【正文】 作用下才能順利地在合成塔內(nèi)反應(yīng)生成氨?；どa(chǎn)操作與控制 應(yīng)用化工技術(shù)專業(yè) 項目一 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 知識目標 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 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 能夠分析如何選擇工藝條件 根據(jù)化學反應(yīng)規(guī)律，能夠判斷原料的優(yōu)劣 能夠進行開停車操作 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。 ? (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。主要的副反應(yīng)有 ? CH4(g) = C (s) + 2H2(g) ? 2CO(g) = CO2(g) + C(s) ? CO(g) + H2(g) = C(s) + H2O(g) 動力學分析 ? 烴類蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)是吸熱的可逆反應(yīng)，高溫對反應(yīng)速率和反應(yīng)平衡都有利，但即使在 1000時，反應(yīng)速率仍然很低，因此，需用催化劑來加快反應(yīng)速率，由于烴類蒸汽轉(zhuǎn)化過程是在高溫下進行的，且存在析碳問題，這樣就要求催化劑除具有高活性、高強度外，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。在二段才通入空氣，使與一段的H2反應(yīng)產(chǎn)生高溫，保證二段中轉(zhuǎn)化較為完全。因此一般采用較高的水碳比，約 ~。一種空氣分布器的形式如圖 。 ? 干法脫硫 ? 主要有氧化鋅法、鈷鉬加氫法、氫氧化鐵法、活性碳法等。所謂硫容就是每單位質(zhì)量氧化鋅能脫除 S的量。下面以改良 ADA法 (改良蒽醌二磺酸法 )為例討論。 ? 按平衡原理，反應(yīng)宜在較低溫度下進行。 少量 K2O, MgO, 及 Al2O3 ? 國產(chǎn)主要鐵鉻中變催化劑主要性能如表 。水碳比上升，平衡轉(zhuǎn)化率上升，且可避免析碳。僅適合于CO2有富余的合成氨廠 本節(jié)主要介紹現(xiàn)在合成氨廠普遍采用的本菲爾法即二乙醇胺熱鉀堿法。 ? 加入 DEA后，速率方程變?yōu)? ? r=kDEACR2NHCCO2 ? 25176。 ? 氨合成反應(yīng)的熱力學基礎(chǔ) ? 化學平衡 ? 氨合成反應(yīng)如下： ? (g) + N2(g) = NH3(g) ? 該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，其平衡常數(shù)為 ? Kf0為真正的平衡常數(shù)，它由熱力學關(guān)系 ? ? 決定。理論上是惰性氣體越少越好，但實際上這是不現(xiàn)實的。 ?? H? 除了反應(yīng)因素需要水蒸氣含量較低之外，水蒸氣含量高可使催化劑顆粒變粗、降低表面積。 圖 ? 3. 壓力 ? 從速度方程可看出，提高壓力可使正反應(yīng)速度增加大于逆反應(yīng)速度增加，所以一般選擇較高壓力。但對于較準確的分析和設(shè)計，要使用嚴格計算方法用計算機計算。低壓氨分離器是為了分離要求設(shè)置的。 , March 29, 2023 ? 雨中黃葉樹，燈下白頭人。 。 2023年 3月 29日星期三 4時 52分 27秒 04:52:2729 March 2023 ? 1一個人即使已登上頂峰，也仍要自強不息。 :52:2704:52Mar2329Mar23 ? 1世間成事，不求其絕對圓滿，留一份不足，可得無限完美。其優(yōu)點是：氣體通過床層路徑短，通氣面積更大，阻力更??；適宜用更小粒度催化劑，提高內(nèi)表面積，減少內(nèi)擴散影響；催化劑還原均勻；降低能耗，更適宜于離心式壓縮機。 圖 ? 新鮮氣經(jīng)幾級壓縮后與循環(huán)氣混合冷卻、升溫并分幾股進入氨合成塔。 ? T/176。 ? 氨分解基流量：將含氨混合氣折算成不含氨的氫氮氣的流量。 ? 反應(yīng)的活性組成是金屬鐵，所以使用前要將催化劑還原。但實際考慮到其它因素，平衡氨含量不為 3。 任務(wù)三 原料氣的凈化 四、 原料氣的精制 1．銅氨液吸收法： 消耗大，環(huán)境污染大，一般已較少采用。C時實測 k1?103,生產(chǎn)中溶液 PH值約 9 ~ 11，因此在常溫下反應(yīng)速率約為 (~10) CCO2 ? 對第二途徑 r=k2CH2OCCO2? k180。典型工藝流程如圖 。 ? 2. 壓力 ? 