合成氨的概述

1、關于合成氨的概述現(xiàn)在學習的是第一頁，共17頁教學目標v氨的性質(zhì)和用途v合成氨的原料v合成氨原料氣的生產(chǎn)與凈化現(xiàn)在學習的是第二頁，共17頁教學重難點v合成氨的原料難點：v合成氨原料氣的生產(chǎn)與凈化現(xiàn)在學習的是第三頁，共17頁學習導言v氨的合成是典型高溫、高壓反應和化學平衡移動理論研究對象氨的合成是典型高溫、高壓反應和化學平衡移動理論研究對象。合成氨工業(yè)是典型的耗能大戶，節(jié)能降耗是現(xiàn)代合成氨工業(yè)的重要合成氨工業(yè)是典型的耗能大戶，節(jié)能降耗是現(xiàn)代合成氨工業(yè)的重要課題之一。課題之一?，F(xiàn)在學習的是第四頁，共17頁氨的性質(zhì)和用途v氨的性質(zhì)氨的性質(zhì)1、氨在常溫、常壓下為無色氣體，具有刺激性氣味，能灼傷皮、氨在常

2、溫、常壓下為無色氣體，具有刺激性氣味，能灼傷皮膚、眼睛，刺激呼吸器官黏膜。膚、眼睛，刺激呼吸器官黏膜。2、氨的相對分子質(zhì)量為、氨的相對分子質(zhì)量為17.03，沸點為，沸點為-33.35，液氨揮發(fā)性很強，液氨揮發(fā)性很強，汽化熱較大。氨極易溶于水，溶解產(chǎn)生大量的熱。氨的水溶，汽化熱較大。氨極易溶于水，溶解產(chǎn)生大量的熱。氨的水溶液呈弱堿性，易揮發(fā)。液呈弱堿性，易揮發(fā)。3、氨化學性質(zhì)較活潑，與酸反應生成鹽，如與磷酸反應生成磷、氨化學性質(zhì)較活潑，與酸反應生成鹽，如與磷酸反應生成磷酸銨、與硝酸反應生成硝酸銨、與二氧化碳反應生成碳酸氫銨酸銨、與硝酸反應生成硝酸銨、與二氧化碳反應生成碳酸氫銨等，其中許多為化學肥

3、料。等，其中許多為化學肥料?，F(xiàn)在學習的是第五頁，共17頁氨的性質(zhì)和用途v氨的用途氨的用途1、氨主要用來制造化學肥料。農(nóng)業(yè)使用的氮肥如尿素、硝酸銨、氨主要用來制造化學肥料。農(nóng)業(yè)使用的氮肥如尿素、硝酸銨、磷酸銨、硫酸銨、氯化銨、氨水以及各種含氮混肥和復肥，都是磷酸銨、硫酸銨、氯化銨、氨水以及各種含氮混肥和復肥，都是以氨為原料生產(chǎn)的。以氨為原料生產(chǎn)的。2、氨也作為其他化工產(chǎn)品的生產(chǎn)原料。、氨也作為其他化工產(chǎn)品的生產(chǎn)原料。3、氨還可作冷凍、冷藏系統(tǒng)的制冷劑。、氨還可作冷凍、冷藏系統(tǒng)的制冷劑?，F(xiàn)在學習的是第六頁，共17頁合成氨的原料v空氣和水到處都有，取之容易，故一般合成氨生產(chǎn)原料不包括空氣空氣和水到處

4、都有，取之容易，故一般合成氨生產(chǎn)原料不包括空氣和水，主要有：和水，主要有：（1）固體原料）固體原料（2）氣體原料）氣體原料（3）液體原料）液體原料 常用的合成氨原料有焦炭、煤、焦爐氣、天然氣、石腦油和重油。常用的合成氨原料有焦炭、煤、焦爐氣、天然氣、石腦油和重油?，F(xiàn)在學習的是第七頁，共17頁合成氨原料氣的生產(chǎn)與凈化v不同合成氨廠，生產(chǎn)工藝流程不盡相同，但基本生產(chǎn)過程都包括以下工序。不同合成氨廠，生產(chǎn)工藝流程不盡相同，但基本生產(chǎn)過程都包括以下工序。（1）原料氣制備工序原料氣制備工序 制備合成氨用的氫、氮原料氣。制備合成氨用的氫、氮原料氣。（2）脫硫工序脫硫工序 除去原料中的硫化物。除去原料中的硫

