第一篇 合成氨 造气
合成氨原料气制取 第一节
• CH4 + H2O＝3H2 + CO ΔH0＝206.4KJ
• CH4 + 2H2O＝4H2 + CO2 ΔH0＝165.3KJ
• 把转化后的气体送入用耐火材料衬里的二段转化 炉，同时向二段转化炉送入3.5MPa、450℃的空气 (空气加入量根据合成氨所需氮量配加)与一段转 化气汇合，这时空气中的全部氧和转化气中的部 分氢发生燃烧放热反应：
4.1.2 烃类蒸汽转化法
• 以轻质烃(天然气、油田气、炼厂气、轻油等)为 原料生产合成氨原料气。
• 各种低碳烃类与水蒸气反应都需经过甲烷蒸汽转 化阶段。故可用甲烷蒸汽转化代表气态烃类蒸汽 转化。
• 烃类蒸汽转化法应用最多的是加压两段催化转化法：
天然气(含氢0.25至0.5%)，在 3.6MPa下被烟道气 预热到380℃左右，在脱硫器中经脱硫 (总硫含量小 于0.5μg/g)。然后在3.8MPa下配入3.5倍体积的中压水 蒸气，进一步加热到500℃左右，进入α-Al2O3为载体 的镍催化剂反应管(由耐热合金制成)。管外炉膛内用 天然气或其它气体加热， 90％的CH4气体在反应管 内于650至800℃下发生转化反应。
间歇式制半水煤气的主要步骤：
a. 空气吹风 b. 上吹制气 c. 下吹制气 d. 二次上吹 e. 空气吹净
• a. 空气吹风
空气从造气炉底部吹入，主要目的是送风发 热，提高炉温，吹风后的气体去废热锅炉回收热 量后放空。
• b. 上吹制气
水蒸气从炉底吹入生产水煤气，主要目的是 制气，制得的水煤气通过废热锅炉回收热量，除 尘、洗涤后送入气柜。
重质烃部分氧化法涉及的析碳反应：
CH4 = C + 2H2 2CO = CO2 + C CO + H2 = H2O + C
合成氨工业-造气
造气工段3.1双一段甲烷转化天然气中的主要成分是甲烷,其中通常还含有少量C2H6、C3H8、C4H10等烷烃和CO、CO2、H2等组分。
在烃类转化制合成气的各种方法中，蒸汽转化工艺是最重要和最具有代表性的技术，玉龙化工采用的就是这一工艺就行原料气的生产。
在一段蒸汽转化炉中，气态烃中主要组分甲烷进行的主要反应如下：1.CH4+H2O = CO +3H2△H298=206.3 kJ2.CH4+2H2O= CO2+4H2△H298=165.3 kJ3.CO+H2O = CO2+H2△H298=-41.2 kJ4.CO2+CH4 = 2CO+2H2△H298=247.3 kJ在一定条件下，蒸汽转化过程中可能发生析碳反应，它们是蒸汽转化过程中应当重点防止的有害副反应：2CO = CO2+C △H298=-171kJCO+H2 = C+H2O △H298=-122.6kJCH4 = C+2H2△H298=82.4kJ甲烷蒸汽转化反应是强吸热反应，变换反应是中等放热反应，甲烷蒸汽转化总反应是强吸热反应。
二段转化是轻质烃蒸汽转化制氨合成气的第二步，其目的是为了进一步彻底转化一段转化气中残余甲烷，并添加一定量的氮气以满足合成氨所需之氢氮比。
二段转化炉内进行的主要反应如下：H2+O2 = H2O △H298=-241kJCO+O2 = CO2△H298=-283.2kJCH4+O2 = CO+2H2△H298=-35.6kJ在催化剂层进行转化及变换反应：CH4+ H2O = CO+3H2△H298=206.3kJCH4+CO2 = CO+3H2△H298=247.3kJCO+ H2O = CO2+H2△H298=-41.2kJ上诉反应中，氢气与氧气的燃烧反应的速率比其他反应的速率要快1×103~1×104倍，因而在二段炉的顶部空间中主要进行氢与氧的燃烧反应，反应中生成水并放出大量的热。
当混合气到达催化剂层时，几乎所有的氧气均已消耗掉了（氧的反应率达到99%以上）。
《化工工艺学》简答题含答案
第一章 合成氨1.合成氨的主要生产工序，各工序的作用和任务？答：1.原料气制备，制备含有氢、氮的原料气。
用煤、原油或天然气作原料，制备含氮、氢气的原料气。
