化工课件：第一讲

1、授课教师授课教师: :邸凯邸凯第五章第五章 化工工艺学化工工艺学化化 学学 工工 程程 基基 础础化工工艺：通过化学反应生产产品的工艺。 内容：目的：生产原理、工艺条件、工艺流程的设置及工艺计算。 通过对生产原理的分析，对工艺条件和工艺流程进行优化，以提高生产效率及经济效益 。4、人力方面（全员劳动生产率）。1、原料利用率(原料的转化率、反应的选择性、产品的收率)；2、能量消耗（单位产品的能耗）；3、设备强度；分类：无机化工工艺有机化工工艺本章学习内容：合成氨工艺石油炼制石油烃热裂解及裂解气分离化化 学学 工工 程程 基基 础础第一节 合成氨工艺一、概述：1、合成氨工业的重要性：合成塑料等合成

2、纤维腈有机含氮化合物氰化物等铵盐硝酸铵硝酸无机含氮化合物磷铵复合肥尿素碳酸氢铵氮肥氨、：、：、：2、合成氨的原料路线：主要在于原料气（氢气）的获取（1）以煤为原料：22HCOOHC（2）以天然气为原料： 2243HCOOHCH（3）以石油烃为原料： 22)5 . 0Hnm（nCOOnHHCmn原则流程：氨分离合成净化造气原料净化过程又包括脱硫、脱碳、变换、甲烷化（铜洗）等步骤。化化 学学 工工 程程 基基 础础氢氮比R：R=3时，y最大。二、氨的合成：（一）反应原理：（1）化学反应： 32223NHNH可逆放热反应，反应热与温度、压力都有关。（2）平衡常数： PPKPKT.;,但即使压力很高，

3、温度较低，KP也不大。 （3）影响平衡氨含量的因素：25 . 1)1 ()1 (RRPKyyyPi式中 22NHyyR 称为氢氮比 。y 平衡产物中氨含量yi平衡产物中惰性气体含量温度：温度下降，平衡常数增大，y增加。压力：增大，y增加。惰性气体：含量越高，y越小。化化 学学 工工 程程 基基 础础（4）催化剂：铁催化剂组成：有利于催化剂的制备的吸附促进提高耐热性，CaON，OK，OAlFeOFe%5 . 27 . 0:%8 . 05 . 0:%42:%3629:%6854:223232催化剂的活化： OHFeHFeOOFe2232,催化剂中毒： OHCO22,暂时性中毒 硫、磷 永久性中毒

4、化化 学学 工工 程程 基基 础础（5）反应速度：动力学方程：接近平衡时5 . 125 . 11233223HHPPkPPPkrNHNHNNH远离平衡时5 . 05 . 0223HNPPkrNH 氢氮比R：反应初期，最佳氢氮比为1，随反应进行，氨含 量增加，最佳氢氮比随之增大，趋于平衡时， 最佳氢氮比接近于3。惰性气体：含量增加，反应速度减小。 压力：增大，正反应速度增大，逆反应速度减小，所以 提高压力， 大幅提高。3NHr温度：温度升高，正逆反应速度均加快。而平衡常数减小， 先增大后减小，存在最适宜温度。3NHr化化 学学 工工 程程 基基 础础（二）氨合成的工艺条件：1、温度： 催化剂活性

5、温度范围：400510Tm、Te随转化率的升高而降低 2、压力：压力增大，平衡氨含量增加，反应速度加快，能耗增加。 3、空速： 空速增加，停留时间减小，生产强度大，转化率低，分离负荷大，能耗大。4、氢氮比： 新鲜气：R=3 进塔原料气：略低于35、惰性气体：化化 学学 工工 程程 基基 础础二、原料气的生产与净化：（一）造气1、以煤为原料： 22HCOOHC 强吸热反应，常用煤气发生炉间歇生产，为适应大规模生产，采取适当方法（如模拟移动床法）来实现连续生产。2、以天然气为原料： 2243HCOOHCH222442HCOOHCH222HCOOHCO副反应： CCOCO22242HCCH（2）催化

