合成氨的生產(chǎn)工藝.ppt

1、氨生產(chǎn)工藝呂姜鵬、氨的合成、氨的合成是在適當(dāng)?shù)臏囟取毫?、催化劑存在的條件下，將精制的氨氮混合物直接合成為氨。然后，將生成的氣氨在最后用氨合成的混合氣體中凝結(jié)，得到產(chǎn)品液氨，分離氨，然后循環(huán)利用枉氫氮體。凝固得到產(chǎn)品液氨，分離氨，然后循環(huán)使用氫和氮體。1節(jié)氨合成的基本理論，1，氨合成反應(yīng)的特性3H2 N2=2NH3 Q (1)是可逆反應(yīng)。氫和氮反應(yīng)生成氨的過程中，氨分解成氫和氮。(2)發(fā)熱反應(yīng)。在生成氨的同時(shí)釋放熱量，反應(yīng)熱與溫度，壓力有關(guān)。(3)體積減少的反應(yīng)。(4)反應(yīng)要快，需要催化劑。二是氨合成反應(yīng)的化學(xué)平衡，1 .平衡常數(shù)：冷卻，加壓平衡常數(shù)增加2。平衡氨含量反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，混合氣體中

2、100%的氨稱為平衡氨含量或氨的平衡產(chǎn)率。氫和氮的混合氣體中包含的甲烷和氬等不參與氨合成反應(yīng)的氣體成分稱為惰性氣體。提高平衡氨含量的措施降低了溫度，提高了壓力，使氫氮比保持在3，降低了惰性氣體含量。第三，氨合成動(dòng)力學(xué)，(a)反應(yīng)機(jī)制催化中氫和氮的氨生成反應(yīng)是一相氣體催化反應(yīng)。包含以下步驟：(1)氣體反應(yīng)物擴(kuò)散到催化劑的外表面。(2)反應(yīng)物從催化劑的外表面擴(kuò)散到微孔的內(nèi)表面。(3)氣體以催化表面(主要是內(nèi)部表面)活性吸附(與一般吸附的區(qū)別是化學(xué)力參與并釋放熱量)；(4)吸附狀態(tài)的氣體在催化劑表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生產(chǎn)物。(5)產(chǎn)物從催化劑表面解吸。(6)解吸后產(chǎn)物從催化劑微孔擴(kuò)散到外表面。(7)產(chǎn)

3、物被催化劑的外表面擴(kuò)散到氣相主流。上述7個(gè)步驟中(1)、(7)是外部擴(kuò)散過程。(2)，(6)是內(nèi)部擴(kuò)散的過程。(3)、(4)和(5)總是化學(xué)動(dòng)力學(xué)的過程。第二，反應(yīng)速度，反應(yīng)速度表示為單位時(shí)間內(nèi)反應(yīng)物質(zhì)濃度的減少或生成物質(zhì)濃度的增加。氨合成反應(yīng)速度的影響因素：1 .壓力增加會(huì)加快氨的生成速度，從而導(dǎo)致氣體中氨的含量急劇增加。隨著溫度的增加，溫度反應(yīng)速度大大加快。第二節(jié)氨合成催化劑，許多物質(zhì)可以用作氨合成催化劑，如鐵、鉑、錳、鎢、鈾。但是以鐵為主要成分的催化劑，原料豐富，價(jià)格便宜，因此在低溫下活性抗毒能力優(yōu)秀，壽命長等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛采用。第一，催化劑的趙寅成和特性，第一催化劑以還原前的化學(xué)組成及其

4、作用鐵催化劑還原前鐵的氧化物狀態(tài)存在。其主要成分是三氧化二鐵(Fe2O3)和氧化鐵(FeO)。催化劑上還添加了多種促進(jìn)劑。(1)氧化鐵趙寅成(2)催化劑趙寅成和作用促進(jìn)劑本身沒有催化活性，但添加催化劑可以改善催化劑的物理結(jié)構(gòu)，提高催化劑活性。氨鐵催化劑上廣泛使用三氧化鋁(A12O3)、氧化鉀(K2O)、氧化鈣(CaO)等。第二，催化劑的還原和鈍化，1 .在催化劑的還原(1)催化還原反應(yīng)的原理催化劑上，氧化鐵不加速氨合成反應(yīng)的速度，只有還原為活性鐵才能具有催化活性，一般還原方法是在合成塔內(nèi)將制成的催化劑安裝在氫氮混合物中，將催化氧化鐵從氫還原為金屬鐵。FeO FeO H2 Fe H2O-Q fe

5、2o 3 3h 2=2Fe 2H2O-Q-Q催化劑的還原度表示還原前催化劑中鐵的氧化物還原率。(3)。催化劑的初步還原是在合成塔外預(yù)還原鐵催化劑，即催化劑的預(yù)還原，這樣氨系統(tǒng)就能在短時(shí)間內(nèi)投入生產(chǎn)。2催化劑的鈍化還原后，活性鐵碰到空氣會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的氧化反應(yīng)，釋放的熱量會(huì)在催化燒結(jié)中失去活性。鈍化方法是將壓力降低到0.51MPa，溫度降低到5080度，用氮?dú)馓鎿Q系統(tǒng)，然后逐漸進(jìn)入空氣，氮?dú)庵醒鯕饬窟_(dá)到0.20.5%，第三，催化劑的中毒和老化，1催化劑的中毒進(jìn)入合成塔的新鮮混合物。經(jīng)過凈化，但仍含有微小的有毒氣體，催化劑慢慢中毒，活性降低。2催化劑的老化催化劑長期使用后活性逐漸下降，生產(chǎn)力逐漸下降的

