化学工艺学合成氨资料
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系列换热器 透平（过热蒸汽>390 ℃ ）
40
烃类蒸汽转化的趋势
降低S/C 降低一段炉负荷，加至二段炉 热量回收 节能流程 热量能量的综合利用
41
热量能量的综合利用
能量回收
Kcal/hr
1000吨氨/天计，全厂总 能耗为180 *106Kcal/hr
二段炉出口 氨合成 对流段 中变气 脱碳液 甲烷气化 总计
C＋2H2
2CO H2＋CO
CO2＋C C＋H2O
18
一 气态烃类转化的化学反应
独立反应
-反应系统中与其它反应相对独立的化学反应 -独立反应数 = 反应系统中所有的物质数 -形成 这些物质的元素数 CH4＋H2O = CO＋3H2
原子守衡法
CO＋H2O =
CH4 =
CO2＋H2
C＋2H2
19
甲烷蒸汽转化反应理论基础
上部----燃烧反应：一段炉气（H2/CO）与空气反应
强放热，使反应温度达1203℃
中部----装填Cr基镍催化剂 下部----装填Ni基镍催化剂
CH4 + H2O = CO + 3H2
解决燃烧热利用和材质的选择要求，比传统 流程节能25%。
32
33
2 工艺条件
压力 P（35~40atm）---节省原料动力消耗
---回收热值 ---减小工艺设备尺寸
温度T---一段炉出口温度（700~800℃）
---二段炉出口温度（1000℃）
---平衡温距Δ Te↓,催化剂活性↑
一段炉Δ Te 10~15 ℃
二段炉Δ Te 15~30 ℃
34
水碳比（S/C）---
S/C ↑，转化↑ 目前S/C=3.5~4；节能S/C=2.75
45
图2-3顶部烧嘴蒸汽转化炉辐射室结构
图2-3 的说明
天然气 烧嘴
空气 辐射段 对流段 排风机
烟囱
辐射段
燃料燃烧提供转化管热量
对流段
回收烟气的余热预热工艺介质
46
② 炉墙（耐热层+绝热层的复合结构）
耐热层
材 轻质耐火砖 料 高铝纤维毡
③ 转化管
绝热层（外侧设3-5mm钢板）
矿渣棉纤维毡 矿渣棉纤维毡
二段炉加入过量空气
43
四 主要设备 一段转化炉：若干根反应管与加热室的 辐射段以及回收热量的对流段两个主要 部分组成
炉型，转化炉管
由于一段炉反应管长期在高 T、高P 和气体腐蚀的条件下操作，采用耐热合 金钢管；转化炉费用约占全厂投资的 30%，反应管占整个转化炉投资的50%
44
①炉型
⑴ 顶烧 ⑵ 侧烧 ⑶ 梯台 ⑷ 换热式
20
•*平衡组成计算
规定：转化气中甲烷的残余含量<0.5% 设：T 、 p 、 m= H2O/ CH4=S/C、正常生产
以1mol CH4为基准， 设反应的CH4量为xmol，转化的CO量为ymol
CH4＋H2O = CO＋3H2 始 1 m 0 0 终 1-x m-x x 3x CH4 CO
1-x
1 热力学分析
CH4＋H2O = CO＋3H2 CO＋H2O = CO2＋H2
Kp1
3 pCO pH 2
pCH 4 pH 2O p
2
Kp 2
pCO2 p H 2 pCO p H 2O
Kp1 exp(27464/ T 30.707) Kp2 exp(4577 .8 / T 4.33)....... T 873K Kp2 exp(4084 .02 / T 3.765).... T 873K
y (3x y ) ( x y )( m x y )
甲烷与水蒸气混合物m=S/C=5，设转化 过程没有碳黑析出。试计算0.1MPa和 600 ℃条件下的平衡组成。已知此条件 下KpΘ1=0.9618; KpΘ2=2.7。
23
( x y)(3x y)3 p / p 2 0.9618 ( ) (1 x)(m x y) 1 m 2 x
14
原料 + H2O(g) → H2 + CO
原料均可以看作H/C烃类与元素C组成
三种原料中：天然气>液态>固态 吸热反应，热量来源
–直接加热法 –间歇法 –自热部分氧化法
15
1.化学反应
