合成氨的概述

關(guān)于合成氨的概述教學(xué)目標(biāo)氨的性質(zhì)和用途合成氨的原料合成氨原料氣的生產(chǎn)與凈化第2頁,共17頁，2024年2月25日，星期天教學(xué)重難點(diǎn)合成氨的原料難點(diǎn)：合成氨原料氣的生產(chǎn)與凈化第3頁,共17頁，2024年2月25日，星期天學(xué)習(xí)導(dǎo)言氨的合成是典型高溫、高壓反應(yīng)和化學(xué)平衡移動(dòng)理論研究對(duì)象。合成氨工業(yè)是典型的耗能大戶，節(jié)能降耗是現(xiàn)代合成氨工業(yè)的重要課題之一。第4頁,共17頁，2024年2月25日，星期天氨的性質(zhì)和用途氨的性質(zhì)1、氨在常溫、常壓下為無色氣體，具有刺激性氣味，能灼傷皮膚、眼睛，刺激呼吸器官黏膜。2、氨的相對(duì)分子質(zhì)量為17.03，沸點(diǎn)為-33.35℃，液氨揮發(fā)性很強(qiáng)，汽化熱較大。氨極易溶于水，溶解產(chǎn)生大量的熱。氨的水溶液呈弱堿性，易揮發(fā)。3、氨化學(xué)性質(zhì)較活潑，與酸反應(yīng)生成鹽，如與磷酸反應(yīng)生成磷酸銨、與硝酸反應(yīng)生成硝酸銨、與二氧化碳反應(yīng)生成碳酸氫銨等，其中許多為化學(xué)肥料。第5頁,共17頁，2024年2月25日，星期天氨的性質(zhì)和用途氨的用途1、氨主要用來制造化學(xué)肥料。農(nóng)業(yè)使用的氮肥如尿素、硝酸銨、磷酸銨、硫酸銨、氯化銨、氨水以及各種含氮混肥和復(fù)肥，都是以氨為原料生產(chǎn)的。2、氨也作為其他化工產(chǎn)品的生產(chǎn)原料。3、氨還可作冷凍、冷藏系統(tǒng)的制冷劑。第6頁,共17頁，2024年2月25日，星期天合成氨的原料空氣和水到處都有，取之容易，故一般合成氨生產(chǎn)原料不包括空氣和水，主要有：（1）固體原料（2）氣體原料（3）液體原料常用的合成氨原料有焦炭、煤、焦?fàn)t氣、天然氣、石腦油和重油。第7頁,共17頁，2024年2月25日，星期天合成氨原料氣的生產(chǎn)與凈化不同合成氨廠，生產(chǎn)工藝流程不盡相同，但基本生產(chǎn)過程都包括以下工序。（1）原料氣制備工序制備合成氨用的氫、氮原料氣。（2）脫硫工序除去原料中的硫化物。（3）變換工序利用一氧化碳與蒸汽作用生成氫和二氧化碳，除去原料氣中的大部分一氧化碳。（4）脫碳工序脫碳是除去原料氣中的大部分二氧化碳。（5）精制工序需進(jìn)一步脫除以制取純凈的氫、氮混合氣。（6）壓縮工序?qū)⒃蠚鈮嚎s到凈化所需要的壓力，分別進(jìn)行氣體凈化，得到純凈的氫、氮混合氣，然后將純凈的氫、氮混合氣壓縮到氨合成反應(yīng)要求的壓力。（7）氨合成工序在高溫、高壓和有催化劑存在的條件下，氫氣、氮?dú)夂戏Q為氨。

可以說，合成氨生產(chǎn)是由原料氣的制備、凈化及氨的合成等步驟組成的。第8頁,共17頁，2024年2月25日，星期天合成氨原料氣的生產(chǎn)與凈化原料氣的制備

目前，制氨的原料主要有煤、焦炭、天然氣、石腦油、重油。生產(chǎn)方法主要有固體燃料氣化法（煤或焦炭的氣化）、烴類蒸汽轉(zhuǎn)化法（天然氣、石腦油）、重油部分氧化法。由于合成氨原料氣中的氮?dú)馊菀字频茫栽蠚獾闹苽渲饕侵迫錃?，而CO在變換過程能產(chǎn)生同體積的氫氣，因此，把原料氣中CO和H2看作是有效氣成分。

氨的合成是需要H2：N2為3：1的原料氣，要求造氣制得的煤氣中有效成分與氮?dú)獗壤秊?.1~3.2，這就是通常所說的半水煤氣。

第9頁,共17頁，2024年2月25日，星期天合成氨原料氣的生產(chǎn)與凈化原料氣的制備（1）固體燃料氣化法煤或焦炭中主要是碳元素，與水蒸氣反應(yīng)生成的有效成分是CO和H2。氣化過程中的主要反應(yīng)有：（2）烴類蒸汽轉(zhuǎn)化法烴類主要是指天然氣、石腦油，一般采用蒸汽轉(zhuǎn)化法。天然氣的主要成分為CH4。以天然氣為原料的蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)為：（3）重油部分氧化法重油是350℃以上餾程的石油煉制產(chǎn)品。重油先與氧氣進(jìn)行部分燃燒反應(yīng)，放出的熱量使碳?xì)浠衔餆崃呀?，在水蒸氣作用下，裂解產(chǎn)物發(fā)生轉(zhuǎn)化反應(yīng)，制得以H2和CO為主要成分的合成氨原料氣。第10頁,共17頁，2024年2月25日，星期天合成氨原料氣的生產(chǎn)與凈化原料氣的脫硫

