,*,*,合成氨工艺与设备,宜化化机崔娟,2016年3月,合成氨工艺与设备宜化化机崔娟,各工段工艺与设备,基本概念,合成氨工艺流程简述,结束语,1,2,3,4,目录,2,各工段工艺与设备基本概念合成氨工艺流程简述结束语1234 目,什么是,合成氨？,1,、基本概念,-,合成氨,NH,3,氮是自然界分布较广的一种元素，氮是植物生长的第一需要，由于植物只能吸收化合物中固定状态的氮，因而必须把空气中游离的氮转变为氮的化合物。,由于采用合成的方法生产氨，所以习惯上称为合成氨。,3,什么是合成氨？1、基本概念-合成氨NH3 氮是自然界分,什么是,合成氨,？,1,、基本概念,-,合成氨,NH,3,性质：无色有辛辣臭味气体，化学式为,NH3,分子量为,17.03,，沸点,-33.35,熔点,-77.7,比重,(,液态,)0.597,。气氨常温加压液化为液氨（,25 1.0MPa,）,易溶于水,酒精等,溶解时放出大量的热，氨是一种可燃性气体，氨与空气混合可以形成爆炸性气体，爆炸极限为,15.5,27%,。,4,什么是合成氨？1、基本概念-合成氨NH3性质：无色有辛辣臭味,什么是,合成氨？,1,、基本概念,-,合成氨,NH,3,发展简史：,世界上第一个合成氨厂于,1913,年在德国噢堡建成，实现了工业化生产（,30,吨,/,天）。,我国第一个合成氨厂上世纪三十年代在永利公司（就是现在的吉化公司）建成，到,1949,年我国合成氨年产量为,0.6,万吨，,2008,年产量达到了,4500,万吨,占世界总产量的,1/3.,为世界第一。,5,什么是合成氨？1、基本概念-合成氨NH3发展简史：5,为什么要,合成氨？,制造氮肥和复合肥料（化肥加工）：占,80,90%,，主要品种有尿素、碳铵、硝酸铵、硫酸铵、氯化铵等氮肥，以及磷酸一铵、磷酸二铵和,NPK,复合肥等含氮复合肥。,作为工业原料和氨化饲料：用量约占世界产量的,10,。各种含氮的无机盐及有机中间体、磺胺药、聚氨酯、聚酰胺纤维和丁腈橡胶等都需直接以氨为原料生产。其他如纯碱、硝酸、甲铵、冶金、医药、石油加工等；,液氨作为制冷剂在冷冻行业也得到广泛应用。,1,、基本概念,-,合成氨,6,为什么要合成氨？1、基本概念-合成氨6,怎样,合成氨？,1,、基本概念,-,合成氨,7,怎样合成氨？1、基本概念-合成氨7,怎样,合成氨？,N,2,+3H,2,=2NH,3,+Q,2NH3,（液）,+CO2,（气）,CO,（,NH2,）,2,（液）,+H2O,（液）,+Q,1,、基本概念,-,合成氨,8,怎样合成氨？1、基本概念-合成氨8,2,、工艺流程,-,氨的生产过程,合成氨生产的三个过程：,原料气的制造（制气），包括原料工段和造气工段；,原料气的净化，包括脱硫、变换、变脱、脱碳、精炼等工段；,气体的压缩和合成，主要是压缩和合成工段,。,9,2、工艺流程-氨的生产过程合成氨生产的三个过程：9,2,、工艺流程,-,氨的生产原料,合成氨生产的原料：,氮气来自空气，氢气来自原料气制取，原料有固体（煤、焦炭等）、液体（石脑油、重质油等）和气体（天然气、焦炉气等）三种。小氮肥一般以煤为原料。,10,2、工艺流程-氨的生产原料合成氨生产的原料：10,2,、工艺流程,-,小氮肥工艺流程,一段,二段,六段,三段,五段,粗甲醇,六段,四段,电机,脱硫,气柜,造气,原料制棒,变换,PSA,脱碳,CO,2,压缩,尿素,精炼,合成,氨库,煤,空气,蒸汽,煤气,蒸汽,CO,2,气,氨,产品尿素,4M20-75/31.4,压缩机,PC,脱碳,产品粗醇,液 氨,煤棒,11,2、工艺流程-小氮肥工艺流程一段 二段六段,3,、各工段工艺及设备,-,造气工段,岗位任务：,就是将空气和水蒸汽通入固定层煤气发生炉中,在高温下将固体燃料进行气化制得合格的半水煤气。（,CO 29%,、,H,2,40%,、,CO,2,8%,、,N,2,21%,、,CH,4,1.5%,、,O,2,0.4%,、,H,2,S 0.5-2.0g/m,3,）,主要设备,:,煤气发生炉、旋风除尘器、显热回收器、洗气塔、蒸汽缓冲罐、夹套汽包、空气鼓风机、煤气气柜等。