合成氨生产原料确定参考课件

合成氨生产原料的确定
小组成员：骆骁 张杰华 包二 刘灿 刘江霞
1
一、 合成氨生产条件的比较
目前，合成氨的生产方法主要有固体燃料 气化法（煤或焦炭的气化），烃类蒸汽转化法 （天然气，石脑油），重油部分氧化法。由于 合成氨原料气中的氮气容易取得，所以原料气 的制备主要是制取氢气，而CO在变换过程能 产生同体积的氢气，因此把原料气中的CO和 H2看作有效气体成分。
5
（1）温度
由图可知：压力一定、温度升高时，H2及CO含量增 加；CO2及CH4等减小。 由上述热力学和动力学分析可知，温度必须在900℃以 上才有满意的气化速度，且H2、CO含量较高，一般操 作温度在1100℃以上。近年来新工艺采用 1500~1600℃进行气化，使生产强度大大提高。
6
（2）压力
氨的合成需要H2：N2为3:1的原料气，要 求造气制得的煤气中有效气成分与氮气比例为 （3.1—3.2）：1，这就是通常所说的半水煤 气。
2
（一）固体燃料气化法
工业上用气化剂对煤或焦炭进行热加工，将 碳转换为可燃性气体的过程，称为固体燃料 的气化。气化所得的可燃性气体通称为煤气 ⑴空气煤气：以空气为汽化剂制得的煤气。 主要成分为 N2+CO(CO2) ⑵水煤气：以水为气化剂,主要成分为H2+CO ⑶混合煤气：以空气和水为汽化剂所得煤气。 ⑷半水煤气：以适量空气（或富氧空气）和 水蒸汽作为气化剂，所得气体的组成符合 （CO+H2)/N2=3.1～3.2(摩尔比)以能满足 生产合成氨对氢氧比的要求.
温度一定、压力升高时，H2及CO含量增加；CO2 CH4等减小；降低压力有利于提高CO和H2的平衡浓度， 但加压有利于提高反应速率并减小反应体积，目前气化一 般采用2.5~3.2MPa，其CH4含量较常压高些。
7
（3）水蒸气和氧气的比
氧的作用是与煤燃烧放热供给水蒸气与煤的气 化反应，H2O/O2比值对温度和煤气组成有影响，其 比值要依据采用煤气化生产方法而定。
14
4.固体燃料气化法生产合成氨工艺流程图
13
⑷气流床连续式气化制水煤气
强烈返混和气化，强化了传热和传质，水煤浆在炉中仅停 留5~7S，液态排灰。当压力为4MPa时，出口气的体积组成为 CO44~51%,H235~36%,CO213~18%，CH40.1%.碳转化率达97~99%。 回收高温出口气显热的方式有废热锅炉式和冷激式（氨厂采 用）。
10
吹风 → 蒸汽吹净 → 一次上吹制气→下吹制气
（空气↑） （蒸汽↑） （蒸汽↓）
→二次上吹制气→空气吹净
（蒸汽↑）（空气↑）煤气发生炉内，燃 料层自上而下分为： 干燥区、 干馏区 还原区和氧化区、 灰渣区。
11
间歇操作是通过控制阀门的开启顺序和 开启时间达到制气的目的-气体组成及热量的 利用。间歇法制气非制气时间较多，生产强 度低，而且阀门开关频繁，阀件易损坏，故 工艺落后。优点是不用纯氧只用空气，生产 成本和投资费用低。
（4）吹风速度
提高炉温的主要手段是提高入炉空气量。入炉空气量是 由吹风速度和吹风时间来决定的。在氧化层中，碳的燃烧速 度很快，属于扩散控制。所以提高吹风速度，有利于碳的燃 烧反应，还可缩短二氧化碳与灼热碳层的接触时间，以减少 一氧化碳的生成量，从而减少了热损失，增加了炉内的蓄热 量。在入炉空气量一定的情况下，提高吹风速度，还可以延 长制气时间，有利于提高煤气发生炉的生产能力。但吹风速 度过大，将导致吹出物量增加，燃料损失加大，严重时，出 现风洞甚至吹翻，造成气化条件恶化。
3
1.固体燃料气化的基本原理
CC O O 12 O 2 C CO2 O H H0 0 3 283.. 28 kk J9 // mm oJ l 3
2
2
C 1 2 O 2 CO H 0 1.1 6 k0 /J mo
C C 2 C OO H 0 1 . 3 k 7 / m J 2 2
①碳和氧的反应 实践证明： Ⅰ、在温度高于1000℃时，燃烧产物主要是CO、在500℃ 以下时主要是CO２， Ⅱ、温度低于775℃ ，属动力学控制； Ⅲ、温度高于900℃ ，扩散控制加剧。 ②碳和水蒸气的反应 实践证明：
Ⅰ、t＝400℃～1100℃ ，属动力学控制； Ⅱ、t大于1100℃ ，属扩散控制。
由反应原理可知：碳与水蒸气的反应为吸热反
应，而碳与空气的反应为放热反应，如果控制空气
和水蒸气的比例，使碳与空气反应放出的热量等于
碳与水蒸气反应所需的热量，则制气过程可以维持
自热运行，但生产的气体组成难以满足要求。
4
2.固体燃料气化法的条件分析
固体燃料中的碳和汽化剂在煤气发生炉中所进 行的反应属于气固相系统的多相反应。其反应速度的 大小不仅与碳和汽化剂的化学反应速度有关，同时还 受汽化剂向碳的表面扩散速度的影响。
9
⑵间歇式制取半水煤气的工作循环及设备
固定床间歇式气化制半水煤气的操作方式为燃 烧与制气分阶段进行，所用设备称煤气发生炉。炉 中填满块状煤或焦炭，首先吹入空气使煤完全燃烧 生成CO2并放出大量的热,使煤层升温，烟道气放空； 待煤层温度达1200℃左右，停止吹风，转吹水蒸气， 与高温煤层反应，生成CO、H2等气体，制成水煤 气，送入气柜。气化吸热使煤层温度下降，当降至 950℃时，停止送蒸汽，重新进行燃烧阶段。如此 交替操作，完成制气。
12
⑶固定床连续式气化制水煤气
固定床连续式气化制水煤气法由德国鲁奇公司开发。燃 料块状煤或焦炭由炉顶定时加入，气化剂为水蒸气和纯氧混 合气，在汽化炉中同时进行碳与氧的燃烧放热反应和碳与蒸 汽的气化吸热反应，调H2O/O2比例，就可连续制气，生产强 度较高，且煤气质量稳定。但因煤气中CH4和CO2含量高，CO 含量低，一般作城市煤气。
8
3.固体燃料气化法的生产方法及主要设备
⑴生产方法分类
煤气化过程需要吸热和高温，工业上采 用燃烧煤来实现。气化过程按操作方式分为： 间歇式和连续式，前者的工艺较后者落后， 现正在被淘汰。现一般按采用的反应器类型 分为：固定床（移动床）、流化床、气流床 和熔融床。前三种以被工业生产采用，而熔 融床处于中试阶段。