在蒸汽转换过程中，烃类主要进行如下反应： CnH2n+2+n Biblioteka 1 2H2O=3 4
3n 1 n 1 4 CH4+ 4
特点 单系列大型化
热能综合利用
高度自动化
烃 类 蒸 汽 转 化
不足 不利于连续生产
需维持热平衡
发生事故损失巨大
6
三 我国合成氨工业发 展情况
7
三 我国合成氨工业发展情况
建国前 南京 1936美国、硫铵、1万吨氨/年 大连 1937日本、碳铵、 1万吨氨/年 上海 1940美国、电解水、1千吨氨/ 年 中小型：硫酸氨、碳酸氢氨、硝酸氨
④中毒：硫和铅等。
30
四 工业生产方法 1 二段转化过程
转化深度-分两步走原因：
提高原料利用率、热平衡的限制、工艺要求
二段转化的 化学反应
一段炉-耐热合金钢管管式反应器
CH4 + H2O = CO + 3H2 CO + H2O = CO2 + H2 间歇加热，CH4<10%
31
二段炉-直接加热式圆筒设备
x-y y 3x+y
始 x 终 x-y
CO＋H2O =
m-x m-x-y
CO2＋H2
0 y
CO2
H2
3x 3x+y
H2O
m-x-y
21
物质 CH4 CO
物质的量 1-x x-y
干基浓度
1 x 1 3x y x y 1 3x y y 1 3x y 3x y 1 3x y
58~70 70~80
国家：美Kellgg 日TEC 法 大型化 Hemtay 装置 套数： 8 2 3 能耗Gc/t：9.95 9.8 10.44 80~至今 中小型节能降耗；大中型技改困难
8
四 合成氨生产的原则流程
气体原料
原料气脱硫
造气 固体原料
液体原料
净化
CO变换 原料气脱碳 少量CO、CO2脱除
蒸汽 原料天然气
弛放气
加压空气 蒸汽
预热器
190℃
脱硫
510℃
预热
850℃
一段转化
预热
450℃
二段转化
1000℃
废热锅炉
370℃
去变换
37
转化气组成
H2 一段转化气 69.5
CH4 9.95
CO 9.95
CO2 10
N2 0.6
二段转化气
57
0.3
12.8
7.6
22.3
注：此数据为体积%
38
39
常压固定床ugi炉76项目固定床流化床气化床工业化典型炉型灰的状态ugilurgiwinklerhtwkttexaco粒度mm6509070200目200对小颗粒煤受限制不受限制对粘结性煤受限制需搅拌装置受限制不受限制典型煤种无烟煤褐煤褐煤任何煤种三类气化方法的比较77常压10常压365气化区最高温度灰软化温度850900约110013501600气化炉出口温度约100850900约110013501600耗蒸汽高高煤在炉内停留时间min90151s5s续表78h2体积约40373934363135co体积约32202330405845co2体积273013151018ch4体积081012n2体积约20050101煤气含焦油烃类酚少量大量极少量飞灰多续表79原则工艺流程系统间歇煤气质量波动大原料间歇加入缩短加料时间制气应在过量蒸汽存在下进行带出粉尘降温除尘回收显热回收吹风气中的可燃气排渣密封连续气体成分波动大气拒平衡8081氧或富氧空气蒸汽连续气化法82共同点
y (3x y ) 2.7 ( x y )(m x y)
( x y)(3x y)3 1 2 x 1 ( ) (1 x)(5 x y) 6 2 x
2.7( x y )(5 x y ) y (3x y )
0 y x 1
•影响甲烷蒸汽转化反应平衡组成的因素
湿基浓度
1 x 1 m 2x
CO2 H2
H2O
y 3x+y
m-x-y 1+3x+y 1+m+2x
m x y 1 m 2x
干 湿
100% 100%
注意：干湿基
22
Kp1
Kp2
3 pCO pH 2
pCH 4 pH 2O
pCO2 pH 2 pCO pH 2O
( x y )( 3 x y ) 3 p / p 2 ( ) (1 x)( m x y ) 1 m 2 x
空间速度Vsp---原料气空速
---碳空速 ---理论氢空速 ---液空速
35
