合成氨的生产工艺.ppt

1、氨生产工艺吕姜鹏、氨的合成、氨的合成是在适当的温度、压力、催化剂存在的条件下，将精制的氨氮混合物直接合成为氨。然后，将生成的气氨在最后用氨合成的混合气体中凝结，得到产品液氨，分离氨，然后循环利用枉氢氮体。凝固得到产品液氨，分离氨，然后循环使用氢和氮体。1节氨合成的基本理论，1，氨合成反应的特性3H2 N2=2NH3 Q (1)是可逆反应。氢和氮反应生成氨的过程中，氨分解成氢和氮。(2)发热反应。在生成氨的同时释放热量，反应热与温度，压力有关。(3)体积减少的反应。(4)反应要快，需要催化剂。二是氨合成反应的化学平衡，1 .平衡常数：冷却，加压平衡常数增加2。平衡氨含量反应达到平衡时，混合气体中

2、100%的氨称为平衡氨含量或氨的平衡产率。氢和氮的混合气体中包含的甲烷和氩等不参与氨合成反应的气体成分称为惰性气体。提高平衡氨含量的措施降低了温度，提高了压力，使氢氮比保持在3，降低了惰性气体含量。第三，氨合成动力学，(a)反应机制催化中氢和氮的氨生成反应是一相气体催化反应。包含以下步骤：(1)气体反应物扩散到催化剂的外表面。(2)反应物从催化剂的外表面扩散到微孔的内表面。(3)气体以催化表面(主要是内部表面)活性吸附(与一般吸附的区别是化学力参与并释放热量)；(4)吸附状态的气体在催化剂表面发生化学反应，产生产物。(5)产物从催化剂表面解吸。(6)解吸后产物从催化剂微孔扩散到外表面。(7)产

3、物被催化剂的外表面扩散到气相主流。上述7个步骤中(1)、(7)是外部扩散过程。(2)，(6)是内部扩散的过程。(3)、(4)和(5)总是化学动力学的过程。第二，反应速度，反应速度表示为单位时间内反应物质浓度的减少或生成物质浓度的增加。氨合成反应速度的影响因素：1 .压力增加会加快氨的生成速度，从而导致气体中氨的含量急剧增加。随着温度的增加，温度反应速度大大加快。第二节氨合成催化剂，许多物质可以用作氨合成催化剂，如铁、铂、锰、钨、铀。但是以铁为主要成分的催化剂，原料丰富，价格便宜，因此在低温下活性抗毒能力优秀，寿命长等优点，被广泛采用。第一，催化剂的赵寅成和特性，第一催化剂以还原前的化学组成及其

4、作用铁催化剂还原前铁的氧化物状态存在。其主要成分是三氧化二铁(Fe2O3)和氧化铁(FeO)。催化剂上还添加了多种促进剂。(1)氧化铁赵寅成(2)催化剂赵寅成和作用促进剂本身没有催化活性，但添加催化剂可以改善催化剂的物理结构，提高催化剂活性。氨铁催化剂上广泛使用三氧化铝(A12O3)、氧化钾(K2O)、氧化钙(CaO)等。第二，催化剂的还原和钝化，1 .在催化剂的还原(1)催化还原反应的原理催化剂上，氧化铁不加速氨合成反应的速度，只有还原为活性铁才能具有催化活性，一般还原方法是在合成塔内将制成的催化剂安装在氢氮混合物中，将催化氧化铁从氢还原为金属铁。FeO FeO H2 Fe H2O-Q fe

5、2o 3 3h 2=2Fe 2H2O-Q-Q催化剂的还原度表示还原前催化剂中铁的氧化物还原率。(3)。催化剂的初步还原是在合成塔外预还原铁催化剂，即催化剂的预还原，这样氨系统就能在短时间内投入生产。2催化剂的钝化还原后，活性铁碰到空气会产生强烈的氧化反应，释放的热量会在催化烧结中失去活性。钝化方法是将压力降低到0.51MPa，温度降低到5080度，用氮气替换系统，然后逐渐进入空气，氮气中氧气量达到0.20.5%，第三，催化剂的中毒和老化，1催化剂的中毒进入合成塔的新鲜混合物。经过净化，但仍含有微小的有毒气体，催化剂慢慢中毒，活性降低。2催化剂的老化催化剂长期使用后活性逐渐下降，生产力逐渐下降的

