《合成氨工艺(制氢流程）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《合成氨工艺(制氢流程）（18页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、合成氨工艺,制氢工艺流程,AP09091班,以氮和氢为原料合成氨，是目前世界上采用最广泛，也是最经济的一种方法。在高温、高压和有催化剂存在的条件下，氮气和氢气可以发生下列反应：,氢气的性质,一、物理性质,1、通常情况下：无色、无味气体,2、溶解性：难溶于水,3、密度：比空气小（在各种气体中密度最小）,二、化学性质,1、可燃性,2、还原性,氢气在空气里的燃烧，实际上是与空气里的氧气发生反应，生成水。,反应过程中有大量热放出，火焰呈淡蓝色,氢气与氧化铜反应，使氧化铜变为红色的金属铜。,反应中，氧化铜被还原了，即氧化铜发生了还原反应。还原剂具有还原性。,根据所用气化剂的不同，工业煤气可分为下列四种：
2、 1、空气煤气：以空气为气化剂制取的煤气 2、水煤气：以水蒸气为气化剂制取的煤气 3、混合煤气：以空气和适量的水蒸气为气化剂的煤气 4、半水煤气：以适量的空气（或富氧空气）与 水蒸气 作为气化 剂制取的煤气,原料气的选择,上述四种工业煤气的组成如下表所示：,表1 四种工业煤气组成（体积分数） 单位：%,煤气中氢气和氮气是合成氨的原料，一氧化碳通过变换反应可生成氢气，从表中煤气的组成可以看出，半水煤气是适宜合成氨生产的粗原料气。,固体燃料气化原理,以空气和蒸汽同时为气化剂，燃料层中气体组成的变化如下：在灰渣层，气化剂只被预热，不发生化学反应；在氧化层，主要发生碳的氧化反应，氧的含量急剧下降，二氧
3、化碳的含量急速上升，并有一定的一氧化碳开始生成，蒸汽的含量变化不大；在还原层，主要进行水蒸气的分解及二氧化碳的还原反应，因此蒸汽和二氧化碳含量迅速下降，氢和一氧化碳含量迅速增加。,在氧化层里，由于温度最高，所以碳与氧反应的同时，也会发生碳与蒸汽的反应。氧化层上面是还原层，其反应情况与单独通蒸汽时无原则上的区别，只是气体中除氢外，还有相当多的二氧化碳和氮气。二氧化碳反应生成氢和一氧化碳是体积增大的反应，从平衡移动原理可知，压力降低，有利于反应向生成氢和一氧化碳方面移动。从反应的热平衡角度看，水蒸气与空气同时通入燃料层的气化过程，是热效应相互抵消的过程，对维持燃料层温度的恒定有利。,碎煤加压气化适
4、用于多煤种，尤其适用于灰熔点较高、不黏结性的煤，如褐煤、次烟煤、贫煤等。但加压连续气化需要制氧装置，并且所产煤气中甲烷含量达8%10%，需进一步加工才能成为合成氨原料气。,碎煤加压是一种自热式气化，在煤气炉中大部分的煤转化成煤气，小部分的煤燃烧提供气化所需的反应热，煤在炉内缓慢下移，形成一个相对的“固定”床层。,主要设备及操作控制要点,碎煤加压连续气化的主要设备是煤气发生炉，也称气化炉 或煤气炉，又称鲁奇炉。,第三代MARK-型鲁奇炉。炉体外径4.1m，高12.5m，内壳内径3.8m，容积98 夹套锅炉容积13 炉内操作压力3MPa，最高温度可达1500,生产粗煤气能力为3500050000
5、。,1、主要设备,鲁奇炉的结构主要由夹套锅炉、煤分布器及搅拌器、炉箅及传动装置、煤锁及灰锁四个部分组成。其特点是加压连续制取合成氨原料气，生产能力大，并且对原料煤的适应范围广，自动化程度高。但结构较复杂，易损件多，壳体位整体加工并且需要经过热处理。其示意图如下：,碎煤固定层加压连续气化,固定层碎煤加压气化是将粒度为550mm范围的碎煤，在1.03.0MPa的压力9001200温度下与气化剂逆流气化的反应过程。煤自上而下，根据不同煤种，以每分钟2.66.2cm的速率向下移动，经历预热、干燥、干馏、气化和燃烧五个区域。最后灰分以固定态形式排出炉外。气化剂（氧气和蒸汽或空气和蒸汽）经旋转炉箅的缝隙进
