化工生產(chǎn)技術(shù)課件3.1

第三章合成氨第一節(jié)概述氨是化學(xué)工業(yè)中產(chǎn)量最大的產(chǎn)品之一，是化肥工業(yè)和其它化工產(chǎn)品的主要原料。氨用于制造化學(xué)肥料，生產(chǎn)硝酸、純堿，無機鹽等;由氮氣和氫氣在高溫、高壓和催化劑下直接合成而得。1.原料氣的制備

制含有氫氣、一氧化碳、氮氣的粗原料氣。2.原料氣的凈化除去原料氣中氫氣、氮氣以外的雜質(zhì)，包括原料氣的脫硫，一氧化碳的變換，二氧化碳的脫除，原料氣的精煉等組成。3.氨的合成將符合要求的氫氮混合氣壓縮到一定的壓力，在鐵催化劑與高溫條件下合成為氨。合成氨生產(chǎn)過程第二節(jié)原料氣的制備原料：煤、焦炭、天然氣、石腦油、重油。生產(chǎn)方法：固體燃料氣法化、烴類蒸氣轉(zhuǎn)化法、重油部分氧化法。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CO在變換過程能產(chǎn)生同體積的氫氣，因此，把原料氣中CO和H2看做是有效氣成分。以煤或焦炭為原料，在高溫條件下通入空氣、水蒸氣，經(jīng)過一系列反應(yīng)生成粗原料氣的過程。

工業(yè)上固體燃料為原料制取合成氨原料氣的方法，根據(jù)操作方式不同，主要有固定床間歇氣化法、氣流床連續(xù)氣化法等。一、固體燃料氣化法幾個概念氣化劑：在氣化過程中所使用的空氣、水蒸氣或空氣-水蒸氣混合氣等稱為氣化劑。煤氣：煤或焦炭與氣化劑反應(yīng)，生成的混合氣體空氣煤氣：以空氣作為氣化劑所制得的煤氣。水煤氣：以水蒸氣作為氣化劑所制得的煤氣?；旌厦簹猓阂钥諝夂退魵獾幕旌衔镒鳉饣瘎┧频玫拿簹?。半水煤氣：分別以空氣和水蒸氣作氣化劑，然后將分別制得的空氣煤氣和水煤氣，兩者按混合后氣體中（CO+H2）與N2的摩爾比為3.1-3.2的比例摻配，這種混合煤氣稱為半水煤氣。煤或焦炭中主要是碳元素，氣化過程中主要反應(yīng)有：

C+H2O→CO+H2△H=131KJ/molC+2H2O→CO2+2H2△H=131KJ/mol此過程為強吸熱過程，需要提供能量，一般是用空氣與碳作用來提供能量。其反應(yīng)如下

C+O2→CO2△H=-393.8KJ/molC+1/2O2→CO△H=-110.6KJ/mol1.固定床間歇氣化法固定床間歇氣化過程是先將空氣送入煤氣發(fā)生爐燃燒燃料，放出熱量，提高燃料層溫度，生成的吹風氣經(jīng)回收熱量后大部分放空。然后將水蒸汽送入爐與碳層進行氣化反應(yīng)，生成水煤氣。由于氣化反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，使燃料層溫度下降，故需重新通入空氣以提高爐溫，如此重復(fù)交替進行，制得半水煤氣。工業(yè)上在間歇氣化過程中，將自上一次開始送入空氣至下一次再送入空氣時為止，稱為一個工作循環(huán)（周期），每個工作循環(huán)包括下列五個階段。①吹風階段?？諝鈴臓t底吹入，自下而上燃燒以提高煤層溫度，然后將吹風氣經(jīng)回收熱量后放空。②蒸汽一次上吹。水蒸氣自下而上送入煤層進行氣化反應(yīng)，此時煤層下部溫度下降，而上部溫度升高，被煤氣帶走的熱量增加。③蒸汽下吹。水蒸氣自上而下吹入煤層進行氣化反應(yīng)，煤層溫度趨于均勻。制得煤氣從爐底引出系統(tǒng)。④蒸汽二次上吹。蒸汽下吹制氣后煤層溫度已顯著下降，且爐內(nèi)尚有煤氣，如立即吹入空氣勢必引起爆炸。為此，先以蒸汽進行二次上吹，將爐子底部煤氣排凈，為下一步吹風創(chuàng)造條件。⑤空氣吹凈。目的是回收存在爐子上部及管道中殘余的煤氣，此部分吹風氣應(yīng)加以回收，作為半水煤氣中N2來源。