3 工艺流程 烃 类 蒸 汽 转 化 法 美国Keollgg法
相同点： 一二段转 化、原料 预热和余 热回收 不同点： 一段炉及 烧嘴结构 各有特点
36
丹麦Topsфe法 英国帝国化学公司ICI
二、工艺流程及主要设备 1.天然气蒸气转化流程
水碳比 S/C、温度 T、压力 P
24
总之，提高温度、降低压力和增大水碳比均有 利于提高反应的转化率，使甲烷残余含量降低
25
2 动力学分析
•反应机理
•工业反应器常用动力学方程
•宏观动力学-扩散影响
外扩散影响较小、内扩散影响严重
•反应器结构
外部供热 烃类原料 水蒸气 燃烧
26
CO H2
• 平衡温距--转化炉气体进口实际温度T与出口气 体组成相对应的平衡温度TP之差称为“接近平 衡温度差” Δ Te= | T - TP |
CO2
CnH2n+
n 2
H2O=
CH4+
n 4
CO2
16
烃类稳定性
比较ΔGf , CH4 最稳定
生成的甲烷与水蒸气进行转化反应：
CH4＋H2O CH4＋2H2O CO＋H2O CO2＋CH4 CO＋3H2 CO2＋4H2 CO2＋H2 2CO＋2H2
17
烃类蒸汽转化过程中主要副反应如下：
CH4
材质：HK-40(25%Cr,20%Ni,0.4%C)
HP-40-Nb(Cr25,Ni35,Nb),HP-50-Nb
47
二段转化炉
在1000 ℃高T下进一步转化CH4，是合 成氨生产中温度最高的催化反应过程 结构：立式圆筒，壳体材质是碳钢，内 衬耐火材料，炉外有水夹套
48
工艺计算
例：以化学平衡进行物料衡算 -- 试就天然气甲 烷蒸汽转化制取氢气过程进行物料衡算。该厂 每小时消耗天然气4700M3，其组成为： 组成 CH4 C2H6 C3H8 C4H1
化工工艺学
合成氨 2013.7.8
第一部分 合成氨
一 合成氨在国民经济中的地位
1 合成氨是大量有效固定氮的方法
氮的固定： AIR中（78%）游离N2→氮的化合物
电弧法： N2 + O2 → 2NO (3000℃,放电 )
NO + 1/2O2 → NO2
NO2 + H2O → HNO3
2
电石法(氰氨法)：CaO + 3C → CaC2 + CO CaC2 + N2 → CaCN2 + C CaCN2 + 3H2O → CaCO3 + 2NH3 合成氨法: N2 + 3H2 → 2NH3 (l) (高P、T、Cat.)
50*106 20 *106 40 *106 10 *106 10 *106 10 *106 140 *106
需外部供给40 *106Kcal/hr
42
节能流程
预热燃料及燃炉空气 二段转化气用于加热原料CH4 降低S/C比 3.5~4.0（节能2.75）
采用高活性催化剂 提高炉温，Y甲烷残降低
Kp Jp
Kp Jp
Tp
T
T
Tp
吸热
放热
27
3 转化过程的析碳
析碳的途径：三个副反应 析碳的危害：
覆盖催化剂表面，甲烷转化率下降
局部过热，缩短反应管寿命
催化剂粉碎，床层阻力增大
析碳的热力学 析碳的动力学
适当提高水蒸气用量
防止析碳的方法
选择高活性催化剂，保持活性 控制含烃原料预热温度不要太高
方法 能耗/ GJ/tNH3 电弧法 700 电石法 279 合成氨法 21.23
3
2 氨的作用
化肥；基本化工原料；炸药；冷冻剂
4
二 世界合成氨发展情况 1 合成氨的生产过程 造气(N2、H2) → 净化 →压缩合成 2 四大阶段
5
发明与扩大阶段 1901-1945 原料变迁阶段 1946-60年代初 大型化阶段 60年代初-1973 节能降耗阶段 1973重 油 部 分 氧 化
28
三 烃类蒸汽转化催化剂 1 催化剂的工艺要求
活性好、选择性好、强度好、抗毒性强、寿 命长、廉价易得
2 烃类转化催化剂
基本条件：高活性、强度好及抗析碳性强
基本组成：活性组分、助催化剂和载体
29
2.烃类蒸汽转化催化剂
