合成氨生产工艺流程.ppt

1、 合成氨生产工艺流程内容氨合成的基本理论氨合成的基本理论 1、氨合成动力学（反应机理）、氨合成动力学（反应机理）2、氨合成操作条件的选择（温度、压、氨合成操作条件的选择（温度、压 力、催化剂）力、催化剂）氨合成工艺流程氨合成工艺流程 氨的合成氨的合成 氨氨的的合合成成工工序序是是在在 适适当当的的温温度度、压压力力和和有有催催化化剂剂存存在在的的条条件件下下，将将经经过过精精制制的的氢氢氮氮混混合合气气直直接接合合成成为为氨氨。然然后后将将所所生生成成的的气气体体氨氨从从混混合合气气体体中中冷冷凝凝分分离离出出来来，得得到到产品液氨。产品液氨。第一节第一节 氨合成的基本理论氨合成的基本理论 一

2、、氨合成反应的特点一、氨合成反应的特点 3H2+N2=2NH3+Q(1)是可逆反应。即在氢气和氮气反应生是可逆反应。即在氢气和氮气反应生成氨的同时，氨也分解成氢气和氮气。成氨的同时，氨也分解成氢气和氮气。(2)是是放放热热反反应应。在在生生成成氨氨的的同同时时放放出出热热量，反应热与温度、压力有关。量，反应热与温度、压力有关。(3)是体积缩小的反应。是体积缩小的反应。(4)反应需要有催化剂才能较快的进行反应需要有催化剂才能较快的进行。二、氨合成反应的化学平衡二、氨合成反应的化学平衡1.平衡常数平衡常数:降温，平衡常数增大降温，平衡常数增大2.平衡氨含量平衡氨含量 反应达到平衡时氨在混合气体中的

3、百分反应达到平衡时氨在混合气体中的百分含量，称为平衡氨含量，或氨的平衡含量，称为平衡氨含量，或氨的平衡 产产率。率。提提高高平平衡衡氨氨含含量量的的措措施施为为降降低低温温度度，提提高压力，保持氢氮比等于高压力，保持氢氮比等于3:1.三、氨合成动力学三、氨合成动力学 一、反应机理一、反应机理一、反应机理一、反应机理 在在在在催催催催化化化化剂剂剂剂的的的的作作作作用用用用下下下下，氢氢氢氢与与与与氮氮氮氮生生生生成成成成氨氨氨氨的的的的反反反反应应应应是是是是一一一一多多多多相相相相气气气气体催化反应。由以下几个步骤所组成：体催化反应。由以下几个步骤所组成：体催化反应。由以下几个步骤所组成：体

4、催化反应。由以下几个步骤所组成：(1)(1)气体反应物扩散到催化剂外表面；气体反应物扩散到催化剂外表面；气体反应物扩散到催化剂外表面；气体反应物扩散到催化剂外表面；(2)(2)反应物自催化剂外表面扩散到毛细孔内表面；反应物自催化剂外表面扩散到毛细孔内表面；反应物自催化剂外表面扩散到毛细孔内表面；反应物自催化剂外表面扩散到毛细孔内表面；(3)(3)气气气气体体体体被被被被催催催催化化化化剂剂剂剂表表表表面面面面(主主主主要要要要是是是是内内内内表表表表面面面面)活活活活性性性性吸吸吸吸附附附附(与与与与普普普普通通通通吸附的区别在于有化学力参与在内，并放出热量吸附的区别在于有化学力参与在内，并放

5、出热量吸附的区别在于有化学力参与在内，并放出热量吸附的区别在于有化学力参与在内，并放出热量)；(4)(4)吸吸吸吸附附附附状状状状态态态态的的的的气气气气体体体体在在在在催催催催化化化化剂剂剂剂表表表表面面面面上上上上起起起起化化化化学学学学反反反反应应应应，生生生生成成成成 产物；产物；产物；产物；(5)(5)产物自催化剂表面解吸；产物自催化剂表面解吸；产物自催化剂表面解吸；产物自催化剂表面解吸；(6)(6)解吸后的产物从催化剂毛细孔向外表面扩散；解吸后的产物从催化剂毛细孔向外表面扩散；解吸后的产物从催化剂毛细孔向外表面扩散；解吸后的产物从催化剂毛细孔向外表面扩散；(7)(7)产物由催化剂外

6、表面扩散至气相主流。产物由催化剂外表面扩散至气相主流。产物由催化剂外表面扩散至气相主流。产物由催化剂外表面扩散至气相主流。以以以以上上上上七七七七个个个个步步步步骤骤骤骤中中中中，(1)(1)、(7)(7)为为为为外外外外扩扩扩扩散散散散过过过过程程程程；(2)(2)、(6)(6)为为为为内内内内扩扩扩扩散散散散过过过过程程程程；(3)(3)、(4)(4)和和和和（5 5）总总总总称称称称为为为为化化化化学学学学动动动动力力力力学学学学的过程。的过程。的过程。的过程。四四 氨合成操作氨合成操作条件的选择条件的选择 氨氨合合成成的的生生产产工工艺艺条条件件必必须须满满足足产产量量高高、消消耗耗定

