合成氨生产工艺.ppt

1、合成氨的生产工艺、阿摩尼亚的合成、阿摩尼亚的合成是一个量化的后续工序，其任务是在合适的温度、压力和催化剂存在的条件下，将提纯的阿摩尼亚性氮气混合气体直接合成阿摩尼亚。 然后，将生成的瓦斯气体阿摩尼亚从最终合成阿摩尼亚的混合瓦斯气体中冷凝分离，得到产品的液体阿摩尼亚，循环使用分离出阿摩尼亚后的无用的氢氮瓦斯气体。 凝结分离，得到产品的液体阿摩尼亚，分离阿摩尼亚后的氢氮瓦斯气体循环使用。 第1节氨合成的基本理论是，第1，氨合成反应的特征3H2 N2=2NH3 Q (1)是可逆反应。 也就是说，氢和氮反应生成阿摩尼亚后，云同步、阿摩尼亚也分解为氢和氮。 (2)为发热反应。 生成阿摩尼亚后向云同步放出

2、热量，反应热与温度、压力有关。 (3)是体积缩小的反应。 (4)快速进行反应需要催化剂。 二、氨合成反应化学平衡，一.平衡常数：降温，加压平衡常数增大二.平衡阿摩尼亚含量反应达到平衡时混合瓦斯气体中阿摩尼亚含量的比例，称作平衡阿摩尼亚含量或氨平衡收率。 氢氮混合瓦斯气体中含有的甲烷和氩等与氨合成反应无关的瓦斯气体成分叫做惰性瓦斯气体。 提高平衡阿摩尼亚含量的措施是降低温度，提高压力，保持氢氮比为3，减少惰性瓦斯气体含量。 三、氨合成动力学；(一)反应机理为催化作用，氢与氮生成阿摩尼亚的反应为多相瓦斯气体催化反应。 (1)瓦斯气体反应物扩散到催化剂外表面；(2)反应物从催化剂外表面扩散到毛孔内表

3、面；(3)瓦斯气体活性吸附在催化剂表面(主要是内表面) (与通常吸附的不同是化学力相关，放出热量)；(4)吸附状态的瓦斯气体在催化剂表面发生化学反应，生成生成物以上7个步骤中，(1)、(7)是外扩散过程，(2)、(6)是内扩散过程，(3)、(4)和(5)统称为化学动力学过程。 二、反应速度、反应速度用单位时间内反应物质浓度的减少量或生成物质浓度的增加量表示。 影响氨合成反应速度的主要因素：1.提高压力后阿摩尼亚生成速度加快，瓦斯气体中阿摩尼亚含量迅速增加。 2 .温度反应速度随温度的升高而显着加快。 第二节氨合成催化剂多为可作为氨合成催化剂使用的物质，例如铁元素、铂、锰、钨、铀等。 但是，以铁

4、元素为主体的催化剂具有原料广泛、廉价、低温下活性抗毒、寿命长等优点，被广泛采用。 一、催化剂的组成和性能，一催化剂在还原前的化学组成及其作用铁元素催化剂在还原前以铁元素的氧化物状态存在。 其主要成分为三氧化二铁元素(Fe2O3)和氧化亚铁元素(FeO )。 另外，在催化剂中添加各种助促进剂。 (1)氧化铁元素的组成(2)助促进剂的组成和作用助促进剂也称为助催化剂，其本身没有催化活性，但加入催化剂后，催化剂的物理结构得到改善，催化活性提高。 合成氨铁元素催化剂中通常使用的助促进剂是氧化铝(A12O3)、氧化钾元素(K2O )和氧化钙元素(CaO )等。 二、催化剂的还原和钝化、一、催化剂的还原(

5、一)催化剂还原反应的原理在催化剂中，氧化铁元素不能加速氨合成反应速度，只有还原成活性的铁元素才能具有催化剂活性。 通常的还原方法是，将制造的催化剂放入合成塔中，通过氢氮混合气体，用氢瓦斯气体将催化剂中的氧化铁元素还原成金属铁元素。 FeO H2 Fe H2O-Q Fe2O3 3H2=2Fe 2H2O-Q催化剂的还原度以还原前催化剂中的铁元素的氧化物被还原的比例表示还原度。 (3) .催化剂的预还原是为了在短时间内投入产出合成氨体系，在合成塔外预还原铁元素催化剂，即进行催化剂的预还原。2催化剂的钝化还原后的活性铁元素接触空气时会发生强氧化反应，释放出的热量使催化剂的烧结失去活性。 钝化的方法是将