烃类蒸汽转化都是在1000℃下反应，其反应速度 也很慢，需加催化剂。 ①活性组分：10～25％（重量）Ni ②载体、助剂：α -Al2O3,MgO-Al2O3,ZrO2-Al2O， CaO-Al2O3 ③还原活化：原因，镍的氧化物无活性 目的，还原氧化物、脱除微量毒物
天然气为原料的Keollgg法
存在问题 解决方法
原料气压力低
原料气压缩（天然气、工 艺空气） 强放热 供热装置（对流段、辐射 段）、供汽装置（汽包） 催化剂易中毒Σ Ѕ<0.5ppm 精脱硫（ZnO） 二段出口1000 ℃→中变 370 ℃移热量 烟道气1000 ℃ →放空
动力
系列换热器、废热锅炉
气态 天然气 油口气 焦炉气 炼厂气 重油 石脑油
原 料
液态
固态
煤 焦碳
12
13
能量消耗 （106kJ） 35.6 天然气 加压蒸汽转化 石脑油 加压蒸汽转化 重油 煤 煤 加压部分氧化 常压部分氧化 电解 36.8 41.6 48.6 58.6
原料
造气方法
相对投资 1 1.15 1.5 1.8~2.1 1.8~2.1
合成
9
空气
分离
原料油
部分氧化
CO变换
甲醇洗
氮洗
蒸汽
氨
合成
压缩
以重油为原料，加压部分氧化、冷法净化制氨流程
10
五 合成氨工艺课的内容
不仅了解单体设备，更主要在于各设备间的 有机联系 生产流程、工艺条件、量量衡算、经济观 点 合成氨生产的特点 更新快、老化快、典型性强 几点要求
11
2.1 合成气的制取 2.1.1 烃类的蒸汽转化
40
烃类蒸汽转化的趋势
降低S/C 降低一段炉负荷，加至二段炉 热量回收 节能流程 热量能量的综合利用
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热量能量的综合利用
能量回收
Kcal/hr
1000吨氨/天计，全厂总 能耗为180 *106Kcal/hr
二段炉出口 氨合成 对流段 中变气 脱碳液 甲烷气化 总计
C＋2H2
2CO H2＋CO
CO2＋C C＋H2O
18
一 气态烃类转化的化学反应
独立反应
-反应系统中与其它反应相对独立的化学反应 -独立反应数 = 反应系统中所有的物质数 -形成 这些物质的元素数 CH4＋H2O = CO＋3H2
原子守衡法
CO＋H2O =
CH4 =
CO2＋H2
C＋2H2
19
甲烷蒸汽转化反应理论基础
上部----燃烧反应：一段炉气（H2/CO）与空气反应
强放热，使反应温度达1203℃
中部----装填Cr基镍催化剂 下部----装填Ni基镍催化剂
CH4 + H2O = CO + 3H2
解决燃烧热利用和材质的选择要求，比传统 流程节能25%。
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33
2 工艺条件
压力 P（35~40atm）---节省原料动力消耗
---回收热值 ---减小工艺设备尺寸
温度T---一段炉出口温度（700~800℃）
---二段炉出口温度（1000℃）
---平衡温距Δ Te↓,催化剂活性↑
一段炉Δ Te 10~15 ℃
二段炉Δ Te 15~30 ℃
34
水碳比（S/C）---
S/C ↑，转化↑ 目前S/C=3.5~4；节能S/C=2.75
45
图2-3顶部烧嘴蒸汽转化炉辐射室结构
图2-3 的说明
天然气 烧嘴
空气 辐射段 对流段 排风机
烟囱
辐射段
燃料燃烧提供转化管热量
对流段
回收烟气的余热预热工艺介质
46
② 炉墙（耐热层+绝热层的复合结构）
耐热层
材 轻质耐火砖 料 高铝纤维毡
③ 转化管
绝热层（外侧设3-5mm钢板）
矿渣棉纤维毡 矿渣棉纤维毡
二段炉加入过量空气
43
四 主要设备 一段转化炉：若干根反应管与加热室的 辐射段以及回收热量的对流段两个主要 部分组成
炉型，转化炉管
由于一段炉反应管长期在高 T、高P 和气体腐蚀的条件下操作，采用耐热合 金钢管；转化炉费用约占全厂投资的 30%，反应管占整个转化炉投资的50%
44
①炉型
⑴ 顶烧 ⑵ 侧烧 ⑶ 梯台 ⑷ 换热式
20
•*平衡组成计算
规定：转化气中甲烷的残余含量<0.5% 设：T 、 p 、 m= H2O/ CH4=S/C、正常生产
