化工工艺学课件合成氨05b
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化学工艺学课件-合成氨
n 1 2
CnH2n+2+
H2O=
3 4
n 1 4
3n 1 CH4+ 4
CO2
CnH2n+
n 2
H2O=
CH4+
n 4
CO2
14
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
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
20
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
CH4 =
CO2＋H2
C＋2H2
17
甲烷蒸汽转化反应理论基础
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(45778 / T 4.33)....... 873K . T Kp2 exp(408402 / T 3.765).... 873K . T
CnH2n+2+
H2O=
3 4
n 1 4
3n 1 CH4+ 4
CO2
CnH2n+
n 2
H2O=
CH4+
n 4
CO2
14
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
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
20
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
CH4 =
CO2＋H2
C＋2H2
17
甲烷蒸汽转化反应理论基础
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(45778 / T 4.33)....... 873K . T Kp2 exp(408402 / T 3.765).... 873K . T
化工工艺学1章合成氨.ppt
质烃类转化。其中以天然气为原料的气态烃类转化过程 经济效益最高，因此本节重点介绍气态烃类蒸汽转化过 程。
• 天然气中主要成份为甲烷，还含有乙烷、丙烷及其他少
量烯烃等，其中也有极少量的S等对催化剂有害的元素。 一般以甲烷为代表来讨论气态烃类蒸汽转化的主要反应 及其控制条件。
工段一之化学原理
1 转化的化学原理 P3
一、 概述 Introduction
• 空气中含有大量的游离氮，但是只有极少数农作物才能
直接吸收空气中的氮。大多数作物只能吸收化合态氮来 供给生长所需主要养分。将空气中的氮转化为氮化合物 的过程称为固定氮，它是化学化工研究中既古老又前沿 的课题。
• 目前已投入工业生产的主要固定氮方法：
1.合成氨法 2. 氰氨法 3.电弧法
• 本门课学习方法
✓ 化学原理
✓ 生产方法
✓ 工艺条件（T、P、catalyst……)
✓ 工艺流程
✓ 关键设备
①用什么原料？②用什么方法？ ③具体如何实现？
（化学原理）
H2 NH3
N2 3H2+N2=2NH3
（生产方法） （工艺流程、工艺条件、关键设备）
H2如何得？ N2如何得？ 如何合成NH3？
+Q
CO(g) + H2(g) = C(s) + H2O(g) + Q
（4） （5） （6）
工段一之工艺条件
2 转化的工艺条件
2.1 甲烷蒸汽转化反应的热力学分析 P3
热力学解决的是：是否有推动力-△B，反应可 否进行的问题。（参见《物化上册》）
2.2 甲烷蒸汽转化反应的动力学分析 P5
动力学解决的是：如何提高反应速率，减少反应 阻力，缩短达到平衡的时间的问题。（参见 《物化下册》）
• 天然气中主要成份为甲烷，还含有乙烷、丙烷及其他少
量烯烃等，其中也有极少量的S等对催化剂有害的元素。 一般以甲烷为代表来讨论气态烃类蒸汽转化的主要反应 及其控制条件。
工段一之化学原理
1 转化的化学原理 P3
一、 概述 Introduction
• 空气中含有大量的游离氮，但是只有极少数农作物才能
直接吸收空气中的氮。大多数作物只能吸收化合态氮来 供给生长所需主要养分。将空气中的氮转化为氮化合物 的过程称为固定氮，它是化学化工研究中既古老又前沿 的课题。
• 目前已投入工业生产的主要固定氮方法：
1.合成氨法 2. 氰氨法 3.电弧法
• 本门课学习方法
✓ 化学原理
✓ 生产方法
✓ 工艺条件（T、P、catalyst……)
✓ 工艺流程
✓ 关键设备
①用什么原料？②用什么方法？ ③具体如何实现？
（化学原理）
H2 NH3
N2 3H2+N2=2NH3
（生产方法） （工艺流程、工艺条件、关键设备）
H2如何得？ N2如何得？ 如何合成NH3？
+Q
CO(g) + H2(g) = C(s) + H2O(g) + Q
（4） （5） （6）
