合成氨生产工艺流程PPT课件.ppt

氨合成的根本理氨合成的根本理论￿￿￿1￿￿￿1、氨合成、氨合成动力学〔反响机理〕力学〔反响机理〕￿￿￿2￿￿￿2、氨合成操作条件的、氨合成操作条件的选择〔温度、〔温度、压￿￿￿￿￿￿力、催化力、催化剂〕〕氨合成工氨合成工艺流程流程￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿ 氨的合成工序是在 适当的温度、压力和有催化剂存在的条件下，将经过精制的氢氮混合气直接合成为氨然后将所生成的气体氨从混合气体中冷凝别离出来，得到产品液氨第一第一节 氨合成的根本理氨合成的根本理论 一、氨合成反响的特点一、氨合成反响的特点 3H2+N2=2NH3+Q(1)是是可可逆逆反反响响即即在在氢氢气气和和氮氮气气反反响响生生成氨的同成氨的同时时，氨也分解成，氨也分解成氢氢气和氮气气和氮气 (2)是是放放热热反反响响在在生生成成氨氨的的同同时时放放出出热热量，反响量，反响热热与温度、与温度、压压力有关 (3)是体是体积缩积缩小的反响小的反响  (4)反反响响需需要要有有催催化化剂剂才才能能较较快快的的进进行行 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 反响到达平衡反响到达平衡时时氨在混合气体中的百分含氨在混合气体中的百分含量，称量，称为为平衡氨含量，或氨的平衡平衡氨含量，或氨的平衡 产产率。

率提高平衡氨含量的措施提高平衡氨含量的措施为为降低温度，提高降低温度，提高压压力，保持力，保持氢氢氮比等于氮比等于3:1.三、氨合成三、氨合成动力学力学 一、反响机理一、反响机理一、反响机理一、反响机理 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响响响响是是是是一一一一多多多多相相相相气气气气体催化反响由以下几个步体催化反响由以下几个步体催化反响由以下几个步体催化反响由以下几个步骤骤骤骤所所所所组组组组成：成：成：成： (1) (1)气体反响物气体反响物气体反响物气体反响物扩扩扩扩散到催化散到催化散到催化散到催化剂剂剂剂外外表；外外表；外外表；外外表； (2) (2)反响物自催化反响物自催化反响物自催化反响物自催化剂剂剂剂外外表外外表外外表外外表扩扩扩扩散到毛散到毛散到毛散到毛细细细细孔内外表；孔内外表；孔内外表；孔内外表； (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外外外外表表表表( (主主主主要要要要是是是是内内内内外外外外表表表表) )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吸附的区吸附的区吸附的区别别别别在于有化学力参与在内，并放出在于有化学力参与在内，并放出在于有化学力参与在内，并放出在于有化学力参与在内，并放出热热热热量量量量) )；；；； (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外外外外表表表表上上上上起起起起化化化化学学学学反反反反响响响响，，，，生生生生成成成成 产产产产物；物；物；物； (5) (5)产产产产物自催化物自催化物自催化物自催化剂剂剂剂外表解吸；外表解吸；外表解吸；外表解吸；· · (6) (6)解吸后的解吸后的解吸后的解吸后的产产产产物从催化物从催化物从催化物从催化剂剂剂剂毛毛毛毛细细细细孔向外外表孔向外外表孔向外外表孔向外外表扩扩扩扩散；散；散；散； (7) (7)产产产产物由催化物由催化物由催化物由催化剂剂剂剂外外表外外表外外表外外表扩扩扩扩散至气相主流。

散至气相主流散至气相主流散至气相主流 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的的的过过过过程 氨合成的生产工艺条件必须满足产量高、消耗定额低、工艺流程及设备结构简单、操作方便及平安可靠等要求决定生产条件最主要的因素是压力、温度、空间速度、气体组成和催化剂等 〔一〕、〔一〕、压力力在在一一定定的的空空速速下下，，合合成成压力力越越高高，，出出口口氨氨浓度度越越高高，，氨氨净值( (合合成成塔塔出出入入口口氨氨含含量量之之差差) )越高，合成塔的生越高，合成塔的生产能力也就越能力也就越￿ ￿大氨氨合合成成系系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缩功、循功、循环气气压缩功和氨功和氨别离的冷离的冷冻功。