6、压力降低到0.51MPa，温度降低到5080度，用氮置换系统导入空气，使氮中的氧含量达到0.5 2.0 %，三、催化剂中毒和老化，催化剂中毒进入合成塔新鲜混合气体，虽然得到了净化，但含有微量有毒瓦斯气体，使催化剂逐渐中毒，活化2催化剂老化催化剂长期使用后，活性逐渐降低，生产能力逐渐下降的现象称为催化剂老化。 催化剂的中毒和老化几乎都是免不得，但选择耐热性好的催化剂，改善瓦斯气体的质量和稳定的操作，可以大大延长催化剂的寿命。 第三节氨合成操作条件的选择需要满足氨合成生产工艺条件高产量、消费定额低、工艺流程和设备结构简单、操作方便、安全可靠等要求。 决定生产条件的最重要因素有压力、温度、空间速度、

7、瓦斯气体组成和催化剂等。 另一方面，压力、速度一定，合成压力越高，出口阿摩尼亚浓度越高，阿摩尼亚网(合成塔出入口阿摩尼亚含量的差)越高，合成塔的生产能力也越大。 氨合成系统的能源消费主要是原料气体压强压缩工作、循环气体压强压缩工作和阿摩尼亚分离的制冷工作。 生产实践证明，操作压力为2035MPa，总能量消耗低。 二、温度、某催化剂在一定生产条件下具有最高阿摩尼亚生成率的温度称为最佳温度。 最佳温度还适宜地控制通过生产实践如空间速度和压力获得的氨合成操作温度为470520度。 三、空间速度在操作压力、温度和塔瓦斯气体组成恒定时，空速增加，阿摩尼亚净重下降。 由于阿摩尼亚净减少的程度小于空间速度的

8、增加倍数，所以空间速度增加会提高氨合成生产强度，增加阿摩尼亚产量。 四、合成塔进口瓦斯气体组成、合成塔进口瓦斯气体组成包括氢氮比、惰性瓦斯气体含量和初始阿摩尼亚含量。 生产中，入塔循环瓦斯气体的氢氮比控制在2.52.9为宜。 由于氨合成时的氢氮比以3:1消耗，如果不将补充的新鲜瓦斯气体的氢氮比抑制在3，循环系统中就会蓄积多馀的氢和氮，循环瓦斯气体的氢氮比就会变得不均衡。第四节、氨合成工艺、第一、氨合成基本工艺(第一)瓦斯气体压缩和驱油(第二)瓦斯气体预热和合成(第三)阿摩尼亚分离合成塔出口瓦斯气体阿摩尼亚含量一般为1020%，并分离氨。 1 .水吸收法2 .凝结该方法是将合成瓦斯气体降温，使其

9、阿摩尼亚凝结形成液体阿摩尼亚后，用阿摩尼亚分离器不从凝结瓦斯气体中分离出来。 目前主要采用蒸发制冷法分离循环瓦斯气体中的阿摩尼亚。 在阿摩尼亚凝结的过程中，氢氮和惰性瓦斯气体的一部分溶解于液体阿摩尼亚，液体阿摩尼亚位于“罐瓦斯气体”。 (四)、瓦斯气体循环、氢氮混合气通过阿摩尼亚合成塔后将略微合成阿摩尼亚。 分离阿摩尼亚后，剩下的氢氮瓦斯气体，为了降低惰性瓦斯气体含量，除了少量释放外，大部分与新鲜原料瓦斯气体汇合后，再次回到合成塔进行阿摩尼亚合成，构成了循环法的生产流程。 (五)、排除惰性瓦斯气体、氨合成循环系统的惰性瓦斯气体有三条途径：1.一部分从系统中漏出2 .一部分溶解在液体阿摩尼亚中被

10、带走3 .大部分采用开放的方法，即断断续续或连续地从系统中排出的方法。 空闲的位置必须在阿摩尼亚几乎分离后，新鲜空气进入之前。 (6)、反应前的回收利用、反应热的回收利用方法主要有以下几种1 .预热反应前的前氢氮混合气。 在塔内设置热交换设备，用反应的高温瓦斯气体对反应前的氢氮混合气达到催化剂的活性温度进行预热。 这个方法回收不完全。 2 .预热反应前的氢氮混合气体和副产品蒸汽，在塔内设置热交换设备对反应前的氢氮混合气体进行预热，利用馀热副产品蒸汽。3 .预热反应前的氢氮混合气体和预热高压锅炉给水反应后的高温瓦斯气体，用塔内的热交换设备预热反应前的氢氮混合气体，用塔外热交换设备预热高压锅炉给水。 二、由于压缩模式、操作压力、阿摩尼亚分离冷凝段数、热能回收形式及各部位相对位置的差异，氨合成工艺流程与水相同。 操作压力在600100MPa时称为高压法，在2040M