合成氨教學(xué)講解課件

第三章合成氨化工工藝學(xué)第三章合成氨3.1概述3.2原料氣的制取3.3原料氣的凈化3.4氨的合成武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)第三章合成氨1第三章合成氨化工工藝學(xué)3.1概述氨是生產(chǎn)硫酸銨、硝酸銨、碳酸氫銨、氯化銨、尿素等化學(xué)肥料的主要原料，也是生產(chǎn)硝酸染料、炸藥、醫(yī)藥、有機(jī)合成、塑料、合成纖維、石油化工等工業(yè)產(chǎn)品的重要原料。因此，合成氨是無機(jī)化工的代表，在國民經(jīng)濟(jì)中占有十分重要的地位。⒈物理性質(zhì)空氣中濃度大于100ppm（76mg/Nm3），每天8小時(shí)引起慢性中毒，5000-10000ppm，幾分鐘會(huì)有致命作用；液氨或干燥氨氣對(duì)大部分物質(zhì)無腐蝕作用，但有水時(shí)，對(duì)銅、銀、鋅等金屬有腐蝕作用；可燃性氣體，自燃點(diǎn)630℃，與空氣或氧氣在一定范圍內(nèi)會(huì)爆炸，具體數(shù)據(jù)可查資料MSDSofanhydrous_ammonia.pdf

氨安全數(shù)據(jù)表.doc氨的性質(zhì).pdf武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)3.1概述2武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)⒉化學(xué)性質(zhì)與氧氣反應(yīng)、與二氧化碳反應(yīng)與無機(jī)酸反應(yīng)⒊用途

85%用于制肥料，其余生產(chǎn)其它化工產(chǎn)品。⒋生產(chǎn)方法⑴氰化法原理：1905年在德國建成了世界上第一座氰氨化鈣生產(chǎn)氨的工廠武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合3第三章合成氨化工工藝學(xué)⑵直接合成法1900年Haber計(jì)算出不同TP下的氨的平衡含量1909年Haber以鋨粉末為催化劑，17.5-20MPa和500-600℃反應(yīng)合成了6%的氨，提出循環(huán)方法1910年，在Bosch幫助下建成了每小時(shí)80克的裝置1911年，德國巴登苯胺公司（BASF）公司經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)，以鐵為活性組分的催化劑，其它材料、腐蝕、原料氣問題均解決1912年在德國奧堡30t/d，1913年運(yùn)行，1914年達(dá)到設(shè)計(jì)能力1917年德國建成了90t/d裝置合成氨的發(fā)明者哈伯.doc武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)⑵直接合成法194第三章合成氨化工工藝學(xué)合成氨發(fā)展方法：武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)合成氨發(fā)展方法：5第三章合成氨化工工藝學(xué)⒌技術(shù)進(jìn)展30年代氨增長(zhǎng)緩慢，1931-1932年世界氨產(chǎn)量（以氮計(jì)算）如下表武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)⒌技術(shù)進(jìn)展武漢6第三章合成氨化工工藝學(xué)二戰(zhàn)后大幅提高，60年代后開發(fā)了活性好的多種催化劑，反應(yīng)熱回收技術(shù)利用合理合成氨原料變化情況：煤造氣時(shí)期第一次世界大戰(zhàn)結(jié)束，很多國家建立了合成氨廠，開始以焦炭為原料。20年代，隨著鋼鐵工業(yè)的興起，出現(xiàn)了用焦?fàn)t氣深冷分離制氫的方法。焦炭、焦?fàn)t氣都是煤的加工產(chǎn)物。為了擴(kuò)大原料來源，曾對(duì)煤的直接氣化進(jìn)行了研究。