7、定额额低低、工工艺艺流流程程及及设设备备结结构构简简单单、操操作作方方便便及及安安全全可可靠靠等要求。等要求。决决定定生生产产条条件件最最主主要要的的因因素素是是压压力力、温温度度、空空间间速速度度、气气体体组组成成和和催催化化剂等。剂等。（一）、压力（一）、压力在在一一定定的的空空速速下下，合合成成压压力力越越高高，出出口口氨氨浓浓度度越越高高，氨氨净净值值(合合成成塔塔出出入入口口氨氨含含量量之之差差)越高，合成塔的生产能力也就越越高，合成塔的生产能力也就越 大。大。氨氨合合成成系系统统的的能能量量消消耗耗主主要要包包括括原原料料气气压压缩功、循环气压缩功和氨分离的冷冻功。缩功、循环气压缩

8、功和氨分离的冷冻功。生生产产实实践践证证明明，操操作作压压力力在在2035MPa时时总能量消耗比较低。总能量消耗比较低。（二）、温度（二）、温度将某种催化剂在一定成产条件下具有最高氨生将某种催化剂在一定成产条件下具有最高氨生将某种催化剂在一定成产条件下具有最高氨生将某种催化剂在一定成产条件下具有最高氨生成率的温度称为最适宜的温度。成率的温度称为最适宜的温度。成率的温度称为最适宜的温度。成率的温度称为最适宜的温度。最适宜温度还和空间速度、压力等有关最适宜温度还和空间速度、压力等有关最适宜温度还和空间速度、压力等有关最适宜温度还和空间速度、压力等有关经生产实践得出氨合成操作温度控制在经生产实践得出

9、氨合成操作温度控制在经生产实践得出氨合成操作温度控制在经生产实践得出氨合成操作温度控制在470520470520度较为适宜。度较为适宜。度较为适宜。度较为适宜。三、空间速度三、空间速度三、空间速度三、空间速度当操作压力、温度及进塔气组成一定时，空速当操作压力、温度及进塔气组成一定时，空速当操作压力、温度及进塔气组成一定时，空速当操作压力、温度及进塔气组成一定时，空速增加，氨净值降低。由于氨净值降低的程度比增加，氨净值降低。由于氨净值降低的程度比增加，氨净值降低。由于氨净值降低的程度比增加，氨净值降低。由于氨净值降低的程度比空间速度的增大倍数少，所以空间速度增加时空间速度的增大倍数少，所以空间速

10、度增加时空间速度的增大倍数少，所以空间速度增加时空间速度的增大倍数少，所以空间速度增加时氨合成生产强度有所提高及氨产量有所增加。氨合成生产强度有所提高及氨产量有所增加。氨合成生产强度有所提高及氨产量有所增加。氨合成生产强度有所提高及氨产量有所增加。（三）催化剂（三）催化剂 可可以以作作氨氨合合成成催催化化剂剂的的物物质质很很多多，如如铁铁、铂铂、锰锰、钨钨和和铀铀等等。但但由由于于以以铁铁为为主主体体的的催催化化剂剂具具有有原原料料来来原原广广，价价格格低低廉廉，在在低低温温下下有有较较好好的的活活性性抗抗毒毒能能力力强强，使使用用寿寿命命长长等等优优点点、广泛采用。广泛采用。1.催化剂的预还

11、原催化剂的预还原为了使合成氨系统在短时间内投入生产，为了使合成氨系统在短时间内投入生产，将铁催化剂在合成塔外预先进行还原，将铁催化剂在合成塔外预先进行还原，即所谓催化剂的预还原。即所谓催化剂的预还原。2催化剂的钝化催化剂的钝化 还原后的活性铁遇到空气会发生强烈的还原后的活性铁遇到空气会发生强烈的氧化反应，放出的热量能使催化剂烧结氧化反应，放出的热量能使催化剂烧结失去活性。失去活性。钝化方法是将压力降到钝化方法是将压力降到0.51MPa，温，温度降到度降到5080度，用氮气置换系统后逐度，用氮气置换系统后逐渐导入空气使氮气中氧含量在渐导入空气使氮气中氧含量在0.20.5%.催化剂的中毒与衰老催化