工段一之工艺条件
2 转化的工艺条件
2.1 甲烷蒸汽转化反应的热力学分析 P3
热力学解决的是：是否有推动力-△B，反应可 否进行的问题。（参见《物化上册》）
2.2 甲烷蒸汽转化反应的动力学分析 P5
动力学解决的是：如何提高反应速率，减少反应 阻力，缩短达到平衡的时间的问题。（参见 《物化下册》）
工业合成氨简易流程ppt课件
K p 1 py1 H .y 5 2N y 3N 0 H .5 2(1 yy i Ny 3N H 3) H 2(r p r 1 1 .)5 2
(1yy i Ny3H N3H )2Kpp(rr 1.1 5)2
影响平衡氨含量的要素
a．压力和温度的影响
当r＝3时， yi =0时，不同温度、 压力下的平衡氨含量值如下表：
快，外分散影响可忽略，但内分散阻力不能忽视，内分散速率影响氨 合成反响的速率。改动催化剂粒度，调理对反响速率的影响。
第二节 氨合成催化剂
氨合成反响必需用催化剂，没有催化剂，即使 在很高压力下反响速度也很小，生成的氨浓度很低。 可以作氨合成催化剂的物质很多，如锇〔Os〕、 铁(Fe)、锰(Mn)、钨(W)和铀(U)等。但由于以铁为 主体的催化剂具有原料来源广、价钱低廉、在低温 下有较好的活性、抗毒才干强、运用寿命长等优点， 广泛采用。
氧及含氧的化合物 CO、CO2、H2O
毒物
永久毒物
硫及其化合物 氯及其化合物 磷及其化合物
催化剂的改良： ①降低活性温度 ②改动外形降低 催化剂床层阻 力，节省功耗。
砷及其化合物
第三节 氨合成的工艺条件
❖ 前面讨论过氨合成的热力学、动力学及催化剂，实践消费 过程中，反响不能够到达平衡，合成工艺参数的选择除了 思索平衡氨含量外，还要综合思索反响速率、催化剂运用 特性以及系统的消费才干、原料和能量耗费等，以期到达 良好的技术经济目的。需求选择氨合成的工艺参数。
确定复原条件的原那么：
使四氧化三铁充分复原为α-Fe， 使复原生成的铁结晶不因重结晶而长大，以保证有最大的 比外表积和更多的活性中心。
3、影响复原质量的要素
装入氨合成塔的催化剂在运用前需求进展H2复原，使四氧化 三铁变为α-Fe 微晶才有活性。复原条件应使铁充分被复原，复原 后比外表积最大。 ◆复原温度，复原为吸热反响，提高温度利于平衡右移，复原速 度快，但生成的α-Fe 微晶颗粒较大，比外表积降低；复原温度过 低，复原速度慢，复原时间长，复原不彻底。复原温度略低于合 成氨操作温度。 ◆ 复原压力，提高复原压力，相当于提高H2分压，反响速度快， 同时可使氨合成反响进展，放出部分热量弥补电加热器。但也提 高了H2O的分压，添加了催化剂反复氧化复原程度，普通选1020MPa；
化工合成氨工艺原理及流程分析PPT公开课(34页)
合成氨流程简介-32
4
二、转化
经脱硫后的原料气在镍催化剂作用下进行一段、二段 蒸汽转化，转化气温度在983℃左右，残余CH4在0.9％ 以下入废热锅炉回收工艺气热量。
2021/7/8
合成氨流程简介-32
5
三、变换
工艺气温度降为370℃左 右进入铁铬系催化剂的 高温变换炉顶部，从底 部流出高变气温度降为 204℃再入低温变换炉。 低温变换在铜锌系催化 剂中进行反应，CO含量 降到0.36％。
压力104×105Pa、温度239℃、氨含量 4.12％的循环气，流经合成塔在铁催化 剂上进行合成反应。
出塔气的压力为100×105Pa，414℃，氨 含量16.3％入废热锅炉回收热量，部分 气氨在换热器内冷凝为液氨，然后合成 气再进入一氨冷，然后与新鲜气汇合成 为循环气，形成合成循环回路。
2021/7/8
合成氨流程简介-32
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八、冷冻
来自一氨冷、二氨冷及气体冷却器的气氨分别进入 冰机，经压缩后与从氨闪蒸槽来的气氨相汇合，进 入二段压缩至15.6×105Pa，100℃，经水冷器冷却 至40℃后，气氨液化为液氨入氨收集器，再入氨闪 蒸槽、产品氨加热器与来自闪蒸槽的冷氨进行交换 使之冷却过冷至13℃，重新作为冷冻剂送往第一、 二氨冷装置，构成冷冻循环回路。
2021/7/8
合成氨流程简介-32
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四、脱碳
低变气经冷却进入吸收塔下部，经吸 收气体中CO2含量降到0.4％，再经上 塔吸收，从塔顶逸出的脱碳后的CO2 含量0.1％工艺气去甲烷化工序。
吸收塔底流出富液，经水力透平做功 后送至再生塔顶部，溶液减压闪蒸出 水蒸汽和CO2，然后向下流经再生塔 四层填料。
