[精选]合成氨工艺与设备培训课件13660.pptx
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1、合成氨工艺与设备合成氨工艺与设备宜化化机宜化化机 崔娟崔娟20162016年年3 3月月各工段工艺与设备各工段工艺与设备各工段工艺与设备各工段工艺与设备基本概念基本概念基本概念基本概念合成氨工艺流程简述合成氨工艺流程简述合成氨工艺流程简述合成氨工艺流程简述结束语结束语结束语结束语1 12 23 34 4v 目目录录什么是什么是合成氨?合成氨?1 1、基本概念、基本概念-合成氨合成氨 氮是自然界分布较广的一种元素,氮是植物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中固定状态的氮,因而必须
2、把空气中游离的氮转变为氮的化合物。氮转变为氮的化合物。由于采用合成的方法生产氨,所以习惯上称由于采用合成的方法生产氨,所以习惯上称为合成氨。为合成氨。什么是什么是合成氨合成氨?1 1、基本概念、基本概念-合成氨合成氨性质:无色有辛辣臭味气体,化学式为性质:无色有辛辣臭味气体,化学式为NH3,NH3,分分子量为子量为17.0317.03,沸点,沸点-33.35,-33.35,熔点熔点-77.7,-77.7,比重比重(液态液态)0.597)0.597。气氨常温加压液化为液氨。气氨常温加压液化为液氨(25 25 1.0MPa1.0MPa),易溶于水易溶于水,酒精等酒精等,溶解时放出大量溶解时放出大量
3、的热,氨是一种可燃性气体,氨与空气混合的热,氨是一种可燃性气体,氨与空气混合可以形成爆炸性气体,爆炸极限为可以形成爆炸性气体,爆炸极限为15.5 15.5 27%27%。什么是什么是合成氨?合成氨?1 1、基本概念、基本概念-合成氨合成氨发展简史:发展简史:世界上第一个合成氨厂于世界上第一个合成氨厂于19131913年在德国噢堡年在德国噢堡建成,实现了工业化生产(建成,实现了工业化生产(3030吨吨/天)天)。我国第一个合成氨厂上世纪三十年代在永利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,到公司(就是现在的吉化公司)建成,到19491949年我国合成氨年产量为年我国
4、合成氨年产量为0.60.6万吨,万吨,20082008年产量年产量达到了达到了45004500万吨万吨,占世界总产量的占世界总产量的1/3.1/3.为世界为世界第一第一 。为什么要为什么要合成氨合成氨?制造氮肥和复合肥料(化肥加工):占制造氮肥和复合肥料(化肥加工):占808090%90%,主,主要品种有尿素、碳铵、硝酸铵、硫酸铵、氯化铵等要品种有尿素、碳铵、硝酸铵、硫酸铵、氯化铵等氮肥,以及磷酸一铵、磷酸二铵和氮肥,以及磷酸一铵、磷酸二铵和NPKNPK复合肥等含氮复合肥等含氮复合肥。复合肥。作为工业原料和氨化饲料:用量约占世界产量的作为工业原料和氨化饲料:用量约占世界产量的1010。各种含氮
5、的无机盐及有机中间体、磺胺药、聚。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、料生产。其他如纯碱、硝酸、甲铵、冶金、医药、石油加工等;石油加工等;液氨作为制冷剂在冷冻行业也得到广泛应用。液氨作为制冷剂在冷冻行业也得到广泛应用。1 1、基本概念、基本概念-合成氨合成氨怎样怎样合成氨?合成氨?1 1、基本概念、基本概念-合成氨合成氨怎样怎样合成氨?合成氨?N N2 2+3H+3H2 2=2NH=2NH3 3+Q+Q2NH32NH3(液)(液)+CO2+CO2(气)(气)C
6、OCO(NH2NH2)2 2(液)(液)+H2O+H2O(液)(液)+Q+Q 1 1、基本概念、基本概念-合成氨合成氨2 2、工艺流程、工艺流程-氨的生产过程氨的生产过程合成氨生产的三个过程: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原料气的制造(制气),包括原料工段和造气工段;工段;原料气的净化,包括脱硫、变换、变脱、脱碳、原料气的净化,包括脱硫、变换、变脱、脱碳、精炼等工段;精炼等工段;气体的压缩和合成,主要是压缩和合成工段气体的压缩和合成,主要是压缩和合成工段。2 2、工艺流程、工艺流程-氨的生产原料氨的生产原料合成氨生产的原料:合成氨生产的原料:氮气来自空气,氢气来
