合成氨生产工艺流程PPT
化学工艺学第2章合成氨
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第2章 合成氨
• 2.1 概述
1、氨的性质：
物理性质：冰点-77.7℃，汽化热大，所以 可作为冷冻剂使用。有刺激性气味。 化学性质：较活泼，可制化肥、硝酸等。 氨的用途：生产化肥（固氮）、生产硝酸、纯碱、 含氮无机盐、化纤、塑料。
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ2章 合成氨
• 2.1 概述
2、合成氨的原料 原料：（包括提供H2的原料和燃料） 固体原料：焦碳、煤 气体原料：天然气、重油、焦炉气等 液体原料：石脑油、重油、原油等 常用的原料有：焦碳、煤、天然气、重油
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第2章 合成氨
• 2.2 原料气的制取
煤气的类型： 空气煤气：H2：0.9%，CO：33.4%、N2：64.6% 水煤气：H2：50%，CO：37.3%、N2：5.5% 半水煤气：H2：37%，CO：33.3%、N2：22.4% （接近H2：N2=3.2:1） 半水煤气可采取分阶段制得空气煤气及水煤气， 然后将两者按一定比例混合而成。
钴钼加氢 反应器
排风机
天然气蒸气转化工艺流程图
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第2章 合成氨
• 2.2.5 甲烷蒸气转化的生产方式 一段转化：
采用管子炉，3~4MPa下，在多根耐热合金钢管 内填放催化剂，侧壁（或顶部）设有多个烧嘴，燃烧 天然气，产生高温。炉膛温度：1000℃，管子内温 度：750~800℃。 进入一段的原料气：3~4MPa，H2O/CH4=3.5， 500~520℃； 出一段的转化气：850~860℃
CO2+N2
CO+N2
空气
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第2章 合成氨
第二阶段（一次上吹）： 水蒸气从下往上，一次地吹过炽热的C层，产生水煤 气送往气柜，炭层的温度上移，温度下降。
合成氨工艺的发展历史PPT课件
0.6~3.7mm;反应后期：温度420~440度粒径 8~16mm
二、氨的分离
三、变换 1、化学反应与平衡转化率
变换的目的将一氧化碳变成氢。
CO H2O CO2 H2
2、工艺条件的优化 (1)、催化剂：
铜催化剂：氧化铜、氧化锌、氧化铝烧结用氢还原 活性温度为180-250度，为低变催化剂。 铁铬催化剂：氧化铁、氧化铬，活性温度为350-450 度，为中变催化剂。 (2)、原料气组成： 使水蒸气过量，提高转化率。 200度时，CO与H2O体积比由1：1提高到1：6时转 化率由93.8%提高到99.9%。
3、甲烷化： 除去热钾减法处理后气体中的一氧化碳、二氧化碳 和氧气。 “甲烷化”为广泛使用的初步净化方法。
CO 3H2 CH4 H2O 206kJ mol 1 CO2 4H2 CH4 2H2O 165kJ mol 1
镍做催化剂，在280-380度的条件下进行。 反应为简单绝热反应器。 甲烷化处理后的气体中一氧化碳、二氧化碳、水等总 量在10毫克每立方米以下。
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。 1、空气吹风： 送风发热、提高炉温
2、上吹造气： 将水蒸气和炉气 从炉底吹入生产 半水煤气经废热 锅炉、洗涤塔送 至气柜。
3、下吹造气： 上吹后炉底温度降 低，炉顶温度尚 高，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 水煤气经废热锅 炉、洗涤塔送至气 柜。
氨的合成工艺
• 3.催化剂的中毒
催化剂的催化能力一般称为催化活性。有人认为： 由于催化剂在反应前后的化学性质和质量不变， 一旦制成一批催化剂之后，便可以永远使用下去。 实际上许多催化剂在使用过程中，其活性从小到 大，逐渐达到正常水平，这就是催化剂的成熟期。 接着，催化剂活性在一段时间里保持稳定，然后 再下降，一直到衰老而不能再使用。活性保持稳 定的时间即为催化剂的寿命，其长短因催化剂的 制备方法和使用条件而异。
