工業(yè)合成氨簡(jiǎn)易流程圖-ppt課件

1、制取制取原料原料氣氣凈凈化化緊緊縮縮合合成成分分別別液氨液氨N2和和H2(循循環(huán)環(huán))(循環(huán)操作過(guò)程循環(huán)操作過(guò)程)冷冷凝凝除去雜質(zhì)氣體、粉除去雜質(zhì)氣體、粉塵等，防止催化劑塵等，防止催化劑“中毒中毒 第三章第三章 氨的合成氨的合成v氨的合成氨的合成v氨的合成是整個(gè)合成氨消費(fèi)過(guò)程中的中心部分，氨的合成是整個(gè)合成氨消費(fèi)過(guò)程中的中心部分，義務(wù)是在適當(dāng)?shù)臏囟?、壓力和有催化劑存在的條義務(wù)是在適當(dāng)?shù)臏囟?、壓力和有催化劑存在的條件下，將經(jīng)過(guò)精制的件下，將經(jīng)過(guò)精制的H2H2、N2N2組成約為組成約為3:13:1的原料氣的原料氣直接參與合成塔，催化劑作用下合成為氨。直接參與合成塔，催化劑作用下合成為氨。v學(xué)習(xí)目的：

2、學(xué)習(xí)目的：v 掌握氨合成反響的根本原理及氨的合成工藝條件掌握氨合成反響的根本原理及氨的合成工藝條件的選擇及工藝流程分析；的選擇及工藝流程分析；v 熟習(xí)氨合成塔構(gòu)造特點(diǎn)，并流雙套管氨合成塔的熟習(xí)氨合成塔構(gòu)造特點(diǎn)，并流雙套管氨合成塔的構(gòu)造及其它塔型的分析構(gòu)造及其它塔型的分析;v 了解氨合成反響機(jī)理、合成氨催化劑、動(dòng)力學(xué)方了解氨合成反響機(jī)理、合成氨催化劑、動(dòng)力學(xué)方程及二氣回收的處置方法程及二氣回收的處置方法;v 了解物料衡算和熱量衡算及氨合成過(guò)程中的能量了解物料衡算和熱量衡算及氨合成過(guò)程中的能量分析和余熱回收分析和余熱回收;v 第一節(jié)第一節(jié) 氨合成反響的根本原理氨合成反響的根本原理一、 氨合成反響的

3、熱效應(yīng) 氨合成反響為： N23H2 2NH3 H298=-92.4kJ/mol 不同溫度、壓力下，純氫氮混合氣完全轉(zhuǎn)化為氨的反響熱：不同溫度、壓力下，純氫氮混合氣完全轉(zhuǎn)化為氨的反響熱： HF=38338.9+22.5304+3474.4/T+1.89963 HF=38338.9+22.5304+3474.4/T+1.899631010/T3p1010/T3p +22.3864T+10.5717 +22.3864T+10.571710-4T2 -7.0828110-4T2 -7.0828110-6T3 10-6T3 HF HF純氫氮混合氣完全轉(zhuǎn)化為氨的反響熱，純氫氮混合氣完全轉(zhuǎn)化為氨的反響熱，

4、kJ/mol kJ/mol； p p壓力，壓力，MPa;MPa; T T溫度，溫度，K K。二、氨合成反響的化學(xué)平衡v 反響到達(dá)平衡時(shí)的平衡常數(shù)可表示為：反響到達(dá)平衡時(shí)的平衡常數(shù)可表示為：5.05.15.05.12232231NHNHNHNHyyyppppKp壓力較低時(shí)，氣體混合物視為理想氣體。壓力較低時(shí)，氣體混合物視為理想氣體。6842. 3108489. 1105193. 5lg6911. 2/6 .2001lg275TTTTKp當(dāng)壓力較高時(shí)，氣體混合物視為非理想氣體，當(dāng)壓力較高時(shí)，氣體混合物視為非理想氣體，KpKp不僅與溫不僅與溫度有關(guān)，還與壓力、氣體在組成有關(guān)，當(dāng)壓力在度有關(guān)，還與壓力

5、、氣體在組成有關(guān)，當(dāng)壓力在1.0-100MPa1.0-100MPa下，下，KpKp可用以下閱歷公式計(jì)算：可用以下閱歷公式計(jì)算：ITBTTTKp2710856. 1lg4943. 2/8 .2074lgKp值僅與溫度值僅與溫度有關(guān)有關(guān) 其中其中和和 I 為與壓力有關(guān)的系數(shù)，見(jiàn)下表：為與壓力有關(guān)的系數(shù)，見(jiàn)下表：p,MPa135103060100 10400.341.2561.2561.25610.85626.833I1.9332.0212.0902.1132.2063.0594.473合成氨時(shí)，當(dāng)原料組成一定時(shí)，平衡常數(shù)Kp值隨溫度降低、壓力升高而增大。不同溫度、壓力下H2/N23純氫氮混合氣體反

6、響的Kp值 三、平衡氨含量及其影響要素平平衡衡氨氨含含量量 氨合成反響到達(dá)化學(xué)平衡時(shí)，混合氣體中氨的含量稱為平衡氨含量，又可稱為氨的平衡產(chǎn)率。 有了平衡常數(shù)有了平衡常數(shù)Kp，計(jì)算平衡氨含量就比較容易。，計(jì)算平衡氨含量就比較容易。設(shè)進(jìn)口氫氮比為設(shè)進(jìn)口氫氮比為r，平衡混合氣中，平衡混合氣中NH3的平衡含量為的平衡含量為yNH3，惰性氣體組成為，惰性氣體組成為yi，那么：，那么：11)1(32 ryyyNHiN1)1(32 rryyyNHiH5 . 1225 . 05 . 1)1()1(133223rpryyyyyypKpNHiNHNHNH 25 . 12)1()1(33 rrpKpyyyNHiNH

7、影響平衡氨含量的要素影響平衡氨含量的要素 溫度越低，壓力越高，平衡氨含量溫度越低，壓力越高，平衡氨含量yNH3yNH3越高越高a a壓力和溫度的影響壓力和溫度的影響T/壓力/MPa10152032608036035.1043.3549.6260.4375.3281.8038429.0036.8443.0054.0069.9477.2442420.6327.3933.0043.6060.3568.6846414.4819.9424.7134.2450.6259.4250410.1514.3918.2430.9041.4450.135526.719.7512.6218.9931.8139.78 當(dāng)

8、當(dāng)r3時(shí)，時(shí)， yi =0時(shí)，不同溫度、時(shí)，不同溫度、壓力下的平衡氨含量值如下表：壓力下的平衡氨含量值如下表： b. 氫氮比r的影響假設(shè)不思索r對(duì)Kp的影響，知r=3時(shí)，yNH3為最大值；高壓下，氣體偏離理想形狀，Kp將隨r而變，具有最大yNH3時(shí)的r略小于3，約在2.682.90之間，如下圖：c. c. 惰性氣體含量的影響惰性氣體含量的影響 惰性氣體指不參與合成氨反響的甲烷和氬氣 由圖由圖3-23-2知，惰性氣體含量添加，平衡氨含量減小，由知，惰性氣體含量添加，平衡氨含量減小，由于添加惰性氣體含量相當(dāng)于降低了反響物的分壓，即惰性于添加惰性氣體含量相當(dāng)于降低了反響物的分壓，即惰性氣體對(duì)氨合成不

