【正文】 要求催化劑除具有高活性、高強(qiáng)度外，還要具有較好的熱穩(wěn)定性和抗析碳能力，鎳催化劑是目前工業(yè)上最常用的催化劑。 任務(wù)二 原料氣的制備 合成氨 任務(wù)二 原料氣的制備 二、烴類蒸氣轉(zhuǎn)化法 ?烴類蒸氣轉(zhuǎn)化系將烴類與蒸汽的混合物流經(jīng)管式爐管內(nèi)催化劑床層，管外加燃料供熱，使管內(nèi)大部分烴類轉(zhuǎn)化為 H CO和 CO2。 ? (3)壓縮和合成 合成氨需要高溫、高壓，凈化后的合成氣原料氣必須經(jīng)過壓縮到 15~30MPa、450176。 ? 氨除了主要用作化學(xué)肥料的原料外，還是生產(chǎn)染料、炸藥、醫(yī)藥、有機(jī)合成、塑料、合成纖維、石油化工等的重要原料?；どa(chǎn)操作與控制 應(yīng)用化工技術(shù)專業(yè) 項(xiàng)目一 合成氨 Synthesis of Ammonia ? 任務(wù)一 概述 ? 任務(wù)二 原料氣的制取 ? 任務(wù)三 原料氣的凈化 ? 任務(wù)四 氨的合成 知識(shí)目標(biāo) 掌握合成氨生產(chǎn)的原理 熟悉合成氨的生產(chǎn)步驟及相關(guān)知識(shí) 了解國內(nèi)外合成氨生產(chǎn) 現(xiàn)狀 及主要生 產(chǎn)方法 能力目標(biāo) 能夠分析如何選擇工藝條件 根據(jù)化學(xué)反應(yīng)規(guī)律，能夠判斷原料的優(yōu)劣 能夠進(jìn)行開停車操作 能夠畫出合成氨生產(chǎn)的工藝流程圖 任務(wù)一 概述 Introduction ? 空氣中含有大量的游離氮，但是只有極少數(shù)農(nóng)作物才能直接吸收空氣中的氮。 ? 合成氨發(fā)展的三個(gè)典型特點(diǎn)： ? 1. 生產(chǎn)規(guī)模大型化。Ｃ左右，在催化劑的作用下才能順利地在合成塔內(nèi)反應(yīng)生成氨。然后將此高溫（ 850~860℃ ）氣體送入二段爐。 ? 擴(kuò)散作用對(duì)甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)的影響 ? 反應(yīng)主要取決于在催化劑內(nèi)表面的反應(yīng)，所以該反應(yīng)控制步驟為內(nèi)表面控制。轉(zhuǎn)化反應(yīng)前必須脫硫。 圖 ? 2. 工藝條件 ? 壓力 通常為 3~4MPa ? 采用加壓條件的主要原因： ? 降低能耗 能量合理利用 ? 提高余熱利用價(jià)值 全廠流程統(tǒng)籌 ? 減少設(shè)備體積降低投資 綜合經(jīng)濟(jì)效益 ? 溫度 ? 一段爐溫度 主要考慮投資費(fèi)用及設(shè)備壽命，一般選擇 760~800176。C左右。 ? 原則：不析碳，原料充分利用，能耗小。 ? 凱洛格法典型流程如圖 。 圖 任務(wù)二 原料氣的制備 三、重油部分氧化法 重油是 350℃ 以上餾程的石油煉制產(chǎn)品。 按照熱能回收方式的不同，分為德士古（ Texaco）公司開發(fā)的激冷工藝與謝爾（ shell）公司開發(fā)的廢熱鍋爐工藝。下面介紹氧化鋅法和鈷鉬加氫法。 200176。一些數(shù)據(jù)如圖 ：溫度上升，硫容增加；空速增加，硫容降低；汽氣比上升，硫容下降。 ? 主要反應(yīng)如下： ? RCH2SH+H2=RCH3 + H2S ? RCH2SCH2R180。 1. 反應(yīng)原理 在脫硫塔中進(jìn)行的反應(yīng)為 Na2CO3 +H2S =NaHS+NaHCO3 然后再與偏釩酸鈉反應(yīng) NaHS +4NaVO3 +H2O =Na2V4O9+4NaOH+2S 氧化態(tài) ADA氧化焦性偏釩酸鈉 Na2V4O9 + 2ADA(氧化態(tài) )+2NaOH +H2O = 4NaVO3 +2ADA(還原態(tài) ) ? 在再生塔中的反應(yīng)為： ? 2ADA(還原態(tài) )+O2=2ADA(氧化態(tài) )+2H2O ? 2. 主要操作條件 ? (1)PH值 ? PH值上升，對(duì)吸收硫化氫有利，但對(duì)轉(zhuǎn)化成單質(zhì)硫不利。 ? 3. 工藝流程 ? 改良 ADA法工藝流程如圖 。但實(shí)際受轉(zhuǎn)化出口氣高溫的限制，往往分兩步進(jìn)行。 q= 。 表 ? 起活性的成份是 Fe3O4，催化劑使用前要還原： ? 3Fe2O3(s) + CO(g) = 2Fe3O4(s) + CO2(g) ? 3Fe2O3(s) + H2(g) = 2Fe3O4(s) + H2O(g) ? 還原過程中，除轉(zhuǎn)化成 Fe3O4外，還可轉(zhuǎn)化為 FeO, Fe等，要根據(jù)實(shí)驗(yàn)來選擇操作條件以避免生成不利物質(zhì)。根據(jù)前面得出的平衡常數(shù)表達(dá)式，在一定初始濃度條件和轉(zhuǎn)化率條件下，可求出平衡溫度，再由上式求出最佳溫度。但實(shí)際生產(chǎn)中水碳比也不能過大，一方面由于蒸汽消耗大，另一方面床層壓降增大。C,殘余 CO為 %。一些方法和特點(diǎn)見表 。C 110176。C，總胺濃度為 ? r=100CCO2 ? 可見反應(yīng)速率增加約 1000倍。