合成气衍生产品.ppt

第三章　合成气衍生产品 3.1合成氨3.1.1　概述 3.1.2　氨的合成 3、反应机理及动力学 4、氨合成塔 3.2　尿素 尿素在水中会水解，生成氨和二氧化碳，但常温下很慢。 尿素水溶液持续加热可生成缩二脲 2NH2CONH2 = NH2CONHCONH2 + NH3 降低压力、升高温度和延长加热时间都会加剧上述反应。但当有氨时，压力为10.1~20.2MPa缩二脲和氨可逆向生成尿素。这一点在尿素生产过程中很重要。 尿素最重要的用途是作肥料，含氮量46%以上。尿素实际上是在土壤中转变成碳酸铵后水解及硝化被植物吸收的。 3.2.1　尿素生产基本原理 1. 尿素合成反应的化学平衡 工业合成尿素的反应通常认为分两步 2NH3(l)+CO2(g)=NH4COONH2(l) +119.2kJ/mol 快 NH4COONH2(l)=CO(NH2)2(l)+H2O -15.5 kJ/mol 慢 反应体系为5组分多相平衡体系，除化学平衡外，还有气液平衡： NH3(g)=NH3(l) CO2(g)=CO2(l) H2O(g)=H2O(l) 2. 影响尿素合成反应化学平衡的因素 (1)温度的影响 温度较低时平衡转化率随温度升高而增加，在195~200℃时达最大，温度再高，平衡转化率反而下降。尿素平衡转化率与温度的关系如图3-11。 工业生产中，除考虑平衡转化率外，还要考虑腐蚀等，一般为180 ~200 ℃. (2)组成的影响 CO2过量影响小，氨过量提高转化率明显。 氨碳比的影响如图3-12。 全循环法4.0，汽提法2.8~2.9。水碳比增加0.1,转化率可下降约1％。 全循环法0.65 ~0.7 ，汽提法0.3~0.4。 (3)压力的影响 对液相反应压力影响很小。但由于体系存在气液平衡，操作压力不能小于平衡压力。 3. 尿素合成反应的动力学 (1)动力学方程式 静态动力学方程 流动态反应器中反应速率微分方程 通常尿素合成反应需30~50分钟。 (2)合成塔内的传质过程 合成塔内压力高，传质速率快，气体流动快。 反应初期，气相CO2和NH3平衡分压高，向液相传质推动力p-p*不大。随着反应的进行，液相中生成尿素增多，气相中CO2和NH3不断转移到液相使其平衡分压下降，推动力增大。 影响塔内流动状况因素： a.塔的高径比。高径比越大，塔越细长，越趋于置换型；b.生产强度。生产强度大，流速大，混合加大；c.惰性气体含量。含量高，气体体积大，混合加剧；d. 操作压力。压力高有利于气体溶于液相，搅混少，压力越高越接近置换型。 置换型与混合型合成塔转化率对比 置换型 0 20 40 60 80 90 95 100 混合型 0 19 35 49 63 71 76 80 塔内筛板数与物料停留时间的关系 筛板数 0 1 3 7 停留时间/min 25 22 19.5 17 合成塔筛板数与转化率的测定值 筛板数 0 2 6 平衡转化率 60.5 62.5 63.3 若将塔内流动设计为置换型，在达到同样转化率的条件下，置换型所需的反应容积比混合型反应容积小得多。 塔内筛板较多，可以看成是由若干个串联的、混合的小室组成。虽每个小室接近理想混合型，但就整个塔来说，其流动状况却接近理想置换型。生产实践表明，当物料停留时间相同时，有筛板的塔的效率比无筛板塔高得多。当转化率相同时，有筛板的塔生产强度大，物料停留时间较短。 4. 未反应物的回收及副反应 (1)未反应物的回收 为了有效利用原料，必须将产物尿素与甲铵的混合物中的甲铵分离出来循环利用。 甲铵分解化学反应 NH4COONH2(l) = 2NH3(g) + CO2(g) 反应是吸热的，减压和加热有利于甲铵的分解。纯固体甲铵的离解压力与温度的关系可用下式 lgP = -2748/T +8.2753 (P的单位为0.1MPa) 分解温度过高，气相中含水量增多，不利于提高转化率。分解压力过低，使冷凝吸收效率下降，增加动力消耗。工业上多用多段减压方式。 (2) 尿素合成副反应 在尿素生产过程中，主要有两类副反应：尿素缩合反应和水解反应。 尿素缩