• 国际上有关的研究成果认为，温和条件下 的固些过渡金属的有机 络合物去络合N2，使它的化学键削弱；② 还原过程。它是用化学还原剂或其他还原 方法输送电子给被络合的N2，来拆开N2中 的N—N键；③加氢过程。它是提供H+来和 负价的N结合，生成NH3。
• 催化剂在稳定活性期间，往往因接触少量的杂质而使活性 明显下降甚至被破坏，这种现象称为催化剂的中毒。一般 认为是由于催化剂表面的活性中心被杂质占据而引起中毒。 中毒分为暂时性中毒和永久性中毒两种。例如，对于合成 氨反应中的铁催化剂，O2、CO、CO2和水蒸气等都能使 催化剂中毒。但利用纯净的氢、氮混合气体通过中毒的催 化剂时，催化剂的活性又能恢复，因此这种中毒是暂时性 中毒。相反，含P、S、As的化合物则可使铁催化剂永久 性中毒。催化剂中毒后，往往完全失去活性，这时即使再 用纯净的氢、氮混合气体处理，活性也很难恢复。催化剂 中毒会严重影响生产的正常进行。工业上为了防止催化剂 中毒，要把反应物原料加以净化，以除去毒物，这样就要 增加设备，提高成本。因此，研制具有较强抗毒能力的新 型催化剂，是一个重要的课题。
• 一般采用溶液吸收法脱除CO2。根据吸收剂性能
的不同，可分为两大类。一类是物理吸收法，如 低温甲醇洗法(Rectisol)，聚乙二醇二甲醚法 (Selexol)，碳酸丙烯酯法。一类是化学吸收法， 如热钾碱法，低热耗本菲尔法，活化MDEA法， MEA法等。 4 ③ 气体精制过程
合成氨生产示意流程
合成氨生产示意流程英文回答：Ammonia Production Process.Ammonia production is a crucial industrial process for the production of fertilizers, explosives, and other chemicals. The Haber-Bosch process is the most common method for synthesizing ammonia, which involves the reaction of nitrogen and hydrogen gases at high temperature and pressure in the presence of a catalyst.Process Overview.The synthesis of ammonia is a multi-step process that begins with the production of synthesis gas. Synthesis gas is a mixture of nitrogen and hydrogen gases, which are typically obtained from natural gas or coal. The synthesis gas is then compressed and heated to a high temperature, typically around 450-550°C. A catalyst, usually iron oxidepromoted with potassium oxide, is used to promote the reaction between nitrogen and hydrogen gases.The reaction between nitrogen and hydrogen gases is exothermic, releasing heat. This heat is used to maintain the high temperature required for the reaction. The reaction also produces ammonia gas, which is cooled and separated from the unreacted gases. The unreacted gases are recycled back into the process.The overall reaction for the synthesis of ammonia can be represented by the following equation:N2 + 3H2 → 2NH3。