5、化物。（3）變換工序變換工序 利用一氧化碳與蒸汽作用生成氫和二氧化碳，除去原料氣中的大部分一利用一氧化碳與蒸汽作用生成氫和二氧化碳，除去原料氣中的大部分一氧化碳。氧化碳。（4）脫碳工序脫碳工序 脫碳是除去原料氣中的大部分二氧化碳。脫碳是除去原料氣中的大部分二氧化碳。（5）精制工序精制工序 需進一步脫除以制取純凈的氫、氮混合氣。需進一步脫除以制取純凈的氫、氮混合氣。（6）壓縮工序壓縮工序 將原料氣壓縮到凈化所需要的壓力，分別進行氣體凈化，得到純將原料氣壓縮到凈化所需要的壓力，分別進行氣體凈化，得到純凈的氫、氮混合氣，然后將純凈的氫、氮混合氣壓縮到氨合成反應要求的壓力凈的氫、氮混合氣，然后將純凈的

6、氫、氮混合氣壓縮到氨合成反應要求的壓力。（7）氨合成工序氨合成工序 在高溫、高壓和有催化劑存在的條件下，氫氣、氮氣合稱在高溫、高壓和有催化劑存在的條件下，氫氣、氮氣合稱為氨。為氨。 可以說，合成氨生產(chǎn)是由原料氣的制備、凈化及氨的合成等步驟組成的。可以說，合成氨生產(chǎn)是由原料氣的制備、凈化及氨的合成等步驟組成的。現(xiàn)在學習的是第八頁，共17頁合成氨原料氣的生產(chǎn)與凈化v原料氣的制備原料氣的制備 目前，目前，制氨的原料主要有煤、焦炭、天然氣、石腦油、重油。生制氨的原料主要有煤、焦炭、天然氣、石腦油、重油。生產(chǎn)方法主要有固體燃料氣化法（煤或焦炭的氣化）、烴類蒸汽轉(zhuǎn)產(chǎn)方法主要有固體燃料氣化法（煤或焦炭的氣化

7、）、烴類蒸汽轉(zhuǎn)化法（天然氣、石腦油）、重油部分氧化法?；ǎㄌ烊粴?、石腦油）、重油部分氧化法。由于合成氨原料氣由于合成氨原料氣中的氮氣容易制得，所以原料氣的制備主要是制取氫氣，而中的氮氣容易制得，所以原料氣的制備主要是制取氫氣，而CO在在變換過程能產(chǎn)生同體積的氫氣，因此，把原料氣中變換過程能產(chǎn)生同體積的氫氣，因此，把原料氣中CO和和H2看作是看作是有效氣成分。有效氣成分。 氨的合成是需要氨的合成是需要H2：N2為為3：1的原料氣，要求造氣制得的煤氣的原料氣，要求造氣制得的煤氣中有效成分與氮氣比例為中有效成分與氮氣比例為3.13.2，這就是通常所說的半水煤氣，這就是通常所說的半水煤氣。 現(xiàn)在學習

8、的是第九頁，共17頁合成氨原料氣的生產(chǎn)與凈化v原料氣的制備原料氣的制備（1）固體燃料氣化法）固體燃料氣化法 煤或焦炭中主要是碳元素，與水蒸氣反應生成的有效煤或焦炭中主要是碳元素，與水蒸氣反應生成的有效成分是成分是CO和和H2。氣化過程中的主要反應有：。氣化過程中的主要反應有：（2）烴類蒸汽轉(zhuǎn)化法）烴類蒸汽轉(zhuǎn)化法 烴類主要是指天然氣、石腦油，一般采用蒸汽烴類主要是指天然氣、石腦油，一般采用蒸汽轉(zhuǎn)化法。天然氣的主要成分為轉(zhuǎn)化法。天然氣的主要成分為CH4。以天然氣為原料的蒸汽轉(zhuǎn)化反應。以天然氣為原料的蒸汽轉(zhuǎn)化反應為：為：（3）重油部分氧化法）重油部分氧化法 重油是重油是350以上餾程的石油煉制產(chǎn)品。

