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1、- 本 科 生 学 年 论 文题 目 学 生 姓 名 所 在 院 系 化 学 化 工 系 专 业 班 级 学 号 指 导 教 师(职称) 日 期 年 月 日 目录摘要:2关键词:2前言:21.统计分析表22.早期氰化法23.合成氨法24.发展趋势35.合成氨的反应原理46.合成氨的最新技术4 6.1大直径JD型氨合成系统和内件技术设计思想及最新进展4 6.2成达公司的小型氨厂新技术5工业合成氨的进展摘要:就工业合成氨的历史,现状以及一些最新的工业合成氨的技术的综述。关键词:合成氨的历史(早期氰化法、合成氨法),原料构成改变:煤造气时期、烃类燃料造气时期,装置的变化:装置大型化。、合成氨的现状、
2、合成氨的发展趋势原料路线的变化方向、节能和降耗、与其他产品联合生产。、合成氨工业的最新技术大直径JD型氨合成系统和内件技术设计思想及最新进展、成达公司的小型氨厂新技术。前言合成氨工业是基本点的无机化工之一。氨是化肥工业和基本有机化工的主要原料。从氨可加工成硝酸,现代化学工业中,常将硝酸生产归属于合成氨工业范畴。合成氨工业在20世纪初期形成,开始用氨作火炸药工业的原料,为战争服务;第一次世界大战结束后,转向为农业、工业服务。随着科学技术的发展,对氨的需要量日益增长。50年代后氨的原料构成发生重大变化,近60年来合成氨工业发展很快。早期氰化法1898年,德国A.弗兰克等人发现空气中的氮能被碳化钙固
3、定而生成(又称石灰氮),进一步与过热水蒸气反应即可获得氨: CaCN23H2O2NH3CaCO31905年,德国氮肥公司建成世界上第一座生产氰氨化钙的工厂,这种制氨方法称为氰化法。第一次世界大战期间,德国、美国主要采用该法生产氨,满足了军工生产的需要。氰化法固定每吨氮的总能耗为153GJ,由于成本过高,到30年代被淘汰。 合成氨法利用氮气与氢气直接合成氨的工业生产曾是一个较难的课题。合成氨从实验室研究到实现工业生产,大约经历了150年。直至1909年,德国物理化学家用锇催化剂,将氮气与氢气在17.520MPa和500600下直接合成,反应器出口得到6的氨,并于卡尔斯鲁厄大学建立一个每小时80g
4、合成氨的试验装置。但是,在高压、高温及催化剂存在的条件下,氮氢混合气每次通过反应器仅有一小部分转化为氨。为此,哈伯又提出将未参与反应的气体返回反应器的循环方法。这一工艺被德国巴登苯胺纯碱公司所接受和采用。由于金属锇稀少、价格昂贵,问题又转向寻找合适的催化剂。该公司在德国化学家A.米塔斯提议下,于1912年用2500种不同的催化剂进行了6500次试验,并终于研制成功含有钾、铝氧化物作的价廉易得的铁催化剂。而在工业化过程中碰到的一些难题,如高温下氢气对钢材的腐蚀、碳钢制的氨合成反应器寿命仅有80h以及合成氨用氮氢混合气的制造方法,都被该公司的工程师所解决。此时,德国国王威廉二世准备发动战争,急需大
5、量炸药,而由氨制得的硝酸是生产炸药的理想原料,于是巴登苯胺纯碱公司于1912年在德国奥堡建成世界上第一座日产30t合成氨的装置,1913年9月9日开始运转,氨产量很快达到了设计能力。人们称这种合成氨法为哈伯博施法,它标志着工业上实现高压催化反应的第一个里程碑。由于哈伯和博施的突出贡献,他们分别获得1918、1931年度诺贝尔化学奖。其他国家根据德国发表的论文也进行了研究,并在哈伯博施法的基础上作了一些改进,先后开发了合成压力从低压到高压的很多其他方法。到30年代初合成氨成为广泛采用的制氨方法。70年代以来,合成氨的生产不仅促进了如高压、低温、原料气制造、气体净化、特殊金属冶炼以及催化剂研制等方
6、面的发展,还对一些化学合成工业,如尿素、甲醇和高级醇、石油加氢精制、高压聚合等起了巨大的推动作用。 原料构成改变自从合成氨工业化后,原料构成经历了重大的变化。 煤造气时期第一次世界大战结束,很多国家建立了合成氨厂,开始以为原料。20年代,随着钢铁工业的兴起,出现了用焦炉气深冷分离制氢的方法。焦炭、焦炉气都是煤的加工产物。为了扩大原料来源,曾对煤的直接气化进行了研究。1926年,德国法本公司采用温克勒炉气化褐煤成功。第二次世界大战结束,以焦炭、煤为原料生产的氨约占一半以上。 烃类燃料造气时期早在2030年代,甲烷蒸汽转化制氢已研究成功。50年代,天然气、石油资源得到大量开采,由于以甲烷为主要组分
