合成氨工艺概述课件

二、合成氨工业的形成
• • • • • 1、氰化法制氨 反应原理（1）CaC2+N2=CaCN2+C （2）CaCN2+3H2O=CaCO3+2NH3 2、直接合成法 N2+3H2=2NH3 1905年德国化学家哈伯通过热力学计算认为高温 （600°C）、高压（200大气压）以及锇催化剂 作用下可实现H2与N2可实现直接合成，转化率能 达8%以上，有较高的工业利用价值。1909年卡尔 斯鲁厄大学为哈伯建成一套80g/h的实验装置。
合成氨、尿素生产工艺
2015年6月16日
内容简介
一、氨的发现
二、合成氨工业的形成 三、合成氨技术的发展 四、合成氨工艺的典型流程 五、我厂的工艺流程概述
六、合成氨各工段工艺原理简述
七、尿素生产工艺及原理
一、氨的发现
• 1727年，英国化学家哈尔斯在加热氯化铵及 石灰水混合物时首先发现这种刺激性气味的 气体；1754年，普利恩特利再次通过此实验， 研究其物理化学性质后，测定该气体为氢、 氮两种元素组成。 • 19世纪中叶，欧美炼焦工业，产生的焦炉煤 气中发现了氨，煤中含有微量的氮，少量转 化为氨，含量约为 8-11ppm。
• （2）制气阶段碳与水蒸气的反应： • • • • C+H2O=CO+H2-Q C+2H2O=CO2+2H2-Q CO+H2O=CO2+H2+Q C+CO2=2CO-Q
• 水煤气主要成分：CO、CO2、H2
• （3）副反应：C+2H2=CH4
2、脱硫工段作用原理 • 原料中含有少量硫，在制气阶段会生成H2S与有机 硫形态.脱除硫化物有干法与湿法，一般采用湿法， 我厂采用栲胶法脱硫工艺。 • 脱硫原理： • （1）碱性溶液吸收原料气中的H2S • Na2CO3+H2S=NaHS+NaHCO3 • （2）硫氢化钠与偏矾酸钠生成焦钒酸钠和单质硫 • 2NaHS+4NaVO3+H2O=Na2V4O9+4NaOH+2S • (3)氧化态栲胶将焦钒酸钠氧化为偏法酸钠 • NaV4O9+2栲胶（氧化态）+2NaOH+H2O=4NaVO3+2栲 胶（还原态） • （4）还原态栲胶被空气氧化为氧化态。
3、变换工段的作用与原理
• CO+H2O=CO2+H2
• 变换反应为等体积反应，理论上提高压力对提高 反应的平衡转化率无明显影响，典型的哈伯-博施 法工艺为常压变换。目前变换采用加压变化，主 要目的是增加分子的接触与碰撞，提高反应速度。 变换分中低变，中温变换为铁铬系催化剂，低温 变化为钴钼系催化剂，目前的新工艺都采取全低 变工艺，主要是为了降低能耗。
四、合成氨典型工艺流程（附图）
• 合成氨工艺主要步骤：
• （1）造气：制备含氢、氮、CO的粗原料气；
• （2）净化：对原料气进行处理，只保留氢、氮；
• （3）压缩与合成：实现高温高压下氨的催化合成。 • 1、以固体燃料为原料典型流程（煤、焦炭） • 哈伯-博施法的典型流程，采用常压变换。随石油、 天然气工业发展，国外已基本淘汰。我国是煤炭大 国，在此基础上开发出了碳化流程、尿素流程、三 触媒流程等。
• 2、重油为原料的部分氧化法流程
• 重油高温下与蒸汽、空气不完全氧化反应产 生H2与CO的为主要成分的原料气，因为不完全 氧化，产生的炭黑需要清除。主要有德士古 流程、谢尔废热锅炉流程等。
• 3、以天然气为原料的蒸汽催化法流程
• 天然气Baidu Nhomakorabea要成分为烷烃与烯烃，与煤炭相比 产生的CO2大大减少，大幅降低净化成本，而 且转化过程中原料的本身就可以分解产生H2， 所以天然气制取合成氨成本最低。
• 1911年德国巴登苯胺纯碱公司利用哈伯的技术， 联合化学家C.博施与A.米塔施通过6500多次实验， 采用2500多种配方筛选出Fe为主活性组分的系列 催化剂，1912年建成第一套日产30吨的合成安装 置，1913年投运，很快实现了达标达产。此法被 称为哈伯-博施法合成氨工艺。 • 一战后德国公开哈伯-博施技术，世界上在此 基础上开发了其它多种方法：克劳特法、卡塞来 法、福瑟法等等，使氨合成反应的压力与活性温 度有了较宽的选择范围。
• 4、变脱工段作用与原理
5、脱碳工段作用与原理
• （1）碳酸丙烯脂脱碳原理 • 利用碳丙液在一定压力下选择性吸收CO2的特性， 吸收原料气中的CO2 ，吸收CO2后的富液经过闪 蒸、常解、真解三段解析后循环使用； • （2）变压吸附脱碳原理 • 两种不同相态的物质接触时，低密度物质的分子 容易在高密度物质表面被富集，此现象被称为吸 附。我厂吸吸附剂为硅胶。 • 经验值CO2被吸附的能力是净化气的六倍，通过 逐级升压吸附CO2后进入顺放工序释放CO2。
6、原料气的精制
• • • • • • • • • （1）低压甲醇原理（4.6mpa） CO+2H2=CH3(OH) CO2+3H2=CH3(OH)+H2O （2）醇烃化原理（13.5mpa） 中压醇原理与作用与低压醇相同 烃化反应原理 nCO+2nH2=CnH（2n+2）O+（n-1）H2O nCO+2 （n+1） H2=CnH（2n+2）O+nH2O nCO2+3（n+1） H2=CnH（2n+2）O+2nH2O
三、合成氨技术的发展
合成氨原料不同决定工艺流程的不同 N2+3H2=2NH3 原料：焦炭、煤、焦炉气、天然气、石油等 1、固体燃料为原料生产合成氨 焦炉气为原料、流化床粉煤气化法、固定床连续 气化、固定床间歇气化法 2、气体、液体燃料为原料生产合成氨 天然气、石油、重油、石脑油为原料
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• 五、我厂的工艺流程概述（附图）
• 明水化肥厂是原来13家小氮肥试点企业之一， 是在我国特有的小氮肥碳化流程、尿素流程基 础上发展而来的经典流程。新厂区自06年一期 工程建成投产到去年3050项目开车，建成了目 前涵盖我国小氮肥行业两种主要的合成氨生产 工艺的生产线。一期工程为氨醇公司的醇烃化 生产技术，属于在典型的尿素流程发展来的三 触媒工艺，二期工程为南京国昌的联醇、甲烷 化三触媒工艺，属于目前流行的甲醇化（醇联 氨）生产工艺，现在两套系统并列运行。
六、合成氨各工段工艺原理简述
• • • • • • • 1、造气工段主要目的及工艺原理 造气工段主要反应有两个阶段： 吹风阶段与制气阶段 （1）吹风阶段碳与空气的反应： C+O2=CO2+Q 2C+O2=2CO+Q C+CO2=2CO-Q 2CO+O2=2CO2+Q 空气煤气主要成分：CO、CO2、O2、N2