合成氨工艺培训课件.pptx

第四章 合成氨工艺;;ADA法脱硫工艺流程;约320-380℃的原料气进入中变一段器，反应后温度升至450-500℃，用水蒸气冷激到380℃，再进入中变二段器，反应后温度升到 425-450℃，转化率达 90％，喷入水蒸气，使温度下降。经废热锅炉冷却到330℃，热交换器冷却至200℃，除去其中的冷凝水，再进入低变反应器，转化率可达 99％。;脱碳;铜洗法?? 由醋酸铜和氨通过化学反应配成的铜液中含有氨及醋酸亚铜络二氨等有效成分，在加压的情况下与CO、CO2发生一系列化学反应，将CO、CO2脱除。 甲烷化法 把 CO、CO2转化为对氨合成无害的 CH4。 低温冷凝法 为了除去残余的CO，也可将甲醇除去CO2后的气体进一步降温，使CO及其它杂质如CH4，Ar，O2等液化而分离。也可用液氮洗涤达此目的，低温净化得到的气体纯度较高。;;4.3.1 影响平衡氨含量的因素;;4.3.2 合成氨反应的动力学;;氮、氢在催化剂上反应的机理可表示为： N2(g)+Cata→2N(Cata) H2(g)+Cata→2H(Cata) N(Cata) +H(Cata) →NH(Cata) NH(Cata) +H(Cata) →NH2(Cata) NH2(Cata) +H(Cata) →NH3(Cata) NH3(Cata) →NH3(g)+(Cata) N2的活性吸附是最慢的一步，亦即为表面反应过程的控制步骤(2.68～2.90)。 ;实际操作条件决定控制步骤：;例如：在30MPa、30000h-1空速条件下，低温反应氨含量不受颗粒大小的影响，为动力学控制；高温反应，用小颗粒催化剂可得到较好结果。表明大颗粒催化剂在高温时，已转变为内扩散控制。;4.3.3 铁系催化剂;;催化剂促进剂：;K2O可降低催化剂的金属电子逸出功。活性氮吸附在催化剂的表面，形成偶极子时，电子偏向于氮，电子逸出功的降低有助于氮的活性吸附，从而使催化剂的活性提高。 MgO除具有与Al2O3相同作用外，其主要作用是增强催化剂抗硫化物中毒的能力，并保护催化剂，延长催化剂的使用寿命。;催化剂中毒：;4.3.4 最优工艺条件;a. 压力 生产上选择压力的主要依据是能源消耗。能源消耗主要包括原料气的压缩功、循环气的压缩功和氨分离的冷动功。提高压力，原料气压缩功增加、循环气压缩功和氨分离冷动功却减少。 在 15～30 MPa区间，总能量消耗相差不大，且数值较小；就综合费用而言，将压力从10 MPa提高到30MPa时，其值可下降40％左右。因此，30 MPa左右是氨合成的适宜压力，为国内外普遍采用(中压法)。;;;c. 空间速度 在其它条件一定下，空速越大，反应时间越短，转化率越小，出塔气中氨含量降低。然而，增大空速，催化剂床层中对应于一定位置的平衡氨浓度与混合气体中实际氨含量的差值增大，即推动力增大，反应速率增加；同时，增大空速意味着混合气体处理量提高、生产能力增大。 采用中压法合成氨，空间速度为 20000-30000 h-1较适宜。; d. 氢氮比? 由氨合成热力学，氢氮比是3，可获得最大的平衡氨浓度；但动力学指出，氮的活性吸附是控制阶段，适当增加原料气中氮的含量有利于反应速率提高。 实验证明，在32 MPa、450℃、催化剂粒度为 1.2-2.5 mm、空速为24000? h-1的条件下，氢氮比为2.5时，出口氨浓度最大。 ;;f. 进口氨的含量 进合成氨塔气体中的氨由循环气带入，其数量决定于氨分离的条件。氨分离的方法是降温液化法。温度越低，分离效果越好，循环气中含氨越低，进口氨浓度越小，从而可以加快反应速度和氨产量，但分离冷冻量也势必增大。 在30MPa左右，进口氨含量控制在 3.2-3.8%；15 MPa时为 2.8-3％。 ;4.3.5 合成塔结构：外筒和内件; 塔内件主要由热交换器、分气盒和催化剂筐三部分构成： 热交换器通常采用列管式，供进入气体与反应后气体换热； 分气盒与热交换器相连，起分气和集气作用； 催化剂筐内放置催化剂、冷却管、电热器和测温仪器。冷却管的作用是迅速移去反应热，同时预热未反应气体，保证催化剂床层温度接近于最优反应温度；电热器用于开车时升温、操作波动时调温。;;;并流双套管式氨合成塔 气体由外筒上部进入塔内，沿内外筒环隙向下，从底部进入热交换器管间，与反应后的气体换热，被加热到300℃左右的未反应气体流