合成氨生產(chǎn)工藝流程

合成氨生產(chǎn)工藝流程

當(dāng)前第1頁\共有20頁\編于星期四\21點內(nèi)容氨合成的基本理論1、氨合成動力學(xué)（反應(yīng)機理）2、氨合成操作條件的選擇（溫度、壓力、催化劑）氨合成工藝流程

當(dāng)前第2頁\共有20頁\編于星期四\21點氨的合成

氨的合成工序是在適當(dāng)?shù)臏囟?、壓力和有催化劑存在的條件下，將經(jīng)過精制的氫氮混合氣直接合成為氨。然后將所生成的氣體氨從混合氣體中冷凝分離出來，得到產(chǎn)品液氨。當(dāng)前第3頁\共有20頁\編于星期四\21點第一節(jié)氨合成的基本理論

一、氨合成反應(yīng)的特點

3H2+N2=2NH3+Q(1)是可逆反應(yīng)。即在氫氣和氮氣反應(yīng)生成氨的同時，氨也分解成氫氣和氮氣。(2)是放熱反應(yīng)。在生成氨的同時放出熱量，反應(yīng)熱與溫度、壓力有關(guān)。

(3)是體積縮小的反應(yīng)。

(4)反應(yīng)需要有催化劑才能較快的進行。當(dāng)前第4頁\共有20頁\編于星期四\21點

二、氨合成反應(yīng)的化學(xué)平衡

1.平衡常數(shù):降溫，平衡常數(shù)增大2.平衡氨含量反應(yīng)達到平衡時氨在混合氣體中的百分含量，稱為平衡氨含量，或氨的平衡產(chǎn)率。提高平衡氨含量的措施為降低溫度，提高壓力，保持氫氮比等于3:1.當(dāng)前第5頁\共有20頁\編于星期四\21點三、氨合成動力學(xué)

一、反應(yīng)機理在催化劑的作用下，氫與氮生成氨的反應(yīng)是一多相氣體催化反應(yīng)。由以下幾個步驟所組成：

(1)氣體反應(yīng)物擴散到催化劑外表面；

(2)反應(yīng)物自催化劑外表面擴散到毛細(xì)孔內(nèi)表面；

(3)氣體被催化劑表面(主要是內(nèi)表面)活性吸附(與普通吸附的區(qū)別在于有化學(xué)力參與在內(nèi)，并放出熱量)；

(4)吸附狀態(tài)的氣體在催化劑表面上起化學(xué)反應(yīng)，生成產(chǎn)物；

(5)產(chǎn)物自催化劑表面解吸；·(6)解吸后的產(chǎn)物從催化劑毛細(xì)孔向外表面擴散；

(7)產(chǎn)物由催化劑外表面擴散至氣相主流。以上七個步驟中，(1)、(7)為外擴散過程；(2)、(6)為內(nèi)擴散過程；(3)、(4)和（5）總稱為化學(xué)動力學(xué)的過程。當(dāng)前第6頁\共有20頁\編于星期四\21點

四氨合成操作

條件的選擇

氨合成的生產(chǎn)工藝條件必須滿足產(chǎn)量高、消耗定額低、工藝流程及設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、操作方便及安全可靠等要求。決定生產(chǎn)條件最主要的因素是壓力、溫度、空間速度、氣體組成和催化劑等。當(dāng)前第7頁\共有20頁\編于星期四\21點（一）、壓力在一定的空速下，合成壓力越高，出口氨濃度越高，氨凈值(合成塔出入口氨含量之差)越高，合成塔的生產(chǎn)能力也就越大。氨合成系統(tǒng)的能量消耗主要包括原料氣壓縮功、循環(huán)氣壓縮功和氨分離的冷凍功。生產(chǎn)實踐證明，操作壓力在20～35MPa時總能量消耗比較低。當(dāng)前第8頁\共有20頁\編于星期四\21點（二）、溫度將某種催化劑在一定成產(chǎn)條件下具有最高氨生成率的溫度稱為最適宜的溫度。最適宜溫度還和空間速度、壓力等有關(guān)經(jīng)生產(chǎn)實踐得出氨合成操作溫度控制在470~520度較為適宜。三、空間速度當(dāng)操作壓力、溫度及進塔氣組成一定時，空速增加，氨凈值降低。由于氨凈值降低的程度比空間速度的增大倍數(shù)少，所以空間速度增加時氨合成生產(chǎn)強度有所提高及氨產(chǎn)量有所增加。當(dāng)前第9頁\共有20頁\編于星期四\21點當(dāng)前第10頁\共有20頁\編于星期四\21點（三）催化劑