1％工艺气去甲烷化工序。 来自吸收塔顶的脱碳气，进入甲烷化炉反应，从炉底流出进入热交换器冷却，甲烷化气中（CO+ CO2）小于10ppm。 CO + H2O ＝ CO2 + H2 来自一氨冷、二氨冷及气体冷却器的气氨分别进入冰机，经压缩后与从氨闪蒸槽来的气氨相汇合，进入二段压缩至15. 来自吸收塔顶的脱碳气，进入甲烷化炉反应，从炉底流出进入热交换器冷却，甲烷化气中（CO+ CO2）小于10ppm。 9％以下入废热锅炉回收工艺气热量。 （1）天然气脱硫与压缩； 为了进一步转化，需要更高的温度。
第三章 无机化工单元 合成氨 合成工段[PPT课件]
![第三章 无机化工单元 合成氨 合成工段[PPT课件]](https://img.taocdn.com/s3/m/fe8788e5d5bbfd0a79567362.png)
பைடு நூலகம்
4、氨合成流程和设备
大型氨厂的流程主要有： ★美国凯洛格 ★丹麦托普索 ★日本NEC ★英国ICI 虽然各公司的合成工艺有差异，但氨合成 反应的特性使各工艺具有许多相同之处：
氨合成是一个循环过程：由于受平衡制约， 氨的合成率不高，大量未反应的N2、H2气 体需循环利用。 基本步骤：氨的合成、氨的分离．新鲜氢 氮气的补入，未反应气体的压缩与循环， 反应热的回收与惰性气体排放。 氨合成工艺流程的设计关键：在于合理组 合上述几个步骤，其中主要是合理确定循 环机、新鲜气补入及惰性气体放空的位置 以及氨分离的冷凝级数和热能的回收方式。
径向多段冷激式合成塔（托普索）
反应气出口
冷副线气体入口
径向多段冷激式合成塔
内部间接连续换热式合成塔
反应气
反应气
合成气入口
并流双套管
近期国内开发的合成氨有关技术
计算机应用技术。 造气生产集散控制系统； 造气炉炉况监测与优化系统； 造气专用集散系统； 合成、变换工段优化控制系统。 低温变换工艺技术。 全低变工艺技术(一氧化碳低温变换技术)； 一氧化碳低硫低温变换工艺技术；
3、反应机理和动力学 合成氨反应是气固相催化反应，经历内外 扩散、吸附解吸、反应等过程。其反应机 理如下： N2+σ-Fe=[σ-Fe]N2 [σ-Fe]N2=2 [σ-Fe]N 2[σ-Fe]N+H2=2[σ-Fe]NH 2[σ-Fe]NH+H2=2[σ-Fe]NH2 2[σ-Fe]NH2+H2=2[σ-Fe]NH3 [σ-Fe]NH3=[σ-Fe]+NH3
●驰放气 由于惰性气体的不断累积，当到一定量时会影 响合成反应，降低合成率和氨的平衡含量。因此， 需定期或连续放空一些循环气。
4、氨合成流程和设备
大型氨厂的流程主要有： ★美国凯洛格 ★丹麦托普索 ★日本NEC ★英国ICI 虽然各公司的合成工艺有差异，但氨合成 反应的特性使各工艺具有许多相同之处：
氨合成是一个循环过程：由于受平衡制约， 氨的合成率不高，大量未反应的N2、H2气 体需循环利用。 基本步骤：氨的合成、氨的分离．新鲜氢 氮气的补入，未反应气体的压缩与循环， 反应热的回收与惰性气体排放。 氨合成工艺流程的设计关键：在于合理组 合上述几个步骤，其中主要是合理确定循 环机、新鲜气补入及惰性气体放空的位置 以及氨分离的冷凝级数和热能的回收方式。
径向多段冷激式合成塔（托普索）
反应气出口
冷副线气体入口
径向多段冷激式合成塔
内部间接连续换热式合成塔
反应气
反应气
合成气入口
并流双套管
近期国内开发的合成氨有关技术
计算机应用技术。 造气生产集散控制系统； 造气炉炉况监测与优化系统； 造气专用集散系统； 合成、变换工段优化控制系统。 低温变换工艺技术。 全低变工艺技术(一氧化碳低温变换技术)； 一氧化碳低硫低温变换工艺技术；
3、反应机理和动力学 合成氨反应是气固相催化反应，经历内外 扩散、吸附解吸、反应等过程。其反应机 理如下： N2+σ-Fe=[σ-Fe]N2 [σ-Fe]N2=2 [σ-Fe]N 2[σ-Fe]N+H2=2[σ-Fe]NH 2[σ-Fe]NH+H2=2[σ-Fe]NH2 2[σ-Fe]NH2+H2=2[σ-Fe]NH3 [σ-Fe]NH3=[σ-Fe]+NH3
●驰放气 由于惰性气体的不断累积，当到一定量时会影 响合成反应，降低合成率和氨的平衡含量。因此， 需定期或连续放空一些循环气。
合成氨工业PPT课件
放热反应使温度达到12000C
首先是一段转化气与空气混合进行燃烧，温度可达 12000C，然后在充填镍催化剂的转化器下部，继续进 行甲烷的转化。
在转化炉内原料气在管内继续被管外燃烧气加热，进行 转化反应。转化炉所需高温由燃料用天然气燃烧放热 所产生。
天然气蒸汽转化流程
配以少量水蒸汽
一段转化炉
氧 化 锌 脱 硫 槽
氮的主要来源。
间歇式制半水煤气各阶段气体流向示意图
5
3
4
吹
风 气
6
水
蒸
气
煤气
2
1
7
空气
阶段
阀门开闭情况
1 2 3 4 567
吹风
○ × × ○ ○ ××
一次上吹 × ○ × ○ × ○ ×
下吹
× × ○ × ×○○
二次上吹 × ○ × ○ × ○ ×
空气吹净 ○ × × ○ × ○ ×
二、烃类蒸汽转化法 反应原理： 天然气中约有90%左右的甲烷，在较高的温度及催化剂
3、合成氨
