合成氨.ppt

目錄,概述 原料氣的制取 五段式造氣方法與工藝流程 五段式造氣存在問(wèn)題 造氣工藝的發(fā)展趨勢(shì),概述,空氣中含有大量的游離氮，但是只有極少數(shù)農(nóng)作物才能直接吸收空氣中的氮。大多數(shù)作物只能吸收化合態(tài)氮來(lái)供給生長(zhǎng)所需主要養(yǎng)分。固氮是化學(xué)化工研究中既古老又前沿的課題。 目前已投入工業(yè)生產(chǎn)的主要固氮方法有： 1. 電弧法 2. 氰氨法 3. 合成氨法 目前最重要最經(jīng)濟(jì)的方法是合成氨法。首例合成氨廠是1912年在德國(guó)建立的日產(chǎn)30砘合成氨的工廠。目前先進(jìn)合成氨廠的規(guī)模已達(dá)10001500t/日。,(1) 造氣 用煤或原油、天然氣作原料，制備含氮、氫氣 的原料氣。 (2) 凈化 將原料氣中的雜質(zhì)：co、co2、s等脫除 到ppm級(jí)。 (3) 合成 合成氨需要高溫、高壓，凈化后的合成氣原料 氣必須經(jīng)過(guò)壓縮到1530mpa、450左右，在 催化劑的作用下才能順利地在合成塔內(nèi)反應(yīng)生 成氨。,目前合成氨的主要生產(chǎn)過(guò)程：,圖1 合成氨的基本過(guò)程,造氣,除塵,脫硫,co變換,脫co2,壓縮,脫除少量co和co2,合成,空氣、煤(或天然氣)、蒸汽,氨,其主要過(guò)程如圖1。,圖2 以煤為原料的合成氨廠工藝流程,原料氣的制取,合成氨的生產(chǎn)需要高純氫氣和氮?dú)狻錃獾闹饕獊?lái)源有：氣態(tài)烴類(lèi)轉(zhuǎn)化、固體燃料氣化和重質(zhì)烴類(lèi)轉(zhuǎn)化。隨著石油化工和天然氣化工的發(fā)展，以煤（焦炭）為原料制取氨的方式在世界上已很少采用，但隨著能源格局的變化，現(xiàn)在煤制氨又被重視起來(lái)，外國(guó)主要是粉煤氣化技術(shù)發(fā)展很快，國(guó)內(nèi)則轉(zhuǎn)向型煤制氣技術(shù)已非常成熟,我們主要介紹煤制氣轉(zhuǎn)化過(guò)程。,(1)以空氣為氣化劑的氣化反應(yīng) 2c+o2=2co+237kj/mol c+o2=co2+402kj/mol 2co+o2=2co2+567kj/mol c+co2=2co-165kj/mol 前3個(gè)反應(yīng)為放熱反應(yīng)，有極大平衡常數(shù)，反應(yīng)不可逆，第四個(gè)反應(yīng)是可逆吸熱反應(yīng)，平衡常數(shù)較小，故高溫有利地于co生成。,煤氣化法氣化反應(yīng),(2)以蒸汽為氣化劑的氣化反應(yīng) c+2h2o=co2+h2-80kj/mol c+h2o=co+h2-123kj/mol co+h2o=co2+h2+42kj/mol co2+c=2co-165kj/mol 副反應(yīng)： c+2h2=ch4+83kj/mol 不同溫度、壓力下的計(jì)算結(jié)果如下兩圖所示，由圖可知欲制得co與h2含量高的水煤氣，從平衡角度，應(yīng)在低壓、高溫下進(jìn)行，而生產(chǎn)ch4含量高的高熱值煤氣，則應(yīng)在高壓、低溫下進(jìn)行。