9、利。氣體對(duì)氨合成不利。 另外，氨合成為不完全反響，未反響原料氣體需求循環(huán)另外，氨合成為不完全反響，未反響原料氣體需求循環(huán)利用，必然呵斥惰性氣體的富集，最終采取部分放空的方利用，必然呵斥惰性氣體的富集，最終采取部分放空的方法減少惰性氣體，呵斥原料氣的浪費(fèi)。法減少惰性氣體，呵斥原料氣的浪費(fèi)。 結(jié)論： 提高平衡氨含量升高壓力、降低溫度和減少惰氣含量。升高壓力、降低溫度和減少惰氣含量。四、氨合成反響速率四、氨合成反響速率2.2.影響反響速率的要素影響反響速率的要素 反響速度反響速度-是以單位時(shí)間內(nèi)反響物質(zhì)濃度的減少量或生成是以單位時(shí)間內(nèi)反響物質(zhì)濃度的減少量或生成物質(zhì)濃度的添加量表示。物質(zhì)濃度的添加量表

10、示。 影響氨合成反響速度要素：影響氨合成反響速度要素： 壓力的影響壓力的影響 當(dāng)溫度和氣體組成一定時(shí)，提高壓力，正反響速率增大，當(dāng)溫度和氣體組成一定時(shí)，提高壓力，正反響速率增大，逆反響速率減小。提高壓力凈反響速率提高。逆反響速率減小。提高壓力凈反響速率提高。 氫氮比的影響氫氮比的影響 反響初期的最正確氫氮比為反響初期的最正確氫氮比為1 1，隨著反響的進(jìn)展，氨含量，隨著反響的進(jìn)展，氨含量不斷添加，欲使不斷添加，欲使rNH3rNH3堅(jiān)持最大值，最正確氫氮比應(yīng)隨之增堅(jiān)持最大值，最正確氫氮比應(yīng)隨之增大。大。 惰性氣體的影響惰性氣體的影響 其它條件一定時(shí)，隨著惰性氣體含量的添加，反響速率下降。因此降其它

11、條件一定時(shí)，隨著惰性氣體含量的添加，反響速率下降。因此降低惰性氣體含量，反響速率加快，平衡氨含量提高。低惰性氣體含量，反響速率加快，平衡氨含量提高。 溫度的影響溫度的影響 氨合成反響是可逆放熱反響，存在最正確溫度，詳細(xì)值由其組成、壓氨合成反響是可逆放熱反響，存在最正確溫度，詳細(xì)值由其組成、壓力和催化劑的性質(zhì)而定。力和催化劑的性質(zhì)而定。 內(nèi)分散的影響內(nèi)分散的影響 實(shí)踐消費(fèi)中，由于氣體流量大，氣流與催化劑顆粒外外表傳送速率足實(shí)踐消費(fèi)中，由于氣體流量大，氣流與催化劑顆粒外外表傳送速率足夠快，外分散影響可忽略，但內(nèi)分散阻力不能忽視，內(nèi)分散速率影響夠快，外分散影響可忽略，但內(nèi)分散阻力不能忽視，內(nèi)分散速率

12、影響氨合成反響的速率。改動(dòng)催化劑粒度，調(diào)理對(duì)反響速率的影響。氨合成反響的速率。改動(dòng)催化劑粒度，調(diào)理對(duì)反響速率的影響。第二節(jié)第二節(jié) 氨合成催化劑氨合成催化劑 氨合成反響必需用催化劑，沒(méi)有催化劑，即使氨合成反響必需用催化劑，沒(méi)有催化劑，即使在很高壓力下反響速度也很小，生成的氨濃度很低。在很高壓力下反響速度也很小，生成的氨濃度很低。 可以作氨合成催化劑的物質(zhì)很多，如鋨可以作氨合成催化劑的物質(zhì)很多，如鋨Os、鐵鐵(Fe)、錳、錳(Mn)、鎢、鎢(W)和鈾和鈾(U)等。但由于以鐵為等。但由于以鐵為主體的催化劑具有原料來(lái)源廣、價(jià)錢(qián)低廉、在低溫主體的催化劑具有原料來(lái)源廣、價(jià)錢(qián)低廉、在低溫下有較好的活性、抗毒

13、才干強(qiáng)、運(yùn)用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，下有較好的活性、抗毒才干強(qiáng)、運(yùn)用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛采用。廣泛采用。 一、催化劑一、催化劑 氨合成反響常用的催化劑是鐵基催化劑。催化劑的氨合成反響常用的催化劑是鐵基催化劑。催化劑的制備組成如下，制形成制備組成如下，制形成2-3mm厚、厚、5-10mm外徑的、黑外徑的、黑色有金屬光澤、有磁性的不規(guī)那么片狀顆粒：色有金屬光澤、有磁性的不規(guī)那么片狀顆粒： 組成：組成： 主要成分：主要成分：Fe3O4(FeO Fe2O3，F(xiàn)e2+/Fe3+0.5) 活性成分：活性成分：Fe 促進(jìn)劑為：促進(jìn)劑為：K2O, CaO, Al2O3，SiO2 1 1、催化劑中各組分和作用、催化劑中各組

14、分和作用 Al2O3：添加催化劑比外表積，防止復(fù)原后鐵微晶長(zhǎng)大：添加催化劑比外表積，防止復(fù)原后鐵微晶長(zhǎng)大聚集，提高催化劑活性和穩(wěn)定性。聚集，提高催化劑活性和穩(wěn)定性。 K2O：可使催化劑的金屬電子逸出功降低，利于：可使催化劑的金屬電子逸出功降低，利于N分子的分子的吸附和活化，加快氨的脫附。提高了催化劑活性。吸附和活化，加快氨的脫附。提高了催化劑活性。 CaO：有利于：有利于Al2O3和和Fe3O4固熔體的構(gòu)成，降低固熔體固熔體的構(gòu)成，降低固熔體的熔點(diǎn)和黏度，另外還能提高催化劑的熱穩(wěn)定性和抗毒才的熔點(diǎn)和黏度，另外還能提高催化劑的熱穩(wěn)定性和抗毒才干。干。 SiO2：磁鐵礦的雜質(zhì)，類似于：磁鐵礦的雜質(zhì)

15、，類似于Al2O3，可穩(wěn)定，可穩(wěn)定-Fe晶粒，晶粒，加強(qiáng)催化劑的耐熱性和抗水才干。加強(qiáng)催化劑的耐熱性和抗水才干。 2 2、催化劑的運(yùn)用、催化劑的運(yùn)用對(duì)合成氨反響有催化活性的成分是金屬鐵，所以運(yùn)用對(duì)合成氨反響有催化活性的成分是金屬鐵，所以運(yùn)用前要將催化劑復(fù)原。通常用氫氣作復(fù)原劑：前要將催化劑復(fù)原。通常用氫氣作復(fù)原劑：kJ/molO(g)HFe(s)(g)H(s)OFe9 .1494342243使四氧化三鐵充分復(fù)原為-Fe，使復(fù)原生成的鐵結(jié)晶不因重結(jié)晶而長(zhǎng)大，以保證有最大的比外表積和更多的活性中心。 確定復(fù)原條件的原那么：確定復(fù)原條件的原那么： 3、影響復(fù)原質(zhì)量的要素 裝入氨合成塔的催化劑在運(yùn)用前