7、自原料气制取,原料有氮气来自空气,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。小氮等)和气体(天然气、焦炉气等)三种。小氮肥一般以煤为原料。肥一般以煤为原料。2 2、工艺流程、工艺流程-小氮肥工艺流程小氮肥工艺流程一段一段 二段二段六段六段 三段三段 五段五段粗甲醇粗甲醇六段六段四段四段电机机脱硫脱硫气柜气柜造气造气原料制棒原料制棒变换PSA脱碳脱碳CO2压缩尿素尿素精精炼合成合成氨氨库煤煤空气空气蒸汽蒸汽煤气煤气蒸汽蒸汽CO2气气氨氨产品尿素品尿素4M20-75/31.4压缩机机PC脱碳脱碳产品
8、粗醇品粗醇 液液 氨氨煤棒煤棒3 3、各工段工艺及设备、各工段工艺及设备-造气工段造气工段岗位任务:岗位任务:就是将空气和水蒸汽通入固定层煤气发生炉就是将空气和水蒸汽通入固定层煤气发生炉中中,在高温下将固体燃料进行气化制得合格的半水煤气在高温下将固体燃料进行气化制得合格的半水煤气 。(CO 29%、H2 40%、CO2 8%、N2 21%、CH41.5%、O2 0.4%、H2S 0.5-2.0g/m3)主要设备:煤气发生炉、旋风除尘器、显热回收器、洗气塔、蒸煤气发生炉、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。汽缓冲罐、夹套汽包、空气鼓风机、煤气气柜等。工艺
9、原理:工艺原理:在固体燃料气化过程中,分别通入空气和水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蒸汽制得空气煤气和水煤气,并成为具有一定比例的混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。成氨的基本原料气。3 3、各工段工艺及设备、各工段工艺及设备-造气工段造气工段煤气发生炉煤气发生炉壳牌炉壳牌炉3 3、各工段工艺及设备、各工段工艺及设备-造气工段造气工段流程简述:流程简述:向煤气发生炉内交替通入向煤气发生炉内交替通入空气空气空气空气和和蒸汽蒸汽蒸汽蒸汽,与炉内,与炉内灼热的炭进行气化反
10、应,吹风阶段生成的吹风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气根据要求送三气岗位三气岗位三气岗位三气岗位回收热量或直接由烟囱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,用以放空,并根据需要回收一少部分入气柜,用以调节循环氢调节循环氢调节循环氢调节循环氢,煤气炉出来的煤气经,煤气炉出来的煤气经显热回收显热回收显热回收显热回收、洗气塔洗气塔洗气塔洗气塔冷却和冷却和除尘除尘除尘除尘后,在气柜中混合,然后去后,在气柜中混合,然后去脱硫,脱硫,3 3、各工段工艺及设备、各工段工艺及设备-造气工段造气工段以空气为气化剂制取的空气煤气以空气为气化剂制取的空气煤气粉煤直接气化:荷兰壳
11、牌技术(鲁奇炉):粉煤直接气化:荷兰壳牌技术(鲁奇炉):C+O2 CO2+Q C+O2 CO2+Q ;2C+O2 2CO 2C+O2 2CO ;C+CO2 2CO-Q C+CO2 2CO-Q;CO+O2 CO2-QCO+O2 CO2-Q以蒸汽为气化剂制取的半水煤气:型煤、间歇式制气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 C+O2 CO2+Q(吹风气)供热;(吹风气)供热;C+H2OC+H2O(g g)2CO+H2 2CO+H2;2 C+H2O2 C+H2O(g g)2CO2+2H2 2CO2+2H2;CO+H2OCO+H2O(g g)CO2+H2CO2+H23 3
12、、各工段工艺及设备、各工段工艺及设备-脱硫工段脱硫工段为什么为什么脱硫?脱硫?3 3、各工段工艺及设备、各工段工艺及设备-脱硫工段脱硫工段为什么为什么脱硫?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是H H2 2S S(90%90%),其次是其次是CSCS2 2,COS,RSH,COS,RSH等有机硫。其含量取决于原料的含硫量及其加工方法,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