鲁教版九年级上册化学 第2章-第4节《化学反应条件的优化——工业合成氨》ppt课件(共38张ppt)
B．降低温度，增大压强，加入催化剂
C．升高温度，增大压强，增加氮气
D．降低温度，增大压强，分离出部分氨
解析：本题旨在考查影响化学平衡的外界因素的应用与
分析。题目要求增大合成氨反应中氢气的转化率，就是
在不增加氢气的情况下，改变合成氨反应的其他条件，
使更多的氢气转化为氨。从化学平衡分析也就是使平衡 栏
故B发生移动。在恒温、恒压时，加入He，使整个体
系做等压膨胀，体积变大，He虽然不参与化学反应，
但由于体积的膨胀，而使平衡混合物中的N2、H2、 栏
目
NH3的浓度都相应减小，结果，反应物浓度减小的程
链 接
度比生成物浓度减小的程度大，此时正反应速率小于
逆反应速率，平衡左移，故C发生移动。在恒温、恒
容时，向体系中加入He，使整个体系压强增大，但由
目 链
接
kc(N2)·c1.5(H2)·c－1(NH3)知，在一定的温度、压强下，
化学反应速率与反应物浓度c(N2)或c1.5(H2)成正比关系，
与生成物浓度c(NH3)成反比关系。因此可以采用增大
反应物浓度、减小生成物浓度来提高化学反应速率。
4．催化剂对化学反应速率的影响：加催化剂可以
使反应的活化能从335kJ·mol－1降低为167kJ·mol－1，
例2 对于合成氨的反应来说，使用催化剂和施加高压，
下列叙述中正确的是( )
A．都能提高反应速率，都对化学平衡状态无影响
栏
B．都对化学平衡状态有影响，都不影响达到平衡状态 目
链
所用的时间
接
C．都能缩短达到平衡状态所用的时间，只有压强对化
学平衡状态有影响
D．催化剂能缩短反应达到平衡状态所用的时间，而压
工业合成氨课件
5、在合成氨反应中，入口气体体 积比 N2:H2:NH3 为6:18:1，出口 气体体积比为9:27:8，则H2的转
化率为___2_5_%___。
起始
N2+3H2 6 18
2NH3 1
施来提高反应速率？
2、压强的选择
①合成氨反应是气态物质系数减小的气体 反应，增大压强既可以增大反应速率，又能使 平衡正向移动，所以理论上压强越大越好。
②但是压强越大，对设备的要求高、压缩 H2和N2所需要的动力大，因此选择压强应符合 实际科学技术。
综合以上两点:根据反应器钢材质量 及综合指标，一般选择中压生产。
弗里茨·哈伯：
给人类带来丰收和 喜悦的天使，用空 气制造面包的圣人。
合成氨反应: N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)
假如你是一个合成氨工厂的老板，对工业生 产你会考虑哪些问题？
反应的可能性要强 原料的利用率要高 单位时间内产率高
化学反应的方向性
增大化学反应限度 加快化学反应速率
另外还要考虑生产中的能源消耗、原料 来源、设备条件、环境保护等因素。
(D)合成氨工业采用20 MPa ---- 50MPa ，是因该条 件下催化剂的活性最好
4.已知2SO2(g)+O2(g)
2SO3 (g) △H＜0。
催化剂的温度是_4_5_0_℃__。 (2)应采用的压强是__常__压__，理由是__因__为_常__压__下__SO2 __的__转__化_率__已__经__很__高_，__若__采__用__较_大__压__强__，__S_O_2_的__转__化_率_
煤为原料的合成氨工艺流程简图
以煤为原料的合成氨工艺煤合成氨工艺的核心问题是制备纯净的氢气,而制备纯净的氢气,就涉及到脱硫脱碳工序含硫、含碳的气体,都是酸性气体C+H2O水蒸气=CO+H2水煤气法 CO+H2O=CO2+H2拥有氢气与氮气,即可制得氨.氨与二氧化碳作用生成氨基甲酸铵简称甲铵,进一步脱水生成尿素2NH3+CO2==COONH2NH4放热,COONH2NH4==CONH22+H2O吸热.尿素加热分解可以制成三聚氰胺6CONH22==C3N3NH23三聚氰胺+3CO2+6NH3.工艺流程1原料气制备将煤和天然气等原料制成含氢和氮的粗原料气.对于固体原料煤和焦炭,通常采用气化的方法制取合成气；渣油可采用非催化部分氧化的方法获得合成气；对气态烃类和石脑油,工业中利用二段蒸汽转化法制取合成气.2净化对粗原料气进行净化处理,除去氢气和氮气以外的杂质,主要包括变换过程、脱硫脱碳过程以及气体精制过程.