9、以上餾程的石油煉制產(chǎn)品。重油先重油先與氧氣進行部分燃燒反應，放出的熱量使碳氫化合物熱裂解，在與氧氣進行部分燃燒反應，放出的熱量使碳氫化合物熱裂解，在水蒸氣作用下，裂解產(chǎn)物發(fā)生轉(zhuǎn)化反應，制得以水蒸氣作用下，裂解產(chǎn)物發(fā)生轉(zhuǎn)化反應，制得以H2H2和和COCO為主要成分為主要成分的合成氨原料氣。的合成氨原料氣?，F(xiàn)在學習的是第十頁，共17頁合成氨原料氣的生產(chǎn)與凈化v原料氣的脫硫原料氣的脫硫 一般合成氨原料氣都含有少量的硫化物，主要是無機硫、硫化氫，其一般合成氨原料氣都含有少量的硫化物，主要是無機硫、硫化氫，其次為二硫化碳、硫氧化碳、硫醇、硫醚和噻吩等有機硫。硫化物是各種次為二硫化碳、硫氧化碳、硫醇、硫醚

10、和噻吩等有機硫。硫化物是各種催化劑的毒物。催化劑的毒物。 脫硫方法有很多，按脫硫劑狀態(tài)分，脫硫方法有很多，按脫硫劑狀態(tài)分，分為干法脫硫和濕法脫硫兩大類分為干法脫硫和濕法脫硫兩大類。 干法脫硫：是以固體吸收劑或吸附劑脫除硫化氫或有機硫，常用的有干法脫硫：是以固體吸收劑或吸附劑脫除硫化氫或有機硫，常用的有氧化鋅法、鈷鉬加氫氧化鋅法、鈷鉬加氫- -氧化鋅法、活性炭法、分子篩法等。干法脫硫效率氧化鋅法、活性炭法、分子篩法等。干法脫硫效率高且凈化度高，但是其為周期性操作，設備龐大，勞動強度高，脫硫劑不高且凈化度高，但是其為周期性操作，設備龐大，勞動強度高，脫硫劑不可再生或再生困難。因此，干法脫硫適用于硫

11、含量較低、凈化度要求較高可再生或再生困難。因此，干法脫硫適用于硫含量較低、凈化度要求較高的情況。的情況?，F(xiàn)在學習的是第十一頁，共17頁合成氨原料氣的生產(chǎn)與凈化v濕法脫硫：是采用液態(tài)脫硫劑吸收硫化物的脫硫方法。濕法脫硫：是采用液態(tài)脫硫劑吸收硫化物的脫硫方法。根據(jù)吸根據(jù)吸收的特點，濕法脫硫分為物理法、化學法和物理化學法。物理法收的特點，濕法脫硫分為物理法、化學法和物理化學法。物理法是利用脫硫劑對硫化物的溶解作用將其吸收；化學法是用堿性溶是利用脫硫劑對硫化物的溶解作用將其吸收；化學法是用堿性溶液吸收酸性氣體硫化氫，吸收；物理化學法是脫硫劑對硫化物的液吸收酸性氣體硫化氫，吸收；物理化學法是脫硫劑對硫化

12、物的吸收既有物理溶解又有化學吸收。吸收既有物理溶解又有化學吸收。生產(chǎn)中廣泛應用的是改良生產(chǎn)中廣泛應用的是改良ADA法和氧化鋅法。法和氧化鋅法。濕法脫硫的脫硫劑為液體，便于輸送，易于再生濕法脫硫的脫硫劑為液體，便于輸送，易于再生和回收硫黃，適用于硫含量高的場合；但因其脫硫凈化度低，在凈和回收硫黃，適用于硫含量高的場合；但因其脫硫凈化度低，在凈化度要求高的場合，不能單獨使用?；纫蟾叩膱龊希荒軉为毷褂?。（1）改良改良ADA法脫硫法脫硫 化學吸收中的濕式氧化法化學吸收中的濕式氧化法（2）氧化鋅法脫硫氧化鋅法脫硫 屬干法脫硫?qū)俑煞摿?，廣泛用于精細脫硫。氧化鋅可直接，廣泛用于精細脫硫。氧化鋅可直接