7、的天然气便于输送,适于加压操作,能降低氨厂投资和制氨成本,在性能较好的转化催化剂、耐高温的合金钢管相继出现后,以天然气为原料的制氨方法得到广泛应用。接着抗积炭的蒸汽转化催化剂研制成功,缺乏天然气的国家采用了石脑油为原料。60年代以后,又开发了部分氧化法制氢。到1965年,焦、煤在世界合成氨原料中的比例仅占5.8。从此,合成氨工业的原料构成由固体燃料转向以气、液态烃类燃料为主的时期。 装置大型化由于高压设备尺寸的限制,50年代以前,最大的氨合成塔能力不超过日产200t氨,60年代初不超过日产400t氨。随着由汽轮机驱动的大型、高压离心式压缩机研制成功,为合成氨装置大型化提供了条件,大型合成氨厂的
8、数目也逐年增多。合成氨厂大型化通常指规模在日产540t以上的单系列装置。1963和1966年美国凯洛格公司先后建成世界上第一座日产540t和900t氨的单系列装置,显示出大型装置具有投资少、成本低、占地少和劳动生产率高等显著优点。从此,大型化成为合成氨工业的发展方向。近20多年来,新建装置大多为日产10001500t氨,1972年建于日本千叶的日产1540t(1700st.t)氨厂是目前世界上已投入生产的最大单系列装置。发展趋势 原料路线的变化方向。从世界燃料储量来看,煤的储量约为石油、天然气总和的10倍,自从70年代中东石油涨价后,从煤制氨路线重新受到重视,但因以天然气为原料的合成氨装置投资
9、低、能耗低、成本低的缘故,预计到20世纪末,世界大多数合成氨厂仍将以气体燃料为主要原料。节能和降耗。合成氨成本中能源费用占较大比重,合成氨生产的技术改进重点放在采用低能耗工艺、充分回收及合理利用能量上,主要方向是研制性能更好的催化剂、降低氨合成压力、开发新的原料气净化方法、降低燃料消耗、回收和合理利用低位热能等。现在已提出以天然气为原料的节能型合成氨新流程多种,每吨液氨的设计能耗可降低到约29.3GJ。与其他产品联合生产。合成氨生产中副产大量的二氧化碳,不仅可用于冷冻、饮料、灭火,也是生产尿素、纯碱、碳酸氢铵的原料。如果在合成氨原料气脱除二氧化碳过程中能联合生产这些产品,则可以简化流程、减少能
10、耗、降低成本。中国开发的用氨水脱除二氧化碳直接制碳酸氢铵新工艺,以及中国、意大利等国开发的变换气气提法联合生产尿素工艺,都有明显的优点。合成氨的反应原理 合成氨的条件 :氨的合成是一个放热、气体总体积缩小的可逆反应。根据化学反应速率的知识,得知升温、增大压强、及使用催化剂都可以是合成氨的化学反应速率增大。压强:有研究表明,在400C,压强超过200MPa时,不使用催化剂,氨便可以顺利合成,但实际生产中,太大的压强需要的动力就大,对材料要求也会增高,这就增加了生产成本,因此,受动力材料设备影响,目前我国合成氨厂一般采用20MPa50MPa.温度:从理想条件来看,氨的合成在较低温度下进行有利,但温
11、度过低,反应速率会很小,故在实际生产中,一般选用500C。催化剂:采用铁触媒(以铁为主,混合的催化剂),铁触媒在500C时活性最大,这也是合成氨选在500C的原因。最后,制得的氨量也不算多,还可以采取迅速冷却,使气态氨变为液态氨。也可原料重复利用。合成氨工业的最新技术:大直径JD型氨合成系统和内件技术设计思想及最新进展 流程中各节点的物料成分表(%)节点组 分H2N2NH3CH4Ar合计074.1024.700.000.880.32100157.7519.253.0014.675.33100242.7614.2519.7417.056.20100349.5516.524.9919.767.19100451.0217.014.2420.347.40100成达公司的小型氨厂新技术 参考文献: 2010年全国各省合成氨的产量表。 一些早期合成氨的方法,历史资料。 大直径JD型氨合成系统和内件技术设计思想及最新进展湖南安淳高新技术有限公司(Hunan Anchun Technology Co.,Ltd)。 成达公司小型氨厂新技术:加热蒸汽转化、换热式转化、部分转化、双一段转化、低压合成工艺流程、三床内换热式合成。 -第 9 页-
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