30万吨合成氨装置工艺优化与研究
摘 要
本文介绍了合成氨生产基本情况以及年产三十万吨合成合成氨系统流程，介绍了一氧化碳变换的基本原理，工艺条件以及工艺参数和变换催化剂的选择原则。并且对第一和第二变换炉进行热量和能量衡算，对催化剂装填量进行计算，掌握了变换系统的设计方法。经过实际运行和工艺优化的改进，合成合成氨生产基本情况反应工段中，将反应温度控制在500℃，反应压力20～50MPa的条件下，此时的反应状态为最佳，反应过程中的负荷，对催化剂的影响较小；催化剂再生过程优化后，经济效益良好。
关键词：变换，催化剂优化，温度的优化，压强的选择
Abstract
This paper introduces the basic situation and annual output of three hundred thousand tons of ammonia production of synthetic ammonia system process, introduces the basic principle of carbon monoxide conversion, process conditions and the principle of choosing process parameters and shift catalyst. And for the first and second transform furnace heat and energy balance, the catalyst loading quantity calculation, mastered the transformation design method of the system. After actual operation and improvement of the process optimization, basic situation in the reaction section in ammonia production, to control the reaction temperature 500 ℃, 20 ~ 50 mpa under the conditions of reaction pressure, reaction condition is the best at this time, in the process of reaction load, less effect on the catalyst; Catalyst regeneration after process optimization, economic benefit is good.
Keywords:Conversion, catalyst, process conditions, carbon monoxide content
目录
第一章合成氨的用途 ............................................................................................................................ 3 第二章合成氨的制作 ............................................................................................................................ 4
2.1 固体燃料气化法 ................................................................................................................... 5 2.2 重油部分氧化法 ................................................................................................................... 5 第三章催化剂的选择与优化................................................................................................................. 8
3.1 合成氨催化剂的反应机理 ...................................................................................................... 8 3.2 合成氨催化剂的发展 .................................................................................................. 9 3.4 催化剂的中毒 ................................................................................................................. 10 四．影响合成氨的因素 ................................................................................................................... 11
4.1 温度对氨合成反应的影响 ........................................................................................... 11 4.2 压力对氨合成反应的影响 ........................................................................................... 14 4.3. 空速对氨合成反应的影响 ......................................................................................... 15 4.4氢氮比对氨合成反应的影响 .......................................................................................... 17 结论 .................................................................................................................................................... 20 致谢 ...................................................................................................................................................... 20 参考文献 .............................................................................................................................................. 21
第一章合成氨的用途
合成氨是化学工业中产量最大的产品之一，是化肥工业和其他化工产品的主要
原料。现约有80%的合成氨用于制造化学肥料，除合成氨本身可用作化肥外，可以加工成各种氮肥和含氮复合肥料如尿素、硫酸铵、氯化铵、硝酸铵、磷酸铵等。可以生产硝酸、纯碱?含氮无机盐等。合成氨还被广泛用于有机化工、制药工业、化纤和塑料工业以及国防工业中。因此?合成氨在国民经济中占有重要地位。目前合成氨是由氮气和氢气在高温、高压和催化剂作用下直接合成而得。 除电解法外，不管用何种原料制得的粗原料气中都含有硫化物、一氧化碳、二氧化碳。这些物质都是合成氨合成催化剂的毒物在进行合成之前，需将其彻底清除。因此，合成合成氨的生产过程包括以下三个主要步骤。 原料气的制取，制备含有氢气、一氧化碳、氮气的粗原料气。 原料气的净化 ，指除去原料气中氢气、氮气以外的杂质一般由原料气的脱硫，一氧化碳的变换，二氧化碳的脱除，原料气的精炼等组成。 原料气压缩与合成 ，将符合要求的氢氮混合气压缩到一定的压力，在铁催化剂与高温条件下合成为合成氨。
第二章合成氨的制作
目前，合成氨生产原料按状态分主要有固体原料。如：焦炭和煤气体原料.如
天然气、油田气、焦炉气、石油废气、有机合成废气。液体原料：如石脑油、重油等。生产方法主要有固体燃料气化法，煤或焦炭，烃类蒸汽转化法，气态烃、石脑油、重油部分氧化法、重油。
2.1 固体燃料气化法
固体燃料气化过程是以煤或焦炭为原料?在一定的高温条件下通入空气、水蒸气或富氧空气-水蒸气混合气?经过一系列反应生成含有一氧化碳、二氧化碳、氢气、氮气及甲烷等混合气体的过程。在气化过程中所使用的空气、水蒸气或富氧空气-水蒸气混合气等称为气化剂。这种生成的混合气体称为煤气。用于实现气化过程的设备称为煤气发生炉。煤或焦炭气化因采用不同的气化剂?可以生产出下列几种不同用途的工业煤气
①空气煤气。以空气作为气化剂所制得的煤气。按体积分数计，其中约有50%的N2?一定量的CO及少量的CO2和H2。
②水煤气。以水蒸气作为气化剂所制得的煤气。按体积分数计，其中H2和CO的含量约85%以上。 ③混合煤气。以空气和适量水蒸气的混合物作气化剂所制得的煤气。按体积分数计，CO+H2与N2的比为1.43。
④半水煤气。分别以空气和水蒸气作气化剂，然后将分别制得的空气煤气和水煤气?两者按混合后气体中，CO+H2?与N2的摩尔比为3.1~3.2的比例进行掺配，这种混合煤气称为半水煤气。也可以直接控制气化剂——空气-水蒸气二者的流量来制取半水煤气，用作合成氨的专用原料气。 目前，工业上固体燃料为原料制取合成氨原料气的方法?根据气化方式不同，主要有固定床间歇气化法、固定床连续气化法、沸腾床连续气化法和气流床连续气化法。
2.2 重油部分氧化法
重油是350℃以上馏程的石油炼制产品。根据炼制方法不同?分为常压重油、减压重油、裂化重油。重油的化学组成与物理性质有差别?但均以烷烃、环烷烃和芳香烃为主?其虚拟分子式可写成CmHn。除碳、氢以外?重油中还有硫、氧、氮等组分?若将硫计入，可写为CmHnSr。此外，还有微量的钠Na、镁Mg、钒V。镍Ni、铁Fe和硅Si等。 重油部分氧化是指重质烃类和氧气进行部分燃烧，由于反应放出的热量，使部分碳氢化合物发生热裂解及裂解产物的转化反应，最终获得以H2