,圖3 1atm下碳蒸汽反應(yīng)的平衡組成,圖4 2atm下碳蒸汽反應(yīng)的平衡組成,以煤、焦為原料的造氣反應(yīng)： 2c+o2+3.76n2 = 2co+ 3.76n2 + 248.7 kj/mol 5c+5h2o = 5co+5h2 - 657.0kj/mol 兩式合并： o2+7c+ 3.76n2 +5h2o=7co+5h2 + 3.76n2 - 408.3kj/mol,造氣反應(yīng)是在1000溫度下進(jìn)行的，由于反應(yīng)是吸熱的，溫度將逐步降低。當(dāng)溫度降至750時(shí)，停止制氣改用大風(fēng)速空氣使碳完全燃燒來(lái)產(chǎn)生熱量，這就是送風(fēng)發(fā)熱。,0.835c+0.835 o2 +3.10n2=0.835co2+3.10n2+341.8kj/mol,為了維持爐溫，造氣和送風(fēng)發(fā)熱是交替進(jìn)行的。,五段式造氣方法與工藝流程,五階段造氣循環(huán)過(guò)程,(1)空氣吹風(fēng) 本階段的目的是送風(fēng)發(fā)熱，從而提高爐溫。 (2)上吹制氣 本階段的目的是制氣。水蒸氣和空氣從爐底 吹入，生產(chǎn)半水煤氣。 (3)下吹制氣 上吹制氣后，爐底溫度降低，不宜繼續(xù)制 氣，但爐頂溫度尚高，可以通過(guò)下吹制氣予 以利用。這時(shí)先從爐頂向下水蒸氣，煤氣由 塔底引出。 (4) 二次上吹 先從爐底吹幾秒鐘水蒸氣將爐底殘留的半水 煤氣吹凈，為吹入空氣作準(zhǔn)備。 (5)空氣吹凈 空氣從爐底吹入，目的是把爐內(nèi)殘存的半水 煤氣吹出并加以收集。,用這種方法生產(chǎn)的半水煤氣含 h2 3842%、co 2731%、 n2 1922%、co2 69%。除此以外還含少量ch4、o2、h2s、cos等，它們的含量取決于燃料的品種從0.2%到2%不等。,圖5 煤造氣工段圖,圖6 固定床煤氣發(fā)生爐（ugi）制半水煤氣的工藝流程,五段式造氣存在問(wèn)題,設(shè)備利用率和生產(chǎn)能力低，燃料耗能高。 間歇法的循環(huán)和控閥、程控機(jī)和工藝流程復(fù)雜，設(shè)備和閥門(mén)的事故率高，維修管理難度大，操作困難，氣體成分不容易調(diào)節(jié)。 間歇法造氣，炭層溫度上下變化大，氣體流向周期變化，因此，對(duì)燃料粒度、熱穩(wěn)定性、灰熔點(diǎn)等要求較高。由于機(jī)械化采煤技術(shù)產(chǎn)生的碎煤多、塊煤少，使得塊煤價(jià)格越來(lái)越高，這就導(dǎo)致間歇法造氣的成本增高。 間歇法的吹風(fēng)階段，燃燒部分燃料給造氣提供熱量，燃燒產(chǎn)生的氣體排放到大氣，燃料中40的硫化物和大量的二氧化碳及部分一氧化碳、灰塵直接排進(jìn)大氣，對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染。其他的廢氣，如合成放空氣、弛放氣、精煉再生氣；廢水，如造氣污水、工藝?yán)鋮s水，造氣爐渣。這些排放物對(duì)土壤及地下水都會(huì)造成不同程度的污染。,造氣工藝的發(fā)展趨勢(shì),目前變壓吸附制氧技術(shù)的問(wèn)世，降低了制氧設(shè)備造價(jià)，使純氧、富氧成本降低，這給中小型氮肥廠采用連續(xù)富氧氣純技術(shù)提供了可能性。連續(xù)氧氣化技術(shù)就是蒸汽和富氧空氣連續(xù)進(jìn)入爐中，焦炭和富氧空氣進(jìn)行不