13、料气中以煤为原料时,所得原料气中H H2 2S S含量一般为含量一般为 1 13g/m3g/m3 3,有的高达,有的高达 8 815g/m15g/m3 3。硫的危害: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;红尿素;FeS-FeS-黑碳铵;黑重碱)黑碳铵
14、;黑重碱)3 3、各工段工艺及设备、各工段工艺及设备-脱硫工段脱硫工段脱硫方法的分类:脱硫方法的分类:按脱硫剂的状态可分为按脱硫剂的状态可分为干法干法和和湿法湿法两种。两种。干法是用固体脱硫剂干法是用固体脱硫剂(如氧化铁、活性炭、分子筛如氧化铁、活性炭、分子筛等等)将气体中的硫化物吸收除掉;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、腐酸二磺酸如氨水法、碳酸盐法、乙醇胺法、腐酸二磺酸钠法及砷碱法等钠法及砷碱法等)吸收气体中的硫化物。吸收气体中的硫化物。3 3、各工段工艺及设备、各工段工艺及设备-脱
15、硫工段脱硫工段反应原理:反应原理:1 1)吸收:半水煤气中的酸性气体)吸收:半水煤气中的酸性气体H H2 2S S被碱性溶液(被碱性溶液(NaNa2 2COCO3 3)吸收生成)吸收生成NaHSNaHS和和NaHCONaHCO3 3,其反应方程式如下:其反应方程式如下:碱的溶解碱的溶解(NaNa2 2COCO3 3+H+H2 2ONaHCOONaHCO3 3+NaOH/NaHCO+NaOH/NaHCO3 3+H+H2 2ONaOH+HONaOH+H2 2O+COO+CO2 2)NaNa2 2COCO3 3H H2 2SNaHS+NaHCOSNaHS+NaHCO3 3/H/H2 2S+NaOHN
16、aHS+HS+NaOHNaHS+H2 2O O NH NH3 3+H+H2 2SNHSNH4 4HSHS(氨水脱硫)(氨水脱硫)2 2)再生:溶液中的)再生:溶液中的HSHS-被氧化析出硫被氧化析出硫(催化剂作用下催化剂作用下):NaHS+ONaHS+O2 2=NaOH+S=NaOH+S NH NH4 4HS+OHS+O2 2NHNH3 3+S+H+S+H2 2O O3 3、各工段工艺及设备、各工段工艺及设备-脱硫工段脱硫工段静电除焦静电除焦 静电除焦静电除焦结构:结构:静电除焦由静电除焦由塔体部分和电器部分组成。塔体部分和电器部分组成。塔体为同心圆式结构。电器塔体为同心圆式结构。电器部分由高
17、压电源、控制系统、部分由高压电源、控制系统、电晕电极组成。电晕电极组成。静电除焦静电除焦工作原理:工作原理:静电除静电除焦利用强电场的作用,使半焦利用强电场的作用,使半水煤气中的尘埃、油雾等细水煤气中的尘埃、油雾等细微粒带上负电向电极移动,微粒带上负电向电极移动,中和后被吸附排出,达到净中和后被吸附排出,达到净化气体的目的。化气体的目的。3 3、各工段工艺及设备、各工段工艺及设备-脱硫工段脱硫工段脱硫塔脱硫塔 813 813 脱硫塔直径脱硫塔直径5.0m5.0m,高,高38m38m,装三段填料,每段填,装三段填料,每段填料高料高5m5m。脱硫塔中气体和液体两脱硫塔中气体和液体两相逆流,脱硫液从
18、上进相逆流,脱硫液从上进,从下出,而半水煤气,从下出,而半水煤气从底部进,从顶部出。从底部进,从顶部出。规整填料使气液分布更规整填料使气液分布更均匀,接触更好,使硫均匀,接触更好,使硫化氢更好的被脱硫液吸化氢更好的被脱硫液吸收。收。3 3、各工段工艺及设备、各工段工艺及设备-脱硫工段脱硫工段冷却清洗塔冷却清洗塔 冷却清洗塔分为两段,下端为冷却清洗塔分为两段,下端为冷却塔,上端为清洗塔。冷却塔,上端为清洗塔。设置冷却塔是为了降低从静电设置冷却塔是为了降低从静电除焦来的半水煤气温度,保证除焦来的半水煤气温度,保证脱硫的效果。半水煤气和冷却脱硫的效果。半水煤气和冷却水换热,降低温度。水换热,降低温度
