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轴向冷激式合成塔 目前大型氨厂用冷激式多,它具有各床层温度调节方便,操作更接近最佳温度的优点。其操作床层温度分布情况如图。 进口 400℃ 500℃ 轴向冷激式合成塔 进口 400℃ 500℃ 冷激式合成塔主要优点: 结构简单、催化剂分布和温度分布均匀、控温调温方便、床层通气面大阻力小。 一种径向冷激式合成塔如图。 优点:气体通过床层路径短,通气面积更大,阻力更小;适宜用更小粒度催化剂,提高内表面积,减少内扩散影响;催化剂还原均匀;降低能耗,更适宜于离心式压缩机。(了解) 图 40 氨合成塔 4 氨合成塔 结构特点及基本要求 基本要求:维持自热、有利于升温还原、催化剂生产强度大;催化剂床层分布合理、保持催化剂活性;气流均匀、压降小;换热强度大、换热体积小、塔内空间利用率高;生产稳定、操作灵活、操作弹性大;结构简单可靠、内件有自由余地。 以天然气为原料的合成氨流程 脱硫 Co-Mo加氢法及ZnO法脱有机硫及H2S 一段转化(Ni) 700-800℃(炉内) 二段转化 1200℃(炉内) 高温CO变换 甲烷化 压缩 脱出CO2 液氨 低温CO变换 压缩 天然气 空气 压缩 氨冷凝 氨分离 合成 蒸汽 工段二 工段一 工段三 CO2 工段四 工段五 工段六 CH4+H2O=CO+3H2 -Q; CO+H2O=CO2+H2+Q CH4少量,H2 ,CO,CO2 出口850-860℃ 出口1000℃ ℃ (NH4)2SO4 NH4NO3 NH4HCO3 NH4Cl CO(NH2)2 常见的氮肥: 常见氮肥的特点: 尿素:含氮量45~46%,有吸湿性,易溶于水,中性肥料,肥效较其他氮肥长; 硝酸氨:含氮量32~35%,吸湿性强,易结块,酸性肥料,肥效快,易被植物吸收利用; 碳酸氢氨:含氮量16~18%,有吸湿性,易溶于水,中性肥料,含氮量低,易结块; 硫酸氨:含氮量为20~21%,吸湿性小,易溶于水,肥效快,是酸性肥料,不能与碱性肥料混用。 * 尿素的生产工艺 * 一、尿素的性质 1.尿素(Urea ),碳酰二氨,CO(NH2)2 . 2.易水解,60℃ 以上。 3.弱碱性,与酸性肥料制成复合肥料。 4.加热异构化,高温缩合,用在有机合成工业中。 尿素最重要的用途是作肥料,含氮量46%以上。尿素实际上是在土壤中转变成碳酸铵后水解及硝化被植物吸收的。 * 二.尿素的生产方法 1773年鲁爱尔,尿液蒸发; 1828年佛勒,实验室氨和氰酸合成; 1868年巴扎罗夫,氨和二氧化碳直接合成; 尿素的生产方法有50余种,但实现工业化的只有氰氨化钙(石灰氮)法和氨与CO2直接合成法两种。 氨与CO2直接合成尿素: 三.尿素的合成原理 (一)合成反应 1.甲铵生成反应 2NH3(l)+ CO2(g)=NH4COONH2(l) ?H=-86.93kJ/mol 强放热可逆反应; 低温液相中转化率很大,反应很快; 加压,反应很快。 反应体系为5组分多相平衡体系,除化学平衡外,还有气液平衡: NH3(g)=NH3(aq) CO2(g)=CO2(aq) H2O(g)=H2O(aq) 反应所需设备: 水溶液全循环法:在一个合成塔中完成; 气提法:分别在甲氨冷凝器和尿素合成塔中进行。 2.甲铵脱水反应 NH4COONH2(l) =CO(NH2) (l) +H2O (l) ?H=28.45kJ/mol 微吸热可逆反应; 速度较慢,为控速步鄹; 转化率50-70%。 3. 尿素合成副反应 在尿素生产过程中,主要有两类副反应:尿素缩合反应和水解反应。 (1)尿素缩合成缩二脲反应 2CO(NH2)2 = NH2CONHCONH2 + NH3 用结晶法加工尿液时,可利用缩二脲在尿素溶液中具有一定溶解度来控制适宜的结晶温度和尿液浓度,尽可能使缩二脲保留在溶液中,获得含缩二脲很低的结晶尿素。含缩二脲的母液送合成塔使其中缩二脲部分分解,缩二脲不致在体系中积累。 (2)另一副反应-水解反应 CO(NH2)2 + H2O = NH4COONH2 NH4COONH2 + H2O = (NH4)2CO3 (NH4)2CO3 = 2NH3 + CO2 + H2O 总反应式: CO (NH2)2 + H2O = 2NH3 + CO2 当温度在60 ℃以下时,尿素水解缓慢;温度到100 ℃时尿素水解速度明显
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