1926年，德國法本公司采用溫克勒爐氣化褐煤成功。第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束，以焦炭、煤為原料生產(chǎn)的氨約占一半以上。武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)二戰(zhàn)后大幅提高，7第三章合成氨化工工藝學(xué)烴類燃料造氣時(shí)期早在20—30年代，甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化制氫已研究成功。50年代，天然氣、石油資源得到大量開采，由于以甲烷為主要組分的天然氣便于輸送，適于加壓操作，能降低氨廠投資和制氨成本，在性能較好的轉(zhuǎn)化催化劑、耐高溫的合金鋼管相繼出現(xiàn)后，以天然氣為原料的制氨方法得到廣泛應(yīng)用。接著抗積炭的石腦油蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑研制成功，缺乏天然氣的國家采用了石腦油為原料。60年代以后，又開發(fā)了重質(zhì)油部分氧化法制氫。到1965年，焦、煤在世界合成氨原料中的比例僅占5.8％。從此，合成氨工業(yè)的原料構(gòu)成由固體燃料轉(zhuǎn)向以氣、液態(tài)烴類燃料為主的時(shí)期。武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)烴類燃料造氣時(shí)期8第三章合成氨化工工藝學(xué)生產(chǎn)規(guī)模的變化由于高壓設(shè)備尺寸的限制，50年代以前，最大的氨合成塔能力不超過日產(chǎn)200t氨60年代初不超過日產(chǎn)400t氨。隨著由汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的大型、高壓離心式壓縮機(jī)研制成功，為合成氨裝置大型化提供了條件，大型合成氨廠的數(shù)目也逐年增多。合成氨廠大型化通常指規(guī)模在日產(chǎn)540t以上的單系列裝置。1963和1966年美國凱洛格公司先后建成世界上第一座日產(chǎn)540t和900t氨的單系列裝置，顯示出大型裝置具有投資省、成本低、占地少和勞動(dòng)生產(chǎn)率高等顯著優(yōu)點(diǎn)。武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)生產(chǎn)規(guī)模的變化由9第三章合成氨化工工藝學(xué)從此，大型化成為合成氨工業(yè)的發(fā)展方向。近20多年來，新建裝置大多為日產(chǎn)1000t～1500t氨1972年建于日本千葉的日產(chǎn)1540t氨廠1991年在比利時(shí)安特衛(wèi)普建成了日產(chǎn)1800t合成氨廠，是世界上已投入生產(chǎn)的最大單系列裝置。能耗情況合成氨占世界能耗3%，國內(nèi)占4%，噸氨成本中能源占70%以上理論能耗煤21.30GJ每噸氨，9.47噸水天然氣5.09GJ每噸氨，2.26噸水合成氨能耗比較.doc武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)從此，大型化成為10第三章合成氨化工工藝學(xué)⒍國內(nèi)合成氨工業(yè)概況1949年前，全國僅在南京、大連有兩家合成氨廠，在上海有一個(gè)以水電解法制氫為原料的小型合成氨車間，年生產(chǎn)能力共為46kt氨。中華人民共和國成立以后，合成氨的產(chǎn)量增長(zhǎng)很快。為了滿足農(nóng)業(yè)發(fā)展的迫切需要，除了恢復(fù)并擴(kuò)建舊廠外，50年代建成吉林、蘭州、太原、四川四個(gè)氨廠。以后在試制成功高壓往復(fù)式氮?dú)錃鈮嚎s機(jī)和高壓氨合成塔的基礎(chǔ)上，于60年代在云南、上海、衢州、廣州等地先后建設(shè)了20多座中型氨廠。1983年、1984年產(chǎn)量分別為16770kt和18373kt（不包括臺(tái)灣省），僅次于前蘇聯(lián)占世界第二位。武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)⒍國內(nèi)合成氨工業(yè)11第三章合成氨化工工藝學(xué)2004年我國合成氨年生產(chǎn)能力已達(dá)4222萬噸，2005年全國合成氨產(chǎn)量可能超過4600萬噸。目前，我國有合成氨生產(chǎn)企業(yè)570多家，大型、中型和小型企業(yè)分別占21％、35％和44％。主要生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)量合成氨產(chǎn)量.doc武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)2004年我國合12第三章合成氨化工工藝學(xué)⒎典型流程主要步驟原料氣的制取、凈化、壓縮和合成天然氣、壓縮、脫硫、一段轉(zhuǎn)化、二段轉(zhuǎn)化、高溫變換、低溫變換、脫碳、甲烷化、壓縮、合成原料（焦炭、蒸汽、空氣）造氣、除塵、脫硫、變換、脫碳、壓縮、合成重油、部分氧化、除去炭黑、變換、脫碳、脫硫、氮洗、壓縮、合成武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)⒎典型流程武漢工13第三章合成氨化工工藝學(xué)3.2原料氣的制取3.2.1概述原料：天然氣、油田氣、煉廠氣、焦?fàn)t氣、石腦油、重油、煤、焦炭合成氣生產(chǎn)甲烷水蒸汽轉(zhuǎn)化甲烷水蒸汽重整（SRM）部分氧化法POM甲烷自熱重整ATRSprag方法武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)3.2原料氣的制14第三章合成氨化工工藝學(xué)3.2.2甲烷水蒸汽轉(zhuǎn)化制原料氣熱力學(xué)原理⒈平衡常數(shù)及平衡轉(zhuǎn)化率⑴平衡常數(shù)及平衡組成的計(jì)算⑵平衡常數(shù)及平衡轉(zhuǎn)化率⑶復(fù)雜反應(yīng)系統(tǒng)處理方法尋找獨(dú)立反應(yīng)數(shù)目的方法原子守恒法矩陣法⑷反應(yīng)平衡常數(shù)及平衡組成的計(jì)算甲烷水蒸汽轉(zhuǎn)化化學(xué)平衡.doc武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)3.2.2甲烷水15第三章合成氨化工工藝學(xué)計(jì)算過程：積分后：武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)計(jì)算過程：積分后16第三章合成氨化工工藝學(xué)⑸影響甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化的主要因素溫度：高溫壓強(qiáng)：低壓水炭比：適宜圖1-3甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化影響因素.jpg甲烷水蒸汽轉(zhuǎn)化\圖1-6.jpg圖1-7-8.jpg從熱力學(xué)角度考慮，甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化應(yīng)在盡可能高的溫度、低壓高水炭比下進(jìn)行。但在高溫下反應(yīng)速率仍很小，需使用催化劑來加快反應(yīng)速率:催化劑的一般性能要求武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)⑸影響甲烷蒸汽轉(zhuǎn)17第三章合成氨化工工藝學(xué)3.2.3甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化的動(dòng)力學(xué)⑴動(dòng)力學(xué)方程⑵擴(kuò)散作用3.2.4析炭及處理方法判斷方程、方法、選取原則。3.2.5蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑無催化劑時(shí)速度太慢，無工業(yè)價(jià)值，在1300℃以上才有滿意速率，但甲烷大量分解，必須使用催化劑甲烷水蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑.doc武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)3.2.3甲烷蒸18第三章合成氨化工工藝學(xué)3.2.6甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化催化的生產(chǎn)方式二段轉(zhuǎn)化流程⒈工藝流程圖1-9天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化工藝流程.jpg

⒉主要設(shè)備圖1-10.jpg圖1-11.jpg圖1-12.jpg甲烷水蒸汽轉(zhuǎn)化爐部分結(jié)構(gòu).doc武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)3.2.6甲烷蒸19第三章合成氨化工工藝學(xué)3.3原料氣的凈化3.3.1原料氣的脫硫

⒈原料氣中脫硫的原因：原料氣中的硫化物主要是硫化氫，其次是有機(jī)硫。它們的存在能夠使各種催化劑中毒，且腐蝕管道設(shè)備，所以在進(jìn)一步加工之前，必須要先進(jìn)行脫硫。武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)3.3原料氣的凈20第三章合成氨化工工藝學(xué)武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄2.主要脫硫的方法分類,如圖所示

原料氣的脫硫方法干法脫硫濕法脫硫氧化鋅法脫硫鈷-鉬加氫脫硫改良ADA脫硫法第三章合成氨化工工藝學(xué)武漢工業(yè)學(xué)院21第三章合成氨化工工藝學(xué)干法：⑴氧化鋅脫硫原理發(fā)生反應(yīng)：武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)干法：⑴氧化鋅脫22第三章合成氨化工工藝學(xué)影響硫容的因素：溫度、水蒸汽含量、空速有關(guān)。溫度降低、空速提高、汽氣比的增大而減小。性能指標(biāo)：硫容每千克氧化鋅脫硫劑吸收硫化氫的質(zhì)量千克數(shù)。一般硫容平均為0.15～0.20kg/kg，最高達(dá)0.3kg/kg。催化劑組成：主要成分是氧化鋅。其余是氧化鋁、有的還有氧化銅、二氧化鈦、二氧化錳和氧化鎂以提高效果。氧化鋅含量一般在80～90%。球狀、片狀或條狀。氧化鋅脫硫劑.doc武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)影響硫容的因素：23第三章合成氨化工工藝學(xué)⑵鈷-鉬催化加氫脫硫原理：武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)⑵鈷-鉬催化加氫24第三章合成氨化工工藝學(xué)反應(yīng)式副反應(yīng)反應(yīng)均為放熱反應(yīng)武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)反應(yīng)式副反應(yīng)反應(yīng)25第三章合成氨化工工藝學(xué)催化劑組成：氧化鋁為載體，由氧化鈷、氧化鉬組成，硫化后才有活性，活性組分是MoS2。鈷鉬加氫脫硫催化劑.doc硫化方法：脫硫操作條件：

加氫反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度在340～400℃，氫量維持在反應(yīng)后氣體中有5%～6%的氫，入口空速氣態(tài)烴為500～1500h-1，液態(tài)烴為0.5～6h-1。武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)催化劑組成：氧化26第三章合成氨化工工藝學(xué)濕法：改良蒽醌二磺酸鈉(ADA)法武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄

