合成氨工艺优秀课件.ppt

合成氨工艺合成氨工艺第1页，本讲稿共23页1 概述概述概述概述一、合成氨的重要性一、合成氨的重要性生产氮肥、硝酸盐、胺、纤维、染料等。生产氮肥、硝酸盐、胺、纤维、染料等。二、原料路线二、原料路线直接原料：氢和氮直接原料：氢和氮以下方法获得粗原料气：氢气、氮气、一氧化碳、二氧化碳以下方法获得粗原料气：氢气、氮气、一氧化碳、二氧化碳第2页，本讲稿共23页粗原料气变换：粗原料气变换：变换气以氢气、氮气、二氧化碳为主，其中氢分子变换气以氢气、氮气、二氧化碳为主，其中氢分子与氮分子之比为：与氮分子之比为：3:1除杂净化得到合乎要求的氢氮混合气。除杂净化得到合乎要求的氢氮混合气。第3页，本讲稿共23页三、氨合成原则流程和各化学反应过程相互关系三、氨合成原则流程和各化学反应过程相互关系 氨合成这一步最困难，工艺条件要求也最严格，是主氨合成这一步最困难，工艺条件要求也最严格，是主 要化学反应过程，应首先进行优化。要化学反应过程，应首先进行优化。第4页，本讲稿共23页2 氨合成的氨合成的热力学基力学基础一、氨合成反应与反应热一、氨合成反应与反应热第5页，本讲稿共23页二、反应平衡常数二、反应平衡常数第6页，本讲稿共23页三、影响平衡时氨浓度的因素三、影响平衡时氨浓度的因素1、氢氮比、氢氮比R：R=3(此时此时y最大最大)2、温度：温度越低，、温度：温度越低，Kp越大。低温催化剂为发展方向。越大。低温催化剂为发展方向。3、压力：压力越大，平衡浓度越大。、压力：压力越大，平衡浓度越大。4、惰性气体含量：有较大的影响。、惰性气体含量：有较大的影响。第7页，本讲稿共23页3.氨合成氨合成动力学力学一、催化剂一、催化剂 铁催化剂：铁催化剂：A10型催化剂：活化能约型催化剂：活化能约170KJ/mol，起燃温度，起燃温度370度，耐热温度度，耐热温度510度，活性最高时的温度度，活性最高时的温度450度左右，粒度左右，粒径径2.213mm.第8页，本讲稿共23页二、反应动力学二、反应动力学第9页，本讲稿共23页第10页，本讲稿共23页不同粒度催化剂、压力不同粒度催化剂、压力不同粒度催化剂、压力不同粒度催化剂、压力30MPa30MPa30MPa30MPa、空速、空速、空速、空速30000h-130000h-130000h-130000h-1时，不同温度时，不同温度时，不同温度时，不同温度下的反应结果：下的反应结果：下的反应结果：下的反应结果：低温时：低温时：化学动力学控化学动力学控制，氨含量不受制，氨含量不受颗粒大小影响；颗粒大小影响；高温时：高温时：内扩散内扩散控制，小颗粒催控制，小颗粒催化剂效果较好。化剂效果较好。第11页，本讲稿共23页4.氨的合成与分离氨的合成与分离一、工艺条件的优化一、工艺条件的优化1、温度：、温度：400510度度（可逆放热反应，最快反应速（可逆放热反应，最快反应速率时的反应温度随转化率的提高而降低）率时的反应温度随转化率的提高而降低）第12页，本讲稿共23页2、压力：加压有利于提高转化率。、压力：加压有利于提高转化率。20世纪：世纪：1015MPa;近年：近年：34MPa3、空间速度：、空间速度：气固相催化反应空间速度越大，反应时间越短，气固相催化反应空间速度越大，反应时间越短，生产强度越大。生产强度越大。第13页，本讲稿共23页4、氢氮比：氮的活性吸附为合成反应的控制阶段，、氢氮比：氮的活性吸附为合成反应的控制阶段，氮的含量对反应速率影响较大，略低于氮的含量对反应速率影响较大，略低于3可加快反应可加快反应速率。速率。实践：实践：32MPa、450度、催化剂粒度度、催化剂粒度1.22.5mm 空速空速24000(1/h)、R=2.5出口氨浓度最大出口氨浓度最大采取的方法：新鲜原料气比为采取的方法：新鲜原料气比为3，混合后的循环气在合，混合后的循环气在合成塔入口的比约为成塔入口的比约为2.8。5、进塔气中的惰性气体含量：、进塔气中的惰性气体含量：一般一般2%6、催化剂颗粒：、催化剂颗粒：反应初期：温度反应初期：温度440470度粒径度粒径0.63.7mm;反应后期：温度反应后期：温度420440度粒径度粒径816mm第14页，本讲稿共23页二、氨的分离二、氨的分离方法：降低温度使氨液化通过气液分离器使液氨与方法：降低温度使氨液化通过气液分离器使液氨与其他气体分离。其他气体分离。第15页，本讲稿共23页四四段段冷冷激激轴轴向向合合成成塔塔第16页，本讲稿共23页原料气原料气主进气口主进气口沿环隙沿环隙至顶部至顶部换热器管间换热器管间预热预热420度，与冷激气混合温度度，与冷激气混合温度降为降为410度度第一段催化剂床第一段催化剂床层，层，温度由温度由410上升到上升到496度度再与冷激气混合降至再与冷激气混合降至430度，度，此时此时NH3%为为6.9%二段、二段、三段、四段三段、四段中心管中心管换热换热器管内器管内出塔（出塔（130200度）度）第17页，本讲稿共23页径向塔：气体的走向是径向，每段催化剂的厚度只有塔径向塔：气体的走向是径向，每段催化剂的厚度只有塔径的径的30%70%。径向塔的优点：径向塔的优点：1、阻力小：通气面积大、催化剂床层薄；、阻力小：通气面积大、催化剂床层薄；2、空速、空速高；高；3、催化剂活性高、催化剂活性高第18页，本讲稿共23页第19页，本讲稿共23页四、合成与分离循环流程四、合成与分离循环流程第20页，本讲稿共23页一次分离流程只进行压缩和冷却液化分离。适于合成压力较低一次分离流程只进行压缩和冷却液化分离。适于合成压力较低（约（约10-15MPa)出塔气中氨出塔气中氨%12%第21页，本讲稿共23页二次分离流程适用于压力较高（约二次分离流程适用于压力较高（约30MPa）的场合。）的场合。处理过程中出塔气氨处理过程中出塔气氨%15%，第一次分离是在水冷的条件下，第一次分离是在水冷的条件下使近一半的氨液化分离出去，气体中剩余的氨使近一半的氨液化分离出去，气体中剩余的氨%=8%经压缩机经压缩机升压和氨冷在升压和氨冷在-5度的条件下进行二次分离。度的条件下进行二次分离。第22页，本讲稿共23页第23页，本讲稿共23页