C。 ? 在生產(chǎn)條件范圍內(nèi)，逸度系數(shù)計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)式為 ? 式中氣體常數(shù)取值為 ,其它常數(shù)如下表所示。C 10 15 20 32 60 80 ? 360 ? 384 ? 424 ? 464 ? 504 ? 552 ? 從上表也可看出，溫度升高平衡氨含量下降；壓力增加，平衡氨含量增加。要確定一個(gè)合理的惰性氣體含量范圍，還需大量計(jì)算，綜合各種操作因素作圖比較分析得出。 ? MgO的作用與 Al2O3類似，它還有增強(qiáng)催化劑抗毒能力、保護(hù)催化劑、延長催化劑壽命等作用。壓力一般較低為好，空速要較高。捷姆金還推出了遠(yuǎn)離平衡時(shí)的動(dòng)力學(xué)方程： ? 用動(dòng)力學(xué)原理易得在反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)，正逆反應(yīng)速率常數(shù)之比為平衡常數(shù)之值。同時(shí)必須在較高壓力下才有可觀的速度。在催化劑床層內(nèi)存在一最高溫度區(qū)域，操作中要監(jiān)測這一區(qū)域的溫度變化，嚴(yán)格控制其溫度。 ? 飽和氨含量計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)公式： Tpy NH /* 3 ???? 注意上式壓力單位為 MPa。 2. 氨合成流程 ? 目前工業(yè)上使用的氨合成流程很多。 流程特點(diǎn)：先循環(huán)混合再冷卻分離，冷凍功耗小但循環(huán)功耗大。其操作床層溫度分布情況如圖 。 04:52:2704:52:2704:523/29/2023 4:52:27 AM ? 1以我獨(dú)沈久，愧君相見頻。 上午 4時(shí) 52分 27秒 上午 4時(shí) 52分 04:52: ? 沒有失敗，只有暫時(shí)停止成功！。 2023年 3月 上午 4時(shí) 52分 :52March 29, 2023 ? 1少年十五二十時(shí)，步行奪得胡馬騎。 :52:2704:52:27March 29, 2023 ? 1意志堅(jiān)強(qiáng)的人能把世界放在手中像泥塊一樣任意揉捏。 2023年 3月 上午 4時(shí) 52分 :52March 29, 2023 ? 1業(yè)余生活要有意義，不要越軌。 上午 4時(shí) 52分 27秒 上午 4時(shí) 52分 04:52: ? 楊柳散和風(fēng)，青山澹吾慮。 04:52:2704:52:2704:523/29/2023 4:52:27 AM ? 1成功就是日復(fù)一日那一點(diǎn)點(diǎn)小小努力的積累。 04:52:2704:52:2704:52Wednesday, March 29, 2023 ? 1乍見翻疑夢，相悲各問年。 圖 圖 ? 一種徑向冷激式合成塔如圖。 新鮮氣壓縮后換熱進(jìn)合成塔，出塔氣經(jīng)冷卻兩級(jí)氨冷后經(jīng)氨分離器分離氨后循環(huán)。大型氨廠典型流程有圖 。就是用液氨作冷源，經(jīng)過較復(fù)雜的冷凍流程將工藝氣中的氨冷凝分離出來。 ? 空間速度 ? 每一空速有相應(yīng)的適宜溫度和氨含量，如下表所示。 ? 4. 氫氮比 ? 這一因素在化學(xué)平衡中已經(jīng)討論過，考慮動(dòng)力學(xué)等其它因素時(shí)，氮含量可略提高，但基本無大變化，仍為 。 ? 生產(chǎn)強(qiáng)度：單位時(shí)間單位體積催化劑的產(chǎn)氨量。此處不再詳細(xì)討論。 ? K2O可使催化劑的金屬電子逸出功降低，雖然減少了催化劑的表面積，但活性卻增大。實(shí)際的熱效應(yīng)還應(yīng)考慮在給定組成條件下混合熱的影響等，情況也較復(fù)雜，此處不詳細(xì)討論。 影響平衡氨含量的因素 ? 1. 氫氮比的影響 ? 若氫氮比不為 3,則平衡常數(shù)表達(dá)式為： ? 其它條件不變，改變氫氮比使平衡氨含量最大時(shí)，可對(duì)上式求導(dǎo)，并令其為零得 ? 解得 r=，平衡氨含量最大。用計(jì)算機(jī)編程計(jì)算比較方便。 ? 6. 再生塔頂水氣比 水氣比大，能耗大，一般為 。 ? 苯菲爾脫碳溶液上方 CO2的平衡分壓如圖 。 ? 從動(dòng)力學(xué)角度分析，可能的反應(yīng)途徑有： ? CO2(aq) + OH－ = HCO3－ ? CO2(aq) + H2O(aq) = H2CO3(aq) 離解 ? 對(duì)第一途徑反應(yīng)速率為 ? r=k1COHCCO2 ? 25176。設(shè) CO2在堿液中的溶解符合亨利定律，則 ： ? 這是復(fù)合平衡常數(shù)表達(dá)式，式中 H為亨利常數(shù) 。后續(xù)工序常用銅氨液法脫除少量 CO。 ? 變換反應(yīng)的工藝流程 ? 1. 中低變串聯(lián)流程 ? 此法一般與烴類蒸汽轉(zhuǎn)化及變換后用甲烷化法脫除少量 CO法聯(lián)合使用。低變反應(yīng)由于反應(yīng)量較少，溫升不是很大，所以多以一段進(jìn)行。C,水碳比＞