2.净化，因为无论用何种方法造气，原料气中都含有对合成氨反应过程有害的各种杂质，必须采取适当的方法除去这些杂质，主要包括变换过程、脱硫脱碳过程以及气体精制过程。
3.压缩和合成，将纯净的氢、氮混合气压缩到高压，在铁催化剂的作用下合成氨。
2.写出烃类蒸汽转化的主要反应。
CH 4+H 2O(g)=CO+3H 2，CH 4=2 H 2+C3.简述常用脱硫方法及技术特点以及适用流程。
答：干法脱硫(氧化锌法脱硫；钴钼加氢脱硫法)是用固体吸收剂吸收原料气体中的硫化物一般只有当原料气中硫化氢质量浓度不高标准状态下在3-5g/m 3才适用。
特点：能脱除有机硫和无机硫而且可以把脱得很精细，但脱硫剂不能再生而且设备庞大占地多，不适用于脱除大量无机硫，只有天然气、油田气等含硫低时才使用；湿法脱硫（化学吸收法，物理吸收法，化学-物理综合吸收法）特点：脱硫剂是便于运输的液体物料，脱硫剂是可以再生并且能回收的硫磺，适用于脱除大量无机硫。
4.改良ADA 法脱硫的主要化学反应和脱硫原理是什么？ADA 法脱硫主要化学反应及脱硫原理：在脱硫塔中用PH 为8.5--9.2的稀碱溶液吸收硫化氢并生成硫化氢物： 液相中的硫化氢物进一步与偏钒酸钠反应，生成还原性焦性偏钒酸钠盐并析出无素硫 还原性焦性偏钒酸钠盐接着与氧化态ADA 反应，生成还原态的ADA 和偏钒酸盐 还原态的ADA 被空气中的氧气氧化成氧化态的ADA ，其后溶液循环使用 4.少量 CO 的脱除方法有哪些？答：铜氨液洗涤法、甲烷化法、液氮洗涤法。
5.以天然气为原料生产合成气过程有哪些主要反应？答：主反应：CO+H 2O(g)=H 2+CO 2 ,CH 4+H 2O(g)=CO+3H 2副反应：CH 4=2 H 2+C ，2CO=C+CO 2,CO+H 2=H 2O+C6.简述一段转化炉的炉型结构。
合成氨生产工艺介绍教学文稿
合成氨生产工艺介绍1、合成氨生产工艺介绍1）造气工段造气实质上是碳与氧气和蒸汽的反应，主要过程为吹风和制气。
具体分为吹风、上吹、下吹、二次上吹和空气吹净五个阶段。
原料煤间歇送入固定层煤气发生炉内，先鼓入空气，提高炉温，然后加入水蒸气与加氮空气进行制气。
所制的半水煤气进入洗涤塔进行除尘降温，最后送入半水煤气气柜。
造气工艺流程示意图2）脱硫工段煤中的硫在造气过程中大多以H2S的形式进入气相，它不仅会腐蚀工艺管道和设备，而且会使变换催化剂和合成催化剂中毒，因此脱硫工段的主要目的就是利用DDS脱硫剂脱出气体中的硫。
气柜中的半水煤气经过静电除焦、罗茨风机增压冷却降温后进入半水煤气脱硫塔，脱除硫化氢后经过二次除焦、清洗降温送往压缩机一段入口。
脱硫液再生后循环使用。
脱硫工艺流程图3）变换工段变换工段的主要任务是将半水煤气中的CO在催化剂的作用下与水蒸气发生放热反应，生成CO2和H2。
河南中科化工有限责任公司采用的是中变串低变工艺流程。
经过两段压缩后的半水煤气进入饱和塔升温增湿，并补充蒸汽后，经水分离器、预腐蚀器、热交换器升温后进入中变炉回收热量并降温后，进入低变炉，反应后的工艺气体经回收热量和冷却降温后作为变换气送往压缩机三段入口。
变换工艺流程图4）变换气脱硫与脱碳 经变换后，气体中的有机硫转化为 H 2S ,需要进行二次脱硫，使气 体中的硫含量在25mg/m 3。
脱碳的主要任务是将变换气中的 CO 2脱 除，对气体进行净化，河南中科化工有限责任公司采用变压吸附脱 碳工艺。
来自变换工段压力约为1.3MPa 左右的变换气，进入水分离 器，分离出来的水排到地沟。
变换气进入吸附塔进行吸附，吸附后 送往精脱硫工段。
被吸附剂吸附的杂质和少量氢氮气在减压和抽真空的状态下， 将从吸附塔下端释放出来，这部分气体称为解析气，解析气分两步 减压脱附，其中压力较高的部分在顺放阶段经管道进入气柜回收， 低于常压的解吸气经阻火器排入大气。
合成氨原料气的制备
3、合成氨原料气制备核心设备选型、结构、作用 及工作原理
煤气发生炉——固体原料煤从炉顶部加入，随煤气
炉的运 行向 下移动，在与从炉底进入的气 化剂逆流相遇的同时，受炉底燃料层高温气体加热， 发生物理、化学反应，产生粗煤气。此粗煤 气经粗 除尘后可直接供燃烧设备使用。
