合成氨工艺概述.ppt

合成氨、尿素生产工艺 2015年6月16日 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。 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。 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。 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。 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 （3）醇烷化原理（22.0mpa ） 高压醇反应原理与低压醇、中压醇相同 烷化反应原理 CO+3H2=CH4+H2O CO2+4H2=CH4+2H2O 7、氨的合成(22.0Mpa、30Mpa) 3H2+N2=2NH3 七、尿素生产工艺 1、尿素的发现及工业发展 尿素化学名称为碳酰二胺 1773年卢爱尔蒸发尿液时发现尿素 1798年福克洛命名为尿素 1828年德国人魏勒实验室加热氰酸铵制得尿素 1886年巴塞洛夫试验成功氨与CO2直接合成尿素 1913年合成氨工业生产装置投产后，使尿素和合成氨工业联合生产开始实现工业化 2、尿素反应原理 2NH3+CO2 =（NH2）2CO+H2O 一般认为反应分两步进行 （1）2NH3+CO2=NH4COONH2+Q （2）NH4COONH2=（NH2）2CO+H2O-Q 氨与CO2生成氨基甲酸铵强放热反应，反应迅速，转化率＞ 90%；氨基甲酸铵脱水是微吸热反应，反应缓慢，一般认为在高温＞140°C，高压＞ 13.72Mpa，有水溶液的状态下才能较快进行。 3、尿素生产工艺的选择 由于氨基甲酸铵合成与脱水都是可逆反应，CO2的转化率仅在50-70%之间，需要将未反应物分离回收。未反应物的分离回收方法的不同决定了不同的工艺流程。 （1）不循环法； （2）半循环法； （3）