改良ADA(AnthraguioneDisulphonicAcid)脫硫法的原理：

改良的ADA脫硫法，在脫硫塔中用pH為8.5～9.2的稀堿溶液吸收硫化氫并生成硫氫化物：第三章合成氨化工工藝學(xué)濕法：改良蒽醌二27第三章合成氨化工工藝學(xué)武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄液相中的硫氫化物進(jìn)一步與偏釩酸鈉反應(yīng)，生成還原性焦性偏釩酸鹽，并析出元素硫。還原性焦性偏釩酸鈉接著與氧化態(tài)ADA反應(yīng)，生成還原態(tài)的ADA和偏釩酸鹽。第三章合成氨化工工藝學(xué)武漢工業(yè)學(xué)院28第三章合成氨化工工藝學(xué)武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄還原態(tài)的ADA被空氣中的氧氧化成氧化態(tài)的ADA，溶液循環(huán)使用。當(dāng)氣體中含有二氧化碳、氰化氫和氧時(shí)，還會(huì)與堿發(fā)生副反應(yīng)，生成NaCNS和Na2SO4等。所以，一定要防止硫以硫氫化鈉形式進(jìn)入再生塔，以免影響ADA的再生。第三章合成氨化工工藝學(xué)武漢工業(yè)學(xué)院29第三章合成氨化工工藝學(xué)武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄改良ADA法的主要操作條件有：1.溶液的pH值：溶液的pH值對(duì)氣體凈制程度有很大影響，通常溶液pH值以8.5～9.2為宜。2.釩酸鹽含量的影響：溶液中偏釩酸鈉與硫氫化物的反應(yīng)是相當(dāng)?shù)目?，一?min即可以完成。為防止硫化氫局部過量生成“釩-氧-硫”的黑色沉淀應(yīng)使偏釩酸鈉量比理論值稍大，且使溶液中ADA含量必須等于或大于偏釩酸含量的1.69倍，工業(yè)實(shí)際采用2倍左右。3.溫度：溫度對(duì)脫硫的影響，生產(chǎn)中常維持溶液的吸收溫度在40～50℃。第三章合成氨化工工藝學(xué)武漢工業(yè)學(xué)院30第三章合成氨化工工藝學(xué)武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄4.壓力：用改良ADA法脫硫時(shí)，一般在加壓和常壓下進(jìn)行。吸收壓力的大小取決于原料氣本身的壓力或脫硫工序在合成氨流程中的部位。5.再生空氣用量和再生時(shí)間：再生空氣量除滿足氧化還原態(tài)ADA的需要外，還應(yīng)使硫呈泡沫狀懸浮在溶液表面，以便溢流回收。標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下一般再生塔控制在80～120m3/(m2·h)為宜。溶液在再生塔中停留時(shí)間一般在30～40min，不宜太長(zhǎng)，否則會(huì)大大增加再生器容積。第三章合成氨化工工藝學(xué)武漢工業(yè)學(xué)院31第三章合成氨化工工藝學(xué)武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄改良ADA法的工藝流程圖及流程簡(jiǎn)介改良ADA法的工藝流程圖流程簡(jiǎn)介：氫的原料氣從脫硫塔底部進(jìn)入，與塔頂噴淋下的溶液逆流接觸，氣體中的硫化氫被溶液吸收而脫除，從脫硫塔頂出來送往下一工序。吸收硫化氫后的溶液從脫硫塔底部引出，經(jīng)循環(huán)槽用泵打入再生塔進(jìn)行再生，空氣由塔頂排出，析出的硫泡沫由塔頂?shù)臄U(kuò)大部分上部溢流入泡沫槽，用真空過濾機(jī)分離除硫磺，濾液返回循環(huán)槽（圖中未顯示出）。氧化后的溶液再由再生塔頂部擴(kuò)大部分的下部出口引出，經(jīng)液位調(diào)節(jié)器進(jìn)入脫硫塔循環(huán)使用。第三章合成氨化工工藝學(xué)武漢工業(yè)學(xué)院32第三章合成氨化工工藝學(xué)由硫化氫回收硫磺硫化氫MSDS.doc硫磺MSDS.doc二氧化硫MSDS.doc克勞斯法回收硫：原理:氧化催化法武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)由硫化氫回收硫磺33第三章合成氨化工工藝學(xué)燃燒爐內(nèi)主要反應(yīng)：武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄克勞斯法回收硫原理:氧化催化法第三章合成氨化工工藝學(xué)燃燒爐內(nèi)主要反應(yīng)34第三章合成氨化工工藝學(xué)也可合并為：武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)也可合并為：武漢35第三章合成氨化工工藝學(xué)反應(yīng)器內(nèi)：X值一般為6或8武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)反應(yīng)器內(nèi)：X值一36第三章合成氨化工工藝學(xué)副反應(yīng)：武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)副反應(yīng)：武漢工業(yè)37第三章合成氨化工工藝學(xué)可能有：武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)可能有：武漢工業(yè)38第三章合成氨化工工藝學(xué)方法：依據(jù)氣體中硫化氫含量不同，分為三種即⑴硫化氫含量大于50%，部分燃燒法⑵硫化氫含量大于15%，小于50%，直接氧化法(單流法)⑶硫化氫含量小于15%,AMOCO法工藝流程：直接流程以武漢石油化工廠為例硫磺回收尾氣的處理：硫磺回收流程圖.doc

Sulfurrecoveryflowchart.dwgSulfurrecoveryflowchartlegend.dwg武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)方法：依據(jù)氣體中39第三章合成氨化工工藝學(xué)武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄克勞斯法回收硫工藝流程簡(jiǎn)介：來自脫硫裝置的酸性氣通過酸氣分離器進(jìn)入裝置，部分酸性氣經(jīng)分流繞過燃燒爐。引入燃燒室的后部進(jìn)入主燃燒爐的燃燒空氣通過控制系統(tǒng)，部分燃燒H2S，使第三級(jí)克勞斯反應(yīng)器出口的H2S含量的體積分?jǐn)?shù)為0．45％。在燃燒室中，殘留的H2S和旁路氣中的H2S與S02反應(yīng)生成氣相硫，工藝氣通過廢熱鍋爐的管束，移走燃燒爐和燃燒室中產(chǎn)生的熱量，硫蒸汽被冷凝，液態(tài)硫從氣體中分離出來。工藝氣經(jīng)再經(jīng)燃燒爐加熱至245℃，加熱熱量通過與燃料氣和空氣以稍低于化學(xué)計(jì)量比燃燒產(chǎn)生的高溫燃燒氣直接混合獲得。加熱后的工藝氣進(jìn)入第一級(jí)克勞斯反應(yīng)器，其中裝填催化劑CR－3S和CRS－31。第三章合成氨化工工藝學(xué)武漢工業(yè)學(xué)院40第三章合成氨化工工藝學(xué)武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄從第一級(jí)克勞斯反應(yīng)器排出的氣體進(jìn)入第一級(jí)硫冷凝器后，再熱至204℃，進(jìn)入第二級(jí)克勞斯反應(yīng)器再次轉(zhuǎn)化，其中裝填催化劑AM和CR一3S，隨后在第二級(jí)硫冷凝器冷卻。然后，工藝氣再熱至186℃，進(jìn)入第三級(jí)克勞斯反應(yīng)器中再次轉(zhuǎn)化，其中裝填催化劑AM和CR一3S。由于溫度較低和氣相硫量小，出口未設(shè)硫冷凝器。工藝氣體再熱后，經(jīng)靜態(tài)混合器與空氣完全混合后，在超級(jí)克勞斯反應(yīng)器中H2S選擇性氧化生成硫，其中裝填超級(jí)克勞斯催化劑，進(jìn)口溫度為210℃。工藝氣體經(jīng)過超級(jí)克勞斯冷凝器冷卻，再經(jīng)硫磺捕集器，最后，氣體送入尾氣灼燒爐焚燒后排入大氣。第三章合成氨化工工藝學(xué)武漢工業(yè)學(xué)院41第三章合成氨化工工藝學(xué)3.3.2一氧化碳變換⒈為什么要進(jìn)行變換？不同原料制取的氣體組成原料一氧化碳體積分?jǐn)?shù)%