功生生产实践践证明明，，操操作作压力力在在2020～～35MPa35MPa时总能量消耗比能量消耗比较低￿ ￿〔二〕、温度〔二〕、温度将某种催化将某种催化将某种催化将某种催化剂剂在一定成在一定成在一定成在一定成产产条件下具有最高氨生条件下具有最高氨生条件下具有最高氨生条件下具有最高氨生成率的温度称成率的温度称成率的温度称成率的温度称为为最适宜的温度最适宜的温度最适宜的温度最适宜的温度最适宜温度最适宜温度最适宜温度最适宜温度还还和空和空和空和空间间速度、速度、速度、速度、压压力等有关力等有关力等有关力等有关经经生生生生产实产实践得出氨合成操作温度控制在践得出氨合成操作温度控制在践得出氨合成操作温度控制在践得出氨合成操作温度控制在470~520470~520度度度度较为较为适宜三、空三、空三、空三、空间间速度速度速度速度当操作当操作当操作当操作压压力、温度及力、温度及力、温度及力、温度及进进塔气塔气塔气塔气组组成一定成一定成一定成一定时时，空速，空速，空速，空速增加，氨增加，氨增加，氨增加，氨净值净值降低由于氨降低由于氨降低由于氨降低由于氨净值净值降低的程度比降低的程度比降低的程度比降低的程度比空空空空间间速度的增大倍数少，所以空速度的增大倍数少，所以空速度的增大倍数少，所以空速度的增大倍数少，所以空间间速度增加速度增加速度增加速度增加时时氨合成生氨合成生氨合成生氨合成生产强产强度有所提高及氨度有所提高及氨度有所提高及氨度有所提高及氨产产量有所增加。

量有所增加量有所增加量有所增加 可可以以作作氨氨合合成成催催化化剂的的物物质很很多多，，如如铁、、铂、、锰、、钨和和铀等等但但由由于于以以铁为主主体体的的催催化化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好好的的活活性性抗抗毒毒能能力力强，，使使用用寿寿命命长等等优点点￿ ￿、、广泛采用广泛采用1. 1. 催化催化剂剂的的预预复原复原为为了使合成氨系了使合成氨系统统在短在短时间时间内投入生内投入生产产，，将将铁铁催化催化剂剂在合成塔外在合成塔外预预先先进进行复原，行复原，即所即所谓谓催化催化剂剂的的预预复原 2 2．催化．催化剂剂的的钝钝化化 复原后的活性复原后的活性铁铁遇到空气会遇到空气会发发生生强强烈的烈的氧化反响，放出的氧化反响，放出的热热量能使催化量能使催化剂烧结剂烧结失去活性失去活性钝钝化方法是将化方法是将压压力降到力降到0.5~1MPA0.5~1MPA，温，温度降到度降到50~8050~80度，用氮气置度，用氮气置换换系系统统后后逐逐渐导渐导入空气使氮气中氧含量在入空气使氮气中氧含量在0.2~0.5%. 0.2~0.5%. 催化催化剂的中毒与衰老的中毒与衰老  1 1．催化．催化．催化．催化剂剂剂剂的中毒的中毒的中毒的中毒 进进进进入合成塔的新入合成塔的新入合成塔的新入合成塔的新鲜鲜鲜鲜混合气，混合气，混合气，混合气，虽虽虽虽然然然然经过经过经过经过了了了了净净净净化，化，化，化，但仍然含有微量的有毒气体，使催化但仍然含有微量的有毒气体，使催化但仍然含有微量的有毒气体，使催化但仍然含有微量的有毒气体，使催化剂缓剂缓剂缓剂缓慢中慢中慢中慢中毒，活性降低。

毒，活性降低毒，活性降低毒，活性降低 2 2．催化．催化．催化．催化剂剂剂剂的衰老的衰老的衰老的衰老  催化催化催化催化剂经长剂经长剂经长剂经长期使用后，活性会逐期使用后，活性会逐期使用后，活性会逐期使用后，活性会逐渐渐渐渐下降，生下降，生下降，生下降，生产产产产能力逐能力逐能力逐能力逐渐渐渐渐降低，降低，降低，降低，这这这这种种种种现现现现象称象称象称象称为为为为催化催化催化催化剂剂剂剂的衰老 催化催化催化催化剂剂剂剂的中毒和衰老几乎是无法防止的，但是的中毒和衰老几乎是无法防止的，但是的中毒和衰老几乎是无法防止的，但是的中毒和衰老几乎是无法防止的，但是选选选选用耐用耐用耐用耐热热热热性能性能性能性能较较较较好的催化好的催化好的催化好的催化剂剂剂剂，改善气体，改善气体，改善气体，改善气体质质质质量和量和量和量和稳稳稳稳定操作，能大大延定操作，能大大延定操作，能大大延定操作，能大大延长长长长催化催化催化催化剂剂剂剂的使用寿命的使用寿命的使用寿命的使用寿命第四第四节、氨合成工、氨合成工艺流程流程一、氨合成根本工一、氨合成根本工一、氨合成根本工一、氨合成根本工艺艺步步步步骤骤〔一〕气体的〔一〕气体的〔一〕气体的〔一〕气体的压缩压缩和除油和除油和除油和除油〔二〕气体的〔二〕气体的〔二〕气体的〔二〕气体的预热预热和合成和合成和合成和合成〔三〕氨的〔三〕氨的〔三〕氨的〔三〕氨的别别离离离离合成塔出口气体氨含量一般合成塔出口气体氨含量一般合成塔出口气体氨含量一般合成塔出口气体氨含量一般为为10~20%10~20%10~20%10~20%因此将氨因此将氨因此将氨因此将氨别别离出来。

