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合成氨工藝

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放大字體  縮小字體    發(fā)布日期:2019-08-31  來源:儀器信息網(wǎng)  作者:Mr liao  瀏覽次數(shù):552
核心提示:合成 氨是一種非常重要的化工產(chǎn)品,在國民經(jīng)濟(jì)中有著重要地位。1909年,德國化學(xué)家哈勃經(jīng)過多年的經(jīng)驗提出了“循環(huán)法”的工業(yè)氨的合成方法,成為至今為止工業(yè)上普遍使用的直接合成方法。合成氨工藝原理 作為一門很復(fù)雜的技術(shù),合成氨工藝技術(shù)中具有很多門的綜合技術(shù),包括化工、化學(xué)和物理等,屬于一種非常典型的無機(jī)化工專業(yè)。 首先以煤合成氨為例,在制取半水煤氣的時候,要將煤加入到造氣爐內(nèi),然后將空氣通入,使其不斷的燃燒升溫,這時候再將蒸汽和空氣間斷的通入進(jìn)去,這樣就能夠使炙熱的碳與蒸汽之間出現(xiàn)反應(yīng),從而生成 CO 和
合成

氨是一種非常重要的化工產(chǎn)品,在國民經(jīng)濟(jì)中有著重要地位。1909年,德國化學(xué)家哈勃經(jīng)過多年的經(jīng)驗提出了“循環(huán)法”的工業(yè)氨的合成方法,成為至今為止工業(yè)上普遍使用的直接合成方法。

合成氨工藝原理

作為一門很復(fù)雜的技術(shù),合成氨工藝技術(shù)中具有很多門的綜合技術(shù),包括化工、化學(xué)和物理等,屬于一種非常典型的無機(jī)化工專業(yè)。

首先以煤合成氨為例,在制取半水煤氣的時候,要將煤加入到造氣爐內(nèi),然后將空氣通入,使其不斷的燃燒升溫,這時候再將蒸汽和空氣間斷的通入進(jìn)去,這樣就能夠使炙熱的碳與蒸汽之間出現(xiàn)反應(yīng),從而生成 CO 和 H2。在這種情況下會消耗掉空氣中的 O2,只剩下 H2。在這個過程中還會有一些雜質(zhì)性氣體和粉塵產(chǎn)生,將其中的粉塵去除,將余熱回收,就可以獲得半水煤氣。

其次是凈化原料氣體,在這里主要是脫去半水煤氣的硫,隨后在經(jīng)過變化之后,脫去氣體中少量的二氧化碳和一氧化碳。

最后是合成氨,在這里主要是利用氨合成熱力學(xué)和動力學(xué)原理,并且以物料衡算為根據(jù),確保氨的含量可以實現(xiàn)平衡,因此其屬于一種非常典型的工藝流程。一般來說,主要是在合成塔中進(jìn)行氨的合成工藝。

合成氨設(shè)施.jpg

合成氨的主要生產(chǎn)方法

合成氨的化學(xué)反應(yīng)式如下:N2+3H2≈2NH3,其中的主要原料有固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)三種狀態(tài)。生產(chǎn)合成氨的主要原料來源于天然氣、石腦油、重質(zhì)油和煤等。它們合成氨的方法各不相同:

天然氣合成氨:

天然氣合成氨是將天然氣先進(jìn)行脫硫工藝,然后通過二次轉(zhuǎn)化,再分別經(jīng)過一氧化碳變換、二氧化碳脫除等,得到的氮氫混合氣,其中大約還含有約0.1%~0.3%(體積)的一氧化碳和二氧化碳,在經(jīng)過甲烷作用后,可以除去,最終制得摩爾比為3:1的氫氣和氮氣混合純凈氣體,通過壓縮機(jī)壓縮,然后進(jìn)入反應(yīng)器合成氨,最終得到所需的成品。與天然氣合成氨流程類似的還有以石腦油為原料的合成氨生產(chǎn)流程。

重質(zhì)油合成氨:

重質(zhì)油范圍比較廣,它包括各種在深度加工后所得的渣油,可以通過部分氧化的方法,來得到工業(yè)所需的合成氨的原料氣體,它的生產(chǎn)過程要沒有天然氣蒸氣轉(zhuǎn)化法復(fù)雜,但它的生產(chǎn)過程離不開空氣分離裝置。在通過空氣分離裝置后,制得的氧用于重質(zhì)油氣化,氮作為氨合成原料外,液態(tài)氮有作為洗滌劑,如脫除一氧化碳、甲烷及氬。

煤合成氨:

隨著世界上石油化工和天然氣化工的高速發(fā)展,目前以煤(焦炭)為原料制取氨的方式的工廠成為主流。

合成氨工藝流程

一、原料氣體的制備

氫和氮的粗原料氣主要通過煤和天然氣等原料制備而得。通常情況下,我們采用氣化的方法從固體原料煤和焦炭制取合成氣;采用非催化部分氧化的方法從渣油中獲得合成氣;工業(yè)中利用二段蒸汽轉(zhuǎn)化法從氣態(tài)烴類和石腦油中制取合成氣。

二、原料氣體的凈化

由于生成的粗原料氣中含有很多雜質(zhì)氣體,會影響合成氨的效率和質(zhì)量,這需要進(jìn)行凈化處理,凈化是指除去氫氣和氮氣以外的氣體,它先后經(jīng)過一氧化碳變換、脫硫脫碳以及氣體精制等三個過程。

1、一氧化碳變換過程:

