合成氨生产完整PPT课件

1、合成氨生产1 概述氨的合成是人类从自然界制取含氮化合物的最重要方法。氨是肥料，又是生产化肥（尿素、硫酸铵、硝酸铵、碳酸氢铵等）、无机物（硝酸、纯碱等）、有机物、燃料、炸药（硝酸铵、硝化甘油、硝化纤维等）、医药、合成纤维、塑料等的原料或工作介质。1901年，法国物理化学家吕.查得利提出氨的合成条件是高温、高压、催化剂存在。1912年，德国建成第一个日产30吨的合成氨厂。我国1997年生产3008万吨，2021年生产5221万吨（全球1.57亿吨）原料制取 电解制氢法：电解水制氢。此法耗电极多。 低温分离法：以空气和焦炉气为原料，通过低温去杂质而获得氢氮混合气。 燃料高温转化法：燃料可以是天然气、

2、油田气、炼厂气、轻油、重油，以及煤、焦等与水蒸气作用。原则流程合成 原料原料：氮气、氢气造气净化合成 分离氨循环气2 原料气的生产以煤或焦炭为原料固体燃料气化法原理： 2C+O2+3.76N2=2CO+3.76N2+248.7kJ +) 5C+5H2O=5CO+5H2-657.0kJ 7C+3.76N2+5H2O+O2=7CO+3.76N2+5H2-408.3kJ补充热量： C+O2（N2）=CO2生产流程空气吹风送风发热 39-48.6 S上吹制气制气 43.2-50.4 S下吹制气制气 64.8-72.0 S二次上吹制气 10.8 S 空气吹净制气 5.4 S以天然气为原料烃类蒸汽转化法优

3、点：含氢量高，含CO低，杂质少，后继过程负担轻；二级转化的转化率高（99）；加压转化，节能。1 烟道气预热器；2 脱硫槽；3 一段反应管；4 一段转化炉；5 二段转化炉；6 废热锅炉以重质油为原料部分氧化法3 原料气的净化脱硫硫将使催化剂中毒、腐蚀设备管道等 脱硫的方法干法：ZnO，活性炭，分子筛等。效果好但处理量小。湿法：碱性物质或氧化剂溶液洗涤（氨水、碳酸盐、乙醇胺、蒽醌二磺酸钠、砷碱法等）。处理量大，但效果差，特别是有机硫的脱除能力差。原料气的变换催化剂组成活性温度H2O/CO空速转化率Fe2O3,MgO,Cr2O3,K2O380-5503-5300-40080-90CuO,ZnO,Cr

4、2O3180-2506-101000-200096-99操作条件: 脱碳 变换气中有大量CO2，将影响合成，另外，CO2是尿素、碳酸钠、碳酸氢铵的原料，必须分离、回收。 物理吸收：加压水洗，低温甲醇洗(CO2含量从 33%降到10g/g)等。 化学吸收：氨水（小厂）、有机胺、改良热钾碱法（大中型厂, CO2含量从20-28%降到0.2-0.4%）等吸收。精制铜洗法醋酸铜氨液洗涤法（碳化物量为100g/g）甲烷化法CO+H2生成甲烷（镍催化剂，碳化物量为10g/g）低温净化法如液氨洗涤压强：通过技术经济分析，总能量消耗在15-30MPa（中压法 ）的区间相差不大，且数值较小；扩散吸附 反应解吸扩

5、散4 氨合成的热力学基础氮的活性吸附是表面反应过程的控制步骤76N2+5H2-408.特点：可逆、放热、体积缩小43.低温为动力学过程控制。T的影响：T升高，Kp减小，L减小，y下降。由换热器、分气盒、催化剂筐组成。干法：ZnO，活性炭，分子筛等。4 氨合成的热力学基础4 氨合成的热力学基础反应特点：可逆、放热、体积缩小反应热与温度、压力和气体组成有关。随压力增大而增加，随温度提高而增加。 平衡常数：压强很小时，K1，KfKp 平衡时氨的浓度设yH2,yN2,yi,y分别表示H2、N2 、惰气、NH3的摩尔分数，p为总压 , R为氢氮比 RyH2/yN2 , yH2+yN2+yi+y1, y1