①一氧化碳变换过程在合成氨生产中,各种方法制取的原料气都含有CO,其体积分数一般为12%到40%.合成氨需要的两种组分是H2和N2,因此需要除去合成气中的CO.变换反是：CO+H2O→H2+CO2=mol 0298HΔ由于CO变换过程是强放热过程,必须分段进行以利于回收反应热,并控制变换段出口残余CO含量.第一步是高温变换,使大部分CO转变为CO2和H2；第二步是低温变换,将CO含量降至%左右.因此,CO变换反应既是原料气制造的继续,又是净化的过程,为后续脱碳过程创造条件.②脱硫脱碳过程各种原料制取的粗原料气,都含有一些硫和碳的氧化物,为了防止合成氨生产过程催化剂的中毒,必须在氨合成工序前加以脱除,以天然气为原料的蒸汽转化法,第一道工序是脱硫,用以保护转化催化剂,以重油和煤为原料的部分氧化法,根据一氧化碳变换是否采用耐硫的催化剂而确定脱硫的位置.工业脱硫方法种类很多,通常是采用物理或化学吸收的方法,常用的有低温甲醇洗法Rectisol 、聚乙二醇二甲醚法Selexol 等.粗原料气经CO 变换以后,变换气中除H 2外,还有CO 2、CO 和CH 4等组分,其中以CO 2含量最多.CO 2既是氨合成催化剂的毒物,又是制造尿素、碳酸氢铵等氮肥的重要原料.因此变换气中CO 2的脱除必须兼顾这两方面的要求.一般采用溶液吸收法脱除CO 2.根据吸收剂性能的不同,可分为两大类.一类是物理吸收法,如低温甲醇洗法Rectisol,聚乙二醇二甲醚法Selexol,碳酸丙烯酯法.一类是化学吸收法,如热钾碱法,低热耗本菲尔法,活化MDEA 法,MEA 法等.③气体精制过程经CO 变换和CO 2脱除后的原料气中尚含有少量残余的CO 和CO 2.为了防止对氨合成催化剂的毒害,规定CO 和CO 2总含量不得大于10cm3/m3体积分数.因此,原料气在进入合成工序前,必须进行原料气的最终净化,即精制过程.目前在工业生产中,最终净化方法分为深冷分离法和甲烷化法.深冷分离法主要是液氮洗法,是在深度冷冻<-100℃条件下用液氮吸收分离少量CO,而且也能脱除甲烷和大部分氩,这样可以获得只含有惰性气体100cm3/m3以下的氢氮混合气,深冷净化法通常与空分以及低温甲醇洗结合.甲烷化法是在催化剂存在下使少量CO 、CO 2与H 2反应生成CH 4和H 2O 的一种净化工艺,要求入口原料气中碳的氧化物含量体积分数一般应小于%.甲烷化法可以将气体中碳的氧化物CO+CO 2含量脱除到10cm3/m3以下,但是需要消耗有效成分H 2,并且增加了惰性气体CH 4的含量.甲烷化反应如下：CO+3H 2→CH 4+H 2O =mol 0298H Δ CO 2+4H 2→CH 4+2H 2O =mol 0298H Δ3氨合成将纯净的氢、氮混合气压缩到高压,在催化剂的作用下合成氨.氨的合成是提供液氨产品的工序,是整个合成氨生产过程的核心部分.氨合成反应在较高压力和催化剂存在的条件下进行,由于反应后气体中氨含量不高,一般只有10%到20%,故采用未反应氢氮气循环的流程.氨合成反应式：N 2+3H 2→2NH 3g =mol。
合成氨的工艺流程
含硫气氛中加热，使活性金属硫化，
化剂的载体材料，提高催化剂的活
化剂
然后还原再生
性和稳定性
• 熔融法：将活性金属和载体材料
• 溶剂再生法：将失活的催化剂在
• 改变催化剂的制备工艺：通过改
熔融混合，然后冷却、破碎制成催
溶剂中浸泡，使活性金属溶解，然
变催化剂的制备工艺，提高催化剂
化剂
后沉淀再生
的性能和寿命
水分脱除，得到干燥氨气
气
• 锅炉：为催化反应提供
• 氨分离塔：分离氨气和
• 氨脱油器：将氨气中的
• 空气压缩机：将空气压
热能，维持反应温度
剩余气体，得到氨产品
油分脱除，得到清洁氨气
缩，为氨合成提供氮气原料
• 压缩机组：将催化反应
• 再生气加热器：将剩余
• 氨脱硫器：将氨气中的
• 原料气混合器：将氮气
合成氨在化肥工业中的应用
• 氨是制造尿素、硝酸铵、磷酸铵等化肥的原料
• 合成氨在化肥工业中的用量占全球合成氨总产量的60%以上
合成氨在化工原料中的应用
• 氨是制造硝酸、硫酸、盐酸等化工原料的中间体
• 合成氨在化工原料工业中的用量占全球合成氨总产量的20%左右