,工艺原理：,在固体燃料气化过程中，分别通入空气和水蒸汽制得空气煤气和水煤气,并成为具有一定比例的混合气体。这种混合气体称之为半水煤气，它是生产合成氨的基本原料气。,12,3、各工段工艺及设备-造气工段岗位任务：就是将空气和水蒸汽通,3,、各工段工艺及设备,-,造气工段,煤气发生炉,壳牌炉,13,3、各工段工艺及设备-造气工段煤气发生炉壳牌炉13,3,、各工段工艺及设备,-,造气工段,流程简述：,向煤气发生炉内交替通入,空气,和,蒸汽,，与炉内灼热的炭进行气化反应，吹风阶段生成的吹风气根据要求送,三气岗位,回收热量或直接由烟囱放空，并根据需要回收一少部分入气柜，用以,调节循环氢,，煤气炉出来的煤气经,显热回收,、,洗气塔,冷却和,除尘,后，在气柜中混合，然后去脱硫，,14,3、各工段工艺及设备-造气工段流程简述：向煤气发生炉内交替,3,、各工段工艺及设备,-,造气工段,以空气为气化剂制取的空气煤气,粉煤直接气化：荷兰壳牌技术（鲁奇炉）：,C+O2 CO2+Q,；,2C+O2 2CO,；,C+CO2 2CO-Q,；,CO+O2 CO2-Q,以蒸汽为气化剂制取的半水煤气：型煤、间歇式制气,C+O2 CO2+Q,（吹风气）供热；,C+H2O,（,g,）,2CO+H2,；,2 C+H2O,（,g,）,2CO2+2H2,；,CO+H2O,（,g,）,CO2+H2,15,3、各工段工艺及设备-造气工段15,3,、各工段工艺及设备,-,脱硫工段,为什么,脱硫？,16,3、各工段工艺及设备-脱硫工段为什么脱硫？16,3,、各工段工艺及设备,-,脱硫工段,为什么,脱硫？,不论是以固体原料，还是以天然气、重油为原料制备的氢氮原料气中，都含有一定成分的硫化物。煤气化半水煤气中硫化物主要是,H,2,S,（,90%,）,其次是,CS,2,COS,RSH,等有机硫。其含量取决于原料的含硫量及其加工方法，以煤为原料时，所得原料气中,H,2,S,含量一般为,1,3g/m,3,，有的高达,8,15g/m,3,。,硫的危害：,硫化物对合成氨生产有着严重的危害，它对设备和管道有腐蚀作用，可使变换、甲醇及合成系统的催化剂中毒，还可使铜洗系统的低价铜生成硫化亚铜沉淀，使操作恶化，增加铜耗。对产品质量产生影响（硫脲,-,红尿素；,FeS-,黑碳铵；黑重碱）,17,3、各工段工艺及设备-脱硫工段为什么脱硫？不论是以固体原料，,3,、各工段工艺及设备,-,脱硫工段,脱硫方法的分类：,按脱硫剂的状态可分为,干法,和,湿法,两种。,干法是用固体脱硫剂,(,如氧化铁、活性炭、分子筛等,),将气体中的硫化物吸收除掉；,湿法用碱性物质或氧化剂的水溶液即液体脱硫剂,(,如氨水法、碳酸盐法、乙醇胺法、腐酸二磺酸钠法及砷碱法等,),吸收气体中的硫化物。,18,3、各工段工艺及设备-脱硫工段脱硫方法的分类：18,3,、各工段工艺及设备,-,脱硫工段,反应原理：,1,）吸收：半水煤气中的酸性气体,H,2,S,被碱性溶液（,Na,2,CO,3,）吸收生成,NaHS,和,NaHCO,3,其反应方程式如下：,碱的溶解,(,Na,2,CO,3,+H,2,ONaHCO,3,+NaOH/NaHCO,3,+H,2,ONaOH+H,2,O+CO,2,）,Na,2,CO,3,H,2,SNaHS+NaHCO,3,/H,2,S+NaOHNaHS+H,2,O,NH,3,+H,2,SNH,4,HS,（氨水脱硫）,2,）再生：溶液中的,HS,-,被氧化析出硫,(,催化剂作用下,),：,NaHS+O,2,=NaOH+S,NH,4,HS+O,2,NH,3,+S+H,2,O,19,3、各工段工艺及设备-脱硫工段反应原理：19,3,、各工段工艺及设备,-,脱硫工段,静电除焦,静电除焦,结构：,静电除焦由塔体部分和电器部分组成。塔体为同心圆式结构。