【正文】 止析碳。C和 15~30 176。 ? ?T＝ T－ Te（實(shí)際溫度－平衡溫度） ? 平衡溫距低，說明催化劑活性好。C左右。壓力和水碳比確定后，按平衡甲烷的濃度來確定溫度。一段爐投資約為全廠 30％，其中主要為合金鋼管。C時壽命 ， 960176。 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，對合金鋼管要求低，材料費(fèi)用降低。C 673 773 873 973 1073 1ppm ?1. 二段轉(zhuǎn)化 為什么用二段轉(zhuǎn)化方式？轉(zhuǎn)化率高必須轉(zhuǎn)化溫度高，全部用很高溫度，設(shè)備和過程控制都不利，設(shè)備費(fèi)用和操作費(fèi)用都高。C左右，所以硫砷及鹵素含量要小于 。轉(zhuǎn)化反應(yīng)前必須脫硫。 ? NiO(s) + H2(g) = Ni(s) + H2O(g) ? 作業(yè)：設(shè)上述反應(yīng)在常溫下進(jìn)行，請根據(jù)平衡原理計算氫氣、水蒸氣混合氣中，氫氣濃度應(yīng)為多少才能使 NiO還原。 ? 催化劑 ? 催化劑組成： NiO為最主要活性成份。 反應(yīng)速率 催化劑粒度 催化劑粒度 催化劑內(nèi)表面利用率 ? 過程析碳處理 ? 碳黑生成后主要有以下幾點(diǎn)不利：堵塞反應(yīng)管道增大壓降、使局部區(qū)域高溫?fù)p壞催化劑、增大反應(yīng)阻力。 ? 擴(kuò)散作用對甲烷蒸汽轉(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。 合成氨 CH4+H2O(g)CO+3H2 mrΔ = 20 6 k J/m olH?+22C r = 41 .2 kJ/m ol?CH4+H2(g)CO+3H2 mr = 20 6 k J/m olH ?O+H22CO2 mrΔ = 41 .2 kJ/m ol?? 在 高溫有催化劑存在的條件下可實(shí)現(xiàn)下述反應(yīng)： ? CH4(g) + H2O(g) = CO(g) + 3H2(g) ? CO(g) + H2O(g) = CO2(g) + H2(g) ? 但要完成這一工業(yè)過程，必須對可能發(fā)生的主要反應(yīng)及副反應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)研究。石腦油的蒸汽轉(zhuǎn)化原理與天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化原理相近。 ?烴類主要是天然氣、石腦油和重油。然后將此高溫（ 850~860℃ ）氣體送入二段爐。因此比較適合有廉價低灰熔點(diǎn)煤種的地區(qū)。 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(diǎn)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。 ? 圖 合成氨的基本過程 造氣 除塵 脫硫 CO變換 脫 CO2 壓縮 脫除少量CO和 CO2 合成 空氣、煤 (或天然氣 )、蒸汽 氨 任務(wù)二 原料氣的制取 Production of synthetic gases ? 合成氨 的生產(chǎn)需要高純 氫氣 和 氮?dú)?。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。 ? (2) 凈化 將原料氣中的雜質(zhì)： CO、 CO S等脫除到 ppm級。自動操作、自動控制的典型現(xiàn)代化工廠。 用過程余熱自產(chǎn)蒸汽推動蒸汽機(jī)供動力，基本不用電能。 ? 合成氨發(fā)展的三個典型特點(diǎn)： ? 1. 生產(chǎn)規(guī)模大型化。 ? 合成氨首先為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了充足的肥料，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)量大大提高，為人類社會發(fā)展和人口增長作出了巨大貢獻(xiàn)。 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。固氮是化學(xué)化工研究中既古老又前沿的課題。化工生產(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 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。