16、需求進(jìn)展裝入氨合成塔的催化劑在運(yùn)用前需求進(jìn)展H2復(fù)原，使四氧化復(fù)原，使四氧化三鐵變?yōu)槿F變?yōu)?Fe 微晶才有活性。復(fù)原條件應(yīng)使鐵充分被復(fù)原，復(fù)原微晶才有活性。復(fù)原條件應(yīng)使鐵充分被復(fù)原，復(fù)原后比外表積最大。后比外表積最大。 復(fù)原溫度，復(fù)原為吸熱反響，提高溫度利于平衡右移，復(fù)原速?gòu)?fù)原溫度，復(fù)原為吸熱反響，提高溫度利于平衡右移，復(fù)原速度快，但生成的度快，但生成的-Fe 微晶顆粒較大，比外表積降低；復(fù)原溫度過(guò)微晶顆粒較大，比外表積降低；復(fù)原溫度過(guò)低，復(fù)原速度慢，復(fù)原時(shí)間長(zhǎng)，復(fù)原不徹底。復(fù)原溫度略低于合低，復(fù)原速度慢，復(fù)原時(shí)間長(zhǎng)，復(fù)原不徹底。復(fù)原溫度略低于合成氨操作溫度。成氨操作溫度。 復(fù)原壓力，提高復(fù)

17、原壓力，相當(dāng)于提高復(fù)原壓力，提高復(fù)原壓力，相當(dāng)于提高H2分壓，反響速度快，分壓，反響速度快，同時(shí)可使氨合成反響進(jìn)展，放出部分熱量彌補(bǔ)電加熱器。但也提同時(shí)可使氨合成反響進(jìn)展，放出部分熱量彌補(bǔ)電加熱器。但也提高了高了H2O的分壓，添加了催化劑反復(fù)氧化復(fù)原程度，普通選的分壓，添加了催化劑反復(fù)氧化復(fù)原程度，普通選10-20MPa； 空速，在保證供熱傳熱的條件下，空速大，氣體分散快，降低氣相空速，在保證供熱傳熱的條件下，空速大，氣體分散快，降低氣相中水蒸氣的分壓，利于水蒸氣的逸出，減少了水蒸氣對(duì)催化劑的反復(fù)中水蒸氣的分壓，利于水蒸氣的逸出，減少了水蒸氣對(duì)催化劑的反復(fù)氧化；同時(shí)利于平衡床層溫度?？账龠^(guò)大，

18、外界供熱量大，電加熱器氧化；同時(shí)利于平衡床層溫度。空速過(guò)大，外界供熱量大，電加熱器功率受限。功率受限。 復(fù)原氣成分，復(fù)原氣成分，H2、水蒸氣、惰性氣體、水蒸氣、惰性氣體 加大氫含量，減少水蒸氣含量，利于催化劑復(fù)原。惰性氣體含量?jī)H能加大氫含量，減少水蒸氣含量，利于催化劑復(fù)原。惰性氣體含量?jī)H能夠低夠低 催化劑的鈍化催化劑的鈍化 復(fù)原后的活性鐵遇到空氣會(huì)發(fā)生劇烈的氧化反響，放出的熱量能使催復(fù)原后的活性鐵遇到空氣會(huì)發(fā)生劇烈的氧化反響，放出的熱量能使催化劑燒結(jié)失去活性?；瘎Y(jié)失去活性。鈍化方法是將壓力降到鈍化方法是將壓力降到0.5-1MPa，溫度降到，溫度降到50-80度，用氮?dú)庵脫Q系度，用氮?dú)庵脫Q系

19、統(tǒng)后逐漸導(dǎo)入空氣使氮?dú)庵醒鹾吭诮y(tǒng)后逐漸導(dǎo)入空氣使氮?dú)庵醒鹾吭?.2-0.5%. 催化劑的毒物催化劑的毒物CO、CO2、H2O砷及其化合物毒物暫時(shí)毒物永久毒物氧及含氧的化合物硫及其化合物氯及其化合物磷及其化合物 催化劑的改良： 降低活性溫度改動(dòng)外形降低催化劑床層阻 力，節(jié)省功耗。第三節(jié)第三節(jié) 氨合成的工藝條件氨合成的工藝條件v 前面討論過(guò)氨合成的熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)及催化劑，實(shí)踐消費(fèi)前面討論過(guò)氨合成的熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)及催化劑，實(shí)踐消費(fèi)過(guò)程中，反響不能夠到達(dá)平衡，合成工藝參數(shù)的選擇除了過(guò)程中，反響不能夠到達(dá)平衡，合成工藝參數(shù)的選擇除了思索平衡氨含量外，還要綜合思索反響速率、催化劑運(yùn)用思索平衡氨含量外，

20、還要綜合思索反響速率、催化劑運(yùn)用特性以及系統(tǒng)的消費(fèi)才干、原料和能量耗費(fèi)等，以期到達(dá)特性以及系統(tǒng)的消費(fèi)才干、原料和能量耗費(fèi)等，以期到達(dá)良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)目的。需求選擇氨合成的工藝參數(shù)。良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)目的。需求選擇氨合成的工藝參數(shù)。溫度溫度壓力壓力空速空速 惰性惰性 氣體氣體工藝條件工藝條件 氨合成氨合成 氫氮比氫氮比 一、壓力1.1.從化學(xué)平衡和化學(xué)反響速率的角度看，提高操作壓力有利從化學(xué)平衡和化學(xué)反響速率的角度看，提高操作壓力有利, ,消費(fèi)才干隨消費(fèi)才干隨壓力提高而添加。壓力提高而添加。2.2.壓力過(guò)大設(shè)備接受力大，對(duì)設(shè)備材質(zhì)要求高、損耗大，高壓下對(duì)應(yīng)的壓力過(guò)大設(shè)備接受力大，對(duì)設(shè)備材質(zhì)要求高、損耗

21、大，高壓下對(duì)應(yīng)的反響溫度高，催化劑壽命縮短。反響溫度高，催化劑壽命縮短。3. 3. 選擇操作壓力的主要根據(jù)：能量耗費(fèi)、消費(fèi)才干、設(shè)備投資、催化劑選擇操作壓力的主要根據(jù)：能量耗費(fèi)、消費(fèi)才干、設(shè)備投資、催化劑運(yùn)用壽命。運(yùn)用壽命。 能量耗費(fèi)：原料氣緊縮功、循環(huán)氣緊縮功和氨分別的冷凍功。能量耗費(fèi)：原料氣緊縮功、循環(huán)氣緊縮功和氨分別的冷凍功。 操作壓強(qiáng)40-100MPa高壓法15-33MPa中壓法5-15MPa低壓法壓力高、低：壓力高、低： 經(jīng)過(guò)調(diào)理經(jīng)過(guò)調(diào)理新穎氣的參與或是出塔氣新穎氣的參與或是出塔氣的排放的排放二、溫度二、溫度和其它可逆放熱反響一樣，溫度對(duì)平衡轉(zhuǎn)化率和其它可逆放熱反響一樣，溫度對(duì)平衡轉(zhuǎn)

22、化率和反響速度都有影響，合成氨反響存在著最適和反響速度都有影響，合成氨反響存在著最適宜溫度宜溫度Tm(或稱最正確反響溫度或稱最正確反響溫度)，它取決于反，它取決于反響氣體的組成、壓力以及所用催化劑的活性。響氣體的組成、壓力以及所用催化劑的活性。 兩點(diǎn)溫度：兩點(diǎn)溫度：控制催化床溫度：經(jīng)過(guò)調(diào)理塔副閥或是循環(huán)氣量控制催化床溫度：經(jīng)過(guò)調(diào)理塔副閥或是循環(huán)氣量床層入口溫度熱點(diǎn)溫度三、空間速度三、空間速度 提高空速氨合成塔消費(fèi)強(qiáng)度增大，但反響后氣體中凈氨值有所降低。提高空速氨合成塔消費(fèi)強(qiáng)度增大，但反響后氣體中凈氨值有所降低。凈氨值降低，添加氨的分別難度，使冷凍功耗添加。凈氨值降低，添加氨的分別難度，使冷凍功

