合成氨工艺与设备

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冷却清洗塔分为两段,下 端为冷却塔,上端为清洗塔。 设置冷却塔是为了降低从 静电除焦来的半水煤气温度, 保证脱硫的效果。半水煤气和 冷却水换热,降低温度。
设置清洗塔是为了除去从 脱硫塔出来半水煤气携带的脱 硫液等杂质。
3、各工段工艺及设备-脱硫工段
罗茨鼓风机
罗茨鼓风机主要起输送气体 的作用。并起一定的加压作用。 罗茨机在机体内通过同步齿 轮的作用使两叶轮呈反方向旋转, 腔体与叶轮构成相互隔绝的进气 腔与排气腔,借助于叶轮旋转将 机体内的气体由进气腔压缩推送 至排气腔,排出气体,达到强制 输送气体的目的。
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 界第一 。
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。
3、各工段工艺及设备-压缩工段
3、各工段工艺及设备-变换工段
Co-Mo系宽温耐硫低变催化剂 1)催化剂种类:常用有B301、B303等 2)催化剂组成:CoO、MoO、K2O3、Al2O3是其主要成分,催化剂经过硫 化活化后形成的CoS、MoS2是催化剂的活性组分。 3)催化剂硫化:由于未经硫化的催化剂不具备催化活性,因此在生产 前用加CS2的半水煤气对催化剂进行硫化,使其具备催化活性。 CS2+4H2=2H2S +CH4+240.6kJ MoO3+2H2S+H2=MoS2 +3H2O+48.1kJ CoO+H2S=CoS +H2O+13.4kJ 硫化反应为放热反应,为避免超温,气体中硫化物浓度不宜过高。硫 化时CS2用量一般按1m3催化剂150kg准备。 4)催化剂反硫化: Co-Mo系催化剂反硫化主要是指MoS2的放硫现象。 MoS2+2H2O=MoO2+2H2S 放硫现象会生成不具备催化活性的MoO2,降低催 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。
2、工艺流程-氨的生产原料
合成氨生产的原料: 氮气来自空气,氢气来自原料气制取,原 料有固体(煤、焦炭等)、液体(石脑油、重 质油等)和气体(天然气、焦炉气等)三种。 小氮肥一般以煤为原料。
2、工艺流程-小氮肥工艺流程
液 氨 精炼 粗甲醇
PC脱碳
电机
产 品 粗 醇
CO2气
PSA脱碳
尿素
产 品 尿 素
1、基本概念-合成氨
什么是合成氨?
性质:无色有辛辣臭味气体,化学式为NH3,分 子量为17.03,沸点-33.35℃ ,熔点-77.7℃ , 比重(液态)0.597。气氨常温加压液化为液氨 ( 25℃— 1.0MPa),易溶于水,酒精等,溶解 时放出大量的热,氨是一种可燃性气体,氨 与空气混合可以形成爆炸性气体,爆炸极限 为15.5 ~27%。
3、各工段工艺及设备-变换工段
4)催化剂中毒与老化:催化剂中毒是指催化剂因与杂质发生作用而 导致活性下降的现象。变换过程中原料气中的硫化物是引起催化剂中毒 的主要原因。Fe3O4+3H2S+H2↔3FeS+4H2O+Q CO变换将大部分有机硫转化 为H2S,使催化剂受H2S影响。该反应可逆,降低原料气H2S含量,增加水 蒸气用量,可恢复催化剂活性。原料气中灰尘及水蒸气中无机盐等,能 造成催化剂永久性中毒。 催化剂衰老是指催化剂长时间使用后活性逐渐下降的现象。 催化剂氧化:4Fe3O4+O2=6Fe2O3+466kJ 活性组分Fe3O4在50-60℃以 上不稳定,易被氧化剧烈放热,导致飞温,损坏催化剂。因此要严格控 制原料气O2含量在0.5%以下。 低变催化剂:低温变换是指操作温度比中温变换低的变换工艺。操作温 度多在180-300℃左右。低温变换催化剂有Cu-Zn系低温变换催化剂和Co -Mo系宽温变换催化剂两种。Cu-Zn系低温变换催化剂180℃即有很高活 性,但其耐硫差,对原料气硫含量要求苛刻。 Co-Mo系宽温变换催化剂 低温活性好,抗硫性能好。
3、各工段工艺及设备-变换工段
变换催化剂简介:
中变催化剂: 1)催化剂型号:中变催化剂主要型号有B107、B109、B112、B113、B 116、B117等。 2)催化剂组成:中变催化剂含Fe2O380-90%,Cr2O37-11%,并有少量的 K2O、MgO和Al2O3等成分。 Fe2O3被还原形成的具有尖晶石结构的Fe3O4是催化剂的活性组分。 催化剂还原: 3Fe2O3+H2=2Fe3O4 +H2O+9.6kJ 3Fe2O3+CO=2Fe3O4 +CO2+50.8kJ 催化剂还原过程为放热反应,为避免温度剧升,要严格控制还原 气体量,保护催化剂。 3)活性温度:在活性温度范围内进行操作。不同型号的中变催化剂, 反应起始温度为320-380℃,热点温度为450-500 ℃
合成氨工艺与设备
宜化化机
2016年3月
崔娟


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基本概念 合成氨工艺流程简述 各工段工艺与设备
结束语
1、基本概念-合成氨
什么是合成氨?
