煤合成氨

1前言氨（Ammonia，旧称阿莫尼亚）是重要的无机化工产品之一，在国民经济中占有重要地位。农业上使用的氮肥，除氨水外，诸如尿素、硝酸铵、磷酸铵、氯化铵以及各种含氮复合肥都是以氨为原料生产的。合成氨是大宗化工产品之一，世界每年合成氨产量已达到1亿吨以上，其中约有80%的氨用来生产化学肥料，20%作为其它化工产品的原料。德国化学家哈伯(F.Haber，1868-1934)从1902年开始研究由氮气和氢气直接合成氨。于1908年申请专利，即“循环法”，在此基础上，他继续研究，于1909年改进了合成，氨的含量达到6%以上。这是目前工业普遍采用的直接合成法。铵根离子：NH4+；其中氮的化学价为+3；NH3是氨气。本设计主要是介绍以煤为原料制合成氨的大型氨厂。本设计由滁州职业技术学院张坡设计，并统稿定稿，由刘义章老师指导。在此向他表示谢意。2目录第一章合成氨的生产概述-----------------------------------------------一、NH3的性质和用途-------------------------------------------------------二、合成氨工业的发展和特点以及原料三、合成氨生产的流程图--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------4合成氨的生产原料--------------------------------------------------5合成氨的生产流程------------------------------------------------------------1．压缩机-----------------------------------------------------------------1．概述--------------------------------------------------------------2．原理----------------------------------------------------------------------3．离心压缩机的操作-------------------------------------------------4．离心压缩机的工作原理------------------------------------------5．离心压缩机的结构图----------------------------------3脱硫------------------------------------------------------------1．几种硫化物及脱硫作用-------------------------------------------2．脱硫的作用与方法---------------------------------------------------3．操作控制和事故处理-------------------------------------34天然气蒸汽转化--------------------------------------------1．转化反应原理---------------------------------------2．转化反应特点------------------------------------------------3．转化反应条件--------------------------------------4．一，二段转化-----------------------------------------------5．催化剂------------------------------------------------------6．设备--------------------------------------------------------5变换-----------------------------------------------------1．变换反应的基本原理-------------------------------------------------------------2．影响因素-------------------------------------------------------------------------3．变换率---------------------------------------------------------------------------4．变换工艺流程---------------------------------------------------------------------6脱除二氧化碳-----------------------------------------------1．热钾碱法的原理------------------------------------------------------------------2．工艺条件---------------------------------------------------------------------3．设备结构----------------------------------------------------------------------4．操作注意------------------------------------------------------------------------7原料气的最终净化-----------------------------------------------------1．概述------------------------------------------------------------------------42．原理---------------------------------------------------------------------------3．催化剂------------------------------------------------------------------------8气体的压缩-------------------------------------------------1．离心式压缩机的优缺点--------------------------------------------------2离心压缩机的正常操作---------------------------------------------------9氨的合成--------------------------------------------------1．反应原理-------------------------------------------------------------------2．氨净值-------------------------------------------------------------------3．合成回路的循环--------------------------------------------------------4．工艺控制---------------------------------------------------------------5．合成系统流程图-------------------------------------------------------6三废处理--------------------------------------------------------------5第一章：概述一、NH3的性质和用途1．性质⑴物理性质无色、有毒、刺激性气味，易溶于水、易被液化、密度比空气轻（常温常压）⑵化学性质氨与酸反应生成盐类，是制造氮肥的基本反应：2NH3+H2SO4=（NH4）2SO4NH3+HNO3=NH4NO3氨与二氧化碳作用生成氨基甲酸氨，进一步脱水生成尿素：2NH3+CO2=COONH2NH4COONH2NH4=CO（NH2）2+H2O氨与氧作用生成一氧化氮，并能进一步与水作用，制得硝酸：4NH3+3O2=6H2O+2N22．用途：在国民经济中，氨占有重要的地位，特别是对农业生产有着重大意义。氨主要是用制造化肥。液氨可以直接用做肥料，它的加工产品有尿素、硝酸氨、氯化氨和碳酸氢氨以及磷酸铵、氮磷钾混合肥等。氨也是非常重要的工业原料，在化学纤维、塑料工业中，则以氨、硝6酸和尿素作为氮元素的来源生产以内酰氨、尼龙-6、丙烯氰等单体和尿醛树脂等产品。由氨制成的硝酸是各种炸药的基本原料，如三硝基甲苯，硝化甘油以及其他各种炸药。硝酸氨既是优良的化肥，又是安全的炸药，在矿山开发等基本建设中广泛应用。氨在其他工业中的应用也非常的广泛。在石油炼制、橡胶工业、制金工业和机械加工等部门以及轻工、食品、医药、等工业部门中，氨及其加工产品都是不可缺少的。例如制冷、空调、食品、冷藏系统大多数都是用按叫作为制冷剂。二、合成氨工业的发展和特点以及原料：1.发展和特点氮对植物生长的作用很早就已了解。空气中氮占78％，但是，除豆科植物外，空气中的氮不能被固定、吸收。1898年，利用炭化钙吸收氮制氨获得成功，1905年建成工厂。1909年又实现了在催化剂存在下，氮和氢直接合成氨，并于1912年建成日产30吨的装置，此后，直接合成氨的方法发展迅速，而利用碳化钙的方法因成本高在30年代被淘汰。几十年来，合成氨在技术上发生了很大变化.一是生产原料由煤转向气态的天然气和液态的石油产品（合称烃类原料），大型厂绝大多数采用烃类原料，以煤为原料仅在中国和德国有应用。二是装置大型化，60年代日产500吨氨，近20年来，新建装置大部分为日产1000～1500吨。由于高压设备、离心式压缩机及生产控制系统的成功使用，生产装置的规模得以大型化，从而使合成氨的原材料和能量消耗下降。1993年，世界合成氨的产量为8930万吨，1995年我国为2765万吨。2．原料合成氨的反应式：N2+3H2=2NH3N2来源于空气分离、空气将氧气耗掉所剩N2H2由煤、渣油、轻油、重油、天然气等与蒸汽反应制得.7三、合成氨生产的流程图：合成氨的生产分为三部分：1.造气原(燃)料通人空气(氧气)和蒸汽，汽化成为水煤气(半水煤气)，该粗原料气由氢气、氮气、二氧化碳、一氧化碳和少量硫化氢、氧气及粉尘组成，原料气经废热锅炉回收热量后存于气柜；2.变换净化气柜来的原料气通过电除尘器除去粉尘进入气压机加压，经脱硫(脱除硫化氢)、变换(将一氧化碳转化为氢和二氧化碳)、脱碳(吸收脱除二氧化碳)后，再次加压进入铜洗塔(用醋酸铜氨液)和碱洗塔(用苛性钠溶液)进一步除去原料气中的一氧化碳和二氧化碳(含量降至十万分之三以下)，获得纯氢气和氢气混合气体；3.合成净化后的氢氮混合气(H2：N2＝3：1)经压缩机加压至30～32MPa进入合成塔，在铁触媒存在下高温合成为氨。生产是在密封、高压、高温下连续进行的。第二章：原料气的制取8一、气化原理以水蒸气为催化剂C+H2O（汽）=CO+H2—131.4KJ，（1-1）C+2H2O（汽）=CO2+2H2—90.20KJ，（1-2）生成的产物还可发生如下反应；CO2+C=2CO—172.4KJ，当温度较低时发生副反应，生成CH4和CO转化为氢的反应C+2H2=CH4+74.9KJ，CO+H2O（汽）=CO2+H2+41.2KJ，1.温度的影响：提高反应温度，可