23、耗添加。 空速過(guò)高，循環(huán)氣量添加，循環(huán)功耗大；空速過(guò)高氣體帶出的反響熱空速過(guò)高，循環(huán)氣量添加，循環(huán)功耗大；空速過(guò)高氣體帶出的反響熱較多，導(dǎo)致催化劑床層溫度下降不能維持正常消費(fèi)。較多，導(dǎo)致催化劑床層溫度下降不能維持正常消費(fèi)。 參照合成壓力選擇參照合成壓力選擇四、合成塔進(jìn)口氣體組成四、合成塔進(jìn)口氣體組成 合成塔進(jìn)口氣體組成包括氫氮比、情性氣體含量與初始氨含量。 防止原料氣中氫氮比失調(diào)，新穎原料氣中氫氮比為3， 惰性氣體的存在，從化學(xué)平衡和動(dòng)力學(xué)角度對(duì)合成氨都不利。 當(dāng)其它條件一定時(shí)，進(jìn)塔氣體中氨含量越高，氨凈值越小，消費(fèi)才干越低。初始氨含量的高低取決于氨分別的方法。 第四節(jié)第四節(jié) 氨的分別及合成工

24、藝流程氨的分別及合成工藝流程 一、氨的分一、氨的分別別 冷凝分別法冷凝分別法分別方法分別方法 溶劑吸收法溶劑吸收法 該法是用水冷卻器和氨冷卻器，冷卻含氨該法是用水冷卻器和氨冷卻器，冷卻含氨混合氣，使其中大部分氣氨冷凝以便與不混合氣，使其中大部分氣氨冷凝以便與不冷凝的氫氮分開(kāi)。冷凝的氫氮分開(kāi)。 液氨在氨分別器中與氣體分開(kāi)，減壓送入液氨在氨分別器中與氣體分開(kāi)，減壓送入貯槽。液氨冷凝過(guò)程中，部分氫氮?dú)饧岸栀A槽。液氨冷凝過(guò)程中，部分氫氮?dú)饧岸栊詺怏w溶解其中，溶解氣體大部分在液氨性氣體溶解其中，溶解氣體大部分在液氨貯槽中，當(dāng)減壓時(shí)釋放出來(lái)，稱之為貯槽中，當(dāng)減壓時(shí)釋放出來(lái)，稱之為“貯槽貯槽氣或氣或“馳放氣

25、。馳放氣。冷凝分別法二、氨合成工藝流程二、氨合成工藝流程v 氨合成工序不但有氨合成反響，還有氨分別及未反響氣體氨合成工序不但有氨合成反響，還有氨分別及未反響氣體循環(huán)等，流程復(fù)雜，影響要素多。循環(huán)等，流程復(fù)雜，影響要素多。v 合成氨工藝步驟合成氨工藝步驟v 1 1、氣體的緊縮和除油、水、氣體的緊縮和除油、水v 2 2、氣體預(yù)熱和合成、氣體預(yù)熱和合成v 3 3、氨分別氨出口量、氨分別氨出口量10%-20%10%-20%v 4 4、氣體緊縮循環(huán)、氣體緊縮循環(huán)v 5 5、惰性氣體的排放、惰性氣體的排放v 6 6、反響熱回收利用、反響熱回收利用v 氨合成流程設(shè)計(jì)在于合理配置上述幾個(gè)步驟。其中主要氨合成流

26、程設(shè)計(jì)在于合理配置上述幾個(gè)步驟。其中主要是合理確定循環(huán)緊縮機(jī)、新穎原料氣補(bǔ)入及馳放氣排放是合理確定循環(huán)緊縮機(jī)、新穎原料氣補(bǔ)入及馳放氣排放位置，以及確定氨分別的冷凝級(jí)數(shù)、冷熱交換安排和熱位置，以及確定氨分別的冷凝級(jí)數(shù)、冷熱交換安排和熱能回收的方式。以保證原料、產(chǎn)品損失小，熱量回收充能回收的方式。以保證原料、產(chǎn)品損失小，熱量回收充分，才干利用合理。分，才干利用合理。1 1、傳統(tǒng)氨合成流程、傳統(tǒng)氨合成流程v 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：v 1、放空氣位置安放合理，惰性氣體含量高，、放空氣位置安放合理，惰性氣體含量高，氨和氫氮含量相對(duì)低，減少氨和原料氣的損失氨和氫氮含量相對(duì)低，減少氨和原料氣的損失v 2、循環(huán)緊縮機(jī)位

27、于一、二氨分別器之間，氣、循環(huán)緊縮機(jī)位于一、二氨分別器之間，氣體量少，溫度低利于緊縮體量少，溫度低利于緊縮v 3、可以脫除新穎氣中微量、可以脫除新穎氣中微量CO2和和H2Ov 缺陷：缺陷：v 1、新穎原料氣補(bǔ)充位置安放不合理、新穎原料氣補(bǔ)充位置安放不合理v 2、熱量回收利用不充分、熱量回收利用不充分v 新穎氣經(jīng)新穎氣氨冷器新穎氣經(jīng)新穎氣氨冷器1010冷卻，且在塔外換熱器冷卻，且在塔外換熱器3 3二次入口處與循二次入口處與循環(huán)氣混合然后進(jìn)入冷交換器的下分別器，利用冷凝下來(lái)的液氨除去環(huán)氣混合然后進(jìn)入冷交換器的下分別器，利用冷凝下來(lái)的液氨除去新穎氣中的水、油污、一氧化碳和二氧化碳等，保證了進(jìn)入合成塔

28、氣新穎氣中的水、油污、一氧化碳和二氧化碳等，保證了進(jìn)入合成塔氣體的質(zhì)量。體的質(zhì)量。v 采用先進(jìn)塔后預(yù)熱的流程，既提高了進(jìn)催化床層的氣體溫度，提采用先進(jìn)塔后預(yù)熱的流程，既提高了進(jìn)催化床層的氣體溫度，提高了出塔氣體的余熱回收價(jià)值，又保證了合成塔外筒對(duì)氣體溫度的要高了出塔氣體的余熱回收價(jià)值，又保證了合成塔外筒對(duì)氣體溫度的要求。來(lái)自冷交換器的氣體從合成塔求。來(lái)自冷交換器的氣體從合成塔l l止部進(jìn)入合成塔內(nèi)件與外筒的環(huán)隙，止部進(jìn)入合成塔內(nèi)件與外筒的環(huán)隙，從塔底引出，送到塔外換熱器從塔底引出，送到塔外換熱器3 3，用低位熱量預(yù)熱二次進(jìn)合成塔的循環(huán)，用低位熱量預(yù)熱二次進(jìn)合成塔的循環(huán)氣，氣體溫度升到氣，氣體溫

