合成氨生产课件

四、反应热效应
氨合成反应的热效应不仅取决于温度，而且还与压力、气体 组成有关。工业生产中，体系反应热效应是上述反应热与混合 热之和。
五、氨合成的化学反应速率
反应速率的影响因素有压力、温度、氢氮比及惰性气 体含量。此外，催化剂活性和粒度对反应速率也有影响。
任务四 典型设备的选择
教学目标
氨合成操作温度应视催化剂型号而定，一般控制在400-500℃。
3、空速
一般操作压力为30MPa左右的中压法合成氨，空速在20000～30000 ／h； 操作压力为15MPa的轴向冷激式合成塔，空速为10000／h； 操作压力26.9 MPa的径向冷激式合成塔，空速为16200／h。
4、入塔气组成
3、原料气的净化
原料气的净化过程包括脱硫、变换、脱碳和精制四个工序。 ①工业上脱除硫化物的工序称为脱硫。 干法脱硫：氧化锌、氧化锰、活性炭、分子筛； 湿法脱硫 ：氨水中和法、改良ADA氧化脱硫法、栲胶法等
活性炭脱硫剂 活性炭脱硫剂
湿法脱硫催化剂
②利用一氧化碳与水蒸气作用，生成氢气和二氧化碳，来除去大 部分的一氧化碳。这一过程称为一氧化碳的变换。
三、合成氨工艺条件的选择
工艺因素
反应温度 压力 氢氮比
对反应的影响
选择原则
氨合成反应尽可能控制在最适 化学反应速率随温度的 宜温度附近，以使反应速率保 升高而加快 持最快
提高压力可加快总反应 综合考虑其它因素前提下选择 较高的压力 速率
要始终保持反应速率最 在反应初期，氢氮比γ＝1；当 大，最佳氢氮比应随反 反应趋于平衡时，最佳氢氮比 接近于3 应的进行而增大 惰性气体含量的增加， 控制惰性气体含量 反应速率趋于下降
工业上以固体燃料为原料，制取合成氨原料气的方法，主要 有以下四种：固定层间歇汽化法、 固定层连续汽化法、沸腾层 汽化法 、气流层汽化法 。 ②固定层间歇汽化制原料气 固定层间歇汽化法的特点是利用碳与空气反应放出的热量， 供给碳与水蒸气反应所需要的热量，以保持体系的热平衡。所 用设备称为煤气发生炉。 间歇法制造半水煤气时，需要向煤气炉内交替地送入空气和 水蒸气。自上一次开始送空气至下一次开始送空气为止，称为 一个工作循环。 顺序为: a．吹风，b．（蒸汽）一次上吹 ，c.（蒸汽）下 吹 ， d.(蒸汽）二次上吹 e．空气吹净。
以无烟煤 (焦炭)为 原料，主要包括以下 三个主要步骤： 原料气的制备 原料气的净化 氨的合成
以焦炭(无烟煤)为原料的制氨流程示意图
2、原料气的制备 要求原料气中有效气成分与氮气比例为3.1-3.2。 固体燃料气化法： 煤或焦炭中的碳元素，与水蒸气反应生成水煤气， 有效成分是CO和H2。
上述反应过程为强吸热过程，需要的热量由空气 或氧气与碳作用来提供。
完成下表内容并交流:
问题 合成氨有哪些工业用 途？ 列出合成氨的理化性 质 内容 文献资料来源
分析世界合成氨工业 的发展趋势
一、合成氨的性质与用途
1、合成氨的性质 氨（NH3）在常温常压下为无色、有刺激性 辛辣味的气体，比空气轻，易溢出，具有强烈 的刺激性和腐蚀性，故易造成急性中毒和灼伤， 能灼伤皮肤和眼睛，刺激呼吸器官黏膜。
合成塔入塔气组成包括氢氮比、惰性气体含量、入塔氨含量。 入塔气体的氢氮比为2.8～2.9时比较合适； 惰性气体(CH4、Ar)在入塔气中含量，一般12％ ～ 18％为 宜 ； 入塔氨含量：当操作压力在30MPa左右时，控制在3.2％ ～ 3.8％，操作压力为15 ～ 20MPa时，则控制在2％ ～ 3％。
惰性气体
1、压力
从发展方向看，大型合成 氨装置采用25~30MPa的操 作压力，在技术经济上有 利。
2、温度
催化床的温度分布应在催化剂活性温 度范围(约350~550℃)内尽量接近最 适宜温度曲线。最适宜温度取决于反 应气体的组成、压力以及所使用的催 化剂活性。。 催化剂床层的前半段先进行一段绝热 反应过程 ，催化剂床层的后半段及 时移走反应热，使反应温度尽可能接 近最适宜温度曲线操作。 严格控制催化剂床层的两点温度， 即床层入口温度和热点温度。
任务一 合成氨工业概貌检索
教学目标
知 识 目 标 能 力 目 标
了解合成氨的理化性质 了解合成氨的用途、产量 了解合成氨工业的基本情况 了解合成氨工业的发展趋势
能熟悉运用专业资料进行信息 检索 能对收集信息进行处理
工作任务:
结合教材内容，查找相关文献资料， 学习合成氨的性质、用途、产品价格、产 量、工业发展的相关知识 ，并完成表格内 容。
任务二
合成氨生产工艺路线分 析与选择
教学目标
知 识 目 标 能 力 目 标
了解合成氨的工业生产方法和 特点 理解合成氨的生产原理
能根据工艺要求进行合成氨生 产路线的选择 能对合成氨生产过程进行动力 学和热力学分析
工作任务:
结合教材内容，查找相关文献资料， 学习合成氨的生产方法、生产原理及合成 氨生产动力学、热力学分析的相关知识， 并完成表格内容。
