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1、合成氨生产工艺,内容,氨合成的基本理论 1、氨合成动力学（反应机理） 2、氨合成操作条件的选择（温度、压 力、催化剂）氨合成工艺流程,氨的合成,氨的合成工序是在 适当的温度、压力和有催化剂存在的条件下，将经过精制的氢氮混合气直接合成为氨。然后将所生成的气体氨从混合气体中冷凝分离出来，得到产品液氨。,第一节 氨合成的基本理论,一、氨合成反应的特点 3H2+N2=2NH3+Q(1)是可逆反应。即在氢气和氮气反应生成氨的同时，氨也分解成氢气和氮气。 (2)是放热反应。在生成氨的同时放出热量，反应热与温度、压力有关。 (3)是体积缩小的反应。 (4)反应需要有催化剂才能较快的进行 。,二、氨合成反应的
2、化学平衡,1.平衡常数:降温，平衡常数增大2.平衡氨含量 反应达到平衡时氨在混合气体中的百分含量，称为平衡氨含量，或氨的平衡 产率。提高平衡氨含量的措施为降低温度，提高压力，保持氢氮比等于3:1.,三、氨合成动力学,一、反应机理 在催化剂的作用下，氢与氮生成氨的反应是一多相气体催化反应。由以下几个步骤所组成： (1)气体反应物扩散到催化剂外表面； (2)反应物自催化剂外表面扩散到毛细孔内表面； (3)气体被催化剂表面(主要是内表面)活性吸附(与普通吸附的区别在于有化学力参与在内，并放出热量)； (4)吸附状态的气体在催化剂表面上起化学反应，生成 产物； (5)产物自催化剂表面解吸； (6)解吸
3、后的产物从催化剂毛细孔向外表面扩散； (7)产物由催化剂外表面扩散至气相主流。 以上七个步骤中， (1)、 (7)为外扩散过程； (2)、 (6)为内扩散过程； (3)、 (4)和（5）总称为化学动力学的过程。,四 氨合成操作条件的选择,氨合成的生产工艺条件必须满足产量高、消耗定额低、工艺流程及设备结构简单、操作方便及安全可靠等要求。决定生产条件最主要的因素是压力、温度、空间速度、气体组成和催化剂等。,（一）、压力,在一定的空速下，合成压力越高，出口氨浓度越高，氨净值(合成塔出入口氨含量之差)越高，合成塔的生产能力也就越 大。氨合成系统的能量消耗主要包括原料气压缩功、循环气压缩功和氨分离的冷冻
4、功。生产实践证明，操作压力在2035MPa时总能量消耗比较低。,（二）、温度,将某种催化剂在一定成产条件下具有最高氨生成率的温度称为最适宜的温度。最适宜温度还和空间速度、压力等有关经生产实践得出氨合成操作温度控制在470520度较为适宜。三、空间速度当操作压力、温度及进塔气组成一定时，空速增加，氨净值降低。由于氨净值降低的程度比空间速度的增大倍数少，所以空间速度增加时氨合成生产强度有所提高及氨产量有所增加。,（三）催化剂,可以作氨合成催化剂的物质很多，如铁、铂、锰、钨和铀等。但由于以铁为主体的催化剂具有原料来原广，价格低廉，在低温下有较好的活性抗毒能力强，使用寿命长等优点 、广泛采用。,1.
5、催化剂的预还原为了使合成氨系统在短时间内投入生产，将铁催化剂在合成塔外预先进行还原，即所谓催化剂的预还原。 2催化剂的钝化 还原后的活性铁遇到空气会发生强烈的氧化反应，放出的热量能使催化剂烧结失去活性。钝化方法是将压力降到0.51MPa，温度降到5080度，用氮气置换系统后逐渐导入空气使氮气中氧含量在0.20.5%.,催化剂的中毒与衰老,1催化剂的中毒 进入合成塔的新鲜混合气，虽然经过了净化，但仍然含有微量的有毒气体，使催化剂缓慢中毒，活性降低。 2催化剂的衰老 催化剂经长期使用后，活性会逐渐下降，生产能力逐渐降低，这种现象称为催化剂的衰老。 催化剂的中毒和衰老几乎是无法避免的，但是选用耐热性
6、能较好的催化剂，改善气体质量和稳定操作，能大大延长催化剂的使用寿命。,第四节、氨合成工艺流程,一、氨合成基本工艺步骤（一）气体的压缩和除油（二）气体的预热和合成（三）氨的分离合成塔出口气体氨含量一般为1020%因此将氨分离出来。1.水吸收法2.冷凝 该法是将合成气体降温，使其的气氨冷凝成液氨，后在氨分离器中，从不凝气体中分离出来。目前主要采用冷却法分离循环气中的氨。在氨冷凝过程，部分氢氮气及惰性气体溶解在液氨中，当液氨在“贮罐气”。,（一）、气体的循环,氢氮混合气经过氨合成塔以后，只有一小部分合成为氨。分离氨以后，剩余的氢氮气，除为降低惰性气体含量而少量放空以外，大部分与新鲜原料气汇合后，重新
7、返回合成塔，在进行氨的合成，从而构成了循环法生产流程。,（二）、惰性气体的排除,氨合成循环系统惰性气体通过三个途径带出：1.一小部分从系统中漏损；2.一小部分溶解在液氨中被带走；3.大部分采用放空的方法，即间断或连续地从系统中排放。放空的位置应该在氨已大部分分离之后，而又在新鲜气加入之前。,（三）、反应前的回收利用,回收利用反应热的方法主要有以下几种1.预热反应前的前氢氮混合气。在塔内设置换热器，用反应的高温气体预热反应前氢氮混合气达到催化剂的活性温度。2.预热反应前的氢氮混合气和副产蒸气既在塔内设置换热器预热反应前的氢氮混合气，又利用余热副产蒸气。3.预热反应前的氢氮混合气和预热高压锅炉给水反应后的高温气体先通过塔内的换热器预热反应前氢氮混合气，后在通过塔外换热器预热高压锅炉给水。,二、氨合成工艺流程,由于压缩机型式、操作压力、氨分离折 冷凝级数、热能回收形式以及各部分相对位置的差异，氨合成工艺流程也水相同。操作压力在600100MPa称高压法，在2040MPa称中压法。大10MPa左右称低压法。中压法氨合成的工艺流程，在技术和泾济上都比较优越，因此目前国内外普遍采用中压法。,