29、度升到175175二次入塔。二次入塔。v 二次出合成塔的氣體先進(jìn)入廢熱鍋爐二次出合成塔的氣體先進(jìn)入廢熱鍋爐2 2回收熱量，使之產(chǎn)生回收熱量，使之產(chǎn)生1.2-1.2-2.5MPa2.5MPa的中壓蒸汽，然后，送人塔外換熱器的中壓蒸汽，然后，送人塔外換熱器3 3與未反響器換熱，回收低與未反響器換熱，回收低位熱。位熱。v 熱量回收充分、水冷溫度低節(jié)省氨冷耗費(fèi)熱量回收充分、水冷溫度低節(jié)省氨冷耗費(fèi)3 3、凱洛格大型氨廠合成工藝流程、凱洛格大型氨廠合成工藝流程凱洛格流程描畫(huà)凱洛格流程描畫(huà) 新穎氣經(jīng)幾級(jí)緊縮后與循環(huán)氣混合冷卻、升溫并分幾股新穎氣經(jīng)幾級(jí)緊縮后與循環(huán)氣混合冷卻、升溫并分幾股進(jìn)入氨合成塔。進(jìn)入氨合

30、成塔。 反響后氣體溫度較高，所以先經(jīng)鍋爐給水預(yù)熱器后再向新反響后氣體溫度較高，所以先經(jīng)鍋爐給水預(yù)熱器后再向新穎氣供熱。穎氣供熱。 只分別很少部分氨只分別很少部分氨(為維持濃度穩(wěn)定分別需求排放部分惰為維持濃度穩(wěn)定分別需求排放部分惰性氣體性氣體)后就進(jìn)入循環(huán)緊縮，與新穎氣混后再經(jīng)復(fù)雜冷凍流程后就進(jìn)入循環(huán)緊縮，與新穎氣混后再經(jīng)復(fù)雜冷凍流程逐漸冷卻到逐漸冷卻到-23，經(jīng)高壓氨分別器分別氨后再升溫進(jìn)入氨合，經(jīng)高壓氨分別器分別氨后再升溫進(jìn)入氨合成塔。低壓氨分別器是為了分別要求設(shè)置的。成塔。低壓氨分別器是為了分別要求設(shè)置的。 流程特點(diǎn)：流程特點(diǎn)： 先循環(huán)混合再冷卻分別，冷凍功耗小但循先循環(huán)混合再冷卻分別，冷

31、凍功耗小但循環(huán)功耗大，總能耗??；環(huán)功耗大，總能耗?。?循環(huán)線中放空，惰氣、氨含量高，循環(huán)線中放空，惰氣、氨含量高，但有氨回收，氨損耗不大；采用蒸汽透平驅(qū)動(dòng)的帶循環(huán)段但有氨回收，氨損耗不大；采用蒸汽透平驅(qū)動(dòng)的帶循環(huán)段的離心式緊縮機(jī)，氣體中不含油污。的離心式緊縮機(jī)，氣體中不含油污。4 4、布朗三塔三廢鍋爐氨合成工藝流程、布朗三塔三廢鍋爐氨合成工藝流程三段轉(zhuǎn)化爐出口氣中氨含量可達(dá)21%，還可以副產(chǎn)高壓蒸汽5 5、伍德兩塔兩廢熱鍋爐氨合成工藝流程、伍德兩塔兩廢熱鍋爐氨合成工藝流程6 6、聯(lián)醇氨合成工段工藝流程、聯(lián)醇氨合成工段工藝流程三、排放氣的回收處置三、排放氣的回收處置v 在原料氣的最終凈化過(guò)程中，

32、除深冷分別法外，采用甲烷在原料氣的最終凈化過(guò)程中，除深冷分別法外，采用甲烷化或銅氨液吸收法，隨新穎氮?dú)錃膺M(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)的甲烷和化或銅氨液吸收法，隨新穎氮?dú)錃膺M(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)的甲烷和氬氣，因不參與反響，在循環(huán)中不斷累積，為了堅(jiān)持這些氬氣，因不參與反響，在循環(huán)中不斷累積，為了堅(jiān)持這些惰性氣體的合理濃度，需求排放部分循環(huán)氣惰性氣體的合理濃度，需求排放部分循環(huán)氣-放空氣，放空氣，另外還有一部分溶解在液氨中的氮?dú)錃饬硗膺€有一部分溶解在液氨中的氮?dú)錃怦Y放氣，這兩部馳放氣，這兩部分氣體含有一定量氫氣，需求回收。分氣體含有一定量氫氣，需求回收。v 回收方法：中空纖維膜分別、變壓吸附、深冷分別回收方法：中空纖維膜分別

33、、變壓吸附、深冷分別1、中空纖維膜分別法、中空纖維膜分別法v 1979年，美國(guó)孟山都公司開(kāi)發(fā)了選擇性浸透膜技術(shù)，并勝利運(yùn)用于合成氨工業(yè)。如今中國(guó)也能制造中空纖維膜分別器，已在大、中小型氨廠推行運(yùn)用。v 中空纖維膜是以聚砜、二甲基乙酰胺為原料加工成內(nèi)腔中空的纖維絲，再涂以高浸透性聚合物，具有選擇性浸透性。水蒸氣、氫、氦、二氧化碳浸透較快，而甲烷、氮、氬、氧、一氧化碳浸透慢，從而到達(dá)分別目的。v氫回收率可氫回收率可達(dá)達(dá)95%95%，氫，氫氣純度氣純度90%90%以上。以上。2、變壓吸附法、變壓吸附法v 此法為利用沸石型或碳分子篩在不同壓力下對(duì)各種氣體組此法為利用沸石型或碳分子篩在不同壓力下對(duì)各種氣

34、體組分的吸附和解析。當(dāng)排放氣經(jīng)過(guò)分子篩床層時(shí)，除分的吸附和解析。當(dāng)排放氣經(jīng)過(guò)分子篩床層時(shí)，除H2H2以外以外的其他氣體，如的其他氣體，如N2N2、CH4CH4、ArAr、NH3NH3、COCO等都被吸附，而獲等都被吸附，而獲得純度高達(dá)得純度高達(dá)99.9%99.9%的氫氣。的氫氣。v 一個(gè)完好的變壓吸附循環(huán)由吸附、減壓、解吸和再加壓四一個(gè)完好的變壓吸附循環(huán)由吸附、減壓、解吸和再加壓四個(gè)步驟組成。個(gè)步驟組成。3、深冷分別法、深冷分別法v 此法為根據(jù)氫和排放氣中其它組分的沸點(diǎn)相差較大，在深此法為根據(jù)氫和排放氣中其它組分的沸點(diǎn)相差較大，在深冷溫度下逐次部分冷凝，分別出甲烷、氬氣、以及部分氮冷溫度下逐次

35、部分冷凝，分別出甲烷、氬氣、以及部分氮的冷凝液，而獲得含氫的冷凝液，而獲得含氫90%90%的回收氣的回收氣第五節(jié)第五節(jié) 氨合成塔氨合成塔v 氨合成塔，是在高壓、高溫下用來(lái)使氮?dú)夂蜌錃獍l(fā)生催化反響以進(jìn)展氨合成塔，是在高壓、高溫下用來(lái)使氮?dú)夂蜌錃獍l(fā)生催化反響以進(jìn)展氨合成的設(shè)備。氨合成塔是合成氨廠的心臟，是一種構(gòu)造復(fù)雜的反響氨合成的設(shè)備。氨合成塔是合成氨廠的心臟，是一種構(gòu)造復(fù)雜的反響器。器。v 一、構(gòu)造特點(diǎn)及根本要求一、構(gòu)造特點(diǎn)及根本要求v 根本要求：根本要求：v 維持自熱、有利于升溫復(fù)原、催化劑消費(fèi)強(qiáng)度大；維持自熱、有利于升溫復(fù)原、催化劑消費(fèi)強(qiáng)度大；v 催化劑床層分布合理、堅(jiān)持催化劑活性；催化劑床

