氮肥生产与工艺研究

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反应
**固体燃料气化
吹风
2C＋O2＋3.76N2 = 2CO＋3.76N2＋248.7 kJ·mol-1
制气
5C＋5H2O(g)= 5CO＋5H2－590.5 kJ·mol-1
总反应 7C＋O2＋3.76 N2＋5H2O(g)==7CO＋3.76 N2＋5H2－341.8 kJ·mol-1
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发展史
***尿素的合成
19世纪末，在热力学、动 力学和催化剂等领域取得进展 后，对合成氨反应的研究有了 新的进展。1901年法国物理化 学家吕·查得利提出氨合成的条 件是高温、高压，并有适当催 化剂存在。
1909年，德国人哈伯以锇 为催化剂在17～20MPa和500～ 600℃温度下进行了合成氨研究， 得到6％的氨。
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过程
**固体燃料气化
工业上采用间歇操作送风发热法，即交替进行吹风和制气。
a．空气吹风 空气从 造气炉底部吹入，送风 发热，提高炉温，吹风 后的气体去废热锅炉回 收热量后放空；
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c．下吹制气 上吹制气后， 炉底温度下降，炉顶温度尚 高，使蒸汽从炉顶吹入与碳 反应，生成半水煤气从炉底 导出，经除尘、洗涤, 送入 气柜。
活力论认为无机物与有机物有根本性差异，无机物所以无法变 成有机物，有机化合物只能由生物的细胞在一种特殊的力量— —生命力的作用下产生，人工合成是不可能的。
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肥效
*尿素概述
尿素是一种简单的有机化合物，属酰胺态氮肥，含氮量46%，呈白 色或淡黄色，易溶于水；尿素属于中性肥料，施入土中，没有什 么物质残留下来，不会使土壤性状变坏；土壤对尿素分子的吸收 较弱，作物对尿素直接利用很少，只有经过微生物水解作用后， 使之转变成碳酸铵或碳酸氢铵，就可以被作物大量吸收。由于转 化需要时间，所以肥效比硫酸铵、碳酸氢铵较迟。
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工艺条件
工艺条件包括原料、设备和工艺
操作等方面
设备：对制气过程影响较大的设备是风机和炉篦。
强风短吹有利于降低CO 的损失，争取更多的有效
制气时间。
炉篦沿截面均匀分布有炭层均匀下移，局部阻力损
失小。
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工艺条件 工艺条件包括原料、设备和工艺操作等方面
操作条件：包括温度、吹风速度、蒸汽用量、循环 时间及分配。
氮肥的生产和工艺研究
第六章 氮肥的生产
尿素生产工艺 硝酸铵的生产
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发现
*尿素概述
1773年，伊莱尔·罗埃尔（Hilaire Rouelle）发现尿素。1828年，德 国化学家弗里德里希·维勒首次使用无机物质氰酸氨与硫酸铵人工合 成了尿素。本来他打算合成氰酸铵，却得到了尿素。尿素的合成揭开 了人工合成有机物的序幕。从此，活力论的错误证明了，有机化学实 际上开辟了。
b．上吹制气 蒸汽从 炉底吹入制水煤气， 水煤气通过废热锅炉 回收热量，除尘、洗 涤后送入气柜。
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d．二次上吹 下吹后，炉底充 满水煤气，此时吹入空气升高 炉温，可能引起爆炸。再从炉 底吹入蒸汽将炉底煤气排净， 为吹风作准备。二次上吹虽可 制气，但炉温低，气质差，二 次上吹时间尽可能短；
e．空气吹净 空气从炉底吹入， 将残存的水煤气吹出并送入气 柜，同时制得的吹风气(空气煤 气 ) 与 b,c,d 阶 段 制 得 的 水 煤 气 在气柜中混合为半水煤气。
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原料
***烃类蒸气转化
轻质烃原料主要是天然气、油田气、炼厂气、轻油 等，其中应用最多的是天然气，其主要成分是CH4。
特点
不用氧气，投资少，能耗低。
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反应
***烃类蒸气转化
轻质烃在а-Al2O3为载体的镍催化剂的作用下，与 水蒸气发生反应，生成氢与一氧化碳，以甲烷为例：
CH4 + H2O ３H2 + CＯ－206.4KJ
剂的表面上而降低其活性。抑制析碳反应的有效措施是
增加水蒸气的用量，生产上要求n（CH4）与n（水蒸气）的摩 尔比需达到1：3.5。
这是一个可逆吸热反应，温度越高，反应速率 越快，转化率越高。为了获得99%以上的转化 率，反应温度需达到1230°C以上。
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副反应
***烃类蒸气转化
CH4 2CO CO+H2
C+2H2 C+CO2 C+H2O
析碳反应
CH4+2H2O
CO2+4H2
析碳不仅降低了原料的利用率，而且析碳覆盖在催化
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物理性质
**尿素的性质
无色或白色针状或棒状结晶体，工业或农业品为白色略带微红色固 体颗粒，无臭无味。密度1．335g/cm3。熔点132.7℃。溶于水、醇， 不溶于乙醚、氯仿。呈微碱性。因为在人尿中含有这种物质，所以取 名尿素。
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化学性质
**尿素的性质
分子式：CO(NH2)2，分子量 60.06，结构式 尿素在酸、碱、酶作用下（酸、碱需加热）能水解生成氨和二氧化碳。 对热不稳定，加热至150~160℃将脱氨成缩二脲。若迅速加热将脱氨而 三聚成六元环化 合物三聚氰酸。
1911年米塔希研究成功以铁 为活性组分的合成催化剂，铁 基催化剂活性好、比锇催化剂 价廉、易得。
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原料气
氨气
氮气 氢气
合*合成成氨氨工工业业概概述述
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空气 烃或水
氮气通过廉价的空气制得。 氢气的来源有：烃类转化、固体燃 料气化和重油氧化。其中以天然气 为原料的气态烃类转化过程经济效
益最高。
原则流程
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过程
特点：气化设备简单、便于控制。能耗大，约 有一半原料被当作燃料烧掉；生产能力低；产生三 废(煤渣、废水、含硫废气等)较多。
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工艺条件
工艺条件包括原料、设备和工艺
操作等方面
原料：随原料的性能不同而又很多差异，主要表
现在粒度、灰熔点、机械强度、热稳定性以及反
应活性等。
灰熔点：煤灰熔融性是动力和气化用煤的重要指标。煤灰 是由各种矿物质组成的混合物，没有一个固定的熔点，只 有一个熔化温度的范围。煤灰熔融性又称灰熔点。煤的矿 物质成分不同，煤的灰熔点比其某一单个成分灰熔点低。
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定义
**固体燃料气化
把煤或焦炭中的可燃物质转变为H2、CO和CO2，这一过程 叫做固体燃料气化，简称造气。气化所得的气体统称煤气，进行 气化的设备叫煤气发生炉。
采用间歇法造气时，空气和蒸汽交替通入煤气发生炉。通入 空气的过程称为吹风，制得的煤气叫空气煤气；通入水蒸气的过 程称为制气，制得的煤气叫水煤气；空气煤气与水煤气的混合物 称为半水煤气。