19、。设置清洗塔是为了除去从脱硫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塔出来半水煤气携带的脱硫液等杂质。等杂质。3 3、各工段工艺及设备、各工段工艺及设备-脱硫工段脱硫工段罗茨鼓风机罗茨鼓风机 罗茨鼓风机主要起输送气体的作罗茨鼓风机主要起输送气体的作用。并起一定的加压作用。用。并起一定的加压作用。罗茨机在机体内通过同步齿轮的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体内的气体由进气腔压缩推送至排气腔,排出
20、气体,达到强制输排气腔,排出气体,达到强制输送气体的目的。送气体的目的。3 3、各工段工艺及设备、各工段工艺及设备-压缩工段压缩工段压缩机的岗位任务:压缩机的岗位任务:(1 1)氨的合成:氨的合成:因为在合成氨生产中,原料气的净化及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。缩到各工段要求压力,并畅通送到各工段最后合成氨。(2 2)尿素的合成:尿素的合成:将脱
21、碳或变压吸附送来的二氧化碳气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。位作为生产尿素的主要原料气。3 3、各工段工艺及设备、各工段工艺及设备-压缩工段压缩工段活塞式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
22、提高气体压力的目的。3 3、各工段工艺及设备、各工段工艺及设备-压缩工段压缩工段3 3、各工段工艺及设备、各工段工艺及设备-压缩工段压缩工段联化公司大压缩机联化公司大压缩机联化公司大压缩机联化公司大压缩机-价值价值价值价值1.51.51.51.5个亿个亿个亿个亿3 3、各工段工艺及设备、各工段工艺及设备-变换工段变换工段变换岗位任务变换岗位任务 将来自压缩的加压半水煤气,将来自压缩的加压半水煤气,在一定的温度在一定的温度和压力和压力条件下借条件下借助变换催化剂的催化作用,使半水煤气中助变换催化剂的催化作用,使半水煤气中COCO与水蒸气发生反与水蒸气发生反应,转化为应,转化为COCO2 2和和H
23、 H2 2。其目的是通过转化半水煤气中的。其目的是通过转化半水煤气中的COCO获得合成氨生产所需要获得合成氨生产所需要的原料的原料H H2 2和尿素(或纯碱)生产所需的原料和尿素(或纯碱)生产所需的原料COCO2 2,并且合理回收系统中的热量。并且合理回收系统中的热量。变换岗位生产原理变换岗位生产原理反应方程式:反应方程式:CO+HCO+H2 2O O(g g)COCO2 2+H+H2 2+Q+Q 副反应:副反应:CO+HCO+H2 2 C+H C+H2 2O+Q CO+3HO+Q CO+3H2 2 CH CH4 4+H+H2 2O+O+Q Q 3 3、各工段工艺及设备、各工段工艺及设备-变换
24、工段变换工段变换催化剂简介:变换催化剂简介:中变催化剂中变催化剂:1)1)催化剂型号:中变催化剂主要型号有催化剂型号:中变催化剂主要型号有B107B107、B109B109、B112B112、B113B113、B1B11616、B117B117等。等。2)2)催化剂组成:中变催化剂含催化剂组成:中变催化剂含FeFe2 2O O3 380-90%80-90%,CrCr2 2O O3 37-7-11%11%,并有少量的,并有少量的K K2 2O O、MgOMgO和和AlAl2 2O O3 3等成分。等成分。FeFe2 2O O3 3被还原形成的具有尖晶石结构的被还原形成的具有尖晶石结构的FeFe3
25、 3O O4 4是催化剂的活性组分。是催化剂的活性组分。催化剂还原:催化剂还原:3Fe3Fe2 2O O3 3+H+H2 2=2Fe=2Fe3 3O O4 4+H+H2 2O+9.6kJ 3FeO+9.6kJ 3Fe2 2O O3 3+CO=2Fe+CO=2Fe3 3O O4 4+CO+CO2 2+50.8kJ+50.8kJ 催化剂还原过程为放热反应,为避免温度剧升,要严格控制还原气体催化剂还原过程为放热反应,为避免温度剧升,要严格控制还原气体量,保护催化剂。量,保护催化剂。3 3)活性温度:在活性温度范围内进行操作。不同型号的中变催化剂)活性温度:在活性温度范围内进行操作。不同型号的中变催化
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