36、層分布合理、堅(jiān)持催化劑活性；v 氣流均勻、壓降?。粴饬骶鶆?、壓降小；v 換熱強(qiáng)度大、換熱體積小、塔內(nèi)空間利用率高；換熱強(qiáng)度大、換熱體積小、塔內(nèi)空間利用率高；v 消費(fèi)穩(wěn)定、操作靈敏、操作彈性大；消費(fèi)穩(wěn)定、操作靈敏、操作彈性大；v 構(gòu)造簡(jiǎn)單可靠、內(nèi)件有自在余地。構(gòu)造簡(jiǎn)單可靠、內(nèi)件有自在余地。v 高溫高壓下，氫、氮對(duì)氨合成塔有腐蝕：高溫高壓下，氫、氮對(duì)氨合成塔有腐蝕：v 氫脆：氫溶解于金屬晶格中，使鋼材在緩侵變形時(shí)發(fā)生氫脆：氫溶解于金屬晶格中，使鋼材在緩侵變形時(shí)發(fā)生脆脆v 性破壞。性破壞。 v 氫腐蝕：氫腐蝕，即氫氣浸透到鋼材內(nèi)部，使碳化物分氫腐蝕：氫腐蝕，即氫氣浸透到鋼材內(nèi)部，使碳化物分解解v 并

37、生成甲烷，甲烷聚積于晶界微觀孔隙中構(gòu)成高壓，導(dǎo)致并生成甲烷，甲烷聚積于晶界微觀孔隙中構(gòu)成高壓，導(dǎo)致應(yīng)應(yīng)v 力集中，沿晶界出現(xiàn)破壞裂紋。力集中，沿晶界出現(xiàn)破壞裂紋。 v 在高溫高壓下，氮與鋼中的鐵及其他很多合金元素生成在高溫高壓下，氮與鋼中的鐵及其他很多合金元素生成硬硬v 而脆的氮化物導(dǎo)致金屬機(jī)械性能降低。而脆的氮化物導(dǎo)致金屬機(jī)械性能降低。 為了滿足高溫、高壓的雙為了滿足高溫、高壓的雙重要求，合成塔由內(nèi)件重要求，合成塔由內(nèi)件催化劑框、熱交換器、催化劑框、熱交換器、電加熱器和外筒兩部分電加熱器和外筒兩部分組成。內(nèi)件用組成。內(nèi)件用(Ni(Ni、Cr)Cr)不不銹鋼制造，耐銹鋼制造，耐500500高溫

38、暖高溫暖腐蝕，不接受高壓力；外腐蝕，不接受高壓力；外筒用低碳合金鋼或優(yōu)質(zhì)碳筒用低碳合金鋼或優(yōu)質(zhì)碳鋼制成，接受高壓。鋼制成，接受高壓。為了氨合成反響接近最適宜溫度，塔內(nèi)件換熱方式為了氨合成反響接近最適宜溫度，塔內(nèi)件換熱方式不同，出現(xiàn)幾類合成塔：不同，出現(xiàn)幾類合成塔： 冷管式延續(xù)換熱式冷管式延續(xù)換熱式- -內(nèi)冷和段間催化劑分內(nèi)冷和段間催化劑分3 35 5層，層，每層為絕熱反響段，在催化劑層內(nèi)設(shè)置冷卻管，用反響每層為絕熱反響段，在催化劑層內(nèi)設(shè)置冷卻管，用反響前的低溫原料氣移走反響熱，降低反響溫度，并預(yù)熱原前的低溫原料氣移走反響熱，降低反響溫度，并預(yù)熱原料氣。料氣。 冷激式多段冷激式冷激式多段冷激式

39、催化劑分催化劑分3 35 5層，每層為絕層，每層為絕熱反響段，層間摻入冷原料氣控制反響氣溫度。熱反響段，層間摻入冷原料氣控制反響氣溫度。 二、延續(xù)換熱式合成塔二、延續(xù)換熱式合成塔v 特點(diǎn)：在催化劑床層中設(shè)置冷管，利用在冷管中流動(dòng)特點(diǎn)：在催化劑床層中設(shè)置冷管，利用在冷管中流動(dòng)的未反響的氣體移出反響熱，使反響比較接近最適宜的未反響的氣體移出反響熱，使反響比較接近最適宜溫度曲線下進(jìn)展。溫度曲線下進(jìn)展。v 中國(guó)小型氨廠多采用冷管式內(nèi)件，早期為雙層套管并中國(guó)小型氨廠多采用冷管式內(nèi)件，早期為雙層套管并流冷管，流冷管，19601960年以后開(kāi)場(chǎng)采用三套管并流冷管和單管年以后開(kāi)場(chǎng)采用三套管并流冷管和單管并流冷

40、管。并流冷管。1 1、幾種典型冷管式合成塔分析、幾種典型冷管式合成塔分析v 雙套管與三套管區(qū)別：雙套管與三套管區(qū)別：v 內(nèi)冷管內(nèi)冷管-雙套管為單層，三套管為雙層。雙套管為單層，三套管為雙層。v 雙層內(nèi)冷管一端焊死，構(gòu)成雙層內(nèi)冷管一端焊死，構(gòu)成“滯氣層，增大內(nèi)外管滯氣層，增大內(nèi)外管件內(nèi)阻，導(dǎo)致氣體在內(nèi)管升溫小，使床層與內(nèi)外間管環(huán)隙件內(nèi)阻，導(dǎo)致氣體在內(nèi)管升溫小，使床層與內(nèi)外間管環(huán)隙氣體溫差增大，改善上部床層冷卻效果。氣體溫差增大，改善上部床層冷卻效果。并并流流雙雙套套管管式式v 由于內(nèi)冷管中氣體與環(huán)隙中氣體換熱，使進(jìn)入環(huán)隙中由于內(nèi)冷管中氣體與環(huán)隙中氣體換熱，使進(jìn)入環(huán)隙中氣體的溫度提高，減小了與催化

41、床層的傳熱溫差，致使反氣體的溫度提高，減小了與催化床層的傳熱溫差，致使反響初期冷卻段上部排熱量與放熱量不順應(yīng)，床層溫度繼續(xù)響初期冷卻段上部排熱量與放熱量不順應(yīng)，床層溫度繼續(xù)上升，熱點(diǎn)位置下移。到反響后期，由于反響速率降低，上升，熱點(diǎn)位置下移。到反響后期，由于反響速率降低，放熱量相應(yīng)減少，而環(huán)隙中氣體溫度較高，傳熱溫差減小放熱量相應(yīng)減少，而環(huán)隙中氣體溫度較高，傳熱溫差減小放熱量與排熱量相順應(yīng)，較接近最適宜溫度曲線。放熱量與排熱量相順應(yīng)，較接近最適宜溫度曲線。v 容積利用系數(shù)低，冷管環(huán)隙氣體與內(nèi)冷管氣體的換熱容積利用系數(shù)低，冷管環(huán)隙氣體與內(nèi)冷管氣體的換熱致使催化床進(jìn)口溫度難以提高，影響了絕熱段催化

42、劑活性致使催化床進(jìn)口溫度難以提高，影響了絕熱段催化劑活性的發(fā)揚(yáng)。的發(fā)揚(yáng)。 并并流流三三套套管管式式v 并流三套管：并流三套管：v 冷套管頂部催化床層與環(huán)隙氣體的溫度差很大，加冷套管頂部催化床層與環(huán)隙氣體的溫度差很大，加強(qiáng)了冷卻效果，使反響前期冷管的排熱量與反響放熱量根強(qiáng)了冷卻效果，使反響前期冷管的排熱量與反響放熱量根本順應(yīng)；反響后期放熱量減少，但傳熱溫差減小，床層溫本順應(yīng)；反響后期放熱量減少，但傳熱溫差減小，床層溫度緩慢下降。整個(gè)床層較好地遵照了最適宜溫度曲線。同度緩慢下降。整個(gè)床層較好地遵照了最適宜溫度曲線。同時(shí)，催化劑床層入口溫度較高，能充分發(fā)揚(yáng)催化劑的活性。時(shí)，催化劑床層入口溫度較高，能