6、剂： 活性组分:镍助催化剂： Al2O3、MgO、CaO、TiO2、MoO3、稀土氧化物（1）化学反应可逆吸热反应,摩尔数增加，高温、低压有利于化学平衡。析炭反应化化 学学 工工 程程 基基 础础（3）生产流程：二段转化法一段转化：外热式，反应温度低，转化率低，残余CH4多；原因： 合成时要求CH41000，耐热合金钢工作温度 800 900 ，外热式设备材质无法承受； 第二段转化加入空气，可引入合成时所需氮气；单独使用第二段转化，消耗过多的天然气，且引入的氮气过多。二段转化：自热式，反应温度高，转化率高，残余CH4少。化化 学学 工工 程程 基基 础础（4）工艺条件压力： P体积增大的反应有

7、利，但常采用加压操作 原因： P节省压缩功； P提高过量蒸汽的余热利用价值； P可以减少设备投资； P过高，为保证CH4残余量，需提高T，材质限制。 温度： T有利 一段炉出口温度： 取决于设备材质 二段炉出口温度： 取决于对转化气组成的要求 水炭比： 原料中水蒸汽与烃含量之比 水炭比CH4残余量r析炭 水炭比蒸汽消耗，成本 化化 学学 工工 程程 基基 础础（二）脱硫： 方法很多，可分为干法脱硫和湿法脱硫两大类。 常用 Co-Mo加氢-ZnO法脱硫 Co-Mo加氢将有机硫化物转变为无机硫化物H2S SHRHHRSHcat22SHHRHRHSRRcat2212212ZnO脱硫： OHZnSZn

8、OSH22化化 学学 工工 程程 基基 础础（三）变换： 目的： CO是氨合成时催化剂的毒物，合成前必须除去。 方法： 通过变换将CO变为CO2，再通过铜洗或甲烷化将剩余的CO清除。 化学反应： 222HCOOHCO 可逆放热反应，平衡常数随温度升高而减小，反应速度随温度升高先增后减，存在最适宜温度。催化剂： 高温变换催化剂： 铁铬催化剂，以 Fe3O4为活性组分 活性温度范围300530 低温变换催化剂： 铜基催化剂 对硫敏感，抗毒性差 活性温度范围180260 工艺流程：优点： 将不易脱除的CO变为易脱除的CO2，同时得到等体积的H2，所以变换过程既是原料气的净化过程，又是造气的延续。化化

9、 学学 工工 程程 基基 础础（四）脱碳： 脱除原料气中的CO2 CO2的危害：方法： 碳酸钾溶液吸收 322322KHCOOHCOCOK工艺条件： 低温高压有利于吸收，高温低压有利于再生 （五）原料气的最终净化： 清除原料气中少量碳氧化合物。 1、铜洗：用铜盐的氨溶液吸收2、甲烷化法： OHCHHCO2423OHCHHCO242224因消耗H2，同时生成CH4，所以只适用于碳氧化合物少的原料。 化化 学学 工工 程程 基基 础础两种特殊净化方案：1、碳酸氢铵的生产2、双甲精制：三、合成氨生产的总流程：1、以煤为原料的生产流程2、以天然气为原料的生产流程化化 学学 工工 程程 基基 础础返回返回化化 学学 工工 程程 基基 础础以煤为原料的合成氨流程除尘、脱硫造 气煤水蒸汽空气压 缩变 换脱 碳甲烷化合 成软水水蒸汽氨返回返回化化 学学 工工 程程 基基 础础一段转化二段转化脱 硫压 缩压 缩高低温变换甲烷化脱 碳压 缩合 成分 离天然气空气氨水蒸汽二氧化碳以天然气为原料的合成氨流程返回返回化化 学学 工工