以1mol CH4为基准， 设反应的CH4量为xmol，转化的CO量为ymol
CH4＋H2O = CO＋3H2 始 1 m 0 0 终 1-x m-x x 3x CH4 CO
1-x
1 热力学分析
CH4＋H2O = CO＋3H2 CO＋H2O = CO2＋H2
Kp1
3 pCO pH 2
pCH 4 pH 2O p
2
Kp 2
pCO2 p H 2 pCO p H 2O
Kp1 exp(27464/ T 30.707) Kp2 exp(4577 .8 / T 4.33)....... T 873K Kp2 exp(4084 .02 / T 3.765).... T 873K
y (3x y ) ( x y )( m x y )
甲烷与水蒸气混合物m=S/C=5，设转化 过程没有碳黑析出。试计算0.1MPa和 600 ℃条件下的平衡组成。已知此条件 下KpΘ1=0.9618; KpΘ2=2.7。
23
( x y)(3x y)3 p / p 2 0.9618 ( ) (1 x)(m x y) 1 m 2 x
14
原料 + H2O(g) → H2 + CO
原料均可以看作H/C烃类与元素C组成
三种原料中：天然气>液态>固态 吸热反应，热量来源
–直接加热法 –间歇法 –自热部分氧化法
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1.化学反应
在蒸汽转换过程中，烃类主要进行如下反应： CnH2n+2+n Biblioteka 1 2H2O=3 4
3n 1 n 1 4 CH4+ 4
特点 单系列大型化
热能综合利用
高度自动化
烃 类 蒸 汽 转 化
不足 不利于连续生产
需维持热平衡
发生事故损失巨大
6
三 我国合成氨工业发 展情况
7
三 我国合成氨工业发展情况
建国前 南京 1936美国、硫铵、1万吨氨/年 大连 1937日本、碳铵、 1万吨氨/年 上海 1940美国、电解水、1千吨氨/ 年 中小型：硫酸氨、碳酸氢氨、硝酸氨
④中毒：硫和铅等。
30
四 工业生产方法 1 二段转化过程
转化深度-分两步走原因：
提高原料利用率、热平衡的限制、工艺要求
二段转化的 化学反应
一段炉-耐热合金钢管管式反应器
CH4 + H2O = CO + 3H2 CO + H2O = CO2 + H2 间歇加热，CH4<10%
31
二段炉-直接加热式圆筒设备
x-y y 3x+y
始 x 终 x-y
CO＋H2O =
m-x m-x-y
CO2＋H2
0 y
CO2
H2
3x 3x+y
H2O
m-x-y
21
物质 CH4 CO
物质的量 1-x x-y
干基浓度
1 x 1 3x y x y 1 3x y y 1 3x y 3x y 1 3x y
58~70 70~80
国家：美Kellgg 日TEC 法 大型化 Hemtay 装置 套数： 8 2 3 能耗Gc/t：9.95 9.8 10.44 80~至今 中小型节能降耗；大中型技改困难
8
四 合成氨生产的原则流程
气体原料
原料气脱硫
造气 固体原料
液体原料
净化
CO变换 原料气脱碳 少量CO、CO2脱除
蒸汽 原料天然气
弛放气
加压空气 蒸汽
预热器
190℃
脱硫
510℃
预热
850℃
一段转化
预热
450℃
二段转化
1000℃
废热锅炉
370℃
去变换
37
转化气组成
H2 一段转化气 69.5
CH4 9.95
CO 9.95
CO2 10
N2 0.6
二段转化气
57
0.3
12.8
7.6
22.3
注：此数据为体积%
38
39