将净化后的氢、氮混合气压缩至高压，在铁催化 剂与高温条件下合成氨。
第二节 合成氨原料气的制取
1、固体燃料气化法
固体燃料的气化：工业上用气化剂对煤或焦 炭进行热加工，将碳转化为可燃气体的过程。
固体燃料气化的目的：制备合成氨原料气。
要求：（CO＋H2）／N2应为3.1-3.2
3H2+N2=2NH3
20~32MPa 2） 温度： 一般控制在350-5500C 3) 采用廉价的铁催化剂
4) 冷冻法液化氨，使之与反应混合物及时分离。不断 补充新鲜原料气
补 充
中型氨厂合成工序流程
新
鲜
气
首先是一段转化气与空气混合进行燃烧，温度可达 12000C，然后在充填镍催化剂的转化器下部，继续进 行甲烷的转化。
在转化炉内原料气在管内继续被管外燃烧气加热，进行 转化反应。转化炉所需高温由燃料用天然气燃烧放热 所产生。
天然气蒸汽转化流程
配以少量水蒸汽
一段转化炉
氧 化 锌 脱 硫 槽
氮的主要来源。
间歇式制半水煤气各阶段气体流向示意图
5
3
4
吹
风 气
6
水
蒸
气
煤气
2
1
7
空气
阶段
阀门开闭情况
1 2 3 4 567
吹风
○ × × ○ ○ ××
一次上吹 × ○ × ○ × ○ ×
下吹
× × ○ × ×○○
二次上吹 × ○ × ○ × ○ ×
空气吹净 ○ × × ○ × ○ ×
二、烃类蒸汽转化法 反应原理： 天然气中约有90%左右的甲烷，在较高的温度及催化剂
3、合成氨
将净化后的氢、氮混合气压缩至高压，在铁催化 剂与高温条件下合成氨。
第二节 合成氨原料气的制取
1、固体燃料气化法
固体燃料的气化：工业上用气化剂对煤或焦 炭进行热加工，将碳转化为可燃气体的过程。
固体燃料气化的目的：制备合成氨原料气。
要求：（CO＋H2）／N2应为3.1-3.2
3H2+N2=2NH3
20~32MPa 2） 温度： 一般控制在350-5500C 3) 采用廉价的铁催化剂
4) 冷冻法液化氨，使之与反应混合物及时分离。不断 补充新鲜原料气
补 充
中型氨厂合成工序流程
新
鲜
气
合成氨流程.完美版PPT
4810mMPoia％，的温气度氨来为，—自从6氨1大℃合。成气塔的出来常的气压氨空经过气工艺，蒸经汽过空热器气A-E压A6缩05和机合成G废B热0锅0炉1A增-EA压604至冷却0到.62882M℃，P同a时的产生压4.
在换热器E503及E504中与合成气、尾气、空分补冷液氮、返回300＃富CO液等换热，使得出E504后的原料气温度降至—189℃，进入
天然气在氧气、蒸汽气化剂存在的情况下，在气化炉（ADC101A/B）内发生部分氧化反应生成以CO+H2为主体的高温原 料气，气体温度约1350℃。高温原料气经废锅（A-EC101A/B） 副产10.5MPa的高压饱和蒸汽，高压饱和蒸汽送去过热炉（ABA701）过热后作为全厂动力。原料气经碳黑洗涤塔（A-DA101 ）除去残存碳黑，并洗涤掉气体中的绝大部分氨和氢氰酸，原料 气冷却降温到45℃送往低温甲醇洗。
由变换单元来在的含压饱和力水塔的变T换3气2（1419中MPa，，4塔0℃顶，1分246离25N出m3/纯h）氮进入，变换一器部冷却分气（送A—入EA氮401压）内机冷却A后- 温度为－16.
经过净化的合成气含有微量的氩和摩尔比为3:1的H2和N2，他们在4.
A离—开DHA24S0吸1内收顶G塔部（B有A0—除0D雾4A器2,0在，1）出A塔口-顶管G的线B气还0体设0总有4硫分三含离量罐段小（于A出—1.F口A4送02）出。 高压氮产品（5.2 MPａN2），
化采用Shell渣油部分氧化法，原料气净化采用LVRGI两步法低温甲醇洗和液氮洗工艺，合成采用凯洛格卧式合成塔，全部工艺设计由 日本东洋公司承担完成，1996年11月投产，投产后经九年多的摸索总结，工艺操作逐渐成熟，但随着国际油价的不断上涨，油头合成 氨的成本越来越高，已失去市场竞争力，国内油头合成氨装置纷纷改成了煤头或气头。
在换热器E503及E504中与合成气、尾气、空分补冷液氮、返回300＃富CO液等换热，使得出E504后的原料气温度降至—189℃，进入
天然气在氧气、蒸汽气化剂存在的情况下，在气化炉（ADC101A/B）内发生部分氧化反应生成以CO+H2为主体的高温原 料气，气体温度约1350℃。高温原料气经废锅（A-EC101A/B） 副产10.5MPa的高压饱和蒸汽，高压饱和蒸汽送去过热炉（ABA701）过热后作为全厂动力。原料气经碳黑洗涤塔（A-DA101 ）除去残存碳黑，并洗涤掉气体中的绝大部分氨和氢氰酸，原料 气冷却降温到45℃送往低温甲醇洗。
由变换单元来在的含压饱和力水塔的变T换3气2（1419中MPa，，4塔0℃顶，1分246离25N出m3/纯h）氮进入，变换一器部冷却分气（送A—入EA氮401压）内机冷却A后- 温度为－16.
经过净化的合成气含有微量的氩和摩尔比为3:1的H2和N2，他们在4.
