合成氨原料气制取 第一节

1、第四章 合成氨工艺合成氨原料气制取4.1 合成氨原料气制取 合成氨工艺一般用燃料高温转化法制备原料气，有三种典型的方法： 固体燃料气化法； 烃类蒸汽转化法； 重质烃部分氧化法。4.1.1 固体燃料气化法 以煤或焦炭为原料，在高温下与空气、水蒸气作用，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。 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。 吹风、制气过程中发生哪些反应？固体燃料气化法的化学计量方程式 吹风 2C+

2、O23.76N2=2CO3.76N2 H0= 248.7 kJmol-1 (l) 制气 CH2O(g)= COH2 H0 =131.4 kJmol-1 (2) 为了满足原料气组成 n(CO+H2)n(N2 ) = 3.13.2的要求，方程式(2)改为： 5C5H2O(g)= 5CO5H2 H0=657.0 kJmol-1 (3) (l)(3)得 7CO23.76 N25H2O(g)=7CO3.76 N25H2 H0408.3 kJmol-1 (4) 空气与水蒸气的比例问题 此时，n(CO+H2)/n(N2) =12/3.76=3.19，组成上满足了要求，但反应热不足。结果是炉温下降，反应不能维

3、持，生产不能持续。 为了解决这一问题，工业上采用间歇操作的送风发热法，即交替地进行吹风和制气。首先吹风，其目的是提高炉温，生成的空气煤气大部分放空(控制N2量)，小部分回收；然后送入水蒸气，充分利用反应放出的热量来制水煤气，与回收的空气煤气混合即得半水煤气。 间歇式制半水煤气的主要步骤： a. 空气吹风 b. 上吹制气 c. 下吹制气 d. 二次上吹 e. 空气吹净 a. 空气吹风 空气从造气炉底部吹入，主要目的是送风发热，提高炉温，吹风后的气体去废热锅炉回收热量后放空。 b. 上吹制气 水蒸气从炉底吹入生产水煤气，主要目的是制气，制得的水煤气通过废热锅炉回收热量，除尘、洗涤后送入气柜。 c.

4、 下吹制气 上吹制气后，炉底温度下降，但炉顶温度尚高，还可加以利用。使水蒸气从炉顶吹入与碳反应，生成的半水煤气从炉底导出，经除尘、洗涤、冷却送入气柜。 d. 二次上吹 下吹后，炉温降低，炉底充满水煤气，如此时吹入空气升高炉温，可能引起爆炸。故再从炉底吹入水蒸气将炉底煤气排净，为吹风作好准备。二次上吹虽也可制气，但炉温低，制气质量差，二次上吹时间应尽可能短。 e. 空气吹净 空气从炉底吹入，将造气炉中残存的水煤气吹出并加以收集送入气柜，同时制得的吹风气(空气煤气)与b,c,d阶段制得的水煤气在气柜中混合为半水煤气；该阶段是半水煤气中氮气的主要来源。 优点：设备简单、便于控制。 缺点：能耗大，约有

5、一半原料被当作燃料 烧掉；间歇生产能力低；生产过程 产生三废(煤渣、含氰废水、含硫废 气等)较多。4.1.2 烃类蒸汽转化法 以轻质烃(天然气、油田气、炼厂气、轻油等)为原料生产合成氨原料气。 各种低碳烃类与水蒸气反应都需经过甲烷蒸汽转化阶段。故可用甲烷蒸汽转化代表气态烃类蒸汽转化。 烃类蒸汽转化法应用最多的是加压两段催化转化法： 天然气(含氢0.25至0.5%)，在 3.6MPa下被烟道气预热到380左右，在脱硫器中经脱硫 (总硫含量小于0.5g/g)。然后在3.8MPa下配入3.5倍体积的中压水蒸气，进一步加热到500左右，进入-Al2O3为载体的镍催化剂反应管(由耐热合金制成)。管外炉膛

6、内用天然气或其它气体加热， 90的CH4气体在反应管内于650至800下发生转化反应。 CH4 + H2O3H2 + CO H0206.4KJ CH4 + 2H2O4H2 + CO2 H0165.3KJ 把转化后的气体送入用耐火材料衬里的二段转化炉，同时向二段转化炉送入3.5MPa、450的空气(空气加入量根据合成氨所需氮量配加)与一段转化气汇合，这时空气中的全部氧和转化气中的部分氢发生燃烧放热反应： 2H2 + O22H2O H0482.3KJ 燃料产生的热使温度上升到1200左右，剩余的CH4则在催化剂的作用下继续发生转化反应。从二段转化炉出来的气体，其组成为CH4 0.3%，CO2 27

7、.6，H2 57，CO 12.8，N2 22.3，气体的温度约1000左右，压力为3.0MPa，经废热锅炉利用余热，温度降至370后送变换系统。 优点：此法所获得的粗原料气与半水煤气相比，含氢量高，含一氧化碳量低，杂质气体亦较少，后处理负担较低。2.1.3 重质烃部分氧化法 重质烃(石油蒸馏高于350的馏分)部分氧化法是让氧、水蒸气和重质烃在气化炉中燃烧放热，最终获得H2和CO为主的合成氨原料气。 重油加压至4至5MPa，再预热至150至200进入气化炉；纯度为95至98的氧气压缩到4至5MPa ，与相同压强的水蒸气混合(0.4至0.5kg水蒸气/kg油)，预热至400至450，进入气化炉。重质烃部分氧化法涉及的反应：4CmHn+(4m+n)O2=4mCO2+2nH2O+Q2CmHn+2mH2O=2mCO+(n+2m)H2-Q2CmHn+4mH2O=2mCO2+(n+4m)H2-Q2CmHn+2mCO2=4mCO+nH2-Q重质烃部分氧化法涉及的析碳反应： CH4 =