能力目标：
1、能够熟练运用专业工具书、期刊、专业书籍和网络资源等 查找有关合成氨生产的资料和信息； 2、能对收集到的合成氨生产的相关知识进行合理的分类和归 纳； 3、能较熟练地运用外语进行专业信息收信和处理； 4、能对合成氨生产工艺条件进行分析； 5、能对合成氨生产设备的选择； 6、能读懂合成氨的生产工艺流程图； 7、具有编制合成氨生产的操作规程的为中温变换和低温变换。
③脱除变换气中二氧化碳的过程常称为“脱碳”。 物理吸收法 ：低温甲醇洗涤法、碳酸丙烯酯法等
化学吸收法 ：改良热钾碱法、栲胶法和乙醇胺法等。
④送往合成工序以前的进一步净化，称为“精制”。 铜氨液洗涤法、甲烷化法、双甲精制法、液氮洗涤法。
任务三 合成氨生产工艺参数的 确定
向生成氨的方向移动
不同温度、压力下，纯氢氮混合气(H2/N2=3)的化学平衡常数值
压 温度/℃ 10.33 350 400 450 500 550 2.9796×10-1 1.3842×10-1 7.1310×10-2 3.9882×10-2 2.3870×10-2 15.20 3.2933×10-1 1.4742×10-1 7.7939×10-2 4.1570×10-2 2.4707×10-2 20.27 3.5270×10-1 1.5759×10-1 7.8990×10-2 4.3359×10-2 2.5630×10-2 30.39 4.2346×10-1 1.8175×10-1 8.8350×10-2 4.7461×10-2 2.7618×10-2 40.53 5.1357×10-1 2.1146×10-1 9.9615×10-2 5.2259×10-2 2.9883×10-2 力/MPa
临界比体积/(L/kg)
4.257
空气中爆炸极限(体积分数/%)
15.5-28
二、世界合成氨的发展趋势
经过近90年的发展，合成氨工业已经遍布全世 界，合成氨技术得到了高度的发展，如生产规模大 型化，单机最高产量已达1800t/d；生产操作高度自 动化，大型氨厂都采用集散控制系统。 世界合成氨生产能力已超过1.76亿吨/年。合 成氨按终端用途来分，约85%-90%的合成氨用作化肥： 液态氨、硝酸铵、尿素或其他衍生物，仅13%用于其 他商品市场。
项目七 合成氨的生产
项目说明:
通过本项目的学习，使学生了解合成氨的 基本性质和用途、合成氨工业的基本情况及合 成氨的生产方法，熟悉合成氨的生产工艺流程 及合成氨生产的操作规程，掌握影响合成氨生 产的工艺条件及影响因素。
知识目标:
1、了解合成氨的理化性质及用途； 2、了解合成氨的生产方法； 3、熟悉合成氨生产设备知识； 4、熟悉合成氨的工艺流程； 5、掌握影响合成氨生产的工艺条件及影响因素。
教学目标
知 识 目 标 能 力 目 标
了解合成氨生产中的各种影响 因素 理解各种因素影响对合成氨生 产的影响
能够对合成氨生产中各种工艺 参数进行分析、确定
工作任务:
结合教材内容，查找相关文献资料， 学习影响合成氨生产的工艺因素种类的相 关知识 ，并完成表格内容。
完成下表内容并交流:
问题
反应温度如何影响氨合 成反应 反应压力如何影响氨合 成反应 原料配比如何影响氨合 成反应
压，使平衡氨含量下降
3、氢氮比
4、惰性气体含量 惰性气体是指反应体系中 不参加化学反应的气体组分， 氨合成混合气体中的惰性气体 指的是甲烷和氩。惰性气体的 存在，降低了氢氮气的有效分 压，使平衡氨含量下降。 综上所述，可通过提高压 力、降低温度、减少惰性气 体含量、保持氢氮比略小于3 四种措施来提高平衡氨含量。
煤气发生炉
固定床间歇气化工艺流程图
此法不需要纯氧，但对煤的机械强度、热稳 定性、灰熔点要求较高；非制气时间较长， 生产 强度低；阀门开关频繁，阀门易损坏，维修工作量 大，能耗大。 该流程虽对吹风气的显热和潜热以及上行煤 气的显热进行了回收，但对下行煤气的显热未回收， 且出废热锅炉的上行煤气及烟气的温度均较高，因 此热量损失较大。
内容
文献资料来源
一、氨的合成原理
氨的合成反应为：
可逆、放热、体积缩小且有催化剂才能以较快的速 率进行的反应。
二、氨合成反应的热力学和动力学分析
1、平衡常数
Kp p( NH 3 ) p1.5 ( H 2 ) p 0.5 ( N 2 )
氨合成反应是可逆、放热和体积缩小的反应，根据
平衡移动规律可知，降低温度，提高压力，有利于平衡
由表可知：化学平衡常数值随着温度的降低、压力的 提高而增大。
2、平衡氨含量 在给定操作条件下，合成反应平衡时混 合气体中氨的百分含量，或称为氨的平衡产 率，这反应能达到的最大限度。
温度降低、压力升高时，平衡氨含量增加，有 利于氨的生成 氢氮比（用γ表示）对平衡氨含量有显著影响
惰性气体的存在，降低了氢气和氮气的有效分