A离—开DHA24S0吸1内收顶G塔部（B有A0—除0D雾4A器2,0在，1）出A塔口-顶管G的线B气还0体设0总有4硫分三含离量罐段小（于A出—1.F口A4送02）出。 高压氮产品（5.2 MPａN2），
化采用Shell渣油部分氧化法，原料气净化采用LVRGI两步法低温甲醇洗和液氮洗工艺，合成采用凯洛格卧式合成塔，全部工艺设计由 日本东洋公司承担完成，1996年11月投产，投产后经九年多的摸索总结，工艺操作逐渐成熟，但随着国际油价的不断上涨，油头合成 氨的成本越来越高，已失去市场竞争力，国内油头合成氨装置纷纷改成了煤头或气头。
化工工艺学课件合成氨
反应器
采用特殊设计的反应器，使氢气和氮气在高 温高压条件下进行合成氨反应。
压缩机
用于压缩气体，以满足合成氨反应所需的高 压条件。
分离设备
用于将合成的氨从反应气体中分离出来，并 进行回收。
04 合成氨的能效和环保
CHAPTER
能效分析
合成氨的能效
合成氨是化工行业中耗能较高的过程之一，能效分析对于降低生产 成本和减少能源浪费至关重要。
合成氨的市场需求和发展趋势
市场需求
随着全球人口的增长和经济的发展， 对粮食和能源的需求不断增加，合成 氨的市场需求也在逐年增长。
发展趋势
合成氨技术的发展趋势包括提高合成 氨的效率和降低能耗，同时减少对环 境的污染。
合成氨技术的未来展望和研究方向
未来展望
随着科技的不断进步，合成氨技术将朝着更加高效、环保、经济的方向发展， 为人类的生产和生活提供更加优质的化工产品。
合成氨的重要性
合成氨是世界上最重要的化工生产过程之一，它提供了大量的氮肥和尿素等农业生产所需的肥料，对提高全球粮 食产量、解决人类温饱问题起到了至关重要的作用。此外，合成氨也是其他含氮化学品的重要原料，如硝化纤维、 炸药、染料等。
合成氨的基本原理
合成氨反应方程式
N2 + 3H2 → 2NH3
反应条件
CHAPTER
工艺流程概述
原料气的制备
将煤、天然气或石油等原料转 化为含有氢和氮的合成气。
原料气的净化
通过脱硫、一氧化碳变换和气 体精制等过程，除去合成气中 的杂质。
氨的合成
在高温高压条件下，利用铁催 化剂将氢气和氮气合成为氨。
氨的分离与回收
将合成的氨从反应气体中分离 出来，并进行回收。
采用特殊设计的反应器，使氢气和氮气在高 温高压条件下进行合成氨反应。
压缩机
用于压缩气体，以满足合成氨反应所需的高 压条件。
分离设备
用于将合成的氨从反应气体中分离出来，并 进行回收。
04 合成氨的能效和环保
CHAPTER
能效分析
合成氨的能效
合成氨是化工行业中耗能较高的过程之一，能效分析对于降低生产 成本和减少能源浪费至关重要。
合成氨的市场需求和发展趋势
市场需求
随着全球人口的增长和经济的发展， 对粮食和能源的需求不断增加，合成 氨的市场需求也在逐年增长。
发展趋势
合成氨技术的发展趋势包括提高合成 氨的效率和降低能耗，同时减少对环 境的污染。
合成氨技术的未来展望和研究方向
未来展望
随着科技的不断进步，合成氨技术将朝着更加高效、环保、经济的方向发展， 为人类的生产和生活提供更加优质的化工产品。
合成氨的重要性
合成氨是世界上最重要的化工生产过程之一，它提供了大量的氮肥和尿素等农业生产所需的肥料，对提高全球粮 食产量、解决人类温饱问题起到了至关重要的作用。此外，合成氨也是其他含氮化学品的重要原料，如硝化纤维、 炸药、染料等。
合成氨的基本原理
合成氨反应方程式
N2 + 3H2 → 2NH3
反应条件
CHAPTER
工艺流程概述
原料气的制备
将煤、天然气或石油等原料转 化为含有氢和氮的合成气。
原料气的净化
通过脱硫、一氧化碳变换和气 体精制等过程，除去合成气中 的杂质。
氨的合成
在高温高压条件下，利用铁催 化剂将氢气和氮气合成为氨。
氨的分离与回收
将合成的氨从反应气体中分离 出来，并进行回收。
化工工艺学合成氨课件
化工工艺学合成氨课件
图3-34 以重油为原料合成氨流程
第13页
3.2.2 原料气制备
•
合成氨中原料气中氢氢气碳比是：由表含示碳某种燃原料料转与化水
得到。
蒸气反应时释放氢比从水中
•
现在工业上采取天然释放气氢（轻包易含程度油。田气）、
炼厂气、焦炉气、石脑油、重油、焦炭和煤生
产合成氨。这些原料均可看做是有不一样氢碳
我国合成氨装置是大、中、小规模并存格局， 总生产能力为4260万t/a。
大型合成氨装置有30套，设计能力为900万
t/a，实际生产能力为1000万t/a；
中型合成氨装置有55套，生产能力为460万
t/a；
小型合成氨装置有700多套，生产能力为
2800万t/a。
❖我国产量为4222万吨，居世界第一。
化工工艺学合成氨课件
化工工艺学合成氨课件
第18页
一、烃类蒸气转化法
• ①催化剂活性组分、助催化剂和载体
• a活性组分：从性能和经济方面考虑，活 性组分，镍为最正确，含量在4%~30%较 为适宜。
