合成氨生产工艺河南化工课件

合成氨生产工艺

河南化工技校

魏葆婷氨的合成

氨的合成是量后一道工序，任务是在适当的温度、压力和有催化剂存在的条件下，将经过精制的氨氮混合气直接合成为氨。然后将所生成的气体氨从末合成为氨的混合气体中冷凝分离出来，得到产品液氨，分离氨后的白白氢氮气体循环使用。凝分离出来，得到产品液氨，分离氨后的氢氮气体循环使用。第一节氨合成的基本理论

一、氨合成反应的特点3H2+N2=2NH3+Q(1)是可逆反应。即在氢气和氮气反应生成氨的同时，氨也分解成氢气和氮气。(2)是放热反应。在生成氨的同时放出热量，反应热与温度、压力有关。(3)是体积缩小的反应。(4)反应需要有催化剂才能较快的进行。三、氨合成动力学

(一)反应机理在催化剂的作用下，氢与氮生成氨的反应是一多相气体催化反应。由以下几个步骤所组成：(1)气体反应物扩散到催化剂外表面；(2)反应物自催化剂外表面扩散到毛细孔内表面；(3)气体被催化剂表面(主要是内表面)活性吸附(与普通吸附的区别在于有化学力参与在内，并放出热量)；(4)吸附状态的气体在催化剂表面上起化学反应，生成产物；(5)产物自催化剂表面解吸；·(6)解吸后的产物从催化剂毛细孔向外表面扩散；(7)产物由催化剂外表面扩散至气相主流。以上七个步骤中，(1)、(7)为外扩散过程；(2)、(6)为内扩散过程；(3)、(4)和（5）总称为化学动力学的过程。二、反应速度反应速度是以单位时间内反应物质浓度的减少量或生成物质浓度的增加量表示。影响氨合成反应速度因素：1.压力提高压力可加快氨的生成速度使气体中氨含量迅速增加。2.温度反应速度随着温度升高显著加快。

第二节氨合成催化剂

可以作氨合成催化剂的物质很多，如铁、铂、锰、钨和铀等。但由于以铁为主体的催化剂具有原料来原广，价格低廉，在低温下有较好的活性抗毒能力强，使用寿命长等优点、广泛采用。一、催化剂的组成及性能

1．催化剂在还原前的化学组成及其作用铁催化剂在还原之前，以铁的氧化物状态存在。其主要成分是三氧化二铁(Fe2O3）和氧化亚铁(FeO)。此外，催化剂中还加入各种促进剂。(1)氧化铁的组成(2)促进剂的组成及作用促进剂又称助催化剂，它本身没有催化活性，但加入催化剂中，可改善催化剂的物理结构，从而提高催化剂的活性。合成氨铁催化剂中，普遍采用的促进剂有三氧化二铝(A12O3)、氧化钾(K2O)和氧化钙(CaO)等。二、催化剂的还原与钝化1.催化剂的还原（1）催化剂还原反应的原理催化剂中氧化铁不能加速氨合成反应速度，必需将其还原成活泼的铁，才具有催化活性，常用还原方法是将制成的催化剂装在合成塔内通入氢氮混合气，使催化剂中的氧化铁被氢气还原成金属铁。FeO+H2+Fe+H2O-QFe2O3+3H2=2Fe+2H2O-Q催化剂的还原程度用还原前催化剂中铁的氧化物被还原的百分率表示称还原度。

三、催化剂的中毒与衰老

1．催化剂的中毒进入合成塔的新鲜混合气，虽然经过了净化，但仍然含有微量的有毒气体，使催化剂缓慢中毒，活性降低。2．催化剂的衰老催化剂经长期使用后，活性会逐渐下降，生产能力逐渐降低，这种现象称为催化剂的衰老。催化剂的中毒和衰老几乎是无法避免的，但是选用耐热性能较好的催化剂，改善气体质量和稳定操作，能大大延长催化剂的使用寿命。

第三节氨合成操作

条件的选择

氨合成的生产工艺条件必须满足产量高、消耗定额低、工艺流程及设备结构简单、操作方便及安全可靠等要求。决定生产条件最主要的因素是压力、温度、空间速度、气体组成和催化剂等。一、压力在一定的空速下，合成压力越高，出口氨浓度越高，氨净值(合成塔出入口氨含量之差)越高，合成塔的生产能力也就越大。氨合成系统的能量消耗主要包括原料气压缩功、循环气压缩功和氨分离的冷冻功。生产实践证明，操作压力在20～35MPa时总能量消耗比较低。四、合成塔进口气体组成合成塔进口气体组成包括氢氮比、惰性气体含量与初始氨含量。在生产中，进塔循环气的氢氮比控制在2.5~2.9合适。由于氨合成时氢氮比是按3：1消耗的，因此补充的新鲜气的氢氮比应控制在3，否则循环系统中多余的氢或氮就会积累起来，造成循环气氢氮比失调。第四节、氨合成工艺流程一、氨合成基本工艺步骤（一）气体的压缩和除油（二）气体的预热和合成（三）氨的分离合成塔出口气体氨含量一般为10~20%因此将氨分离出来。1.水吸收法2.冷凝该法是将合成气体降温，使其的气氨冷凝成液氨，后在氨分离器中，从不凝气体中分离出来。目前主要采用冷却法分离循环气中的氨。在氨冷凝过程，部分氢氮气及惰性气体溶解在液氨中，当液氨在“贮罐气”。（四）、气体的循环

氢氮混合气经过氨合成塔以后，只有一小部分合成为氨。分离氨以后，剩余的氢氮气，除为降低惰性气体含量而少量放空以外，大部分与新鲜原料气汇合后，重新返回合成塔，在进行氨的合成，从而构成了循环法生产流程。（六）、反应前的回收利用回收利用反应热的方法主要有以下几种1.预热反应前的前氢氮混合气。在塔内设置换热器，用反应的高温气体预热反应前氢氮混合气达到催化剂的活性温度。此方法回收不完全。2.预热反应前的氢氮混合气和副产蒸气既在塔内设置换热器预热反应前的氢氮混合气，又利用余热副产蒸气。3.预热反应前的氢氮混合气和预热高压锅炉给水反应后的高温气体先通过塔内的换热器预热反应前氢氮混合气，后在通过塔外换热器预热高压锅炉给水。二、氨合成工艺流程由于压缩机型式、操作压力、氨分离折冷凝级数、热能回收形式以及各部分相对位置的差异，氨合成工艺流程也水相同。操作压力在600~100MPa称高压法，在20~40MPa称中压法