煤35-37水煤氣

25-34半水煤氣天然氣12-14⒉熱力學(xué)放熱反應(yīng)平衡常數(shù)：武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)3.3.2一氧化42第三章合成氨化工工藝學(xué)⒊動(dòng)力學(xué)⒋催化劑中變催化劑:鐵鉻系催化劑中以氧化鐵為主，占80%-90%，氧化鉻為7%-11%，并含有氧化鉀、氧化鎂、及氧化鋁等成分。低變催化劑:以氧化銅為主體,使用前需還原成具有活性的微晶銅。一氧化碳變換催化劑.doc⒌變換工藝條件⑴溫度溫度-平衡轉(zhuǎn)化率曲線最佳溫度武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)⒊動(dòng)力學(xué)武漢工業(yè)43第三章合成氨化工工藝學(xué)⑵壓力:大型合成氨廠壓力為3.0MPa，中型氨廠為1.2-1.8MPa⑶水蒸汽比例:中變水蒸汽比例一般為3-5⒍變換流程：中變-低變串聯(lián)流程：圖1-19一氧化碳中低變換流程圖.jpg

多段變換流程：圖1-20一氧化碳多段變換流程.jpg武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)⑵壓力:大型合成44第三章合成氨化工工藝學(xué)3.2.3二氧化碳的脫除①⒈為什么脫除？②方法分類物理、化學(xué)方法③本菲爾法⑴原理

反應(yīng)動(dòng)力學(xué)：純碳酸鉀溶液和二氧化碳反應(yīng)時(shí)武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)3.2.3二氧化45第三章合成氨化工工藝學(xué)含少量DEA時(shí)，反應(yīng)如下：武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)含少量DEA時(shí)，46第三章合成氨化工工藝學(xué)武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)武漢工業(yè)學(xué)院47第三章合成氨化工工藝學(xué)反應(yīng)速率方程為氣－液傳質(zhì)過程的影響：擴(kuò)散控制還是反應(yīng)控制問題實(shí)驗(yàn)證明：吸收的控制步驟與氣相中二氧化碳分壓有關(guān)。分壓為0.1MPa，二氧化碳濃度為0.02mol/l時(shí)，擴(kuò)散控制分壓為0.008MPa，二氧化碳濃度為0.02mol/l時(shí)，屬化學(xué)反應(yīng)控制武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)反應(yīng)速率方程為武48第三章合成氨化工工藝學(xué)吸收硫化氫、硫氧化碳、二硫化碳、硫醇、硫化氫等武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)吸收硫化氫、硫氧49第三章合成氨化工工藝學(xué)武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)武漢工業(yè)學(xué)院50第三章合成氨化工工藝學(xué)⑵流程二段吸收二段再生流程圖1-22苯菲爾法流程圖.jpg工藝條件：吸收時(shí)：碳酸鉀濃度：25%-30%活化劑（二乙醇胺DEA）：2.5%-5%

緩蝕劑：偏釩酸鉀0.6%-0.9%消泡劑：硅酮乳液或聚醚濃度約幾十mg/kg。溫度：105～130℃塔頂：70-75℃塔底：110-118℃壓強(qiáng)：2.5-2.8MPa再生時(shí)：溫度為120℃⑶節(jié)能流程苯菲爾法節(jié)能流程圖.doc武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)⑵流程二段吸收51第三章合成氨化工工藝學(xué)3.3.3少量一氧化碳的脫除銅氨液吸收、氮洗和甲烷化銅氨液吸收：吸收氨、二氧化碳、硫化氫武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)3.3.3少量一52第三章合成氨化工工藝學(xué)吸收硫化氫武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)吸收硫化氫武漢工53第三章合成氨化工工藝學(xué)3.4氨的合成3.4.1氨合成反應(yīng)的熱力學(xué)基礎(chǔ)⒈化學(xué)平衡武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)3.4氨的合成54第三章合成氨化工工藝學(xué)⒉平衡氨摩爾分?jǐn)?shù)武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)⒉平衡氨摩爾分?jǐn)?shù)55第三章合成氨化工工藝學(xué)平衡含量的計(jì)算起始反應(yīng)平衡武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)平衡含量的計(jì)算起56第三章合成氨化工工藝學(xué)3.影響平衡氨摩爾分?jǐn)?shù)的因素影響因素：總壓、平衡常數(shù)、氫氮比r和惰性氣體含量武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)3.影響平衡氨摩57第三章合成氨化工工藝學(xué)⑴氫氮比⑵惰性氣體體積分?jǐn)?shù)的影響提高平衡氨含量的途徑：降低溫度、提高壓力、保持氫氮比為3左右，并減少惰性氣體含量。武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)⑴氫氮比⑵惰性氣58第三章合成氨化工工藝學(xué)⒋反應(yīng)熱的計(jì)算武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄提高原料利用率的措施是氣體循環(huán)使平衡右移的措施還包括及時(shí)分離出生成的氨氣第三章合成氨化工工藝學(xué)⒋反應(yīng)熱的計(jì)算武59第三章合成氨化工工藝學(xué)3.4.2氨合成反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)⒈催化劑主要成分：以氧化鐵為主，氧化鋁、氧化鉀、氧化鈣、氧化鎂和二氧化硅多種。有效成分是α－Fe。合成氨用催化劑.doc催化劑的還原與使用：如何還原？催化劑的毒物：武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)3.4.2氨合成60第三章合成氨化工工藝學(xué)⒉反應(yīng)機(jī)理與動(dòng)力學(xué)方程武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)⒉反應(yīng)機(jī)理與動(dòng)力61第三章合成氨化工工藝學(xué)⒊影響反應(yīng)速率的因素⑴空間速度：一般在20000－30000h-1之間⑵溫度一般控制在400－500℃之間⑶壓力主要依據(jù)是能量消耗及包括能耗、原料費(fèi)用、設(shè)備投資在內(nèi)的綜合費(fèi)用⑷氫氮混合氣的組成進(jìn)合成塔的氫氮比略低于3武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)⒊影響反應(yīng)速率的62第三章合成氨化工工藝學(xué)3.4.3氨的合成與分離⒈最佳工藝條件的選擇⑴壓力高壓70～100MPa中壓40～60MPa低壓15～20MPa