大多數(shù)作物只能吸收化合態(tài)氮來供給生長所需主要養(yǎng)分。 ? 目前已投入工業(yè)生產(chǎn)的主要固氮方法： ? 1. 電弧法 2. 氰氨法 3. 合成氨法 ? 目前最重要最經(jīng)濟(jì)的方法是合成氨法。目前先進(jìn)合成氨廠的規(guī)模已達(dá)到1000~1500T/日。 ? 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。 1000~1500T/日 ? 2. 能量的合理利用。 ? 3. 高度自動化。 ? 目前的主要生產(chǎn)過程： ? (1) 制氣 用煤或原油、天然氣作原料，制備含氮、氫氣的原料氣。 ? (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。 ? (4)氨的分離 ? 其主要過程如圖 。 氫氣的主要來源 氣態(tài)烴類轉(zhuǎn)化 固體燃料氣化 重質(zhì)烴類轉(zhuǎn)化 氮?dú)獾闹饕獊碓?物理法轉(zhuǎn)化空氣 化學(xué)法轉(zhuǎn)化空氣 任務(wù)二 原料氣的制備 合成氨 一、固體燃料氣化法 氣化劑 幾個概念： 煤氣 空氣煤氣 水煤氣 混合煤氣 半水煤氣 任務(wù)二 原料氣的制備 1. 固定床間歇?dú)饣? 合成氨 工作循環(huán)五個階段： ?固定床間歇式氣化煤氣制取工藝對煤種要求苛刻，僅適用優(yōu)質(zhì)無煙煤和冶金焦，而且產(chǎn)氣量低、總能耗高； ?間歇法是目前我國中、小型合成氨廠廣泛采用的氣化方法 ① 吹風(fēng)階段 ②蒸汽一次上吹 ③蒸汽下吹 ④蒸汽二次上吹 ⑤空氣吹凈 被譽(yù)稱為“第三代煤氣化爐”的德士古造氣技術(shù)，是當(dāng)代國際上最富有競爭力的氣流床連續(xù)氣化法的一種。該法氣化強(qiáng)度高，可直接獲得低含量烴（甲烷含量 ％）的原料氣，無需加入蒸汽，不足之處是由于入爐水分大，氧耗較高。 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。此處送入合成氨原料氣所需的加 N2空氣，以便轉(zhuǎn)化氣氧化并升溫至 1000℃ 左右，使 CH4的殘余含量降至約 %，從而制得合格的原料氣。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。 合成氨 任務(wù)二 原料氣的制備 烴類蒸氣轉(zhuǎn)化法的化學(xué)反應(yīng) 天然氣的主要成分為 CH4，以天然氣為原料的蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)為： （ 1）一段轉(zhuǎn)化反應(yīng) CH4+2O(g)3mrΔ=206 kJ/mol? kJ/mol? （ 2）二段轉(zhuǎn)化反應(yīng) 催化劑床層頂部空間燃燒反應(yīng)： mrΔ = 48 4 k J/m olH? ?2 HO2mrΔ = 56 6 k J/m olH ? ?CO22催化劑床層中進(jìn)行甲烷轉(zhuǎn)化和變換反應(yīng) 。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(xué)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(jìn)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(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。因此減小粒度增加內(nèi)表面積有利于擴(kuò)散過程和提高反應(yīng)速率。從熱力學(xué)分析，幾個析碳反應(yīng) ? CH4(g) = C (s) + 2H2(g) (3) ? 2CO(g) = CO2(g) + C(s) (4) ? CO(g) + H2(g) = C(s) + H2O(g) (5) ? 只要滿足下列條件其中之一就可避免析碳： ? 0 301 / pt KpPm ? 0402 / ptPp 0 503 / pt KpPm ?m為水碳比 ? 通常水碳比大于 2 可保證不析碳。實(shí)際加速反應(yīng)的活性成份是 Ni，所以使用前必須進(jìn)行還原反應(yīng)，使氧化態(tài)變成還原態(tài) Ni。 ? 催化劑的中毒及防護(hù) ? 轉(zhuǎn)化催化劑的有害成份： S， As,鹵