可以作氨合成催化劑的物質(zhì)很多，如鐵、鉑、錳、鎢和鈾等。但由于以鐵為主體的催化劑具有原料來原廣，價格低廉，在低溫下有較好的活性抗毒能力強，使用壽命長等優(yōu)點、廣泛采用。當(dāng)前第11頁\共有20頁\編于星期四\21點1.催化劑的預(yù)還原

為了使合成氨系統(tǒng)在短時間內(nèi)投入生產(chǎn)，將鐵催化劑在合成塔外預(yù)先進行還原，即所謂催化劑的預(yù)還原。

2．催化劑的鈍化

還原后的活性鐵遇到空氣會發(fā)生強烈的氧化反應(yīng)，放出的熱量能使催化劑燒結(jié)失去活性。

鈍化方法是將壓力降到0.5~1MPa，溫度降到50~80度，用氮氣置換系統(tǒng)后逐漸導(dǎo)入空氣使氮氣中氧含量在0.2~0.5%.

當(dāng)前第12頁\共有20頁\編于星期四\21點催化劑的中毒與衰老

1．催化劑的中毒進入合成塔的新鮮混合氣，雖然經(jīng)過了凈化，但仍然含有微量的有毒氣體，使催化劑緩慢中毒，活性降低。

2．催化劑的衰老催化劑經(jīng)長期使用后，活性會逐漸下降，生產(chǎn)能力逐漸降低，這種現(xiàn)象稱為催化劑的衰老。催化劑的中毒和衰老幾乎是無法避免的，但是選用耐熱性能較好的催化劑，改善氣體質(zhì)量和穩(wěn)定操作，能大大延長催化劑的使用壽命。當(dāng)前第13頁\共有20頁\編于星期四\21點第四節(jié)、氨合成工藝流程一、氨合成基本工藝步驟（一）氣體的壓縮和除油（二）氣體的預(yù)熱和合成（三）氨的分離合成塔出口氣體氨含量一般為10~20%因此將氨分離出來。1.水吸收法2.冷凝該法是將合成氣體降溫，使其的氣氨冷凝成液氨，后在氨分離器中，從不凝氣體中分離出來。目前主要采用冷卻法分離循環(huán)氣中的氨。在氨冷凝過程，部分氫氮氣及惰性氣體溶解在液氨中，當(dāng)液氨在“貯罐氣”。當(dāng)前第14頁\共有20頁\編于星期四\21點（一）、氣體的循環(huán)

氫氮混合氣經(jīng)過氨合成塔以后，只有一小部分合成為氨。分離氨以后，剩余的氫氮氣，除為降低惰性氣體含量而少量放空以外，大部分與新鮮原料氣匯合后，重新返回合成塔，在進行氨的合成，從而構(gòu)成了循環(huán)法生產(chǎn)流程。當(dāng)前第15頁\共有20頁\編于星期四\21點（二）、惰性氣體的排除氨合成循環(huán)系統(tǒng)惰性氣體通過三個途徑帶出：1.一小部分從系統(tǒng)中漏損；2.一小部分溶解在液氨中被帶走；3.大部分采用放空的方法，即間斷或連續(xù)地從系統(tǒng)中排放。放空的位置應(yīng)該在氨已大部分分離之后，而又在新鮮氣加入之前。當(dāng)前第16頁\共有20頁\編于星期四\21點（三）、反應(yīng)前的回收利用回收利用反應(yīng)熱的方法主要有以下幾種1.預(yù)熱反應(yīng)前的前氫氮混合氣。在塔內(nèi)設(shè)置換熱器，用反應(yīng)的高溫氣體預(yù)熱反應(yīng)前氫氮混合氣達到催化劑的活性溫度。2.預(yù)熱反應(yīng)前的氫氮混合氣和副產(chǎn)蒸氣既在塔內(nèi)設(shè)置換熱器預(yù)熱反應(yīng)前的氫氮混合氣，又利用余熱副產(chǎn)蒸氣。3.預(yù)熱反應(yīng)前的氫氮混合氣和預(yù)熱高壓鍋爐給水反應(yīng)后的高溫氣體先通過塔內(nèi)的換熱器預(yù)熱反應(yīng)前氫氮混合氣，后在通過塔外換熱器預(yù)熱高壓鍋爐給水。當(dāng)前第17頁\共有20頁\編于星期四\21點二、氨合成工藝流程由于壓縮機型式、操作壓力、氨分離折冷凝級數(shù)、熱能回收形式以及各部分相對位置的差異，氨合成工藝流