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第三章 通用反应单元 Part 1 氧化反应：硫酸工艺学 Part 2 氢化反应：合成氨工艺学 Part 2 氢化反应：合成氨工艺学 要求 1、掌握氨合成原料 2、掌握氨合成反应的特点（热力学、动力学）及合成原则流程 3、熟悉原料气的生产与净化 4、熟悉氨的合成与分离 5、了解合成塔的特点（轴向塔、径向塔） 6、了解氨生产全流程的组织 7、了解合成氨生产的发展趋势 Part 2 氢化反应：合成氨工艺学 主要内容 1、原料的选择 2、生产方法的选择 3、生产单元的控制 4、合成氨全流程的组织 5、合成氨生产的发展趋势 Part 2 氢化反应：合成氨工艺学 1 原料的选择 大多数作物只能吸收化合态氮来供给生长所需主要养分。固氮是化学化工研究中既古老又前沿的课题。 目前已投入工业生产的主要固氮方法： (1) 电弧法 (2) 氰氨法 (3) 合成氨法 目前最重要最经济的方法是合成氨法。 Part 2 氢化反应：合成氨工艺学 Part 2 氢化反应：合成氨工艺学 2 生产方法的选择 催化氢化法 以天然气最简单分子CH4为原料合成氨的反应过程： CH4+H2O CO+3H2 CO+H2O CO2+H2 N2+3H2 2NH3 Part 2 氢化反应：合成氨工艺学 3 生产单元的控制 Unit 1：造气 目的：获得具有优化N2、H2配比的原料气； 使原料气中杂质含量达标，特别是去除使催化剂中毒的气体，包括硫的有机物、无机物和碳的氧化物。 Part 2 氢化反应：合成氨工艺学 以煤焦为原料的造气过程简介 Part 2 氢化反应：合成氨工艺学 原料气生产:五阶段循环 Part 2 氢化反应：合成氨工艺学 几个概念 空气煤气：用空气使煤、焦气化所得煤气，主要成分N2、CO 水煤气：用水使煤、焦气化所得煤气，主要成分H2、CO 半水煤气：用空气和水使煤、焦气化所得煤气，主要成分N2、 H2、CO Part 2 氢化反应：合成氨工艺学 自学以其他燃料为原料的造气过程 如，重油部分氧化 Part 2 氢化反应：合成氨工艺学 变换主反应 CO + H2O CO2 + H2 + 41KJ/mol 工艺条件优化 催化剂 原料气组成：水蒸气过量 反应温度：前期，中温变换；后期，低温变换 反应压力：加压节能，可增加催化反应器的生产能力 空间速度：一般400-600h-1 （一次通过流程） Part 2 氢化反应：合成氨工艺学 Part 2 氢化反应：合成氨工艺学 Unit 2：净化 目的：脱硫 ADA吸收法 脱碳 改良热钾碱法 + 甲烷化 Part 2 氢化反应：合成氨工艺学 改良热钾碱法 Part 2 氢化反应：合成氨工艺学 甲烷化 目的：初步除去原料气中CO、CO2、O2（0.2-0.3%） Part 2 氢化反应：合成氨工艺学 3 生产单元的控制 Unit 3:合成与分离 化学反应过程的优化： 依据——化学反应的热力学和动力学数据 目的——探讨为实现生产目的，需解决那些问题，而 解决这些问题需要那些方法 Part 2 氢化反应：合成氨工艺学 Part 2 氢化反应：合成氨工艺学 Part 2 氢化反应：合成氨工艺学 催化剂——以铁为主的催化剂 配料如下： Part 2 氢化反应：合成氨工艺学 催化氢化合成过程 Part 2 氢化反应：合成氨工艺学 氨合成工艺条件的优化 主要优化目标 ——降低动力消耗、提高设备的生产强度！ Not 提高原料利用率 Part 2 氢化反应：合成氨工艺学 氨分离 方法——降低温度，使NH3液化，由气液分离器分离。 设备：合成塔/固定床催化反应器 多层轴向冷激氨合成塔 特 点 气体通过床层路径短，通气面积更大，阻力更小； 适宜小粒度催化剂，提高内表面积，减少内扩散影响； 催化剂还原均匀； 能耗低，适宜离心式压缩机。 4 合成氨全流程的组织 Part 2 氢化反应：合成氨工艺学 5 合成氨生产的发展趋势 （1）生产规模大型化 日产1500~1700t （NH3） （2）降低能耗 采用新工艺 + 从驰放气中回收氢 （3）原料多样化 重质原料 （4）氨的深度加工 生产尿素、碳酸氢铵等化肥、纯碱 图1 以天然气为原料的合成氨生产流程 * * * NH3 N H 来源于空