氮是自然界分布较广的一种元素,氮是植 物生长的第一需要,由于植物只能吸收化合 物中固定状态的氮,因而必须把空气中游离 的氮转变为氮的化合物。 由于采用合成的方法生产氨,所以习惯上 称为合成氨。
3、各工段工艺及设备-压缩工段
压缩机的岗位任务:
(1)氨的合成:因为在合成氨生产中,原料气的净化 及氨的合成都是在一定压力下进行的,为此要用压缩机提 高压力、输送气体。通过压缩机将脱硫来的半水煤气逐步 压缩到各工段要求压力,并畅通送到各工段最后合成氨。 (2)尿素的合成:将脱碳或变压吸附送来的二氧化碳 气体经分离器除去水后,经压缩机一,二级压缩提压后送 脱硫槽除去硫化氢,再经三、四、五级压缩提压送至尿素 岗位作为生产尿素的主要原料气。
3、各工段工艺及设备-造气工段
以空气为气化剂制取的空气煤气—粉煤直接气化:荷兰 壳牌技术(鲁奇炉): C+O2 CO2+Q ; 2C+O2 2CO ; C+CO2 2CO-Q ; CO+O2 CO2-Q 以蒸汽为气化剂制取的半水煤气:型煤、间歇式制气 C+O2 CO2+Q (吹风气)供热; C+H2O(g) 2CO+H2 ; 2 C+H2O(g) 2CO2+2H2 ; CO+ H2O(g) CO2+H2
3、各工段工艺及设备-脱硫工段
静电除焦
静电除焦结构:静电除 焦由塔体部分和电器部分组 成。塔体为同心圆式结构。 电器部分由高压电源、控制 系统、电晕电极组成。 静电除焦工作原理:静 电除焦利用强电场的作用, 使半水煤气中的尘埃、油雾 等细微粒带上负电向电极移 动,中和后被吸附排出,达 到净化气体的目的。
3、各工段工艺及设备-脱硫工段
脱硫塔
脱硫塔直径5.0m, 高38m,装三段填料,每 段填料高5m。 脱硫塔中气体和液体 两相逆流,脱硫液从上 进,从下出,而半水煤 气从底部进,从顶部出。 规整填料使气液分布更 均匀,接触更好,使硫 化氢更好的被脱硫液吸 收。
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3、各工段工艺及设备-脱硫工段
冷却清洗塔
氨 氨库

CO2压缩
合成
六段 六段 三段
四段 五段
原料制棒
煤棒
空气
脱硫
一段
二段
变换
蒸汽
造气
蒸汽 煤气
气柜
4M20-75/31.4压缩机
3、各工段工艺及设备-造气工段
岗位任务:就是将空气和水蒸汽通入固定层煤气发生炉 中,在高温下将固体燃料进行气化制得合格的半水煤 气 。( CO 29%、H2 40%、CO2 8%、N2 21%、 CH41.5% 、O2 0.4%、H2S 0.5-2.0g/m3) 主要设备:煤气发生炉、旋风除尘器、显热回收器、洗气 塔、蒸汽缓冲罐、夹套汽包、空气鼓风机、煤气气柜 等。 工艺原理:在固体燃料气化过程中,分别通入空气和水 蒸汽制得空气煤气和水煤气,并成为具有一定比例的 混合气体。这种混合气体称之为半水煤气,它是生产 合成氨的基本原料气。
3、各工段工艺及设备-造气工段
煤气发生炉
壳牌炉
3、各工段工艺及设备-造气工段
流程简述: 向煤气发生炉内交替通入空气和 蒸汽,与炉内灼热的炭进行气化反应,吹风阶 段生成的吹风气根据要求送三气岗位回收热量 或直接由烟囱放空,并根据需要回收一少部分 入气柜,用以调节循环氢,煤气炉出来的煤气 经显热回收、洗气塔冷却和除尘后,在气柜中 混合,然后去脱硫,