常压固定床ugi炉76项目固定床流化床气化床工业化典型炉型灰的状态ugilurgiwinklerhtwkttexaco粒度mm6509070200目200对小颗粒煤受限制不受限制对粘结性煤受限制需搅拌装置受限制不受限制典型煤种无烟煤褐煤褐煤任何煤种三类气化方法的比较77常压10常压365气化区最高温度灰软化温度850900约110013501600气化炉出口温度约100850900约110013501600耗蒸汽高高煤在炉内停留时间min90151s5s续表78h2体积约40373934363135co体积约32202330405845co2体积273013151018ch4体积081012n2体积约20050101煤气含焦油烃类酚少量大量极少量飞灰多续表79原则工艺流程系统间歇煤气质量波动大原料间歇加入缩短加料时间制气应在过量蒸汽存在下进行带出粉尘降温除尘回收显热回收吹风气中的可燃气排渣密封连续气体成分波动大气拒平衡8081氧或富氧空气蒸汽连续气化法82共同点
y (3x y ) 2.7 ( x y )(m x y)
( x y)(3x y)3 1 2 x 1 ( ) (1 x)(5 x y) 6 2 x
2.7( x y )(5 x y ) y (3x y )
0 y x 1
•影响甲烷蒸汽转化反应平衡组成的因素
湿基浓度
1 x 1 m 2x
CO2 H2
H2O
y 3x+y
m-x-y 1+3x+y 1+m+2x
m x y 1 m 2x
干 湿
100% 100%
注意：干湿基
22
Kp1
Kp2
3 pCO pH 2
pCH 4 pH 2O
pCO2 pH 2 pCO pH 2O
( x y )( 3 x y ) 3 p / p 2 ( ) (1 x)( m x y ) 1 m 2 x
空间速度Vsp---原料气空速
---碳空速 ---理论氢空速 ---液空速
35
3 工艺流程 烃 类 蒸 汽 转 化 法 美国Keollgg法
相同点： 一二段转 化、原料 预热和余 热回收 不同点： 一段炉及 烧嘴结构 各有特点
36
丹麦Topsфe法 英国帝国化学公司ICI
二、工艺流程及主要设备 1.天然气蒸气转化流程
水碳比 S/C、温度 T、压力 P
24
总之，提高温度、降低压力和增大水碳比均有 利于提高反应的转化率，使甲烷残余含量降低
25
2 动力学分析
•反应机理
•工业反应器常用动力学方程
•宏观动力学-扩散影响
外扩散影响较小、内扩散影响严重
•反应器结构
外部供热 烃类原料 水蒸气 燃烧
26
CO H2
• 平衡温距--转化炉气体进口实际温度T与出口气 体组成相对应的平衡温度TP之差称为“接近平 衡温度差” Δ Te= | T - TP |
CO2
CnH2n+
n 2
H2O=
CH4+
n 4
CO2
16
烃类稳定性
比较ΔGf , CH4 最稳定
生成的甲烷与水蒸气进行转化反应：
CH4＋H2O CH4＋2H2O CO＋H2O CO2＋CH4 CO＋3H2 CO2＋4H2 CO2＋H2 2CO＋2H2
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烃类蒸汽转化过程中主要副反应如下：
CH4
材质：HK-40(25%Cr,20%Ni,0.4%C)
HP-40-Nb(Cr25,Ni35,Nb),HP-50-Nb
47
二段转化炉
在1000 ℃高T下进一步转化CH4，是合 成氨生产中温度最高的催化反应过程 结构：立式圆筒，壳体材质是碳钢，内 衬耐火材料，炉外有水夹套
48
工艺计算
例：以化学平衡进行物料衡算 -- 试就天然气甲 烷蒸汽转化制取氢气过程进行物料衡算。该厂 每小时消耗天然气4700M3，其组成为： 组成 CH4 C2H6 C3H8 C4H1
化工工艺学
合成氨 2013.7.8
第一部分 合成氨
一 合成氨在国民经济中的地位
1 合成氨是大量有效固定氮的方法
氮的固定： AIR中（78%）游离N2→氮的化合物
电弧法： N2 + O2 → 2NO (3000℃,放电 )
NO + 1/2O2 → NO2
NO2 + H2O → HNO3
2
电石法(氰氨法)：CaO + 3C → CaC2 + CO CaC2 + N2 → CaCN2 + C CaCN2 + 3H2O → CaCO3 + 2NH3 合成氨法: N2 + 3H2 → 2NH3 (l) (高P、T、Cat.)