4、合成氨原料气制备工艺涉及的安全使用及急 救措施
氨、液氨和氨水均具有毒性。氨主要通过呼吸道呼吸和皮肤接 触对人体产生伤害。 合成氨的生产设备系统应严加紧闭、严防泄漏，生产车间应提 供充分的局部排风和全面通风，生产现场必修装有工业卫生设 施。当空气中氨浓度超标时，应按规定佩戴必要的防护用品， 如防毒面具，防毒口罩、防护眼镜、防护手套、防护服等。 氨泄漏时，应急处理人员可戴自给正压式呼吸器或防毒面具， 穿防静电工作服或一般消防防护服，不要直接接触泄漏物。
气柜——气体管道穿过水槽底板和水槽中的水进入钟罩，实现气体的输 入或排 出。第二塔节上挂圈立板插入钟罩下挂圈水封，第二塔节即 被提起，如此依次提起各塔节。在输出气体时，钟罩和塔节的动作过 程相反。钟罩及塔节依靠导轨和导 轮保证升降平稳。 除尘器——利用旋转的含尘气流所产生的离心力，将颗粒污染物从气体 中分离出来。
目前工业上的固体燃料为原料制取合成氨原料气的 方法，根据气化方式不同，主要有固定床间歇汽化 法、固定床连续汽化法、沸腾床连续汽化法和气流 床连续汽化法。
2、合成氨原料气制备工艺流程图阐述及工艺条件 的控制
2、合成氨原料气制备工艺流程图阐述及工艺条件
的控制
间歇式制半水煤气的工艺条件：
⑴温度——炉温应较熔点温度50摄氏度 ⑵吹风速度——提高吹风速度可使氧化层反应加速，吹风气中CO 含量的降低，从而减少了热损失 ⑶蒸汽用量——上吹时间不宜过长，下吹时间比上吹长 ⑷燃料层高度——较高的燃料层 ⑸循环时间及其分配——一般不超过3min ⑹气体成分——调节半水煤气中（CO+H2）与N2的比值 ⑺燃料品种的变化与工艺条件的调整——优质的固体燃料（焦炭 或无烟煤）对固定床煤气发生炉气化时允许燃料层较高，吹风 速度大，炉温高，因而蒸汽分解率高，煤气产量大；而对劣质 的固体燃料，则应根据具体情况调整工艺操作指标。
1第一篇 造气工艺基础
第一篇以煤为原料固定床间歇气化工艺的基本知识1.1 气化反应的基本原理及煤气炉内燃料层的分布状况1.1.1 概述以煤为原料的气化过程，分为吹风和制气两个阶段。
作为氨合成的半水煤气是以氧气和蒸汽作为气化剂的制得的气体，同时要求气体中（CO+H2）和N2的比例为3：1-3：2，吹风是放热反应，它的目的是使炭层积蓄热量，为制气提供高温的反应条件；制气是吸热反应，它的目的是使蒸汽和赤热的炭反应，制成合成氨生产所需要的一氧化碳和氢。
1.1.2 固体燃料气化的基本原理在固体煤气发生炉中，原料煤、氧气和水蒸汽发生气化反应，其主要反应如下：（1）以空气为主要气化剂的主要反应方程式C+O2=CO2+402KJ ①2C+O2=2CO+237KJ ②CO2+C=2CO-165KJ ③吹风时，空气中的氧气和炭燃烧，其反应式为①和②为主。
放出大量的热量，贮蓄在炭层中，同时反应生成的CO2继续与炭发生还原反应生成CO，如反应式③，此反应为吸热反应，生成的CO随吹风气放空或送吹风气回收岗位，很显然这个反应是应该抑制的。
工艺上采用提高吹风速度，减少C02和炭接触时间。
（2）以水蒸汽为气化剂的主要反应方程式为C+2H2O=CO2+2H2-80KJ ④C+H2O=CO+H2-123KJ ⑤水蒸汽和炭的反应过程叫制气，以反应式④和⑤表示，都是吸热反应，利用反应式①和②中的热量。
1.1.3 煤气发生炉内燃烧层的分布状况在煤气发生炉中固体燃料气化过程，燃料与气化剂呈相反方向和顺时针方向运动，当气化剂经过燃料层时，进行气化反应，同时伴随着物理变化，燃料层大致可分如下图所示的5个区层。
层的高温燃料和炉壁的辐射热以及下面的高温气流的导热，使燃料中的水分蒸发，形成干燥层，干燥层的厚度与加入的燃料的量有关。
（2）干馏层干燥层下面温度较高，燃料中的水分蒸发至差不多后，在高温条件下，燃料便发生热分解，放出挥发分，燃料本身也逐渐碳化，干馏层厚度小于干燥层。
第1章 合成氨1
化学与化工系
西安文理学院
1.2.4 气态烃类蒸气转化催化剂
