合成氨生产工艺简介方法技巧.pptx

合成氨工业生产工艺西北工程部兰州工程中心姓名：葸国隆 工号：0409082012年6月主要内容：简要介绍氨的用途及合成氨的一些理论基础。重点介绍氨的生产过程及合成氨的工艺流程。简要介绍HOLLiAS-MACS针对合成氨工业集散控制的解决方案。氨的用途及合成氨的理论基础一. 合成氨简介1．概述（1）合成氨工业的重要性 合成氨工业是基础化学工业的重要组成部分，有十分广泛的用途。氨可生产多种氮肥,如尿素、硫酸铵、硝酸铵、碳酸氢铵等；还可生产多种复合肥，如磷肥等。氨也是重要的工业原料。基本化学工业中的硝酸、纯碱及各种含氮无机盐; 有机工业各种中间体，制药中磺胺药物，高分子中聚纤维、氨基塑料、丁腈橡胶、冷却剂等。 国防工业中三硝基甲苯、硝化甘油、硝化纤维等（2）合成氨的原料及原则流程合成氨的原料是氢气和氮气。air-separator31.jpg氮气来源于空气，可以在制氢过程中直接加入空气，或在低温下将空气液化、分离而得；氢气来源于水或含有烃的各种燃料。工业上普遍采用的是以焦炭、煤、天然气、重油等燃料与水蒸气作用的气化方法。（3）合成氨生产的原则流程如图示。合成氨过程由许多环节构成，氨合成反应过程是整个工艺过程的核心。2．氨合成理论基础 从化学工艺的角度看其核心是反应过程工艺条件的确定，而确定反应的最佳工艺条件，需先从事反应热力学和动力学的研究。 （1）氨合成反应的热效应 氢气和氮气合成氨是放热，体积缩小的可逆反应，反应式如下： 0.5N2＋1.5H2==NH3 ΔH?298=－46.22 kJ·mol-1 其反应热不仅与温度有关，还与压力和组成有关。合成塔内压力一般都在30MPa左右。（2）催化剂 以铁为主的催化剂(铁系催化剂)有催化活性高、寿命长、活性温度范围大、价廉易得、抗毒性好等特点，广泛地被国内外合成氨厂家采用。 催化剂的活性成分是金属铁，而不是铁氧化物。使用前用氢氮混合气对催化剂还原，使铁氧化物还原为具有较高活性的a型纯铁。还原反应方程式为：FeO·Fe2O3＋4H2==3Fe＋4H2OA12O3在催化剂中能起到保持原结构骨架作用，从而防止活性铁的微晶长大，增加了催化剂的表面积，提高了活性。氨的生产过程及合成氨的工艺流程 。1.造气固体燃料气化法 把煤或焦炭中的可燃物质转变为H2、CO和CO2，这一过程叫做固体燃料气化，简称造气。气化所得的气体统称煤气，进行气化的设备叫煤气发生炉。采用间歇法造气时，空气和蒸汽交替通入煤气发生炉。通入空气的过程称为吹风，制得的煤气叫空气煤气；通入水蒸气的过程称为制气，制得的煤气叫水煤气；空气煤气与水煤气的混合物称为半水煤气。粉煤漏斗中间储煤槽发生炉储煤槽上部储灰槽下部储灰槽低温分离器脱气槽2.净化脱硫，变换，脱碳, 气体的精制（甲烷化）.（1）脱硫 主要是H2S,其次是CS2,COS,还有一些有机硫。其含量取决于原料的含硫量及加工方法. 以煤为原料，原料气中H2S含量一般为2～3g·m-3，有的高达20～30g·m-3。 （2）变换 用煤或烃生产出的气体都含有相当量的CO，如固体燃料制得的半水煤气含28％－31％，气体烃蒸汽转化法含15％～18％，重油气化法含46％左右。CO对氨合成催化剂有毒害，必须除去。变换利用水蒸气把CO变换为H2和易清除的CO2，同时又制得了所需的原料气H2。其反应为：CO + H2O(g)= CO2 + H2 ΔH0= -41 kJ·mol-1 温度、反应物组成及催化剂性能都是影响平衡转化率的因素。脱气槽（3）脱碳 变换气中含有大量的CO2(15％一35％)，对原料气的精制及氨合成不利。 脱除CO2的方法很多，工业上常用的是溶液吸收法，分为物理吸收和化学吸收两种。 物理吸收是利用CO2能溶于水和有机溶剂的特点。常用的有加压水洗、低温甲醇洗涤等。如在3MPa、-30— -70℃下，甲醇洗涤气体后气体中的 CO2可以从 33％降到10μg·g-1，脱碳十分彻底。 化学吸收是用氨水、有机胺或碳酸钾的碱性溶液为吸收剂，利用CO2能与溶液中的碱性物质进行化学反应而将其吸收。大中型厂多采用改良热碱法，此法以K2CO3水溶液为吸收液，并添加少量活化剂如氨基乙酸或乙二醇胺。吸收解吸反应如下：K2CO3 + CO2 + H2O = 2KHCO3 当吸收液中添加氨基乙酸，吸收压强2～3MPa、温度85～100℃时，气体中的 CO2可从 20～28%降至 0.2%～0.4％；解吸压强为10～30kPa，温度105～110℃,用热碱脱除CO2时，也脱除了微量的H2S。（4）甲烷化 是把 CO、CO2转化为对氨合成无害的 CH4，主要反应是CO + 3H2＝CH4 + H2OCO2 + 4H2=CH4 + 2H2O 甲烷化法镍为主的催化剂作用下，在 280～380℃及压强 0.6～3M