电器部分由高压电源、控制系统、电晕电极组成。,静电除焦,工作原理：,静电除焦利用强电场的作用，使半水煤气中的尘埃、油雾等细微粒带上负电向电极移动，中和后被吸附排出，达到净化气体的目的。,20,3、各工段工艺及设备-脱硫工段静电除焦20,3,、各工段工艺及设备,-,脱硫工段,脱硫塔,813,脱硫塔直径,5.0m,，高,38m,，装三段填料，每段填料高,5m,。,脱硫塔中气体和液体两相逆流，脱硫液从上进，从下出，而半水煤气从底部进，从顶部出。规整填料使气液分布更均匀，接触更好，使硫化氢更好的被脱硫液吸收。,21,3、各工段工艺及设备-脱硫工段脱硫塔21,3,、各工段工艺及设备,-,脱硫工段,冷却清洗塔,冷却清洗塔分为两段，下端为冷却塔，上端为清洗塔。,设置冷却塔是为了降低从静电除焦来的半水煤气温度，保证脱硫的效果。半水煤气和冷却水换热，降低温度。,设置清洗塔是为了除去从脱硫塔出来半水煤气携带的脱硫液等杂质。,22,3、各工段工艺及设备-脱硫工段冷却清洗塔22,3,、各工段工艺及设备,-,脱硫工段,罗茨鼓风机,罗茨鼓风机主要起输送气体的作用。并起一定的加压作用。,罗茨机在机体内通过同步齿轮的作用使两叶轮呈反方向旋转，腔体与叶轮构成相互隔绝的进气腔与排气腔，借助于叶轮旋转将机体内的气体由进气腔压缩推送至排气腔，排出气体，达到强制输送气体的目的。,23,3、各工段工艺及设备-脱硫工段罗茨鼓风机23,3,、各工段工艺及设备,-,压缩工段,压缩机的岗位任务：,（,1,）,氨的合成：,因为在合成氨生产中，原料气的净化及氨的合成都是在一定压力下进行的，为此要用压缩机提高压力、输送气体。通过压缩机将脱硫来的半水煤气逐步压缩到各工段要求压力，并畅通送到各工段最后合成氨。,（,2,）,尿素的合成：,将脱碳或变压吸附送来的二氧化碳气体经分离器除去水后，经压缩机一，二级压缩提压后送脱硫槽除去硫化氢，再经三、四、五级压缩提压送至尿素岗位作为生产尿素的主要原料气。,24,3、各工段工艺及设备-压缩工段压缩机的岗位任务：24,3,、各工段工艺及设备,-,压缩工段,活塞式,压缩机的工作原理,根据气体状态方程：,PV=nRT,（,n,物质的量；,R,常量）,当气体的温度（,T,）保持不变时，我们可以通过压缩气体的体积（,V,）来提高气体的压力（,P,）。利用气体的可压缩性，通过压缩机各段活塞的往复动作而达到提高气体压力的目,的。,25,3、各工段工艺及设备-压缩工段活塞式压缩机的工作原理25,3,、各工段工艺及设备,-,压缩工段,26,3、各工段工艺及设备-压缩工段26,3,、各工段工艺及设备,-,压缩工段,联化公司大压缩机,-,价值,1.5,个亿,27,3、各工段工艺及设备-压缩工段联化公司大压缩机-价值1.5个,3,、各工段工艺及设备,-,变换工段,变换岗位任务,将来自压缩的加压半水煤气，在一定的温度和压力条件下借助变换催化剂的催化作用，使半水煤气中,CO,与水蒸气发生反应，转化为,CO,2,和,H,2,。其目的是通过转化半水煤气中的,CO,获得合成氨生产所需要的原料,H,2,和尿素（或纯碱）生产所需的原料,CO,2,，,并且合理回收系统中的热量。,变换岗位生产原理,反应方程式：,CO+H,2,O,（,g,）,CO,2,+H,2,+Q,副反应：,CO+H,2,C+H,2,O+Q CO+3H,2,CH,4,+H,2,O+,Q,28,3、各工段工艺及设备-变换工段变换岗位任务28,3,、各工段工艺及设备,-,变换工段,变换催化剂简介：,中变催化剂,:,1),催化剂型号：中变催化剂主要型号有,B107,、,B109,、,B112,、,B113,、,B116,、,B117,等。,2),催化剂组成：中变催化剂含,Fe,2,O,3,80-90%,，,Cr,2,O,3,7-11%,，并有少量的,K,2,O,、,MgO,和,Al,2,O,3,等成分。,Fe,2,O,3,被还原形成的具有尖晶石结构的,Fe,3,O,4,是催化