第三章(2)合成氨-1

1、l 17 1920这种方法一般在中小型合成氨厂使用这种方法一般在中小型合成氨厂使用我国目前大型合成氨厂所用的流程我国目前大型合成氨厂所用的流程图图12 以天然气为原料合成氨的原理流程以天然气为原料合成氨的原理流程 空气空气 分离分离 重油重油 部分氧化部分氧化 碳黑清除碳黑清除 变换变换 甲醇洗涤甲醇洗涤 氮洗氮洗 (脱除脱除H2S、COS、CO2） 氨氨 合成合成 压缩压缩O2N2l合成氨原料气中的氢气是含碳燃料转化得到的。合成氨原料气中的氢气是含碳燃料转化得到的。l合成氨的原料：天然气、联厂气、焦炉气、石脑合成氨的原料：天然气、联厂气、焦炉气、石脑油、重油和煤油、重油和煤l氢碳比（氢碳比（

2、H2/C）是制氢原料的一个重要指标。因是制氢原料的一个重要指标。因为它表示的是该种原料与水蒸气反应时释放氢比为它表示的是该种原料与水蒸气反应时释放氢比水中释放氢的容易程度。水中释放氢的容易程度。l氢碳比从天然气到烟煤为氢碳比从天然气到烟煤为2：10.4：1 ： 30 （1）耐高温性能好；耐高温性能好；活性高；活性高；强度好；强度好；抗析碳性能优。抗析碳性能优。31 目前工业转化催化剂都采用目前工业转化催化剂都采用镍催化剂，镍催化剂，镍是其唯镍是其唯一的活性组分。一的活性组分。 在制备好的镍催化剂中镍是以在制备好的镍催化剂中镍是以NiO状态存在，状态存在，含量以含量以430为宜为宜。一般镍含量高

3、的催化剂活性。一般镍含量高的催化剂活性也愈高。也愈高。 为使镍晶体尽量分散、达到较大的比表面积及阻为使镍晶体尽量分散、达到较大的比表面积及阻止镍晶体的熔结，常用止镍晶体的熔结，常用A12O3、MgO、CaO等作为载等作为载体，这些组分同时还有助催化剂作用，可进一步改善体，这些组分同时还有助催化剂作用，可进一步改善催化剂的性能。催化剂的性能。 32镍催化剂通常以镍催化剂通常以NiO的形式存在。没有催化活性，的形式存在。没有催化活性，使用前必须进行还原；使用前必须进行还原；3334反应管进口反应管进口3040的一段的一段。44图图7 天然气蒸汽天然气蒸汽 转化转化工艺流程工艺流程l一钴鉬加氢反应器

4、一钴鉬加氢反应器2一氧化锌脱硫罐一氧化锌脱硫罐3一对流段一对流段4一辐射段一辐射段(一段炉一段炉)5 二段转化二段转化6一第一废热锅炉一第一废热锅炉7一第二废热锅炉一第二废热锅炉8一泡气一泡气9一辅助锅炉一辅助锅炉10排风机排风机11烟囱烟囱 天然气经脱硫后，硫含量小于天然气经脱硫后，硫含量小于0.5ppm，然后在压然后在压力力3.6MPa、温度温度380左右配入中压蒸汽，达到一定左右配入中压蒸汽，达到一定的水碳比的水碳比(约约3.5)进入一段转化炉的对流段预热到进入一段转化炉的对流段预热到500520. 然后送到一段转化炉的辐射段顶部、分配进入各然后送到一段转化炉的辐射段顶部、分配进入各反应

5、管、从反应管、从上而下上而下流经催化剂层。转化管直径一般为流经催化剂层。转化管直径一般为80150mm，加热段长度为加热段长度为612m。气体在转化管气体在转化管内进行蒸汽转化反应，从各转化管出来的气体由底部内进行蒸汽转化反应，从各转化管出来的气体由底部汇集到集气管再沿集气管中间的上升管上升温度汇集到集气管再沿集气管中间的上升管上升温度升到升到850860时。送去二段转化炉。时。送去二段转化炉。 空气经过加压到空气经过加压到3. .32. .5MPa配入少量水蒸气，配入少量水蒸气，并在一段转化炉的对流段预热到并在一段转化炉的对流段预热到450左右，进入二左右，进入二段炉项部与一段转化气汇合并燃

6、烧使温度升至段炉项部与一段转化气汇合并燃烧使温度升至1200左右，再通过催化剂层、出二段炉的气体温左右，再通过催化剂层、出二段炉的气体温度约度约1000左右，压力为左右，压力为3.0MPa，残余甲烷含量在残余甲烷含量在0.3左右。左右。 从二段炉出来的转化气顺序送入两台串联的废从二段炉出来的转化气顺序送入两台串联的废热锅炉以回收过热，产生蒸汽。从第二废热锅炉出热锅炉以回收过热，产生蒸汽。从第二废热锅炉出来的气体温度约为来的气体温度约为370左右送往变换工序。左右送往变换工序。 燃烧天然气从辐射段顶部喷嘴喷入并燃烧，燃烧天然气从辐射段顶部喷嘴喷入并燃烧，烟道气的流动方向自上而下，与管内的气体流向