6、现象称为催化剂的老化。催化剂的中毒和老化几乎是不可避免的，但通过选择耐热性好的催化剂，可以改善气体质量，稳定运行，大大延长催化剂的寿命。第三节氨合成工艺条件的选择，氨合成生产工艺条件要达到高产、低消耗定额、工艺和设备结构简单、容易操作、安全可靠的要求。决定生产条件的最大因素是压力、温度、空间速度、气体赵寅成、催化剂等。第一，在压力、特定空气速度下，合成压力越高，出口氨的浓度越高，氨的净值(合成塔入口和出口氨的含量差异)越高，合成塔的生产能力就越高。氨合成系统的能耗主要包括原料气体压缩操作、循环气体压缩操作、氨分离的制冷操作。生产实践证明，工作压力为2035MPa时，总能耗更低。第二，在特定生产

7、条件下，催化剂的氨生成率最高的温度称为最合适的温度。适当的温度也与空间速度、压力等有关，氨在470520度的合成作业温度调节比较合适。第三，空间速度工作压力、温度和吸收塔气体不变时，空气速度增加，氨净减少。氨的净值比空间速度的增加量减少，因此空间速度增加，氨的合成强度提高，氨的产量提高。四、合成塔进口气体赵寅成、合成塔进口气体赵寅成氢氮比、惰性气体含量和初始氨含量。生产中塔循环气体的氢氮比控制为2.52.9。氨合成时氢和氮的比例为3: 1，因此补充的新鲜气体中氢和氮的比例必须调整为3。否则，循环系统中过量的氢或氮会积累，循环系统气体氢和氮的比例就会导致不平衡。第4节，氨合成工艺，1，氨合成基本

8、工艺步骤(1)气压缩和脱脂(2)气预热和合成(3)氨分离合成塔出口气氨含量一般为1020%，因此分离氨。1.吸水法2。冷凝使合成气体冷却，使气氨凝结成液氨，然后在氨分离器中绝对不会使气体凝固。目前，为了从循环气体中分离氨，主要采用冷却方法。在氨冷凝过程中，一些氢氮和惰性气体溶解在液氨中，液氨溶解在“液罐气体”中。(4)，气体的循环，氢和氮的混合物经过氨合成塔后，只有一小部分用氨合成。分离氨后，剩余氢氮为降低惰性气体含量，除少量放流外，大部分与新鲜原材料气体会合后返回合成塔进行氨的合成，构成循环法生产工艺。(5)、惰性气体去除、氨合成循环系统惰性气体通过3种方式排出。1.系统的一小部分泄漏；一小

9、部分溶解在液氨中，被去除。3.大部分是通过防空方法，即不连续或连续系统排出。释放的位置必须在氨大部分分离后，新鲜气体进入之前。(6)，反应前回收，反应热回收的方法主要为1。预热反应前氢氮混合物。在塔内安装换热器，作为反应的高温气体，在预热反应前氢氮混合物达到催化剂的活性温度。这种方法不完全回收。2.预热反应前氢氮混合器和副产品蒸汽在塔内同时运行换热器预热反应前氢氮混合和余热副产品蒸汽。3.预热反应前氢氮混合器和预热高压锅炉给水反应后高温气体首先通过塔内换热器预热反应前氢氮混合物，然后通过塔外换热器预热高压锅炉供水。二是氨合成工艺、压缩模型、工作压力、氨分离冷凝系列、热回收形式和相对位置的差异，氨合成工艺也是水。工作压力为600100MPa高压方法，2