50*106 20 *106 40 *106 10 *106 10 *106 10 *106 140 *106
需外部供给40 *106Kcal/hr
42
节能流程
预热燃料及燃炉空气 二段转化气用于加热原料CH4 降低S/C比 3.5~4.0（节能2.75）
采用高活性催化剂 提高炉温，Y甲烷残降低
Kp Jp
Kp Jp
Tp
T
T
Tp
吸热
放热
27
3 转化过程的析碳
析碳的途径：三个副反应 析碳的危害：
覆盖催化剂表面，甲烷转化率下降
局部过热，缩短反应管寿命
催化剂粉碎，床层阻力增大
析碳的热力学 析碳的动力学
适当提高水蒸气用量
防止析碳的方法
选择高活性催化剂，保持活性 控制含烃原料预热温度不要太高
方法 能耗/ GJ/tNH3 电弧法 700 电石法 279 合成氨法 21.23
3
2 氨的作用
化肥；基本化工原料；炸药；冷冻剂
4
二 世界合成氨发展情况 1 合成氨的生产过程 造气(N2、H2) → 净化 →压缩合成 2 四大阶段
5
发明与扩大阶段 1901-1945 原料变迁阶段 1946-60年代初 大型化阶段 60年代初-1973 节能降耗阶段 1973重 油 部 分 氧 化
28
三 烃类蒸汽转化催化剂 1 催化剂的工艺要求
活性好、选择性好、强度好、抗毒性强、寿 命长、廉价易得
2 烃类转化催化剂
基本条件：高活性、强度好及抗析碳性强
基本组成：活性组分、助催化剂和载体
29
2.烃类蒸汽转化催化剂
烃类蒸汽转化都是在1000℃下反应，其反应速度 也很慢，需加催化剂。 ①活性组分：10～25％（重量）Ni ②载体、助剂：α -Al2O3,MgO-Al2O3,ZrO2-Al2O， CaO-Al2O3 ③还原活化：原因，镍的氧化物无活性 目的，还原氧化物、脱除微量毒物
天然气为原料的Keollgg法
存在问题 解决方法
原料气压力低
原料气压缩（天然气、工 艺空气） 强放热 供热装置（对流段、辐射 段）、供汽装置（汽包） 催化剂易中毒Σ Ѕ<0.5ppm 精脱硫（ZnO） 二段出口1000 ℃→中变 370 ℃移热量 烟道气1000 ℃ →放空
动力
系列换热器、废热锅炉
气态 天然气 油口气 焦炉气 炼厂气 重油 石脑油
原 料
液态
固态
煤 焦碳
12
13
能量消耗 （106kJ） 35.6 天然气 加压蒸汽转化 石脑油 加压蒸汽转化 重油 煤 煤 加压部分氧化 常压部分氧化 电解 36.8 41.6 48.6 58.6
原料
造气方法
相对投资 1 1.15 1.5 1.8~2.1 1.8~2.1
合成
9
空气
分离
原料油
部分氧化
CO变换
甲醇洗
氮洗
蒸汽
氨
合成
压缩
以重油为原料，加压部分氧化、冷法净化制氨流程
10
五 合成氨工艺课的内容
不仅了解单体设备，更主要在于各设备间的 有机联系 生产流程、工艺条件、量量衡算、经济观 点 合成氨生产的特点 更新快、老化快、典型性强 几点要求
11
2.1 合成气的制取 2.1.1 烃类的蒸汽转化