选择原则：高强度、高活性、抗析碳、抗中毒 高空隙率
组成：
主催化剂：
NiO（4-30％）
促进剂 ： Al2O3、MgO、CaO、TiO2、K2O
载体： 铝酸钙连接型和氧化铝烧结型 装填：过筛、均匀、下降落差不能太大。 化学与化工系
还原后才能使用，卸出前必须钝化
log k p 2
备注： 此公式属经验公式，来源于试验， 化学与化工系
2.平衡常数的应用（计算平衡组成）
Nm，nw分别为进气中甲烷和水蒸气的量，kmol； x为甲烷蒸汽转化反应的甲烷转化量， kmol； y为变换反应转化的一氧化碳的量， kmol；
预计转化气组成
已知温度
求平衡常数
求平衡组成
选择工艺条件 判断工况
化学与化工系
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1.1.2 生产方法简介
主要包括3个步骤 (1)造气：即制备含有氢、氮的原料气； (2) 净化：不论采用何种原料和何种方法造气，原 料气中都含有对合成氨反应过程有害的各种杂质， 必须采取适当的方法除去这些杂质； (3) 压缩和合成：将合格的氮、氢混合气压缩到高 压，在铁催化剂的存在下合成氨。
化学与化工系
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胺.磺胺
氨 的 用 途
氨
炸药 医药
化学与化工系
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氨的发展概况
氨(Ammonia)，分子式NH3，是1754年由普里斯特 里(Priestiy) 加热氯化铵和石灰石时发现的。1784年，伯 托里(C.L.Berthollet) 确定氨是由氮和氢组成的。其后，人 们便开始进行化学合成氨的研究.经过100多年的漫长岁月。 1901年，法国化学家吕查德里开创性地提出氨合成的条件 是高温、高压，并有催化剂存在。 终于在1913年实现了由氮和氢直接合成氨的工业化。 这是由哈伯 (Frite Haber) 与伯希 (Carl Bosch) 一起开发 的日产30t的工业化装置，在德国奥堡 (Oppau) 投入生产， 采用高温高压和铁系催化剂工艺，这就是著名的Haber— Bosch 法。因为保密和第一次世界大战(1914~1918)的关系， 除了德国和BASF公司外，该技术并未被很好利用。 化学与化工系
合成氨工艺简介
02
随着科技的不断进步，合成氨 技术将不断优化和改进，提高 生产效率和降低成本。
03
合成氨技术的未来发展趋势将 更加注重环保、节能和可持续 性，以适应人类社会发展的需 要。
06
相关问题和探讨
节能减排技术在合成氨工艺中的应用
节能技术
节能技术贯穿于合成氨工艺的全过程，包括原料的预处理、反应条件的优化、 能源回收等环节。通过采用先进的节能技术，可以显著降低合成氨工艺的能耗 ，提高能源利用效率。
合成氨工艺简介
汇报人： 日期:
目录
• 合成氨的历史和发展 • 合成氨工艺流程 • 合成氨工艺的原理和特点 • 合成氨工艺的操作和维护 • 合成氨的应用和前景 • 相关问题和探讨
01
合成氨的历史和发展
合成氨的发明历程
1805年，戴维(Humphry Davy)将氢气通过金属进行反 应实验。
1909年，哈勃(Fritz Haber)发明了工业合成氨的方法。
合成氨工艺的操作和维护
工艺参数的监控和调节
温度监控
合成氨工艺的反应温度是关键参数之一，需要 实时监控并调节。
压力监控
反应压力也是关键参数，需要精确控制以获得 最佳的反应效果。
气体组成分析
分析反应气体组成，判断反应是否进行完全，同时根据分析结果调整工艺参数 。
设备的维护和保养
1 2
设备清洁
定期对设备进行清洁，以防止灰尘和杂质对设备 性能的影响。
催化剂的活性
催化剂的活性可以通过温度、压力、气体组成等因素来调节。
合成氨工艺的特点和优缺点
工艺流程
合成氨工艺通常包括天然气或煤的气化、净化、压缩、合成等环 节。
优点
合成氨工艺具有原料来源广泛、工艺成熟、产量大等优点。