6、現(xiàn)象稱為催化劑的老化。催化劑的中毒和老化幾乎是不可避免的，但通過選擇耐熱性好的催化劑，可以改善氣體質(zhì)量，穩(wěn)定運(yùn)行，大大延長催化劑的壽命。第三節(jié)氨合成工藝條件的選擇，氨合成生產(chǎn)工藝條件要達(dá)到高產(chǎn)、低消耗定額、工藝和設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易操作、安全可靠的要求。決定生產(chǎn)條件的最大因素是壓力、溫度、空間速度、氣體趙寅成、催化劑等。第一，在壓力、特定空氣速度下，合成壓力越高，出口氨的濃度越高，氨的凈值(合成塔入口和出口氨的含量差異)越高，合成塔的生產(chǎn)能力就越高。氨合成系統(tǒng)的能耗主要包括原料氣體壓縮操作、循環(huán)氣體壓縮操作、氨分離的制冷操作。生產(chǎn)實(shí)踐證明，工作壓力為2035MPa時(shí)，總能耗更低。第二，在特定生產(chǎn)

7、條件下，催化劑的氨生成率最高的溫度稱為最合適的溫度。適當(dāng)?shù)臏囟纫才c空間速度、壓力等有關(guān)，氨在470520度的合成作業(yè)溫度調(diào)節(jié)比較合適。第三，空間速度工作壓力、溫度和吸收塔氣體不變時(shí)，空氣速度增加，氨凈減少。氨的凈值比空間速度的增加量減少，因此空間速度增加，氨的合成強(qiáng)度提高，氨的產(chǎn)量提高。四、合成塔進(jìn)口氣體趙寅成、合成塔進(jìn)口氣體趙寅成氫氮比、惰性氣體含量和初始氨含量。生產(chǎn)中塔循環(huán)氣體的氫氮比控制為2.52.9。氨合成時(shí)氫和氮的比例為3: 1，因此補(bǔ)充的新鮮氣體中氫和氮的比例必須調(diào)整為3。否則，循環(huán)系統(tǒng)中過量的氫或氮會(huì)積累，循環(huán)系統(tǒng)氣體氫和氮的比例就會(huì)導(dǎo)致不平衡。第4節(jié)，氨合成工藝，1，氨合成基本

8、工藝步驟(1)氣壓縮和脫脂(2)氣預(yù)熱和合成(3)氨分離合成塔出口氣氨含量一般為1020%，因此分離氨。1.吸水法2。冷凝使合成氣體冷卻，使氣氨凝結(jié)成液氨，然后在氨分離器中絕對(duì)不會(huì)使氣體凝固。目前，為了從循環(huán)氣體中分離氨，主要采用冷卻方法。在氨冷凝過程中，一些氫氮和惰性氣體溶解在液氨中，液氨溶解在“液罐氣體”中。(4)，氣體的循環(huán)，氫和氮的混合物經(jīng)過氨合成塔后，只有一小部分用氨合成。分離氨后，剩余氫氮為降低惰性氣體含量，除少量放流外，大部分與新鮮原材料氣體會(huì)合后返回合成塔進(jìn)行氨的合成，構(gòu)成循環(huán)法生產(chǎn)工藝。(5)、惰性氣體去除、氨合成循環(huán)系統(tǒng)惰性氣體通過3種方式排出。1.系統(tǒng)的一小部分泄漏；一小

9、部分溶解在液氨中，被去除。3.大部分是通過防空方法，即不連續(xù)或連續(xù)系統(tǒng)排出。釋放的位置必須在氨大部分分離后，新鮮氣體進(jìn)入之前。(6)，反應(yīng)前回收，反應(yīng)熱回收的方法主要為1。預(yù)熱反應(yīng)前氫氮混合物。在塔內(nèi)安裝換熱器，作為反應(yīng)的高溫氣體，在預(yù)熱反應(yīng)前氫氮混合物達(dá)到催化劑的活性溫度。這種方法不完全回收。2.預(yù)熱反應(yīng)前氫氮混合器和副產(chǎn)品蒸汽在塔內(nèi)同時(shí)運(yùn)行換熱器預(yù)熱反應(yīng)前氫氮混合和余熱副產(chǎn)品蒸汽。3.預(yù)熱反應(yīng)前氫氮混合器和預(yù)熱高壓鍋爐給水反應(yīng)后高溫氣體首先通過塔內(nèi)換熱器預(yù)熱反應(yīng)前氫氮混合物，然后通過塔外換熱器預(yù)熱高壓鍋爐供水。二是氨合成工藝、壓縮模型、工作壓力、氨分離冷凝系列、熱回收形式和相對(duì)位置的差異，氨合成工藝也是水。工作壓力為600100MPa高壓方法，2