 （2）、蒸汽上吹：为保持正常炉温，可在水蒸气中配入部分空 气进行气化。 （3）、蒸汽下吹：水蒸气与加氮空气从上而下进行气化反应，使燃料层温度趋于均衡。 （4）、蒸汽二次上吹：将炉底的煤气排净，为吹入空气作准备 。 （5）、空气吹净：此部分吹风气加以回收，作为半水煤气中氮的主要来源。 间歇式制半水煤气各阶段气体流向示意图 阶段 阀门开闭情况 1 2 3 4 5 6 7 吹风 ○ × × ○ ○ × × 一次上吹 × ○ × ○ × ○ × 下吹 × × ○ × × ○ ○ 二次上吹 × ○ × ○ × ○ × 空气吹净 ○ × × ○ × ○ × 二、烃类蒸汽转化法 反应原理： 天然气中约有90%左右的甲烷，在较高的温度及催化剂的存在下与水蒸气作用转化为氢气。 CH4+H2O=CO+3H2 CH4+2H2O=CO2+4H2 为了制备合成氨原料气（氢、氮气），通常使天然气的转化分为两段进行，即顺序地在一段转化炉和二段转化炉中完成转化反应。 2、转化过程的分段 （1）一段转化 CH4+H2O=CO+3H2 特点：主反应都为可逆、吸热、体积增大的反应。反应在高温，低压及过量水蒸汽存在下进行，有利于提高烃及甲烷的平衡转化率。 在转化反应中催化剂上会发生析碳现象，而使催化剂活性降低，气体流动受阻及局部过热等发生，因此，对碳原子较多的烃类应防止析碳。 （2）、二段转化 一段转化炉出口气体中CH4仍有8－10％，引入空气进行部分燃烧转化，使残余的甲烷浓度降至0.2-0.5%，同时引入了N2。 主要反应： H2+1／2O2＝H2O CO＋1／2O2＝CO2 CH4＋H2O＝CO＋3H2 放热反应使温度达到12000C 首先是一段转化气与空气混合进行燃烧，温度可达12000C，然后在充填镍催化剂的转化器下部，继续进行甲烷的转化。 在转化炉内原料气在管内继续被管外燃烧气加热，进行转化反应。转化炉所需高温由燃料用天然气燃烧放热所产生。 天然气蒸汽转化流程 三、重油部分氧化法 以重油为原料的部分氧化法是使一部分重油与氧气完全燃烧生成CO2，同时放出大量的热。 CnHm＋(n+1/4m)O2＝nCO2＋1/2mH2O (放热）