6、-yH2-yN2-yi令： 若：yi=0，则y是T、P、R及yi的函数影响y的因素 氢氮比R：当y有极大值时，dy/dR0P增加，kp随R变化，y最大时的R值为2.68-2.90T的影响：T升高，Kp减小，L减小，y下降。P的影响：P增加，L增加，y增大。惰气含量的影响：L不变时，yi 减小，y增大。5 氨合成的动力学基础催化剂组成：Fe2O3 54-68，FeO 29-36，Al2O3 2-4，K2O 0.5-0.8，CaO 0.7-2.5活化：动力学过程扩散吸附 反应解吸扩散氮的活性吸附是表面反应过程的控制步骤 动力学方程小颗粒为动力学过程控制；大颗粒为内扩散过程控制高温为内扩散过程控制；

7、低温为动力学过程控制。氨合成反应是先高温（快速）后低温（高转化率），催化剂为高温用小颗粒，低温用大颗粒。扩散控制： 动力学控制（初期）： 接近平衡，（铁系催化剂=0.5）： 催化反应的控制步骤是扩散过程还是动力学过程？ 影响rNH3的因素压强：P增大，PN2、PH2增大，rNH3增大温度：最佳温度可逆、放热反应气体组成：PN2大，氮的活性吸附速度得到提高，rNH3增大惰气含量：Pi下降，PN2、PH2增大，rNH3增大。 6 氨的合成与分离 最佳工艺条件主要优化目标提高生产强度，降低动力消耗（循环）压强：通过技术经济分析，总能量消耗在15-30MPa（中压法 ）的区间相差不大，且数值较小；压力

8、从10MPa到30MPa，综合费用下降40%左右，继续提高压力效果不明显，因此，常采用30MPa生产。从节省能源的角度出发，压强在下降，大型厂采用15-20MPa。温度：最适宜温度。在催化剂的活性温度内（400-520），先高后低（可逆放热反应）。 空间速度：一般15MPa为10000-16000h-1，30MPa为2000030000h-1。 氢氮比：新鲜气3，循环气略低于3（2.8-2.9）。 惰气含量：以增产为主要目标，一般为10-14；以降低成本为主要目标，一般为16-20%。 进口氨浓度：15MPa生产为2.8-3；30MPa生产为3.2-3.8。内件：耐高温、耐氢氮腐蚀的特种合金钢

9、。外设保温层。由换热器、分气盒、催化剂筐组成。按催化剂层的移热方式分：连续、间接、冷激式。合成塔外壳：耐高压的合金钢或优质碳钢。流程循环气：4561234新鲜气：5676N2=2CO+3.由换热器、分气盒、催化剂筐组成。气体组成：PN2大，氮的活性吸附速度得到提高，rNH3增大T的影响：T升高，Kp减小，L减小，y下降。压强：通过技术经济分析，总能量消耗在15-30MPa（中压法 ）的区间相差不大，且数值较小；C+O2（N2）=CO2P增加，kp随R变化，y最大时的R值为2.外壳：耐高压的合金钢或优质碳钢。压力从10MPa到30MPa，综合费用下降40%左右，继续提高压力效果不明显，因此，常采

10、用30MPa生产。低温分离法：以空气和焦炉气为原料，通过低温去杂质而获得氢氮混合气。设yH2,yN2,yi,y分别表示H2、N2 、惰气、NH3的摩尔分数，p为总压 , R为氢氮比高温为内扩散过程控制；从节省能源的角度出发，压强在下降，大型厂采用15-20MPa。在催化剂的活性温度内（400-520），先高后低（可逆放热反应）。空间速度：一般15MPa为10000-16000h-1，30MPa为2000030000h-1。以降低成本为主要目标，一般为16-20%。2C+O2+3.压力从10MPa到30MPa，综合费用下降40%左右，继续提高压力效果不明显，因此，常采用30MPa生产。7 全流程 8 技术经济分析天然气石脑油重油煤焦投资/亿元5.66.58.0能源/GJt-1(NH3)28-3035.541.854.4成本/元t-1(NH3)257390-447220-280500不同原料制氨的技术经济比较以煤、重油为原料，部分氧化、冷法净化（低温甲醇洗涤法脱