一般為30MPa，引進(jìn)的大型合成氨廠壓力為15MPa因總能耗在15～30MPa之間差別不大⑵溫度高壓550～600℃中壓450～550℃低壓400～450℃⑶空間速度因?yàn)榭账儆绊懓斌w積分?jǐn)?shù)，空速也與溫度有關(guān)。中壓法一般為控制在20000－30000h-1之間武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)3.4.3氨的合63第三章合成氨化工工藝學(xué)⒉氨的分離45MPa,水可冷凝；20-30MPa可能分出部分氨，氣相中含7-9%，然后用液氨為冷凍劑冷卻到0℃以下，氣相中氨可降低至2-4%。含氨混合氣分離在水冷器和氨冷器中實(shí)現(xiàn)。氣相中氨的摩爾分?jǐn)?shù)與溫度壓力的關(guān)系.xls武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)⒉氨的分離武漢工64第三章合成氨化工工藝學(xué)⒊合成氨流程以Kollegg流程為例Kellogge氨的合成工藝流程圖.jpg入口新鮮氣(30℃

2.5MPa)，經(jīng)第一缸壓縮后經(jīng)甲烷化換熱器1、水冷器2、氨冷器3逐漸降溫到8℃，除去水分后，新鮮氣進(jìn)入壓縮機(jī)第二缸經(jīng)壓縮并與循環(huán)氣在在缸內(nèi)混合，壓力升到15.5MPa，溫度是69℃，經(jīng)過水冷器5，降溫至38℃，分兩路，一路約50%的氣體經(jīng)兩串聯(lián)的氨冷器6、7氣體冷卻至1℃；另一路氣體與高壓氨分離器12來的-23℃的氣體在冷熱換熱器中換熱，降溫至-9℃，而來自高壓氨分離器的氣體則升溫至24℃。兩路氣體匯合后溫度為-4℃，再經(jīng)過氨冷器8將氣體進(jìn)一步冷卻至-23℃，然后送往高壓氨分離器12。分離液氨后含氨2%的循環(huán)氣經(jīng)冷熱換熱器9和熱熱換熱器10預(yù)熱到141℃進(jìn)入軸向冷激式合成塔13。高壓氨分離器12中的液氨經(jīng)減壓后進(jìn)入低壓氨分離器11，武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)⒊合成氨流程武漢65第三章合成氨化工工藝學(xué)從低壓氨分離器閃蒸出來的馳放氣與回收氨后的放空氣一起送入普里森氫回收系統(tǒng)。特點(diǎn)：三級(jí)氨冷、三級(jí)閃蒸，節(jié)能其它還有伍德型、布朗型、托普索等⒋氨合成塔合成塔及合成氨流程圖及表.doc武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)從低壓氨分離器閃66第三章合成氨化工工藝學(xué)整個(gè)流程的分析、總結(jié)、與原則流程圖的對(duì)比分析。本章要求：掌握甲烷水蒸汽轉(zhuǎn)化制原料氣、一氧化碳變換、氣體凈化（脫硫、脫碳、原料氣精制）、合成氨原理、主要工藝條件選擇的依據(jù)、典型工藝流程、主要工序的操作條件、實(shí)現(xiàn)上述工藝過程的主要設(shè)備、催化劑（主要組成、性能、使用方法）武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)整個(gè)流程的分析、67第三章合成氨化工工藝學(xué)第三章合成氨3.1概述3.2原料氣的制取3.3原料氣的凈化3.4氨的合成武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)第三章合成氨68第三章合成氨化工工藝學(xué)3.1概述氨是生產(chǎn)硫酸銨、硝酸銨、碳酸氫銨、氯化銨、尿素等化學(xué)肥料的主要原料，也是生產(chǎn)硝酸染料、炸藥、醫(yī)藥、有機(jī)合成、塑料、合成纖維、石油化工等工業(yè)產(chǎn)品的重要原料。因此，合成氨是無機(jī)化工的代表，在國民經(jīng)濟(jì)中占有十分重要的地位。⒈物理性質(zhì)空氣中濃度大于100ppm（76mg/Nm3），每天8小時(shí)引起慢性中毒，5000-10000ppm，幾分鐘會(huì)有致命作用；液氨或干燥氨氣對(duì)大部分物質(zhì)無腐蝕作用，但有水時(shí)，對(duì)銅、銀、鋅等金屬有腐蝕作用；可燃性氣體，自燃點(diǎn)630℃，與空氣或氧氣在一定范圍內(nèi)會(huì)爆炸，具體數(shù)據(jù)可查資料MSDSofanhydrous_ammonia.pdf

氨安全數(shù)據(jù)表.doc氨的性質(zhì).pdf武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)3.1概述69武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)⒉化學(xué)性質(zhì)與氧氣反應(yīng)、與二氧化碳反應(yīng)與無機(jī)酸反應(yīng)⒊用途

85%用于制肥料，其余生產(chǎn)其它化工產(chǎn)品。⒋生產(chǎn)方法⑴氰化法原理：1905年在德國建成了世界上第一座氰氨化鈣生產(chǎn)氨的工廠武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合70第三章合成氨化工工藝學(xué)⑵直接合成法1900年Haber計(jì)算出不同TP下的氨的平衡含量1909年Haber以鋨粉末為催化劑，17.5-20MPa和500-600℃反應(yīng)合成了6%的氨，提出循環(huán)方法1910年，在Bosch幫助下建成了每小時(shí)80克的裝置1911年，德國巴登苯胺公司（BASF）公司經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)，以鐵為活性組分的催化劑，其它材料、腐蝕、原料氣問題均解決1912年在德國奧堡30t/d，1913年運(yùn)行，1914年達(dá)到設(shè)計(jì)能力1917年德國建成了90t/d裝置合成氨的發(fā)明者哈伯.doc武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)⑵直接合成法1971第三章合成氨化工工藝學(xué)合成氨發(fā)展方法：武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)合成氨發(fā)展方法：72第三章合成氨化工工藝學(xué)⒌技術(shù)進(jìn)展30年代氨增長(zhǎng)緩慢，1931-1932年世界氨產(chǎn)量（以氮計(jì)算）如下表武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)⒌技術(shù)進(jìn)展武漢73第三章合成氨化工工藝學(xué)二戰(zhàn)后大幅提高，60年代后開發(fā)了活性好的多種催化劑，反應(yīng)熱回收技術(shù)利用合理合成氨原料變化情況：煤造氣時(shí)期第一次世界大戰(zhàn)結(jié)束，很多國家建立了合成氨廠，開始以焦炭為原料。20年代，隨著鋼鐵工業(yè)的興起，出現(xiàn)了用焦?fàn)t氣深冷分離制氫的方法。焦炭、焦?fàn)t氣都是煤的加工產(chǎn)物。為了擴(kuò)大原料來源，曾對(duì)煤的直接氣化進(jìn)行了研究。