43、充分發(fā)揚(yáng)催化劑的活性。與雙套管并流式內(nèi)件相比，消費(fèi)強(qiáng)度提高與雙套管并流式內(nèi)件相比，消費(fèi)強(qiáng)度提高5 5-10-10。但并。但并流三套管仍存在構(gòu)造復(fù)雜，催化劑裝填量小，底部催化劑流三套管仍存在構(gòu)造復(fù)雜，催化劑裝填量小，底部催化劑復(fù)原不徹底的缺陷。復(fù)原不徹底的缺陷。單單管管并并流流式式 單管并流式單管并流式 容積利用系數(shù)高，催化劑裝填量添加，合成塔消費(fèi)才干提高；容積利用系數(shù)高，催化劑裝填量添加，合成塔消費(fèi)才干提高； 可采用小管徑、管數(shù)較多的冷管配置方案，冷管不受分氣盒的限制比較可采用小管徑、管數(shù)較多的冷管配置方案，冷管不受分氣盒的限制比較均勺；均勺； 氣流經(jīng)過(guò)單管阻力降小：氣流經(jīng)過(guò)單管阻力降?。?構(gòu)

44、造簡(jiǎn)單，資料耗費(fèi)少。構(gòu)造簡(jiǎn)單，資料耗費(fèi)少。 此種內(nèi)件也存在如下問(wèn)題：此種內(nèi)件也存在如下問(wèn)題： 構(gòu)造欠結(jié)實(shí)，升氣管與熱交換器中心管的焊縫處和冷管與上下集氣環(huán)形構(gòu)造欠結(jié)實(shí)，升氣管與熱交換器中心管的焊縫處和冷管與上下集氣環(huán)形管的焊縫處受溫差應(yīng)力的影響較大，常易發(fā)生拉裂；管的焊縫處受溫差應(yīng)力的影響較大，常易發(fā)生拉裂； 催化劑裝填不易均勻，且冷管周?chē)嬖诶鋮^(qū)，同平面溫差較大，對(duì)催化催化劑裝填不易均勻，且冷管周?chē)嬖诶鋮^(qū)，同平面溫差較大，對(duì)催化劑的活性和壽命有一定的影響；劑的活性和壽命有一定的影響； 出于冷管的緣故，氣體先進(jìn)冷管后進(jìn)中心管，升溫、復(fù)緣由難，在復(fù)原出于冷管的緣故，氣體先進(jìn)冷管后進(jìn)中心管，升溫

45、、復(fù)緣由難，在復(fù)原末期，催化床底部溫度提不上末期，催化床底部溫度提不上來(lái)，復(fù)原不易徹底。來(lái)，復(fù)原不易徹底。 v 延續(xù)換熱式合成塔要想獲得良好的效果，必需從上述幾個(gè)方面改良和提延續(xù)換熱式合成塔要想獲得良好的效果，必需從上述幾個(gè)方面改良和提高國(guó)內(nèi)內(nèi)件開(kāi)發(fā)商針對(duì)上述缺陷積極進(jìn)展改良。高國(guó)內(nèi)內(nèi)件開(kāi)發(fā)商針對(duì)上述缺陷積極進(jìn)展改良。v 升溫復(fù)原升溫復(fù)原 為抑制冷氣先經(jīng)冷管而后入中心管導(dǎo)致底部復(fù)原不徹底的為抑制冷氣先經(jīng)冷管而后入中心管導(dǎo)致底部復(fù)原不徹底的問(wèn)題，改冷氣先入中心管經(jīng)電熱器加熱后再入冷管，可改善底部復(fù)原不問(wèn)題，改冷氣先入中心管經(jīng)電熱器加熱后再入冷管，可改善底部復(fù)原不徹底的問(wèn)題。徹底的問(wèn)題。v 溫度調(diào)

46、理溫度調(diào)理 采用分流原理，冷管和換熱器并聯(lián)采用分流原理，冷管和換熱器并聯(lián)v 阻力降阻力降 采用軸徑向或徑向合成塔，縮短流通途徑提高流通面積，采用軸徑向或徑向合成塔，縮短流通途徑提高流通面積，以降低阻力。以降低阻力。v 催化劑裝填量催化劑裝填量 簡(jiǎn)化冷管構(gòu)造，充分利用高壓空間，提高容積利用系簡(jiǎn)化冷管構(gòu)造，充分利用高壓空間，提高容積利用系數(shù)。數(shù)。v 溫差應(yīng)力溫差應(yīng)力 將冷管束設(shè)計(jì)成可部分自在伸縮的構(gòu)造，并可改換，以處將冷管束設(shè)計(jì)成可部分自在伸縮的構(gòu)造，并可改換，以處理由于熱膨脹而遭到破壞的問(wèn)題。理由于熱膨脹而遭到破壞的問(wèn)題。三、冷激式氨合成塔三、冷激式氨合成塔v 該塔優(yōu)點(diǎn)：床層溫度調(diào)理方便，省去許

47、多冷管，構(gòu)造簡(jiǎn)單，該塔優(yōu)點(diǎn)：床層溫度調(diào)理方便，省去許多冷管，構(gòu)造簡(jiǎn)單，內(nèi)件可靠，催化劑裝填方便。內(nèi)件可靠，催化劑裝填方便。v 缺陷：內(nèi)件封死在塔內(nèi)，致使塔體較重，運(yùn)輸和安裝均較缺陷：內(nèi)件封死在塔內(nèi)，致使塔體較重，運(yùn)輸和安裝均較困難，內(nèi)件無(wú)法吊出，呵斥維修與改換零部件困難，塔阻困難，內(nèi)件無(wú)法吊出，呵斥維修與改換零部件困難，塔阻力大。力大。第六節(jié)第六節(jié) 氨合成過(guò)程的能量分析及余熱回收氨合成過(guò)程的能量分析及余熱回收v一、能量分析一、能量分析v v 氨合成反響熱氨合成反響熱廢熱鍋爐副產(chǎn)蒸汽和加熱鍋爐給水廢熱鍋爐副產(chǎn)蒸汽和加熱鍋爐給水水冷器的水和氨冷器的氨帶走水冷器的水和氨冷器的氨帶走出塔氣余熱回收出塔

48、氣余熱回收 出塔氣溫度出塔氣溫度出塔氣體溫度越高，那么回收價(jià)值越大出塔氣體溫度越高，那么回收價(jià)值越大氨合成塔出口氣體溫度與進(jìn)塔氣溫度和氨凈值有關(guān)氨合成塔出口氣體溫度與進(jìn)塔氣溫度和氨凈值有關(guān)v 二、熱能回收方法二、熱能回收方法v 熱能回收有兩種方式：熱能回收有兩種方式：v 一種是利用余熱副產(chǎn)蒸汽，另一種是用來(lái)加熱鍋爐給水。一種是利用余熱副產(chǎn)蒸汽，另一種是用來(lái)加熱鍋爐給水。v v 用于副產(chǎn)蒸汽，按鍋爐安裝的位置又可分兩類：塔內(nèi)副產(chǎn)用于副產(chǎn)蒸汽，按鍋爐安裝的位置又可分兩類：塔內(nèi)副產(chǎn)蒸汽合成塔蒸汽合成塔(內(nèi)置式內(nèi)置式)和塔外副產(chǎn)蒸汽合成塔和塔外副產(chǎn)蒸汽合成塔(外置式外置式)，內(nèi)置，內(nèi)置式副產(chǎn)蒸汽合成塔