從平衡角度看，加壓對變換反應(yīng)不利；但從動力學角度看，壓力增大， Te T0 溫度 /176。壓力升高，內(nèi)表面利用率也下降。 CO、 CO2對氨的合成有害，后面工序還需將其除去。+3H2=RCH3 + R180。 SHOHp ppK 22 /0 ?200176。 ? 原料氣的脫硫 ? 脫硫方法很多，主要可分為干法脫硫和濕法脫硫。它由對流段和輻射段組成。一、二段平衡溫距通常分別為 10~15 176。 ? 甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化的生產(chǎn)方式 被S中毒的Ni的比例 溫度 /176。重油一般采用部分氧化法，天然氣和石腦油一般采用蒸汽轉(zhuǎn)化法。 ? 3. 高度自動化。 首例合成氨廠是 1912年在德國建立的日產(chǎn) 30砘合成氨的工廠。 德士古煤氣化法原料煤種廣泛，可利用劣質(zhì)煤，只要灰熔點較低即可，碳轉(zhuǎn)化率為 %~%，且爐內(nèi)耐火材料可以連續(xù)使用 2年。 ? 催化劑 ? 催化劑組成： NiO為最主要活性成份。一段爐投資約為全廠 30％，其中主要為合金鋼管。但空速的決定與日產(chǎn)量有很大關(guān)系。此外，還有微量的鈉（ Na）、鎂（ Mg）、釩（ V）。這一反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度上升，平衡常數(shù)下降。再用氧化鋅吸收就可把總S降到 10－ 6以下。通常控制吸收溫度為 4050176。 )1(00COCOCOCOyyyyx????? 變換反應(yīng)動力學 ? 變換反應(yīng)常用的 3種動力學方程如下： ? (1) rCO=k0(yCOy*CO) ? 等溫積分式 ? (2) ? 對各種不同的催化劑，可由實驗得出速率常數(shù) k。其主要成份為： ? CuO %, ZnO %, Al2O3 %少量 Cr2O3. ? 活性成份為單質(zhì)銅，使用前也要還原： ? CuO(s) + H2(g) = Cu(s) + H2O(g) ? CuO(s) + CO(g) = Cu(s) + CO2(g) ? 要注意當溫度＞ 250176。 ? 中變溫度約 370176。 ? 工業(yè)上常用測定各種給定濃度條件下的二氧化碳的分壓，作出濃度分壓關(guān)系圖來確定適當?shù)牟僮鳁l件。 ? 主要分脫碳和再生兩部分，再生需要供給很多熱量，也是合成氨中耗能的一個較重要部位。 ? 一些平衡常數(shù) Kp0的值如表 。 ? 催化劑 ? 氨合成反應(yīng)必須有適當?shù)拇呋瘎┎庞锌捎^的反應(yīng)速度，常用的催化劑主要是鐵催化劑。下面以一種目前較為普遍被接受的機理為例。 ? 最佳工藝條件的選擇 ? 本部分內(nèi)容實際上在前面已討論過，總結(jié)如下： ? 壓強 ： 30MPa 15MPa ? 溫度 ： 450500176。為了維持系統(tǒng)濃度穩(wěn)定，惰性氣體濃度不至累積過高，只有少量氣體被引出作進一步處理。 圖 氨合成塔 ? 1. 結(jié)構(gòu)特點及基本要求 ? 基本要求：維持自熱、有利于升溫還原、催化劑生產(chǎn)強度大；催化劑床層分布合理、保持催化劑活性；氣流均勻、壓降?。粨Q熱強度大、換熱體積小、塔內(nèi)空間利用率高；生產(chǎn)穩(wěn)定、操作靈活、操作彈性大；結(jié)構(gòu)簡單可靠、內(nèi)件有自由余地。 2023年 3月 29日星期三 上午 4時 52分 27秒 04:52: ? 1比不了得就不比，得不到的就不要。 04:52:2704:52:2704:523/29/2023 4:52:27 AM ? 1越是沒有本領(lǐng)的就越加自命不凡。 04:52:2704:52:2704:52Wednesday, March 29, 2023 ? 1知人者智，自知者明。 2023年 3月 上午 4時 52分 :52March 29, 2023 ? 1行動出成果，工作出財富。 圖 單管并流式合成塔和軸向冷激式合成塔結(jié)構(gòu)如圖 。 ? 液氨冷凍系統(tǒng)的傳熱溫差一般都較小，所以流程復雜。C 圖 ? 催化劑使用前期溫度可低一些，催化劑使用后期因活性降低，可適當提高溫度。 ?? ???????????????????132223123322HNHNHHN ppkpppkr? 上式 只適用于壓力較低的的接近平衡的情況，壓力較高時，要用實驗得出的速率常數(shù)與壓力的關(guān)系加以校正。 Al2O3,其結(jié)構(gòu)與FeO設(shè)進口氫氮比為 3，平衡混合氣中 NH3的平衡組成為yNH3，惰性氣體組成為 yi，則 ? 代入平衡常數(shù)表達式可得： ? 進氣組成已知時， yi可確定，此式為一元二次方程，求解無困難。C。 KxxCpHKCCxxCpOHKKHKCOaOHKO