合成氨生产主要分几个工序
4页1、1. 合成氨生产主要分几个工序?各部分任务如何?答:1)原料气制备 即制备含有氢、氮的原料气。用煤、原油、或天然气作原料,制备含氮、氢气的原料气。 (将煤和天然气等原料制成含氢和氮的粗原料气。一般焦炭、无烟煤等固体燃料通常采用气化的方法制取合成气;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。 渣油可采用非催化部分氧化的方法获得合成气。 )2)净化 因为无论用何种方法造气,原料气中都含有对合成氨反应过程有害的各种杂质,必须采取适当的方法除去这些杂质,主要包括变换过程、脱硫脱碳过程以及气体精制过程。(1)脱硫过程 无论以焦炭还是天然气为原料获得的原料气中,都含有一氧化碳、二氧化碳、硫化物等不利于合成反应的成分,需要在进入合成塔之前除去。其中硫化物对蒸气转化都是有害的,故在原料气进入界区后,首先进行脱硫。氧化锌脱硫就是 H2S 气体在固体ZnO 上进行反应,生成 H2O 进入气相,ZnS 则沉积在 ZnO 固体表面上。脱无机硫温度约200。(2)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%。合成氨需要的两种组分是 H2 和 N
2、2,因此需要除去合成气中的 CO。变换反应如下: CO+H2OH 2+CO2 ,H=-41.2kJ/mol 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 0.3%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。 (3)脱碳过程 粗原料气经 CO 变换以后,变换气中除 H2 外,还有 CO2、CO 和 CH4 等组分,其中以 CO2 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 CO2 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 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,低热耗苯菲尔法,活化 MDEA 法,MEA 法等。(4)气体精制过程 (少量一氧化碳的脱除) 经 CO 变换和 CO2 脱除后的原料气中
3、尚含有少量残余的 CO 和 CO2。为了防止对氨合成催化剂的毒害,规定 CO 和 CO2 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(-190 左右)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 H2 反应生成 CH4 和 H2O 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 0.7%。甲烷化法可以将气体中碳的氧化物 (CO+CO2)含量脱除到 10cm3/m3 以下,但是需要消耗有效成分 H2,并且增加了惰性气体 CH4 的含量。甲烷化反应如下: CO+3H2CH 4+H2O, H=-206.2kJ/mol CO2+4H2CH4+2H2O, H =-165.1kJ/mol 3)压缩和合成 将纯净的氢、氮混合气压缩到高压,在催化剂
4、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%20%,故采用未反应氢氮气循环的流程。氨合成反应式如下: N2+3H22NH 3(g) ,H=-92.4kJ/mol 2. 天然气蒸汽转化制气过程的基本原理与工艺流程如何?能量利用特点如何?答:基本原理及工艺流程:天然气制氢由天然气蒸汽转化制转化气和变压吸附(PSA) 提纯氢气(H 2)两部分组成,压缩并 脱硫后天然气与水蒸汽混合后,在镍催化剂的作用下于820950将天然气物质转化为氢气(H 2)、一氧化碳(CO)和二氧化碳(CO 2)的转化气,转化气可以通过变换将一氧化碳(CO)变换为氢气(H 2),成为变换气,然后转化气或者变换气通过变压吸附(PSA)过程,得到高纯度的氢气 (H2)。能量利用特点:天然气蒸汽一段转化技术,适合中小规模的制氢。 1.天然气蒸汽一段转化串接纯氧二段转化技术,适合于中大规模的制氢。 2.天然气两段换热式转化技术,适合中等规模的制氢技术。 3.天然气部分氧化制氢,适合大规模的制氢。 4.焦炉
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