49、雖熱能利用好，但因構(gòu)造復(fù)雜且塔的存式副產(chǎn)蒸汽合成塔雖熱能利用好，但因構(gòu)造復(fù)雜且塔的存積利用系數(shù)低目前已很少采用。積利用系數(shù)低目前已很少采用。 外置式副產(chǎn)蒸汽合成塔外置式副產(chǎn)蒸汽合成塔 前置式副產(chǎn)蒸汽合成塔。抽氣位置在換熱器之前反響氣出催化床層即進(jìn)入廢熱鍋爐換熱，然后回?fù)Q熱器。前置式副產(chǎn)蒸汽合成塔。抽氣位置在換熱器之前反響氣出催化床層即進(jìn)入廢熱鍋爐換熱，然后回?fù)Q熱器。 中置式副產(chǎn)蒸汽合成塔。抽氣位置在中置式副產(chǎn)蒸汽合成塔。抽氣位置在I I、換熱器之間。換熱器之間。 后置式副產(chǎn)蒸汽合成塔。抽氣位置在換熱器之后，由與氣體溫度較低。后置式副產(chǎn)蒸汽合成塔。抽氣位置在換熱器之后，由與氣體溫度較低。 外置式

50、與內(nèi)置式比較，具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、附屬設(shè)備少、制造檢修方外置式與內(nèi)置式比較，具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、附屬設(shè)備少、制造檢修方便等優(yōu)點(diǎn)。但外置式由于從塔內(nèi)移出一部分熱量，為了維持自熱，塔便等優(yōu)點(diǎn)。但外置式由于從塔內(nèi)移出一部分熱量，為了維持自熱，塔內(nèi)換熱器傳熱面積大，空速不能提高，因此催化劑消費(fèi)強(qiáng)度較低，而內(nèi)換熱器傳熱面積大，空速不能提高，因此催化劑消費(fèi)強(qiáng)度較低，而且對(duì)材質(zhì)耐高溫、耐腐蝕性能要求較高。且對(duì)材質(zhì)耐高溫、耐腐蝕性能要求較高。 第七節(jié) 氨合成塔的操作控制要點(diǎn)-化工消費(fèi)操作之三v 消費(fèi)操作控制的最終目的，是在平安消費(fèi)的前提下，強(qiáng)化消費(fèi)操作控制的最終目的，是在平安消費(fèi)的前提下，強(qiáng)化設(shè)備的消費(fèi)才干，降低原料耗費(fèi)

51、，使系統(tǒng)進(jìn)展平安、繼續(xù)、設(shè)備的消費(fèi)才干，降低原料耗費(fèi)，使系統(tǒng)進(jìn)展平安、繼續(xù)、平衡、穩(wěn)定的消費(fèi)。平衡、穩(wěn)定的消費(fèi)。v 氨合成塔的操作控制最終表如今催化床層溫度的控制上，氨合成塔的操作控制最終表如今催化床層溫度的控制上，在既定的反響溫度下，應(yīng)一直堅(jiān)持溫度的相對(duì)穩(wěn)定。在既定的反響溫度下，應(yīng)一直堅(jiān)持溫度的相對(duì)穩(wěn)定。 v 一、溫度的控制一、溫度的控制v 溫度的控制關(guān)鍵是對(duì)催化床層熱點(diǎn)溫度和入口溫度的控制。溫度的控制關(guān)鍵是對(duì)催化床層熱點(diǎn)溫度和入口溫度的控制。v 1 1、熱點(diǎn)溫度的控制、熱點(diǎn)溫度的控制v 對(duì)冷管式合成塔，不論是軸向還是徑向，其熱點(diǎn)溫度是指對(duì)冷管式合成塔，不論是軸向還是徑向，其熱點(diǎn)溫度是指催化

52、床層最高一點(diǎn)的溫度。由前述冷管式催化床溫度的分析催化床層最高一點(diǎn)的溫度。由前述冷管式催化床溫度的分析可知，催化床的理想溫度分布是先高后低，即熱點(diǎn)位置應(yīng)在可知，催化床的理想溫度分布是先高后低，即熱點(diǎn)位置應(yīng)在催化床的上部。對(duì)冷激式合成塔，每層催化劑有一熱點(diǎn)溫度，催化床的上部。對(duì)冷激式合成塔，每層催化劑有一熱點(diǎn)溫度，其位置在催化床的下部。其位置在催化床的下部。v 熱點(diǎn)溫度僅是催化床中一點(diǎn)的溫度，但卻能全面反映催熱點(diǎn)溫度僅是催化床中一點(diǎn)的溫度，但卻能全面反映催化床的情況?；驳那闆r。 v 正確控制熱點(diǎn)溫度：正確控制熱點(diǎn)溫度：v 首先，根據(jù)塔的負(fù)荷及催化劑的活性情況，應(yīng)該在穩(wěn)定的首先，根據(jù)塔的負(fù)荷及催化

53、劑的活性情況，應(yīng)該在穩(wěn)定的前提下，盡能夠維持較低的熱點(diǎn)溫度。由于熱點(diǎn)溫度低不前提下，盡能夠維持較低的熱點(diǎn)溫度。由于熱點(diǎn)溫度低不僅可提高氨的含量，還可延伸內(nèi)件催化劑的運(yùn)用壽命。消僅可提高氨的含量，還可延伸內(nèi)件催化劑的運(yùn)用壽命。消費(fèi)中普通根據(jù)催化劑不同運(yùn)用時(shí)期和消費(fèi)負(fù)荷，規(guī)定熱點(diǎn)費(fèi)中普通根據(jù)催化劑不同運(yùn)用時(shí)期和消費(fèi)負(fù)荷，規(guī)定熱點(diǎn)溫度范圍。溫度范圍。v 其次，熱點(diǎn)溫度應(yīng)盡量維持穩(wěn)定，由于熱點(diǎn)溫度穩(wěn)定，可其次，熱點(diǎn)溫度應(yīng)盡量維持穩(wěn)定，由于熱點(diǎn)溫度穩(wěn)定，可以控制反響在最適宜條件下進(jìn)展。以控制反響在最適宜條件下進(jìn)展。 v 2 2、入口溫度的控制、入口溫度的控制v 床層入口溫度應(yīng)高于催化劑的起始活性溫度。床層入口溫度應(yīng)高于催化劑的起始活性溫度。v 床層入口溫度即會(huì)影響絕熱層的溫度，又會(huì)影響催化床床層入口溫度即會(huì)影響絕熱層的溫度，又會(huì)影響催化床層的熱點(diǎn)溫度。這是由于床層頂部的反響速率隨入口溫度層的熱點(diǎn)溫度。這是由于床層頂部的反響速率隨入口溫度的變化而變化，這種變化會(huì)使不同深度床層反響速率相應(yīng)的變化而變化，這種變化會(huì)使不同深度床層反響速率相應(yīng)發(fā)生變化，伴隨各部位的反響熱也有變化，以致整個(gè)床層發(fā)生變化，伴隨各部位的反響熱也有變化，以致整個(gè)床層的溫度要重新分布。的溫度要重新分布。