1926年，德國法本公司采用溫克勒爐氣化褐煤成功。第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束，以焦炭、煤為原料生產(chǎn)的氨約占一半以上。武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)二戰(zhàn)后大幅提高，74第三章合成氨化工工藝學(xué)烴類燃料造氣時(shí)期早在20—30年代，甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化制氫已研究成功。50年代，天然氣、石油資源得到大量開采，由于以甲烷為主要組分的天然氣便于輸送，適于加壓操作，能降低氨廠投資和制氨成本，在性能較好的轉(zhuǎn)化催化劑、耐高溫的合金鋼管相繼出現(xiàn)后，以天然氣為原料的制氨方法得到廣泛應(yīng)用。接著抗積炭的石腦油蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑研制成功，缺乏天然氣的國家采用了石腦油為原料。60年代以后，又開發(fā)了重質(zhì)油部分氧化法制氫。到1965年，焦、煤在世界合成氨原料中的比例僅占5.8％。從此，合成氨工業(yè)的原料構(gòu)成由固體燃料轉(zhuǎn)向以氣、液態(tài)烴類燃料為主的時(shí)期。武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)烴類燃料造氣時(shí)期75第三章合成氨化工工藝學(xué)生產(chǎn)規(guī)模的變化由于高壓設(shè)備尺寸的限制，50年代以前，最大的氨合成塔能力不超過日產(chǎn)200t氨60年代初不超過日產(chǎn)400t氨。隨著由汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的大型、高壓離心式壓縮機(jī)研制成功，為合成氨裝置大型化提供了條件，大型合成氨廠的數(shù)目也逐年增多。合成氨廠大型化通常指規(guī)模在日產(chǎn)540t以上的單系列裝置。1963和1966年美國凱洛格公司先后建成世界上第一座日產(chǎn)540t和900t氨的單系列裝置，顯示出大型裝置具有投資省、成本低、占地少和勞動(dòng)生產(chǎn)率高等顯著優(yōu)點(diǎn)。武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)生產(chǎn)規(guī)模的變化由76第三章合成氨化工工藝學(xué)從此，大型化成為合成氨工業(yè)的發(fā)展方向。近20多年來，新建裝置大多為日產(chǎn)1000t～1500t氨1972年建于日本千葉的日產(chǎn)1540t氨廠1991年在比利時(shí)安特衛(wèi)普建成了日產(chǎn)1800t合成氨廠，是世界上已投入生產(chǎn)的最大單系列裝置。能耗情況合成氨占世界能耗3%，國內(nèi)占4%，噸氨成本中能源占70%以上理論能耗煤21.30GJ每噸氨，9.47噸水天然氣5.09GJ每噸氨，2.26噸水合成氨能耗比較.doc武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)從此，大型化成為77第三章合成氨化工工藝學(xué)⒍國內(nèi)合成氨工業(yè)概況1949年前，全國僅在南京、大連有兩家合成氨廠，在上海有一個(gè)以水電解法制氫為原料的小型合成氨車間，年生產(chǎn)能力共為46kt氨。中華人民共和國成立以后，合成氨的產(chǎn)量增長(zhǎng)很快。為了滿足農(nóng)業(yè)發(fā)展的迫切需要，除了恢復(fù)并擴(kuò)建舊廠外，50年代建成吉林、蘭州、太原、四川四個(gè)氨廠。以后在試制成功高壓往復(fù)式氮?dú)錃鈮嚎s機(jī)和高壓氨合成塔的基礎(chǔ)上，于60年代在云南、上海、衢州、廣州等地先后建設(shè)了20多座中型氨廠。1983年、1984年產(chǎn)量分別為16770kt和18373kt（不包括臺(tái)灣?。?，僅次于前蘇聯(lián)占世界第二位。武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)⒍國內(nèi)合成氨工業(yè)78第三章合成氨化工工藝學(xué)2004年我國合成氨年生產(chǎn)能力已達(dá)4222萬噸，2005年全國合成氨產(chǎn)量可能超過4600萬噸。目前，我國有合成氨生產(chǎn)企業(yè)570多家，大型、中型和小型企業(yè)分別占21％、35％和44％。主要生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)量合成氨產(chǎn)量.doc武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)2004年我國合79第三章合成氨化工工藝學(xué)⒎典型流程主要步驟原料氣的制取、凈化、壓縮和合成天然氣、壓縮、脫硫、一段轉(zhuǎn)化、二段轉(zhuǎn)化、高溫變換、低溫變換、脫碳、甲烷化、壓縮、合成原料（焦炭、蒸汽、空氣）造氣、除塵、脫硫、變換、脫碳、壓縮、合成重油、部分氧化、除去炭黑、變換、脫碳、脫硫、氮洗、壓縮、合成武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)⒎典型流程武漢工80第三章合成氨化工工藝學(xué)3.2原料氣的制取3.2.1概述原料：天然氣、油田氣、煉廠氣、焦?fàn)t氣、石腦油、重油、煤、焦炭合成氣生產(chǎn)甲烷水蒸汽轉(zhuǎn)化甲烷水蒸汽重整（SRM）部分氧化法POM甲烷自熱重整ATRSprag方法武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)3.2原料氣的制81第三章合成氨化工工藝學(xué)3.2.2甲烷水蒸汽轉(zhuǎn)化制原料氣熱力學(xué)原理⒈平衡常數(shù)及平衡轉(zhuǎn)化率⑴平衡常數(shù)及平衡組成的計(jì)算⑵平衡常數(shù)及平衡轉(zhuǎn)化率⑶復(fù)雜反應(yīng)系統(tǒng)處理方法尋找獨(dú)立反應(yīng)數(shù)目的方法原子守恒法矩陣法⑷反應(yīng)平衡常數(shù)及平衡組成的計(jì)算甲烷水蒸汽轉(zhuǎn)化化學(xué)平衡.doc武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)3.2.2甲烷水82第三章合成氨化工工藝學(xué)計(jì)算過程：積分后：武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)計(jì)算過程：積分后83第三章合成氨化工工藝學(xué)⑸影響甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化的主要因素溫度：高溫壓強(qiáng)：低壓水炭比：適宜圖1-3甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化影響因素.jpg甲烷水蒸汽轉(zhuǎn)化\圖1-6.jpg圖1-7-8.jpg從熱力學(xué)角度考慮，甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化應(yīng)在盡可能高的溫度、低壓高水炭比下進(jìn)行。但在高溫下反應(yīng)速率仍很小，需使用催化劑來加快反應(yīng)速率:催化劑的一般性能要求武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)⑸影響甲烷蒸汽轉(zhuǎn)84第三章合成氨化工工藝學(xué)3.2.3甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化的動(dòng)力學(xué)⑴動(dòng)力學(xué)方程⑵擴(kuò)散作用3.2.4析炭及處理方法判斷方程、方法、選取原則。3.2.5蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑無催化劑時(shí)速度太慢，無工業(yè)價(jià)值，在1300℃以上才有滿意速率，但甲烷大量分解，必須使用催化劑甲烷水蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑.doc武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)3.2.3甲烷蒸85第三章合成氨化工工藝學(xué)3.2.6甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化催化的生產(chǎn)方式二段轉(zhuǎn)化流程⒈工藝流程圖1-9天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化工藝流程.jpg

⒉主要設(shè)備圖1-10.jpg圖1-11.jpg圖1-12.jpg甲烷水蒸汽轉(zhuǎn)化爐部分結(jié)構(gòu).doc武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)3.2.6甲烷蒸86第三章合成氨化工工藝學(xué)3.3原料氣的凈化3.3.1原料氣的脫硫

