合成氨生產工藝流程

合成氨生產工藝流程

2021/5/91內容氨合成的基本理論1、氨合成動力學（反應機理）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

2021/5/92氨的合成

氨的合成工序是在適當的溫度、壓力和有催化劑存在的條件下，將經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，得到產品液氨。2021/5/93第一節(jié)氨合成的基本理論

一、氨合成反應的特點

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

(3)是體積縮小的反應。

(4)反應需要有催化劑才能較快的進行。2021/5/94

二、氨合成反應的化學平衡

1.平衡常數:降溫，平衡常數增大2.平衡氨含量反應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3:1.2021/5/95三、氨合成動力學

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

(1)氣體反應物擴散到催化劑外表面；

(2)反應物自催化劑外表面擴散到毛細孔內表面；

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

(4)吸附狀態(tài)的氣體在催化劑表面上起化學反應，生成產物；

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

(7)產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)為內擴散過程；(3)、(4)和（5）總稱為化學動力學的過程。2021/5/96

四氨合成操作

條件的選擇

氨合成的生產工藝條件必須滿足產量高、消耗定額低、工藝流程及設備結構簡單、操作方便及安全可靠等要求。決定生產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。2021/5/97（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。生產實踐證明，操作壓力在20～35MPa時總能量消耗比較低。2021/5/98（二）、溫度將某種催化劑在一定成產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、壓力等有關經生產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少，所以空間速度增加時氨合成生產強度有所提高及氨產量有所增加。2021/5/992021/5/910（三）催化劑

可以作氨合成催化劑的物質很多，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。2021/5/9111.催化劑的預還原

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

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，放出的熱量能使催化劑燒結失去活性。

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)后逐漸導入空氣使氮氣中氧含量在0.2~0.5%.

2021/5/912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長期使用后，活性會逐漸下降，生產能力逐漸降低，這種現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，改善氣體質量和穩(wěn)定操作，能大大延長催化劑的使用壽命。2021/5/913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，當液氨在“貯罐氣”。2021/5/914（一）、氣體的循環(huán)

氫氮混合氣經過氨合成塔以后，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，從而構成了循環(huán)法生產流程。2021/5/915（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。放空的位置應該在氨已大部分分離之后，而又在新鮮氣加入之前。2021/5/916（三）、反應前的回收利用回收利用反應熱的方法主要有以下幾種1.預熱反應前的前氫氮混合氣。在塔內設置換熱器，用反應的高溫氣體預熱反應前氫氮混合氣達到催化劑的活性溫度。2.預熱反應前的氫氮混合氣和副產蒸氣既在塔內設置換熱器預熱反應前的氫氮混合氣，又利用余熱副產蒸氣。3.預熱反應前的氫氮混合氣和預熱高壓鍋爐給水反應后的高溫氣體先通過塔內的換熱器預熱反應前氫氮混合氣，后在通過塔外換熱器預熱高壓鍋爐給水。2021/5/917二、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、熱能回收形式以及各部分相對位置的差異，氨合