12、剂的中毒与衰老 1 1催化剂的中毒催化剂的中毒催化剂的中毒催化剂的中毒 进进进进入入入入合合合合成成成成塔塔塔塔的的的的新新新新鲜鲜鲜鲜混混混混合合合合气气气气，虽虽虽虽然然然然经经经经过过过过了了了了净净净净化化化化，但但但但仍仍仍仍然然然然含含含含有有有有微微微微量量量量的的的的有有有有毒毒毒毒气气气气体体体体，使使使使催催催催化化化化剂剂剂剂缓缓缓缓慢慢慢慢中中中中毒，活性降低。毒，活性降低。毒，活性降低。毒，活性降低。2 2催化剂的衰老催化剂的衰老催化剂的衰老催化剂的衰老 催催催催化化化化剂剂剂剂经经经经长长长长期期期期使使使使用用用用后后后后，活活活活性性性性会会会会逐逐逐逐渐渐渐渐

13、下下下下降降降降，生生生生产产产产能力逐渐降低，这种现象称为催化剂的衰老。能力逐渐降低，这种现象称为催化剂的衰老。能力逐渐降低，这种现象称为催化剂的衰老。能力逐渐降低，这种现象称为催化剂的衰老。催催催催化化化化剂剂剂剂的的的的中中中中毒毒毒毒和和和和衰衰衰衰老老老老几几几几乎乎乎乎是是是是无无无无法法法法避避避避免免免免的的的的，但但但但是是是是选选选选用用用用耐耐耐耐热热热热性性性性能能能能较较较较好好好好的的的的催催催催化化化化剂剂剂剂，改改改改善善善善气气气气体体体体质质质质量量量量和和和和稳定操作，能大大延长催化剂的使用寿命。稳定操作，能大大延长催化剂的使用寿命。稳定操作，能大大延长催

14、化剂的使用寿命。稳定操作，能大大延长催化剂的使用寿命。第四节、氨合成工艺流程第四节、氨合成工艺流程一、氨合成基本工艺步骤一、氨合成基本工艺步骤一、氨合成基本工艺步骤一、氨合成基本工艺步骤（一）气体的压缩和除油（一）气体的压缩和除油（一）气体的压缩和除油（一）气体的压缩和除油（二）气体的预热和合成（二）气体的预热和合成（二）气体的预热和合成（二）气体的预热和合成（三）氨的分离（三）氨的分离（三）氨的分离（三）氨的分离合成塔出口气体氨含量一般为合成塔出口气体氨含量一般为合成塔出口气体氨含量一般为合成塔出口气体氨含量一般为1020%1020%因此将氨因此将氨因此将氨因此将氨分离出来。分离出来。分离出

15、来。分离出来。1.1.水吸收法水吸收法水吸收法水吸收法2.2.冷凝冷凝冷凝冷凝 该法是将合成气体降温，使其的气氨冷该法是将合成气体降温，使其的气氨冷该法是将合成气体降温，使其的气氨冷该法是将合成气体降温，使其的气氨冷凝成液氨，后在氨分离器中，从不凝气体中分凝成液氨，后在氨分离器中，从不凝气体中分凝成液氨，后在氨分离器中，从不凝气体中分凝成液氨，后在氨分离器中，从不凝气体中分离出来。目前主要采用冷却法分离循环气中的离出来。目前主要采用冷却法分离循环气中的离出来。目前主要采用冷却法分离循环气中的离出来。目前主要采用冷却法分离循环气中的氨。氨。氨。氨。在氨冷凝过程，部分氢氮气及惰性气体溶解在在氨冷凝

16、过程，部分氢氮气及惰性气体溶解在在氨冷凝过程，部分氢氮气及惰性气体溶解在在氨冷凝过程，部分氢氮气及惰性气体溶解在液氨中，当液氨在液氨中，当液氨在液氨中，当液氨在液氨中，当液氨在“贮罐气贮罐气贮罐气贮罐气”。（一）、气体的循环（一）、气体的循环氢氮混合气经过氨合成塔以后，只有氢氮混合气经过氨合成塔以后，只有一小部分合成为氨。分离氨以后，剩一小部分合成为氨。分离氨以后，剩余的氢氮气，除为降低惰性气体含量余的氢氮气，除为降低惰性气体含量而少量放空以外，大部分与新鲜原料而少量放空以外，大部分与新鲜原料气汇合后，重新返回合成塔，在进行气汇合后，重新返回合成塔，在进行氨的合成，从而构成了循环法生产流氨的合成，从而构成了循环法生产流程。程。（二）、惰性气体的排除（二）、惰性气体的排除氨合成循环系统惰性气体通过三个途径氨合成循环系统惰性气体通过三个途径带出：带出：1.一小部分从系统中漏损；一小部分从系统中漏损；2.一小部分溶解在液氨中被带走；一小部分溶解在液氨中被带走；3.大部分采用放空的方法，即间断或连续大部分采用放空的方法，即间断或连续地从系统中排放。地从系统中排放。放空的位置应该在氨已大部分分离