合成氨在塑料、纤维工业中的应用
• 氨是制造聚氨酯、聚酰胺等塑料、纤维的原料
03
合成氨的工艺流程及设备
典型的合成氨工艺流程概述
• 合成氨工艺流程主要分为四个阶段：原料气制备、催化反应、氨
分离和产品处理
• 原料气制备：将氮气和氢气原料气化，调整气体成分和温度，
为催化反应做好准备
• 催化反应：将原料气通入装有催化剂的催化反应器，发生合成
氨反应
• 氨分离：将催化反应后的气体冷却，分离出氨气，剩余气体循
合成氨的工艺流程
合成氨的工艺流程氨是重要的无机化工产品之一，在国民经济中占有重要地位。
除液氨可直接作为肥料外，农业上使用的氮肥，例如尿素、硝酸铵、磷酸铵、氯化铵以及各种含氮复合肥，都是以氨为原料的。
合成氨是大宗化工产品之一，世界每年合成氨产量已达到1亿吨以上，其中约有80%的氨用来生产化学肥料，20%作为其它化工产品的原料。
德国化学家哈伯从1902年开始研究由氮气和氢气直接合成氨。
于1908年申请专利，即“循环法”，在此基础上，他继续研究，于1909年改进了合成，氨的含量达到6%以上。
这是目前工业普遍采用的直接合成法。
反应过程中为解决氢气和氮气合成转化率低的问题，将氨产品从合成反应后的气体中分离出来，未反应气和新鲜氢氮气混合重新参与合成反应。
合成氨反应式如下:N2+3H2=2NH3(该反应为可逆反应,等号上反应条件为:"高温，高压",下为:"催化剂")合成氨的主要原料可分为固体原料、液体原料和气体原料。
经过近百年的发展，合成氨技术趋于成熟，形成了一大批各有特色的工艺流程，但都是由三个基本部分组成，即原料气制备过程、净化过程以及氨合成过程。
合成氨是由氮和氢在高温高压和催化剂存在下直接合成的氨。
别名:氨气。
分子式NH3英文名:synthetic ammonia。
世界上的氨除少量从焦炉气中回收副产外，绝大部分是合成的氨。
合成氨装置模型图: 1.工业生产上合成氨装置图2、合成氨工艺流程叙述:(1)原料气制备将煤和天然气等原料制成含氢和氮的粗原料气。
对于固体原料煤和焦炭，通常采用气化的方法制取合成气;渣油可采用非催化部分氧化的方法获得合成气;对气态烃类和石脑油，工业中利用二段蒸汽转化法制取合成气。
(2)净化对粗原料气进行净化处理，除去氢气和氮气以外的杂质，主要包括变换过程、脱硫脱碳过程以及气体精制过程。
? 一氧化碳变换过程在合成氨生产中，各种方法制取的原料气都含有CO，其体积分数一般为12%~40%。
第七章 合成氨
氮是蛋白质中的主要组成部分，蛋白质用来维持植物和动物 的生命。空气中含有79％（体积）的氮。但是大多数植物不 能直接吸收这种游离的氮。只有当氮与其他元素化合以后， 才能为植物所利用。这种使空气中游离态氮转变成化合态氮 的过程。称为“氮的固定”。固定氮的方法很多，合成氨 法是目前世界各国采用最广、最经济的方法。 氨的合成及其加工，首先用于生产肥料，液氨含氮82.3％， 本身就是一种高效肥料，可直接施用，但因易挥发，液氨的 储存、运输与施肥都需要一套特殊的设备。目前大多将氨与 其他化合物加工成种固体氮肥和部分液体肥料，如尿素、氯 化铵、氨水和碳化氨水等。
（2）铁催化剂的还原 氨合成的铁催化剂中的Fe3O4必须将其 还原成金属铁后才有催化活性，催化剂还原的反应式为：
Fe3O4 + 4 H 2 ⇔ 3Fe + 4 H 2O
催化剂经还原处理后，晶体被还原成细小的α-Fe晶体，它们 疏松地附在氧化铝的骨架上，还原前后表观容积并无显著改 变，因此，除去氧后的催化剂便成为多孔的海绵状结构。催 化剂的颗粒密度（表观密度）与纯铁的密度（7.86g/cm3） 相比要小得多，说明孔隙率是很大的，一般孔呈不规则树枝 状。还原态催化剂的内表面积约为4～6m2／g。
氨不仅对农业有着重要作用，而且也是重要的工业 原料。氨可以加工成胺与磺胺，是合成纤维及制药 的重要原料；尿素不仅是高效肥料，而且又是制造 塑料、合成纤维和医药的原料；在制碱、石油炼制 和橡胶工业以及冶金、采矿、机械加工等工业部门， 也都要用到氨或氨的加工品；此外，在食品、冷冻 工业上，氨是最好和最常用的冷冻剂。氨对于国防 工业也十分重要，氨氧化可制成硝酸，在炸药工业 中，硝酸是基本的原料，用硝酸作硝化剂可以制得 三硝基甲苯、三硝基苯酚、硝化甘油及其他各种炸 药。所以氨是基本化工产品之一，在国民经济中占 有十分重要的地位。