zj_合成氨工艺 一方法技巧.ppt

第二章 典型化工产品工艺学; 主要内容;吸收;吸收;吸收;吸收;; 氨合成原则流程;;;在0.5N2+1.5H2=NH3反应达到平衡时; 氢氮比 氢氮比即R，为了求取氨浓度y值最大时的R值，应对上式求导数。当导数为0时，可求得R=3。这就是说当R值等于3时，y值最大。;2 氨合成动力学;氨合成的催化剂，活性不太高，具有许多内孔，它的内表面比外表面要大几万倍。反应过程是内扩散控制还是化学动力学控制，取决于反应温度和催化剂颗粒的大小等因素 。;低温时，不受颗粒大小影响为动力学控制，高温时，使用小颗粒效果好，表明高温时大颗粒催化剂是内扩散控制。; 氨合成时采用以铁为主体的催化剂。铁催化剂按下列组成配料：Fe2O3 54～68%，FeO 29～36%，Al2O3 2～4%，K2O 0.5～0.8%，CaO 0.7～2.5%，MgO若干。 催化剂的活性成分是铁。使用时将催化剂装在反应器内用原料气使铁的氧化物还原成铁。这种铁具有海绵状结构，内表面积很大。 （ Fe2O3 ，FeO）+ H2 Fe + H2O ;催化剂中毒 暂时中毒:少量氧和氧化物的存在将使活性铁氧化而失去活性。但当氧或氧化物清除后，活性仍可恢复。 永久中毒: 硫、磷、砷等引起的催化剂中毒是不可恢复的。; 氨合成过程中除了考虑平衡氨含量外，主要优化目标不是原料利用率，而是降低动力消耗和提高设备的生产强度。这些技术经济问题，必将是在讨论工艺条件、合成塔构造以及生产流程时将起着决定性的影响。;A、 压强 提高压强有利于提高平衡氨的浓度，也有利于加快反应速率。但高压动力消耗大，对设备材料和加工制造要求高；高压和较高的温度下，催化剂使用寿命较短。;B、温度 氨的合成是气固催化反应，最优的工艺条件必须根据催化剂的性能而定。催化剂对工艺条件的限制，主要是活性温度。由于氨的合成是可逆放热反应，最优反应温度由高而低地变化着。生产上选用的反应温度就是催化剂的活性温度（400~520 ℃ ）。 ; c、空间速度 空间速度是指单位时间内通过单位体积催化剂的气体量（标准状态下的体积），单位是 。 ; 空速越大，气体流动的阻力越大，能耗越高；空速越大，氨浓度越小，单位产量的气体???理也就增加；氨分离器，循环气压缩机等的设备费用都将有所增加。 ;D、氢氮比 化学动力学指出，氮的活性吸附是控制阶段，氢氮比低于3时比较有利。实验证明，在32MPa、450 ℃、催化剂粒度为1.2~2.5mm、空速为24000h-1 的条件下，氢氮比为2.5时，出口氨浓度最大。生产上为了追求高速率，同时又要保持生产稳定，可以采取这种办法：新鲜气体的氢氮比等于3，循环气体略低于3（如: 2.8）;E、进塔气中惰气的含量 惰性气体，会使平衡氨含量下降，反应速率降低。为了控制惰气的含量不超过一定限度，生产上采取放掉一部分循环气体的办法。然而循环气的弛放量越多，原料气的损失也就越多。因此，进塔气中的最优惰气含量应该在原料利用率和反应速率的经济效益对比中确定。 ;1、 以煤、焦为原料的造气反应： 2C+O2+3.76N2 = 2CO+ 3.76N2 + 248.7 kJ/mol 吹风 5C+5H2O = 5CO+5H2 — 657.0kJ/mol 制气 两式合并： O2+7C+ 3.76N2 +5H2O=7CO+5H2 + 3.76N2—408.3kJ/mol;吸收; 间歇法生产半水煤气时必须交替进行吹风和制气。吹风是为了送入空气以提高炉温，炉温较高后送入水蒸气进行制气。 造气与送风的五个阶段 间歇操作： 第一阶段为送风发热， 后四个阶段为造气。 a、空气吹风： 送风发热、提高炉温;b、上吹造气： 将水蒸气和炉气 从炉底吹入，与 燃料层中炽热的 碳发生反应生成 半水煤气，并经 废热锅炉、洗涤 塔后送入气柜。 ;c、下吹造气： 上吹后炉层温度降 低，但上层温度尚 高，仍可利用热能， 故改为下吹造气。 先从炉顶向下吹几 秒水蒸气，防止直 接吹空气与煤气相 遇爆炸。得半水煤 气从炉底导出，并 送至气柜。 ;d、二次上吹： 自炉底吹水蒸气， 将炉中水煤气排出， 为重新进行空气吹风 做准备，同时回收炉 内残存的半水煤气， 防止直接送入空气引 起爆炸。 持续时间很短。;e、空气吹净： 将空