离出来1.1.1.1.水吸收法水吸收法水吸收法水吸收法2.2.2.2.冷凝冷凝冷凝冷凝￿￿￿￿￿￿￿￿该该法是将合成气体降温，使其的气氨冷法是将合成气体降温，使其的气氨冷法是将合成气体降温，使其的气氨冷法是将合成气体降温，使其的气氨冷凝成液氨，后在氨凝成液氨，后在氨凝成液氨，后在氨凝成液氨，后在氨别别离器中，从不凝气体中离器中，从不凝气体中离器中，从不凝气体中离器中，从不凝气体中别别离出来目前主要采用冷却法离出来目前主要采用冷却法离出来目前主要采用冷却法离出来目前主要采用冷却法别别离循离循离循离循环环气中的气中的气中的气中的氨在氨冷凝在氨冷凝在氨冷凝在氨冷凝过过程，局部程，局部程，局部程，局部氢氢氮气及惰性气体溶解在氮气及惰性气体溶解在氮气及惰性气体溶解在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““““贮贮罐气〞〔一〕、气体的循〔一〕、气体的循环氢氮混合气氮混合气经过氨合成塔以后，只有氨合成塔以后，只有一小局部合成一小局部合成为氨别离氨以后，剩离氨以后，剩余的余的氢氮气，除氮气，除为降低惰性气体含量降低惰性气体含量而少量放空以外，大局部与新而少量放空以外，大局部与新鲜原料原料气集合后，重新返回合成塔，在气集合后，重新返回合成塔，在进行行氨的合成，从而构成了循氨的合成，从而构成了循环法生法生产流流程。

程氨合成循氨合成循环系系统惰性气体通惰性气体通过三个途径三个途径带出：出：1.1.一小局部从系一小局部从系统中漏中漏损；；2.2.一小局部溶解在液氨中被一小局部溶解在液氨中被带走；走；3.3.大局部采用放空的方法，即大局部采用放空的方法，即间断或断或连续地地从系从系统中排放放空的位置放空的位置应该在氨已大局部在氨已大局部别离之后，而离之后，而又在新又在新鲜气参加之前气参加之前〔三〕、反响前的回收利用〔三〕、反响前的回收利用回收利用反响回收利用反响热的方法主要有以下几种的方法主要有以下几种1.1.预热反响前的前反响前的前氢氮混合气在塔内氮混合气在塔内设置置换热器，用反响的高温气体器，用反响的高温气体预热反响前反响前氢氮混合气到氮混合气到达催化达催化剂的活性温度的活性温度2.2.预热反响前的反响前的氢氮混合气和副氮混合气和副产蒸气蒸气既在塔内既在塔内设置置换热器器预热反响前的反响前的氢氮混合气，氮混合气，又利用余又利用余热副副产蒸气3.3.预热反响前的反响前的氢氮混合气和氮混合气和预热高高压锅炉炉给水水反响后的高温气体先通反响后的高温气体先通过塔内的塔内的换热器器预热反响反响前前氢氮混合气，后在通氮混合气，后在通过塔外塔外换热器器预热高高压锅炉炉给水。

水二、氨合成工二、氨合成工艺流程流程由于由于压缩机型式、操作机型式、操作压力、氨力、氨别离折离折￿ ￿冷凝冷凝级数、数、热能回收形式以及各局部相能回收形式以及各局部相对位置的差位置的差异，氨合成工异，氨合成工艺流程也水相同操作流程也水相同操作压力在力在600~100MPa600~100MPa称高称高压法，在法，在20~40MPa20~40MPa称中称中压法大大10MPa10MPa左右称低左右称低压法中压法氨合成的工法氨合成的工艺流程，在技流程，在技术和和泾济上都比上都比较优越，因此目前越，因此目前国内外普遍采用中国内外普遍采用中压法。