• b助催化剂：提升镍活性、延长寿命和 增加抗析碳能力。可加入MgO作助催化剂。
• c镍催化剂载体：使镍高度分散、晶料变 细、抗老化和抗析碳等作用。惯用有氧化 铝、氧化镁、氧化钾、氧化钙、氧化铬、 氧化钛和氧化钡等。
化工工艺学合成氨课件
第33页
二、重油部分氧化法
• 2、反应条件 • 反应温度：1200~1370℃ • 反应压力：3.2~8.37MPa • 催化剂：无 • 水蒸气用量：每吨原料加水蒸气400~500kg • 水蒸气作用： • （1）起气化剂作用。 • （2）能够缓冲炉温及抑制析碳反应。
合成氨工艺与设备ppt课件
化剂催化活性。为防止反硫化，进低变的反应气体中H2S不能过低，H2S
含量有一个最低值。从化学平衡来看，汽气比越低，最低H2S含量越低，
催化剂越不易反硫化。
31
4
1、基本概念-合成氨
什么是合成氨？
发展简史：
世界上第一个合成氨厂于1913年在德国噢 堡建成，实现了工业化生产（30吨/天） 。
我国第一个合成氨厂上世纪三十年代在永
利公司（就是现在的吉化公司）建成，到194
9年我国合成氨年产量为0.6万吨，2008年产
量达到了4500万吨,占世界总产量的1/3.为世
成NaHS和NaHCO3,其反应方程式如下： 碱的溶解(Na2CO3+H2O→NaHCO3+NaOH/NaHCO3+H2O→N aOH+H2O+CO2 ） Na2CO3＋H2S→NaHS+NaHCO3 /H2S+NaOH→NaHS+H2O NH3+H2S→NH4HS（氨水脱硫） 2）再生：溶液中的HS-被氧化析出硫(催化剂作用下)：
24
3、各工段工艺及设备-压缩工段
活塞式压缩机的工作原理 根据气体状态方程：P·V=n·R·T
（n——物质的量；R——常量） 当气体的温度（T）保持不变时，我们
可以通过压缩气体的体积（V）来提高气体的压 力（P）。利用气体的可压缩性，通过压缩机各 段活塞的往复动作而达到提高气体压力的目的。
25
3、各工段工艺及设备-压缩工段
合成氨工艺与设备
宜化化机 崔娟 2016年3月
1
❖目 录
1 基本概念
2
合成氨工艺流程简述
3
各工段工艺与设备
4 结束语
2
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(14P)23.7 64.76 0
K3p
12 合成氨工业
2、以水蒸汽作气化剂时
碳与水蒸汽的反应为：
C+H2O(g)=CO+H2 ， △H0298=131.390kJ/mol C+2H2O(g)=CO2+2H2 △H0298=90.196kJ/mol
通过有关计算知，0.1MPa下温度高于900℃， 水蒸汽与碳反应的平衡产物中，含有等量的H2及 CO ，其它组分含量接近于零。随着温度的降低， H2O、 CO2及CH4等平衡含量逐渐增加。l
在原料构成方面：由以固体燃料（焦炭，煤等）为原料 转化到了以气体或液体（天然气、石脑油、重油）为原 料来合成氨。
在生产规模上：实现了单系列全盛氨装置的大型化，现 在世界上规模最大的合成氨装置为日产1800t氨，而50 年代以前，只有200t。
在能耗上，新工艺的开发，能耗的降低。计算机的应用
实现了自动化操作控制上。合成氨工业
（二）、化学性质（略）
4 合成氨工业
二、氨的用途
❖85％的氨用来制化学肥料，其余作为
生产其他化工产品的原料。
❖氨在工业上主要用来制造炸药和各种
化学纤维及塑料。
❖氨的其他工业用途也十分广泛，例如：
在制冰、空调、冷藏等系统的致冷剂。
5 合成氨工业
三、生产方法
（一）氰化法
CaO 3C2 00 o0CCa2CCO Ca2CN21 00 o0CCaC2N C C a C2N 3H2O C a C3 O 2N H3
3 合成氨工业
一、氨的性质
（一）、物理性质
➢ 标准状态下是无色气体，具有特殊的刺激性臭 味。。20℃下将氨气加压0.8MPa时，液化为无色 的液体。
➢ 液氨或干燥的氨对大部分物质不腐蚀，在有水 存在时，对铜、银、锌等金属有腐蚀。
➢ 氨与空气或氧的混合物在一定浓度范围能发生 爆炸，有饱和水蒸气存在时，氨－空气混合物的 爆炸界限较窄。
（二）、半水煤气生产的特点
1、（CO+H2 ）与N2的比例为3.1～3.2. 2水、蒸以气空为气气为化气剂化时剂，时得，到得含含HN2的2的水吹煤风气气。，以 3、以前者反应热为后者提供反应所需的热，
并能维持系统自热平衡的话，得不到合格的半
水煤气。
4、为维持自热平衡，并得到合格的半水煤气， 必须采用以下方法：
13 合成氨工业
（二）、反应速率
1、碳和氧的反应： 根据对碳与氧反应的研究表明，当反应温度在775℃
以下时，反应属于动力学控制。高于900℃时，反应 属于扩散控制。在两者之间，属过渡阶段。 2、碳和水蒸气的反应 碳和水蒸气的反应，在温度为400～1100℃的范围内， 速度仍较慢，属于动力学控制。当温度超过1100℃ 时，反应速度较快，开始为扩散控制。