3、各工段工艺及设备-压缩工段
联化公司大压缩机-价值1.5个亿
3、各工段工艺及设备-变换工段
变换岗位任务 将来自压缩的加压半水煤气,在一定的温度和压力条件 下借助变换催化剂的催化作用,使半水煤气中CO与水蒸气发 生反应,转化为CO2和H2。其目的是通过转化半水煤气中的C O获得合成氨生产所需要的原料H2和尿素(或纯碱)生产所 需的原料CO2,并且合理回收系统中的热量。 变换岗位生产原理 反应方程式:CO + H2O(g) CO2 + H2 +Q 副反应:CO+H2 C+H2O+Q CO+3H2 CH4+H2O+Q
1、基本概念-合成氨
怎样合成氨?
1、基本概念-合成氨
怎样合成氨? N2+3H2=2NH3+Q
2NH3(液)+CO2(气)CO(NH2)2(液)+H2O(液)+Q
2、工艺流程-氨的生产过程
合成氨生产的三个过程: ① 原料气的制造(制气),包括原料工段和造 气工段; ② 原料气的净化,包括脱硫、变换、变脱、脱 碳、精炼等工段; ③ 气体的压缩和合成,主要是压缩和合成工段 。
3、各工段工艺及设备-脱硫工段
反应原理: 1)吸收:半水煤气中的酸性气体H2S被碱性溶液(Na2CO3)吸收生成N aHS和NaHCO3,其反应方程式如下: 碱的溶解(Na2CO3+H2O→NaHCO3+NaOH/NaHCO3+H2O→NaOH+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): NaHS+O2=NaOH+S↓ NH4HS+O2→NH3+S↓+H2O
3、各
3、各工段工艺及设备-脱硫工段
为什么脱硫?
不论是以固体原料,还是以天然气、重油为原料制备的氢氮原料 气中,都含有一定成分的硫化物。煤气化半水煤气中硫化物主要 是H2S(90%),其次是CS2,COS,RSH等有机硫。其含量取决于原料 的含硫量及其加工方法,以煤为原料时,所得原料气中H2S含量 一般为 1~3g/m3,有的高达 8~15g/m3。 硫的危害:
1、基本概念-合成氨
为什么要合成氨?
① 制造氮肥和复合肥料(化肥加工):占80~90%, 主要品种有尿素、碳铵、硝酸铵、硫酸铵、氯化铵 等氮肥,以及磷酸一铵、磷酸二铵和NPK复合肥等含 氮复合肥。 ② 作为工业原料和氨化饲料:用量约占世界产量的10 %。各种含氮的无机盐及有机中间体、磺胺药、聚 氨酯、聚酰胺纤维和丁腈橡胶等都需直接以氨为原 料生产。其他如纯碱、硝酸、甲铵、冶金、医药、 石油加工等; ③ 液氨作为制冷剂在冷冻行业也得到广泛应用。
硫化物对合成氨生产有着严重的危害,它对设备和管道有腐蚀作用, 可使变换、甲醇及合成系统的催化剂中毒,还可使铜洗系统的低价铜生 成硫化亚铜沉淀,使操作恶化,增加铜耗。对产品质量产生影响(硫脲 红尿素;FeS-黑碳铵;黑重碱)
3、各工段工艺及设备-脱硫工段
脱硫方法的分类: 按脱硫剂的状态可分为干法和湿法两种。 干法是用固体脱硫剂(如氧化铁、活性炭、分子筛 等)将气体中的硫化物吸收除掉; 湿法用碱性物质或氧化剂的水溶液即液体脱硫剂 (如氨水法、碳酸盐法、乙醇胺法、腐酸二磺酸 钠法及砷碱法等)吸收气体中的硫化物。
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