缺點：固定床間歇式氣化煤氣制取工藝對煤種要求苛刻，僅適用優(yōu)質(zhì)無煙煤和冶金焦，而且產(chǎn)氣量低、總能耗高；目前我國中、小型合成氨廠廣泛采用的氣化方法。2.氣流床連續(xù)氣化法美國德士古公司開發(fā)的德士古氣化法造氣技術(shù)，也稱為水煤漿氣化法，是連續(xù)氣化法的一種。德士古煤氣化爐為直立圓筒形結(jié)構(gòu)，分上中下三部分，上為反應(yīng)室，中部為激冷室或廢熱鍋爐，下部為灰渣鎖斗。以高濃度水煤漿（煤濃度達70％）進料，用泵送入氣化爐，純氧以由爐頂噴嘴噴出，使料漿霧化于1300～1500℃下進行氣化反應(yīng)，水煤漿在爐中的停留時間為5～7s。生成的高溫煤氣經(jīng)氣化爐中部的激冷室激冷或廢熱鍋爐冷卻回收熱量后，煤氣送往CO變換工序。熔渣冷卻固化后進入破渣機破碎后進入鎖斗，定期排入渣池，由撈渣機撈出裝車外運。該法可利用劣質(zhì)煤，氣化強度高，可直接獲得低含量烴（甲烷含量＜0.1％）的原料氣，無需加入蒸汽，但是耗氧量高。是將烴與水蒸汽的混合物通入管式爐管內(nèi)催化劑床層，管外加燃料供熱，使管內(nèi)大部分烴類轉(zhuǎn)化為H2、CO和CO2。然后將此高溫（850--860℃）氣體送入二段爐。此處送入合成氨原料氣所需的加N2空氣，以便轉(zhuǎn)化氣燃燒并升溫至1000℃以上，使CH4的殘余含量降至約0.3%，從而制得合格的原料氣。二、烴類蒸氣轉(zhuǎn)化法（1）一段轉(zhuǎn)化反應(yīng)天然氣的主要成分為CH4，蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)為：催化劑床層中進行甲烷轉(zhuǎn)化和變換反應(yīng)（同一段）（2）二段轉(zhuǎn)化反應(yīng)催化劑床層頂部空間燃燒反應(yīng)：烴類蒸氣轉(zhuǎn)化法是生產(chǎn)合成氨最經(jīng)濟的方法。具有不用氧氣、投資省和能耗低的優(yōu)點。目前大型合成氨廠多數(shù)采用此法。

重油是350℃以上餾程的石油煉制產(chǎn)品。其虛擬分子式可寫CmHnSr。重油部分氧化是指部分重油和氧氣進行燃燒，反應(yīng)放出的熱量，使碳氫化合物發(fā)生熱裂解及裂解產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化反應(yīng)，最終獲得以H2和CO為主要組分，并含有少量CO2和CH4（CH4通常在0.5％以下）的合成氣。三、重油部分氧化法重油部分氧化法工藝流程由四個部分組成：原料重油和氣化劑（氧和蒸汽）的預(yù)熱；重油的熱裂解及裂解產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化反應(yīng)；出口高溫合成氣的熱能回收；炭黑清除與回收。原料重油經(jīng)泵提壓、預(yù)熱后與預(yù)熱后的氧氣和高壓過熱蒸汽混