7、烟道气的流动方向自上而下，与管内的气体流向一致。离开辐射段的烟道气温度有一致。离开辐射段的烟道气温度有1000以上。以上。进入对流段后，依次流过混合气、空气、蒸汽、进入对流段后，依次流过混合气、空气、蒸汽、原料天然气、锅炉水和燃烧天然气各个盘管，温原料天然气、锅炉水和燃烧天然气各个盘管，温度降到度降到250时，用排风机排往大气。时，用排风机排往大气。 为了平衡全厂蒸汽用量，设置一台辅助锅炉，为了平衡全厂蒸汽用量，设置一台辅助锅炉，也是以天然气为燃料，烟道气在一段炉对流段的也是以天然气为燃料，烟道气在一段炉对流段的中央位置加入，因此与一段炉共用一半对流段、中央位置加入，因此与一段炉共用一半对流段

8、、一台排风机和一个烟囱。辅助锅炉和几台废热锅一台排风机和一个烟囱。辅助锅炉和几台废热锅炉共用一个汽包，产生炉共用一个汽包，产生10.5Mpa的高压蒸汽。的高压蒸汽。4. 主要设备主要设备 (1) 一段转化炉一段转化炉 一段转化炉是烃类蒸汽转化的关键设备之一段转化炉是烃类蒸汽转化的关键设备之一。一。其基本结构包括有其基本结构包括有: : 反应管与烧嘴反应管与烧嘴 炉膛的辐射段炉膛的辐射段 回收热量的对流段回收热量的对流段 由于反应管长期处于高温、高压和气体腐蚀的条件下，需采用耐热的合金由于反应管长期处于高温、高压和气体腐蚀的条件下，需采用耐热的合金钢管因此造价昂贵。整个转化炉的投资约占全厂的钢管

9、因此造价昂贵。整个转化炉的投资约占全厂的30，而反应管的投，而反应管的投资则为转化炉的一半。资则为转化炉的一半。 一台大型天然气转化炉具有多达一台大型天然气转化炉具有多达400多根以上的多根以上的反应管，管子分列几排至十排，每排并联几十根由总反应管，管子分列几排至十排，每排并联几十根由总管、支管、分气管管、支管、分气管(又叫猪尾管又叫猪尾管)和集气管把它们联结起和集气管把它们联结起来，形成一个整体。反应管很长，但直径较小，这样有来，形成一个整体。反应管很长，但直径较小，这样有利于传热。常见反应管的内径为利于传热。常见反应管的内径为 71 122，总长，总长1012m。烧嘴的结构形式也多，根据炉

10、子的形式和要烧嘴的结构形式也多，根据炉子的形式和要求的不同可以采用大容量烧嘴或小容量烧嘴。大烧嘴求的不同可以采用大容量烧嘴或小容量烧嘴。大烧嘴燃烧发热量大，需用个数少，一般燃烧发热量大，需用个数少，一般34根反应管配一个。根反应管配一个。小烧嘴能力小，需用个数多，一根反应管需配备小烧嘴能力小，需用个数多，一根反应管需配备23个。个。大烧嘴一般带有较长火焰的火炬烧嘴、而小烧嘴多为无大烧嘴一般带有较长火焰的火炬烧嘴、而小烧嘴多为无焰板式或碗式烧嘴。焰板式或碗式烧嘴。 在这一段里，加入空气燃烧一部分转化气可能会出现转化在这一段里，加入空气燃烧一部分转化气可能会出现转化气和空气混合不均匀气和空气混合不

11、均匀导致温度高达导致温度高达2000的情况的情况，因此就要，因此就要求二段转化炉有相应结构，以免温度过高导致烧熔催化剂求二段转化炉有相应结构，以免温度过高导致烧熔催化剂(镍熔镍熔点点1455)和毁坏衬里和毁坏衬里3.2.2.3 固体燃料气化法固体燃料气化法 种类种类H2COCO2N2CH4O2H2S空气煤气空气煤气0.933.40.664.60.5-发生炉煤气发生炉煤气 11.027.56.053.00.30.2水煤气水煤气50.037.36.55.50.30.2半水煤气半水煤气37.033.76.522.40.30.2 固体燃料气化的化学反应固体燃料气化的化学反应 C + H2O（g）= C

12、O + H2 (10)C + 2H2O（g）= CO2 + 2H2 (11)C + 2H2 = CH4 (12)CO + H2（g）= CH4 + H2O (13) 制取半水煤气的工业方法制取半水煤气的工业方法 工业上制备合成氨原料气工业上制备合成氨原料气,一方面要求气体中一方面要求气体中(H2十十CO)与与N2的比例为的比例为3.13.3；另一方面还需要建立起过程的热平衡。在造气过程中应同时实现；另一方面还需要建立起过程的热平衡。在造气过程中应同时实现热平衡和气体成分要求，可采用下列方法：热平衡和气体成分要求，可采用下列方法： (1)外热法：外热法： 如利用原子能反应堆余热或其它廉价高温热源，用熔融如利用原子能反应堆余热或其它廉价高温热源，用熔融盐、熔融铁等介质为热载体直接加热反应系统，或预热气化剂，盐、熔融铁等介质为热载体直接加热反应系统，或预热气化剂，以提供气化过程所需的热能。以提供气化过程所需的热能。 但这种方法目前尚处于研究阶段。但这种方法目前尚处于研究阶段。(2)富氧空气气化法：富氧空气气化法：使用混合气化剂，将水蒸气与纯氧或富氧空气使用混合气化剂，将水蒸气与纯氧或富氧空气 按一定的按一