⒈原料氣中脫硫的原因：原料氣中的硫化物主要是硫化氫，其次是有機(jī)硫。它們的存在能夠使各種催化劑中毒，且腐蝕管道設(shè)備，所以在進(jìn)一步加工之前，必須要先進(jìn)行脫硫。武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)3.3原料氣的凈87第三章合成氨化工工藝學(xué)武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄2.主要脫硫的方法分類,如圖所示

原料氣的脫硫方法干法脫硫濕法脫硫氧化鋅法脫硫鈷-鉬加氫脫硫改良ADA脫硫法第三章合成氨化工工藝學(xué)武漢工業(yè)學(xué)院88第三章合成氨化工工藝學(xué)干法：⑴氧化鋅脫硫原理發(fā)生反應(yīng)：武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)干法：⑴氧化鋅脫89第三章合成氨化工工藝學(xué)影響硫容的因素：溫度、水蒸汽含量、空速有關(guān)。溫度降低、空速提高、汽氣比的增大而減小。性能指標(biāo)：硫容每千克氧化鋅脫硫劑吸收硫化氫的質(zhì)量千克數(shù)。一般硫容平均為0.15～0.20kg/kg，最高達(dá)0.3kg/kg。催化劑組成：主要成分是氧化鋅。其余是氧化鋁、有的還有氧化銅、二氧化鈦、二氧化錳和氧化鎂以提高效果。氧化鋅含量一般在80～90%。球狀、片狀或條狀。氧化鋅脫硫劑.doc武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)影響硫容的因素：90第三章合成氨化工工藝學(xué)⑵鈷-鉬催化加氫脫硫原理：武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)⑵鈷-鉬催化加氫91第三章合成氨化工工藝學(xué)反應(yīng)式副反應(yīng)反應(yīng)均為放熱反應(yīng)武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)反應(yīng)式副反應(yīng)反應(yīng)92第三章合成氨化工工藝學(xué)催化劑組成：氧化鋁為載體，由氧化鈷、氧化鉬組成，硫化后才有活性，活性組分是MoS2。鈷鉬加氫脫硫催化劑.doc硫化方法：脫硫操作條件：

加氫反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度在340～400℃，氫量維持在反應(yīng)后氣體中有5%～6%的氫，入口空速氣態(tài)烴為500～1500h-1，液態(tài)烴為0.5～6h-1。武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)催化劑組成：氧化93第三章合成氨化工工藝學(xué)濕法：改良蒽醌二磺酸鈉(ADA)法武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄

改良ADA(AnthraguioneDisulphonicAcid)脫硫法的原理：

改良的ADA脫硫法，在脫硫塔中用pH為8.5～9.2的稀堿溶液吸收硫化氫并生成硫氫化物：第三章合成氨化工工藝學(xué)濕法：改良蒽醌二94第三章合成氨化工工藝學(xué)武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄液相中的硫氫化物進(jìn)一步與偏釩酸鈉反應(yīng)，生成還原性焦性偏釩酸鹽，并析出元素硫。還原性焦性偏釩酸鈉接著與氧化態(tài)ADA反應(yīng)，生成還原態(tài)的ADA和偏釩酸鹽。第三章合成氨化工工藝學(xué)武漢工業(yè)學(xué)院95第三章合成氨化工工藝學(xué)武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄還原態(tài)的ADA被空氣中的氧氧化成氧化態(tài)的ADA，溶液循環(huán)使用。當(dāng)氣體中含有二氧化碳、氰化氫和氧時(shí)，還會(huì)與堿發(fā)生副反應(yīng)，生成NaCNS和Na2SO4等。所以，一定要防止硫以硫氫化鈉形式進(jìn)入再生塔，以免影響ADA的再生。第三章合成氨化工工藝學(xué)武漢工業(yè)學(xué)院96第三章合成氨化工工藝學(xué)武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄改良ADA法的主要操作條件有：1.溶液的pH值：溶液的pH值對(duì)氣體凈制程度有很大影響，通常溶液pH值以8.5～9.2為宜。2.釩酸鹽含量的影響：溶液中偏釩酸鈉與硫氫化物的反應(yīng)是相當(dāng)?shù)目欤话?min即可以完成。為防止硫化氫局部過量生成“釩-氧-硫”的黑色沉淀應(yīng)使偏釩酸鈉量比理論值稍大，且使溶液中ADA含量必須等于或大于偏釩酸含量的1.69倍，工業(yè)實(shí)際采用2倍左右。3.溫度：溫度對(duì)脫硫的影響，生產(chǎn)中常維持溶液的吸收溫度在40～50℃。第三章合成氨化工工藝學(xué)武漢工業(yè)學(xué)院97第三章合成氨化工工藝學(xué)武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄4.壓力：用改良ADA法脫硫時(shí)，一般在加壓和常壓下進(jìn)行。吸收壓力的大小取決于原料氣本身的壓力或脫硫工序在合成氨流程中的部位。5.再生空氣用量和再生時(shí)間：再生空氣量除滿足氧化還原態(tài)ADA的需要外，還應(yīng)使硫呈泡沫狀懸浮在溶液表面，以便溢流回收。標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下一般再生塔控制在80～120m3/(m2·h)為宜。溶液在再生塔中停留時(shí)間一般在30～40min，不宜太長(zhǎng)，否則會(huì)大大增加再生器容積。第三章合成氨化工工藝學(xué)武漢工業(yè)學(xué)院98第三章合成氨化工工藝學(xué)武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄改良ADA法的工藝流程圖及流程簡(jiǎn)介改良ADA法的工藝流程圖流程簡(jiǎn)介：氫的原料氣從脫硫塔底部進(jìn)入，與塔頂噴淋下的溶液逆流接觸，氣體中的硫化氫被溶液吸收而脫除，從脫硫塔頂出來送往下一工序。吸收硫化氫后的溶液從脫硫塔底部引出，經(jīng)循環(huán)槽用泵打入再生塔進(jìn)行再生，空氣由塔頂排出，析出的硫泡沫由塔頂?shù)臄U(kuò)大部分上部溢流入泡沫槽，用真空過濾機(jī)分離除硫磺，濾液返回循環(huán)槽（圖中未顯示出）。氧化后的溶液再由再生塔頂部擴(kuò)大部分的下部出口引出，經(jīng)液位調(diào)節(jié)器進(jìn)入脫硫塔循環(huán)使用。第三章合成氨化工工藝學(xué)武漢工業(yè)學(xué)院99第三章合成氨化工工藝學(xué)由硫化氫回收硫磺硫化氫MSDS.doc硫磺MSDS.doc二氧化硫MSDS.doc克勞斯法回收硫：原理:氧化催化法武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)由硫化氫回收硫磺100第三章合成氨化工工藝學(xué)燃燒爐內(nèi)主要反應(yīng)：武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄克勞斯法回收硫原理:氧化催化法第三章合成氨化工工藝學(xué)燃燒爐內(nèi)主要反應(yīng)101第三章合成氨化工工藝學(xué)也可合并為：武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)也可合并為：武漢102第三章合成氨化工工藝學(xué)反應(yīng)器內(nèi)：X值一般為6或8武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)反應(yīng)器內(nèi)：X值一103第三章合成氨化工工藝學(xué)副反應(yīng)：武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)副反應(yīng)：武漢工業(yè)104第三章合成氨化工工藝學(xué)可能有：武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)可能有：武漢工業(yè)105第三章合成氨化工工藝學(xué)方法：依據(jù)氣體中硫化氫含量不同，分為三種即⑴硫化氫含量大于50%，部分燃燒法⑵硫化氫含量大于15%，小于50%，直接氧化法(單流法)⑶硫化氫含量小于15%,AMOCO法工藝流程：直接流程以武漢石油化工廠為例硫磺回收尾氣的處理：硫磺回收流程圖.doc