在合成氨生產(chǎn)中,各種方法制取的原料氣都含有CO,其體積分?jǐn)?shù)一般為12%~40%。合成氨需要的兩種組分是H2和N2,因此需要除去合成氣中的CO。由于CO變換過程是強(qiáng)放熱過程,必須分段進(jìn)行以利于回收反應(yīng)熱,并控制變換段出口殘余CO含量。

第一步是高溫變換,使大部分CO轉(zhuǎn)變?yōu)镃O2和H2;第二步是低溫變換,將CO含量降至0.3%左右。因此,CO變換反應(yīng)既是原料氣制造的繼續(xù),又是凈化的過程,為后續(xù)脫碳過程創(chuàng)造條件。

合成氨工藝流程圖.jpg

2、脫硫脫碳過程:

各種原料制取的粗原料氣,都含有一些硫和碳的氧化物,為了防止合成氨生產(chǎn)過程中使催化劑中毒,必須在氨合成工序前加以脫除,以天然氣為原料的蒸汽轉(zhuǎn)化法,第一道工序是脫硫,保護(hù)催化劑;以重油和煤為原料的部分氧化法,根據(jù)一氧化碳變換是否采用耐硫的催化劑而確定脫硫的位置。

工業(yè)中有很多的脫硫方法,通常是采用物理或化學(xué)吸收的方法,將粗原料氣體經(jīng)過CO變換以后,除H2外,在變換氣中,還留其他多種氣體,如CO2(最多)、CO和CH4等。而CO2不利的是它會使氨合成催化劑中毒,益處是制造尿素、碳酸氫銨等氮肥等離不開CO2。因此變換氣時,脫除CO2必須同時考慮到這兩方面。

3、氣體精制過程:

經(jīng)CO變換和CO2脫除后,氣體中雜質(zhì)已經(jīng)很少,但是原料氣還含有少量殘余的CO和CO2氣體。而CO和CO2對氨合成催化劑如Fe的毒害非常大,尾盡量減少和降低CO和CO2總含量,使其不得大于10cm3/m3(體積分?jǐn)?shù))。因此,原料氣在進(jìn)入合成工序前,必須進(jìn)行原料氣的最終凈化,即精制過程。

三、氨合成

將純凈的氫、氮混合氣體經(jīng)過高壓壓縮,在相關(guān)催化劑如鐵的作用下合成氨。氨的合成是提供液氨產(chǎn)品的最重要的工序,是整個合成氨生產(chǎn)過程的核心組成部分。氨合成反應(yīng)必須在較高壓力和催化劑同時存在的條件下進(jìn)行,由于該反應(yīng)為可逆反應(yīng),氣體中氨含量會維持在一定的比例,一般只有10%~20%,為了加強(qiáng)對氫氣和氮氣的利用率,須將未反應(yīng)氫氮氣循環(huán)利用。

1949年前我國僅有兩家規(guī)模較小的合成氨廠;而建國后在國家的鼓勵和支持下,合成氨工業(yè)發(fā)展突飛猛進(jìn)。建國時,我國氮肥年產(chǎn)量很少,遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠國民農(nóng)業(yè)發(fā)展的需求;現(xiàn)在我國已經(jīng)成為世界上產(chǎn)量最高的國家之一。我國是農(nóng)業(yè)大國,為促進(jìn)我國農(nóng)業(yè)更好的發(fā)展,我國必須改進(jìn)和改善合成氨的工藝流程,努力研究新型合成氨的材料和催化劑,為我國建成二十一世紀(jì)的強(qiáng)國努力奮斗。

合成氨設(shè)施.jpg

 

合成氨工藝發(fā)展趨勢

從總體上來說,并不會有太大的變化出現(xiàn)在未來合成氨的發(fā)展趨勢中。未來合成氨工藝技術(shù)的主要發(fā)展方向就是不斷的降低成本、節(jié)約能源,從而實現(xiàn)合成氨工藝經(jīng)濟(jì)效益的最大化,隨后以此為基礎(chǔ)實現(xiàn)集中大型化的生產(chǎn)。

1、在開發(fā)合成氨工藝技術(shù)的過程中合成氣設(shè)備屬于其中最為關(guān)鍵的設(shè)備,其主要用于氨氣合成和合成氣的凈化,同時還要壓縮合成氣體。

2、在合成氨的時候“油改氣”為主的調(diào)整技術(shù)屬于最為有效的途徑,在未來的發(fā)展中必須要采取有效措施使其經(jīng)濟(jì)效益得以有效改善,從而全面的提升其市場競爭力,這樣在能源短缺的現(xiàn)實條件下,才能夠選擇更適合的能源取代石油資源。

3、要全面的提升合成氨設(shè)備的自動化、大型化和集中化程度,這樣才能夠有效地降低能源消耗。通過對先進(jìn)技術(shù)的利用有效的控制合成氨工藝裝置,同時還可以對生產(chǎn)行為和生產(chǎn)目標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)一。因此合成氨工藝技術(shù)在未來應(yīng)用的非常重要的一個趨勢就是確立自動化、集成化以及大型化的生產(chǎn)規(guī)模。

4、要不斷地完善合成氨裝置核心技術(shù),油改氣的生產(chǎn)模式具有較高的合成氨裝置核心技術(shù)要求,為此,技術(shù)人員必須要與合成氨裝置的結(jié)構(gòu)結(jié)合起來,通過對經(jīng)濟(jì)性標(biāo)準(zhǔn)要求的利用不斷的完善合成氣壓縮機(jī)裝置技術(shù),從而使合成氨的生產(chǎn)產(chǎn)量得以全面提升。

2018-09-06 14:05:17 4635 http://www.yiqi.com/citiao/detail_1395.html 熱門標(biāo)簽:
 
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