CnHm+nH2O(g)=nCO+(n+m/2)H2 (△H>0)
或 C+H2O=CO+H2
(△H>0)
按供热方式的不同，制取粗原料气有下述三法：
1、外部供热的蒸汽转化法
2、内部蓄热的间歇操作法
3、自热反应的部分氧化法
11 合成氨工业
二、煤气化原理
（一）、化学平衡
1、以空气为气化剂时，碳与氧之间的反应为： C+O2= CO2； △H0298=-393.77kJ/mol C+1/2O2=CO； △H0298=-110.59kJ/mol C+CO2=2CO； △H0298=-172.284kJ/mol CO+1/2O2=CO2；△H0298=-283.183kJ/mol 设CO2平衡转化率为α，总压为P 则
7
中国合成氨简介
➢50年代，在恢复与扩建老厂的同时，从苏联引进
了三套年产50kt的装置；
➢60年代，又从英国引进了一套年产100kt的装置，
且又在全国建设了一大批小型氨厂；
➢70年代，我国又从西方国家引进多套大型装置
（年产300 kt 以上）。
➢80年代后，我国设计的装置开始用于生产。
8 合成氨工业
（二）直接法
此法是在高压、高温和有催化剂时，氮气和氢 气直接合成为氨的一种生产方法。目前工业上合成 氨基本上都用此法。
6 合成氨工业
四、合成氨工业进展
1913年，在德国Oppau建成第一个工业化的合成氨装置，日
产30t.一次大战后，各国都在德国被迫公开的合成氨技术的基础 上，开发了一些其他方法。但氨产量增长缓慢。二战结束后，由 于技术的进步，高速发展。
万t/a。
➢2019年我国产量为4222万吨,居世界第一。
9 合成氨工业
第二节、固体燃料气化
一、原料气制取的途径 二、煤气化原理 三、制取半水煤气的工业方法 四、氧—蒸汽连续气化法*
10 合成氨工业
一、原料气制取的途径
现在工业上采用天然气、炼厂气，石脑油、焦炉 气、重油、焦炭和煤生产合成氨。其在高温下与 水蒸汽的作用，制取粗原料气，都可用下式：
（1）间歇制气法；
（2）富氧空气（或纯氧）气化法；
（3）外热法
16
合成氨工业
（三）、间歇式制半水煤气的工作循环
间歇式气化过程在固定床煤气发生炉中进行的。（图）
五个阶段：气体流向（图及表）
1、吹风阶段：吹入空气，提高燃料层温度，吹风气放空。
2、一次上吹制气阶段：自下而上送入水蒸汽进行气化反 应，燃料层下部温度下降，上部升高。
14 合成氨工业
三、制取半水煤气的工业方法
（一）、分类
以水蒸气为气化剂的蒸汽转化法
1、按气化性质分
以纯氧或富氧（有时也同时加入水 蒸 气） 空气作为气化剂的部分氧化法
2、按气化炉床层形式分：移动床（又称固定床）、流化床、
气流床、气流床和熔床；
3、按排渣的形态分为：固体排渣式和液体排渣式
15 合成氨工业
第八章 合成氨
合成氨 目录
第一节: 绪论 第二节: 固体燃料气化 第三节: 烃类蒸汽转化 第四节: 一氧化碳变换 第五节: 原料气净化脱硫 第六节: 二氧化碳脱除 第七节: 原料气的最终净化 第八节: 氨的合成
2 合成氨工业
第一节: 绪论
一、氨的性质 二、氨的用途 三、生产方法 四、合成氨工业进展
我国合成氨生产工艺技术现状
2019年我国合成氨装置是大、中、小规模并存 的格局，总生产能力为4260万t/a。
❖ 大型合成氨装置有30套，设计能力为900万பைடு நூலகம்/a，
实际生产能力为1000万t/a；
❖中型合成氨装置有55套，生产能力为460万t/a； ❖小型合成氨装置有700多套，生产能力为2800
K3p
12 合成氨工业
2、以水蒸汽作气化剂时
碳与水蒸汽的反应为：
C+H2O(g)=CO+H2 ， △H0298=131.390kJ/mol C+2H2O(g)=CO2+2H2 △H0298=90.196kJ/mol
通过有关计算知，0.1MPa下温度高于900℃， 水蒸汽与碳反应的平衡产物中，含有等量的H2及 CO ，其它组分含量接近于零。随着温度的降低， H2O、 CO2及CH4等平衡含量逐渐增加。l
在原料构成方面：由以固体燃料（焦炭，煤等）为原料 转化到了以气体或液体（天然气、石脑油、重油）为原 料来合成氨。
在生产规模上：实现了单系列全盛氨装置的大型化，现 在世界上规模最大的合成氨装置为日产1800t氨，而50 年代以前，只有200t。
在能耗上，新工艺的开发，能耗的降低。计算机的应用
实现了自动化操作控制上。合成氨工业
（二）、化学性质（略）
4 合成氨工业
二、氨的用途
❖85％的氨用来制化学肥料，其余作为
生产其他化工产品的原料。
❖氨在工业上主要用来制造炸药和各种
化学纤维及塑料。
❖氨的其他工业用途也十分广泛，例如：
在制冰、空调、冷藏等系统的致冷剂。
5 合成氨工业
三、生产方法
（一）氰化法
CaO 3C2 00 o0CCa2CCO Ca2CN21 00 o0CCaC2N C C a C2N 3H2O C a C3 O 2N H3