6、入炉内。未分解的蒸汽，与煤的干燥、热解产物和煤气一起离开气化炉。,概述,2、操作控制要点,碎煤加压气化炉的典型操作包括气化炉的开车与点火、加煤、排灰、和负荷调节。,气化炉的开车与点火：用过热的蒸汽通过煤层，将煤的温度加热到燃点后，切断蒸汽，通入小量空气，确信煤层已经点燃后，通入少量蒸汽，调整气化炉出口气中的二氧化碳、氧含量，待稳定后逐渐增加空气量、蒸汽量，当炉内压力升至0.1MPa时切入氧气，保持气化炉与夹套锅炉的压差不大于0.15MPa，并将放空气切到开工火炬。在保持汽氧比的前提下，逐渐增加负荷，并按每次0.1MPa的升压速率将气化炉压力提到要求值，随后及时切换为自动控制。加煤：加压气化炉的
7、原料煤是通过煤锁周期性地加入气化炉内的。加煤的频率根据气化炉的负荷调整。向气化炉加煤时，锁内的煤是否加完可以通过装煤锁内的温度指示来判断：装满煤时为常温；锁内的煤加完是温度上升，当温度达到5060时，表明煤锁已空，可以进行第二次加煤。,排灰：气化炉的排灰是通过位于气化炉下部的灰锁按炉箅的转数周期地进行。排灰的频率，仅仅取决于炉箅的转数。灰锁上、下阀的严密对气化炉顺利排灰至关重要，除了依靠经验听其关闭的清脆外，还要用过热蒸汽进行灰锁上、下阀的严密性试验。,负荷调节：气化炉的负荷调节一般是通过调节入炉蒸汽量而实现的。由于氧气（或富氧空气）随蒸汽量按比例变化，所以蒸汽量与气化炉的负荷采用串级调节，氧
8、气量与蒸汽量采用比值调节。气化炉负荷调节时，煤锁的加煤频率应与之密切配合。灰锁的排灰频率根据转动炉箅转数而定。,工艺条件的选择,1、温度 气化炉的操作温度应尽量保持在较高温度上进行。但煤的灰熔点和结渣温度是限制提高炉温的制约因素。为了保证气化炉的顺利排渣，炉内最高温度应控制在灰的软化温度以下。控制炉温的主要手段是调节汽/氧比。汽/氧比增加，炉温下降，反之则炉温上升。由于煤层在炉内移动，大多数气化炉不设温度测量装置，而是根据经验观察灰的颜色和灰的形状。如果灰是不规则玻璃状的小球或熔结成小块的渣，说明炉内温度是最佳操作温度；如果排出的灰为黑色颗粒或无烧结现象的细灰，则炉内温度偏低。若排出的灰为熔结
9、现象明显的大块渣，说明炉温太高，汽/氧比太小。一般气化炉出口粗煤气的温度为650700，由炉底排入灰锁的灰渣温度为400500 。,2、压力 提高操作压力，气化反应速率加快，气化强度随操作压力二分之一次方增加。同时也可以节省动力，减少煤气的含尘量。但压力愈高，粗煤气中甲烷含量愈高。如果煤气用作燃料，甲烷含量高是有利的。若用作合成氨原料气，还必须将甲烷再转化为氢和一氧化碳，从而加长了工艺流程。同时随着压力的提高，对设备材料及制造技术要求更高，因此，气化压力的选择必须根据工艺和经济两方面综合考虑。目前气化压力一般为2.43.1MPa。,3、蒸汽氧比 气化剂中蒸汽与氧的比例，对气化温度及煤气的组成有
10、直接影响。蒸汽氧比增大，燃料层温度降低，产生的煤气中甲烷含量、氢与一氧化碳含量比相应提高，煤气的热值增高。因此，蒸汽氧比的选择与所产煤气的用途有关。当煤气用作合成氨原料气时，蒸汽氧比一般为58 。,工艺流程,2、过热蒸汽与纯度88%-92%的氧气混合，由气化炉下部进入燃料层，在压力为3mpa左右下进行气化反应。生成的粗煤气有气化炉出口进入洗涤冷却器，用循环煤气水直接冷却到204，并除去灰尘、焦油、酚和氨等杂质后，进入废热锅炉，温度降到180左右，同时产生0.55mpa左右的饱和蒸汽。冷凝水收集在废热锅炉下部的集水槽，用循环泵送往洗涤冷却器循环使用。有煤气水分离工序处理的高压喷射水不断的补充到循环煤气水中，含灰尘的煤气水由废热锅炉集水槽送往煤气处理工序。有废热锅炉顶部出来的的粗煤气，经企业分离器出去液滴，送往粗煤气变换工序。,1、原料煤加入煤斗，通过自动操作煤锁，定期加入气化炉内。,工艺流程,