Sulfurrecoveryflowchart.dwgSulfurrecoveryflowchartlegend.dwg武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)方法：依據(jù)氣體中106第三章合成氨化工工藝學(xué)武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄克勞斯法回收硫工藝流程簡(jiǎn)介：來自脫硫裝置的酸性氣通過酸氣分離器進(jìn)入裝置，部分酸性氣經(jīng)分流繞過燃燒爐。引入燃燒室的后部進(jìn)入主燃燒爐的燃燒空氣通過控制系統(tǒng)，部分燃燒H2S，使第三級(jí)克勞斯反應(yīng)器出口的H2S含量的體積分?jǐn)?shù)為0．45％。在燃燒室中，殘留的H2S和旁路氣中的H2S與S02反應(yīng)生成氣相硫，工藝氣通過廢熱鍋爐的管束，移走燃燒爐和燃燒室中產(chǎn)生的熱量，硫蒸汽被冷凝，液態(tài)硫從氣體中分離出來。工藝氣經(jīng)再經(jīng)燃燒爐加熱至245℃，加熱熱量通過與燃料氣和空氣以稍低于化學(xué)計(jì)量比燃燒產(chǎn)生的高溫燃燒氣直接混合獲得。加熱后的工藝氣進(jìn)入第一級(jí)克勞斯反應(yīng)器，其中裝填催化劑CR－3S和CRS－31。第三章合成氨化工工藝學(xué)武漢工業(yè)學(xué)院107第三章合成氨化工工藝學(xué)武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄從第一級(jí)克勞斯反應(yīng)器排出的氣體進(jìn)入第一級(jí)硫冷凝器后，再熱至204℃，進(jìn)入第二級(jí)克勞斯反應(yīng)器再次轉(zhuǎn)化，其中裝填催化劑AM和CR一3S，隨后在第二級(jí)硫冷凝器冷卻。然后，工藝氣再熱至186℃，進(jìn)入第三級(jí)克勞斯反應(yīng)器中再次轉(zhuǎn)化，其中裝填催化劑AM和CR一3S。由于溫度較低和氣相硫量小，出口未設(shè)硫冷凝器。工藝氣體再熱后，經(jīng)靜態(tài)混合器與空氣完全混合后，在超級(jí)克勞斯反應(yīng)器中H2S選擇性氧化生成硫，其中裝填超級(jí)克勞斯催化劑，進(jìn)口溫度為210℃。工藝氣體經(jīng)過超級(jí)克勞斯冷凝器冷卻，再經(jīng)硫磺捕集器，最后，氣體送入尾氣灼燒爐焚燒后排入大氣。第三章合成氨化工工藝學(xué)武漢工業(yè)學(xué)院108第三章合成氨化工工藝學(xué)3.3.2一氧化碳變換⒈為什么要進(jìn)行變換？不同原料制取的氣體組成原料一氧化碳體積分?jǐn)?shù)%

煤35-37水煤氣

25-34半水煤氣天然氣12-14⒉熱力學(xué)放熱反應(yīng)平衡常數(shù)：武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)3.3.2一氧化109第三章合成氨化工工藝學(xué)⒊動(dòng)力學(xué)⒋催化劑中變催化劑:鐵鉻系催化劑中以氧化鐵為主，占80%-90%，氧化鉻為7%-11%，并含有氧化鉀、氧化鎂、及氧化鋁等成分。低變催化劑:以氧化銅為主體,使用前需還原成具有活性的微晶銅。一氧化碳變換催化劑.doc⒌變換工藝條件⑴溫度溫度-平衡轉(zhuǎn)化率曲線最佳溫度武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)⒊動(dòng)力學(xué)武漢工業(yè)110第三章合成氨化工工藝學(xué)⑵壓力:大型合成氨廠壓力為3.0MPa，中型氨廠為1.2-1.8MPa⑶水蒸汽比例:中變水蒸汽比例一般為3-5⒍變換流程：中變-低變串聯(lián)流程：圖1-19一氧化碳中低變換流程圖.jpg

多段變換流程：圖1-20一氧化碳多段變換流程.jpg武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)⑵壓力:大型合成111第三章合成氨化工工藝學(xué)3.2.3二氧化碳的脫除①⒈為什么脫除？②方法分類物理、化學(xué)方法③本菲爾法⑴原理

反應(yīng)動(dòng)力學(xué)：純碳酸鉀溶液和二氧化碳反應(yīng)時(shí)武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)3.2.3二氧化112第三章合成氨化工工藝學(xué)含少量DEA時(shí)，反應(yīng)如下：武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)含少量DEA時(shí)，113第三章合成氨化工工藝學(xué)武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)武漢工業(yè)學(xué)院114第三章合成氨化工工藝學(xué)反應(yīng)速率方程為氣－液傳質(zhì)過程的影響：擴(kuò)散控制還是反應(yīng)控制問題實(shí)驗(yàn)證明：吸收的控制步驟與氣相中二氧化碳分壓有關(guān)。分壓為0.1MPa，二氧化碳濃度為0.02mol/l時(shí)，擴(kuò)散控制分壓為0.008MPa，二氧化碳濃度為0.02mol/l時(shí)，屬化學(xué)反應(yīng)控制武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)反應(yīng)速率方程為武115第三章合成氨化工工藝學(xué)吸收硫化氫、硫氧化碳、二硫化碳、硫醇、硫化氫等武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)吸收硫化氫、硫氧116第三章合成氨化工工藝學(xué)武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)武漢工業(yè)學(xué)院117第三章合成氨化工工藝學(xué)⑵流程二段吸收二段再生流程圖1-22苯菲爾法流程圖.jpg工藝條件：吸收時(shí)：碳酸鉀濃度：25%-30%活化劑（二乙醇胺DEA）：2.5%-5%

緩蝕劑：偏釩酸鉀0.6%-0.9%消泡劑：硅酮乳液或聚醚濃度約幾十mg/kg。溫度：105～130℃塔頂：70-75℃塔底：110-118℃壓強(qiáng)：2.5-2.8MPa再生時(shí)：溫度為120℃⑶節(jié)能流程苯菲爾法節(jié)能流程圖.doc武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)⑵流程二段吸收118第三章合成氨化工工藝學(xué)3.3.3少量一氧化碳的脫除銅氨液吸收、氮洗和甲烷化銅氨液吸收：吸收氨、二氧化碳、硫化氫武漢工業(yè)學(xué)院化工學(xué)院本章目錄總目錄第三章合成氨化工工藝學(xué)3.3.3少量一119第三章合成氨化工工藝學(xué)吸收硫化