3 合成氨工业
一、氨的性质
（一）、物理性质
➢ 标准状态下是无色气体，具有特殊的刺激性臭 味。。20℃下将氨气加压0.8MPa时，液化为无色 的液体。
➢ 液氨或干燥的氨对大部分物质不腐蚀，在有水 存在时，对铜、银、锌等金属有腐蚀。
➢ 氨与空气或氧的混合物在一定浓度范围能发生 爆炸，有饱和水蒸气存在时，氨－空气混合物的 爆炸界限较窄。
（二）、半水煤气生产的特点
1、（CO+H2 ）与N2的比例为3.1～3.2. 2水、蒸以气空为气气为化气剂化时剂，时得，到得含含HN2的2的水吹煤风气气。，以 3、以前者反应热为后者提供反应所需的热，
并能维持系统自热平衡的话，得不到合格的半
水煤气。
4、为维持自热平衡，并得到合格的半水煤气， 必须采用以下方法：
13 合成氨工业
（二）、反应速率
1、碳和氧的反应： 根据对碳与氧反应的研究表明，当反应温度在775℃
以下时，反应属于动力学控制。高于900℃时，反应 属于扩散控制。在两者之间，属过渡阶段。 2、碳和水蒸气的反应 碳和水蒸气的反应，在温度为400～1100℃的范围内， 速度仍较慢，属于动力学控制。当温度超过1100℃ 时，反应速度较快，开始为扩散控制。
CnHm+nH2O(g)=nCO+(n+m/2)H2 (△H>0)
或 C+H2O=CO+H2
(△H>0)
按供热方式的不同，制取粗原料气有下述三法：
1、外部供热的蒸汽转化法
2、内部蓄热的间歇操作法
3、自热反应的部分氧化法
11 合成氨工业
二、煤气化原理
（一）、化学平衡
1、以空气为气化剂时，碳与氧之间的反应为： C+O2= CO2； △H0298=-393.77kJ/mol C+1/2O2=CO； △H0298=-110.59kJ/mol C+CO2=2CO； △H0298=-172.284kJ/mol CO+1/2O2=CO2；△H0298=-283.183kJ/mol 设CO2平衡转化率为α，总压为P 则
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中国合成氨简介
➢50年代，在恢复与扩建老厂的同时，从苏联引进
了三套年产50kt的装置；
➢60年代，又从英国引进了一套年产100kt的装置，
且又在全国建设了一大批小型氨厂；
➢70年代，我国又从西方国家引进多套大型装置
（年产300 kt 以上）。
➢80年代后，我国设计的装置开始用于生产。
8 合成氨工业
（二）直接法
此法是在高压、高温和有催化剂时，氮气和氢 气直接合成为氨的一种生产方法。目前工业上合成 氨基本上都用此法。
6 合成氨工业
四、合成氨工业进展
1913年，在德国Oppau建成第一个工业化的合成氨装置，日
产30t.一次大战后，各国都在德国被迫公开的合成氨技术的基础 上，开发了一些其他方法。但氨产量增长缓慢。二战结束后，由 于技术的进步，高速发展。
万t/a。
➢2019年我国产量为4222万吨,居世界第一。
9 合成氨工业
第二节、固体燃料气化
一、原料气制取的途径 二、煤气化原理 三、制取半水煤气的工业方法 四、氧—蒸汽连续气化法*
10 合成氨工业
一、原料气制取的途径
现在工业上采用天然气、炼厂气，石脑油、焦炉 气、重油、焦炭和煤生产合成氨。其在高温下与 水蒸汽的作用，制取粗原料气，都可用下式：
（1）间歇制气法；
（2）富氧空气（或纯氧）气化法；
（3）外热法
16
合成氨工业
（三）、间歇式制半水煤气的工作循环
间歇式气化过程在固定床煤气发生炉中进行的。（图）
五个阶段：气体流向（图及表）
1、吹风阶段：吹入空气，提高燃料层温度，吹风气放空。
2、一次上吹制气阶段：自下而上送入水蒸汽进行气化反 应，燃料层下部温度下降，上部升高。
14 合成氨工业
三、制取半水煤气的工业方法
（一）、分类
以水蒸气为气化剂的蒸汽转化法
1、按气化性质分
以纯氧或富氧（有时也同时加入水 蒸 气） 空气作为气化剂的部分氧化法
2、按气化炉床层形式分：移动床（又称固定床）、流化床、
气流床、气流床和熔床；
3、按排渣的形态分为：固体排渣式和液体排渣式
15 合成氨工业
第八章 合成氨
合成氨 目录
第一节: 绪论 第二节: 固体燃料气化 第三节: 烃类蒸汽转化 第四节: 一氧化碳变换 第五节: 原料气净化脱硫 第六节: 二氧化碳脱除 第七节: 原料气的最终净化 第八节: 氨的合成
2 合成氨工业
第一节: 绪论
一、氨的性质 二、氨的用途 三、生产方法 四、合成氨工业进展
我国合成氨生产工艺技术现状
2019年我国合成氨装置是大、中、小规模并存 的格局，总生产能力为4260万t/a。
❖ 大型合成氨装置有30套，设计能力为900万பைடு நூலகம்/a，
实际生产能力为1000万t/a；
❖中型合成氨装置有55套，生产能力为460万t/a； ❖小型合成氨装置有700多套，生产能力为2800