13、吸收硫化氫和硫醇。吸收硫化氫和硫醇?，F(xiàn)在學習的是第十二頁，共17頁合成氨原料氣的生產(chǎn)與凈化v一氧化碳的變換一氧化碳的變換 一般合成氨原料氣中均含有一氧化碳。一氧化碳不是合成氨的直一般合成氨原料氣中均含有一氧化碳。一氧化碳不是合成氨的直接原料，而且能使氨合成催化劑中毒，因此在送往合成工序前必接原料，而且能使氨合成催化劑中毒，因此在送往合成工序前必須脫除。一氧化碳的脫除分兩步。首先進行一氧化碳的變換，即須脫除。一氧化碳的脫除分兩步。首先進行一氧化碳的變換，即用一氧化碳與水蒸氣作用，生成氫氣和二氧化碳。經(jīng)變換，大部用一氧化碳與水蒸氣作用，生成氫氣和二氧化碳。經(jīng)變換，大部分一氧化碳轉(zhuǎn)化為易于除去的二氧

14、化碳，并獲得氫氣。因此，一分一氧化碳轉(zhuǎn)化為易于除去的二氧化碳，并獲得氫氣。因此，一氧化碳變換既是原料氣的凈化過程，又是原料氣制造的繼續(xù)。少氧化碳變換既是原料氣的凈化過程，又是原料氣制造的繼續(xù)。少量的一氧化碳將在后繼工序中除掉。量的一氧化碳將在后繼工序中除掉?，F(xiàn)在學習的是第十三頁，共17頁合成氨原料氣的生產(chǎn)與凈化v二氧化碳的脫除二氧化碳的脫除 經(jīng)變換的原料氣含有大量的二氧化碳，二氧化碳是制造尿素、經(jīng)變換的原料氣含有大量的二氧化碳，二氧化碳是制造尿素、碳酸氫銨和純堿的重要原料。原料氣在進合成工序前，必須將碳酸氫銨和純堿的重要原料。原料氣在進合成工序前，必須將二氧化碳清除干凈。因此，合成氨生產(chǎn)中，二

15、氧化碳的脫除及二氧化碳清除干凈。因此，合成氨生產(chǎn)中，二氧化碳的脫除及其回收利用具有雙重目的，習慣上，其回收利用具有雙重目的，習慣上，將二氧化碳的脫除過程稱將二氧化碳的脫除過程稱為脫碳。為脫碳。 目前，脫碳多采用溶液吸收法。根據(jù)吸收劑性能的不同，分為化學目前，脫碳多采用溶液吸收法。根據(jù)吸收劑性能的不同，分為化學吸收法和物理吸收法兩類。吸收法和物理吸收法兩類?，F(xiàn)在學習的是第十四頁，共17頁合成氨原料氣的生產(chǎn)與凈化（1）改良熱鉀堿法改良熱鉀堿法 改良熱鉀堿法也稱本菲爾法，該法采用熱碳酸鉀吸改良熱鉀堿法也稱本菲爾法，該法采用熱碳酸鉀吸收二氧化碳。收二氧化碳。（2）聚乙二醇二甲醚法聚乙二醇二甲醚法 也稱

16、謝列克索法，屬于物理吸收。也稱謝列克索法，屬于物理吸收。聚乙二聚乙二醇二甲醚能選擇性脫除氣體中的醇二甲醚能選擇性脫除氣體中的CO2和和H2S，無毒，能耗較低。，無毒，能耗較低?，F(xiàn)在學習的是第十五頁，共17頁合成氨原料氣的生產(chǎn)與凈化v原料氣的精制原料氣的精制 經(jīng)變換和脫碳的原料氣中尚有少量殘余的一氧化碳和二氧化碳，為經(jīng)變換和脫碳的原料氣中尚有少量殘余的一氧化碳和二氧化碳，為防止對氨合成催化劑的毒害，原料氣在送往合成工序以前，還需要防止對氨合成催化劑的毒害，原料氣在送往合成工序以前，還需要進一步凈化，精制后的氣體中一氧化碳和二氧化碳總量要求小于進一步凈化，精制后的氣體中一氧化碳和二氧化碳總量要求小于10mg/L（大型廠）或小于（大型廠）或小于30mg/L（中小型廠），（中小型廠），此過程稱為此過程稱為“精精制制”。常用的精制方法有三種。常用的精制方法有三種。（1）銅氨液洗滌法）銅氨液洗滌法 常用溶液為醋酸銅氨液，簡稱銅液。常用溶液為醋酸銅氨液，簡稱銅液。 （2）甲烷化法）甲烷化法 甲烷化法是在催化劑作用下，少量一氧化碳和二氧化碳加甲烷化法是在催化劑作用下，少量一氧化碳和二氧化碳加氫生成對催化劑無害的甲烷，而使氣