合成氨.ppt

目录,概述 原料气的制取 五段式造气方法与工艺流程 五段式造气存在问题 造气工艺的发展趋势,概述,空气中含有大量的游离氮，但是只有极少数农作物才能直接吸收空气中的氮。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有： 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。首例合成氨厂是1912年在德国建立的日产30砘合成氨的工厂。目前先进合成氨厂的规模已达10001500t/日。,(1) 造气 用煤或原油、天然气作原料，制备含氮、氢气 的原料气。 (2) 净化 将原料气中的杂质：co、co2、s等脱除 到ppm级。 (3) 合成 合成氨需要高温、高压，净化后的合成气原料 气必须经过压缩到1530mpa、450左右，在 催化剂的作用下才能顺利地在合成塔内反应生 成氨。,目前合成氨的主要生产过程：,图1 合成氨的基本过程,造气,除尘,脱硫,co变换,脱co2,压缩,脱除少量co和co2,合成,空气、煤(或天然气)、蒸汽,氨,其主要过程如图1。,图2 以煤为原料的合成氨厂工艺流程,原料气的制取,合成氨的生产需要高纯氢气和氮气。氢气的主要来源有：气态烃类转化、固体燃料气化和重质烃类转化。随着石油化工和天然气化工的发展，以煤（焦炭）为原料制取氨的方式在世界上已很少采用，但随着能源格局的变化，现在煤制氨又被重视起来，外国主要是粉煤气化技术发展很快，国内则转向型煤制气技术已非常成熟,我们主要介绍煤制气转化过程。,(1)以空气为气化剂的气化反应 2c+o2=2co+237kj/mol c+o2=co2+402kj/mol 2co+o2=2co2+567kj/mol c+co2=2co-165kj/mol 前3个反应为放热反应，有极大平衡常数，反应不可逆，第四个反应是可逆吸热反应，平衡常数较小，故高温有利地于co生成。,煤气化法气化反应,(2)以蒸汽为气化剂的气化反应 c+2h2o=co2+h2-80kj/mol c+h2o=co+h2-123kj/mol co+h2o=co2+h2+42kj/mol co2+c=2co-165kj/mol 副反应： c+2h2=ch4+83kj/mol 不同温度、压力下的计算结果如下两图所示，由图可知欲制得co与h2含量高的水煤气，从平衡角度，应在低压、高温下进行，而生产ch4含量高的高热值煤气，则应在高压、低温下进行。,图3 1atm下碳蒸汽反应的平衡组成,图4 2atm下碳蒸汽反应的平衡组成,以煤、焦为原料的造气反应： 2c+o2+3.76n2 = 2co+ 3.76n2 + 248.7 kj/mol 5c+5h2o = 5co+5h2 - 657.0kj/mol 两式合并： o2+7c+ 3.76n2 +5h2o=7co+5h2 + 3.76n2 - 408.3kj/mol,造气反应是在1000温度下进行的，由于反应是吸热的，温度将逐步降低。当温度降至750时，停止制气改用大风速空气使碳完全燃烧来产生热量，这就是送风发热。,0.835c+0.835 o2 +3.10n2=0.835co2+3.10n2+341.8kj/mol,为了维持炉温，造气和送风发热是交替进行的。,五段式造气方法与工艺流程,五阶段造气循环过程,(1)空气吹风 本阶段的目的是送风发热，从而提高炉温。 (2)上吹制气 本阶段的目的是制气。水蒸气和空气从炉底 吹入，生产半水煤气。 (3)下吹制气 上吹制气后，炉底温度降低，不宜继续制 气，但炉顶温度尚高，可以通过下吹制气予 以利用。这时先从炉顶向下水蒸气，煤气由 塔底引出。 (4) 二次上吹 先从炉底吹几秒钟水蒸气将炉底残留的半水 煤气吹净，为吹入空气作准备。 (5)空气吹净 空气从炉底吹入，目的是把炉内残存的半水 煤气吹出并加以收集。,用这种方法生产的半水煤气含 h2 3842%、co 2731%、 n2 1922%、co2 69%。除此以外还含少量ch4、o2、h2s、cos等，它们的含量取决于燃料的品种从0.2%到2%不等。,图5 煤造气工段图,图6 固定床煤气发生炉（ugi）制半水煤气的工艺流程,五段式造气存在问题,设备利用率和生产能力低，燃料耗能高。 间歇法的循环和控阀、程控机和工艺流程复杂，设备和阀门的事故率高，维修管理难度大，操作困难，气体成分不容易调节。 间歇法造气，炭层温度上下变化大，气体流向周期变化，因此，对燃料粒度、热稳定性、灰熔点等要求较高。由于机械化采煤技术产生的碎煤多、块煤少，使得块煤价格越来越高，这就导致间歇法造气的成本增高。 间歇法的吹风阶段，燃烧部分燃料给造气提供热量，燃烧产生的气体排放到大气，燃料中40的硫化物和大量的二氧化碳及部分一氧化碳、灰尘直接排进大气，对环境造成严重污染。其他的废气，如合成放空气、弛放气、精炼再生气；废水，如造气污水、工艺冷却水，造气炉渣。这些排放物对土壤及地下水都会造成不同程度的污染。,造气工艺的发展趋势,目前变压吸附制氧技术的问世，降低了制氧设备造价，使纯氧、富氧成本降低，这给中小型氮肥厂采用连续富氧气纯技术提供了可能性。连续氧气化技术就是蒸汽和富氧空气连续进入炉中，焦炭和富氧空气进行不