一般合成氨原料氣都含有少量的硫化物，主要是無機(jī)硫、硫化氫，其次為二硫化碳、硫氧化碳、硫醇、硫醚和噻吩等有機(jī)硫。硫化物是各種催化劑的毒物。脫硫方法有很多，按脫硫劑狀態(tài)分，分為干法脫硫和濕法脫硫兩大類。

干法脫硫：是以固體吸收劑或吸附劑脫除硫化氫或有機(jī)硫，常用的有氧化鋅法、鈷鉬加氫-氧化鋅法、活性炭法、分子篩法等。干法脫硫效率高且凈化度高，但是其為周期性操作，設(shè)備龐大，勞動(dòng)強(qiáng)度高，脫硫劑不可再生或再生困難。因此，干法脫硫適用于硫含量較低、凈化度要求較高的情況。第11頁,共17頁，2024年2月25日，星期天合成氨原料氣的生產(chǎn)與凈化濕法脫硫：是采用液態(tài)脫硫劑吸收硫化物的脫硫方法。根據(jù)吸收的特點(diǎn)，濕法脫硫分為物理法、化學(xué)法和物理化學(xué)法。物理法是利用脫硫劑對(duì)硫化物的溶解作用將其吸收；化學(xué)法是用堿性溶液吸收酸性氣體硫化氫，吸收；物理化學(xué)法是脫硫劑對(duì)硫化物的吸收既有物理溶解又有化學(xué)吸收。生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的是改良ADA法和氧化鋅法。濕法脫硫的脫硫劑為液體，便于輸送，易于再生和回收硫黃，適用于硫含量高的場(chǎng)合；但因其脫硫凈化度低，在凈化度要求高的場(chǎng)合，不能單獨(dú)使用。（1）改良ADA法脫硫化學(xué)吸收中的濕式氧化法（2）氧化鋅法脫硫?qū)俑煞摿?，廣泛用于精細(xì)脫硫。氧化鋅可直接吸收硫化氫和硫醇。第12頁,共17頁，2024年2月25日，星期天合成氨原料氣的生產(chǎn)與凈化一氧化碳的變換

一般合成氨原料氣中均含有一氧化碳。一氧化碳不是合成氨的直接原料，而且能使氨合成催化劑中毒，因此在送往合成工序前必須脫除。一氧化碳的脫除分兩步。首先進(jìn)行一氧化碳的變換，即用一氧化碳與水蒸氣作用，生成氫氣和二氧化碳。經(jīng)變換，大部分一氧化碳轉(zhuǎn)化為易于除去的二氧化碳，并獲得氫氣。因此，一氧化碳變換既是原料氣的凈化過程，又是原料氣制造的繼續(xù)。少量的一氧化碳將在后繼工序中除掉。第13頁,共17頁，2024年2月25日，星期天合成氨原料氣的生產(chǎn)與凈化二氧化碳的脫除

經(jīng)變換的原料氣含有大量的二氧化碳，二氧化碳是制造尿素、碳酸氫銨和純堿的重要原料。原料氣在進(jìn)合成工序前，必須將二氧化碳清除干凈。因此，合成氨生產(chǎn)中，二氧化碳的脫除及其回收利用具有雙重目的，習(xí)慣上，將二氧化碳的脫除過程稱為脫碳。

目前，脫碳多采用溶液吸收法。根據(jù)吸收劑性能的不同，分為化學(xué)吸收法和物理吸收法兩類。第14頁,共17頁，2024年2月25日，星期天合成氨原料氣的生產(chǎn)與凈化（1）改良熱鉀堿法改良熱鉀堿法也稱本菲爾法，該法采用熱碳酸鉀吸收二氧化碳。（2）聚乙二醇二甲醚法也稱謝列克索法，屬于物理吸收。聚乙二醇二甲醚能選擇性脫除氣體中的CO2和H2S，無毒，能耗較低。第15頁,共17頁，2024年2月25日，星期天合成氨原料氣的生產(chǎn)與凈化原料氣的精制

經(jīng)變換和脫碳的原料氣中尚有少量殘余的一氧化碳和二氧化碳，為防止對(duì)氨合成催化劑的毒害，原料氣在送往合成工序以前，還需要進(jìn)一步凈化，精制后的氣體中一氧化碳和二氧化碳總量要求小于10mg/L（大型廠）或小于30mg/L（中小型廠），此過程稱為“精制”。常用的精制方法有三種。（1）銅氨液洗滌法常用溶液為醋酸銅氨液，簡(jiǎn)稱銅液。（2）甲烷化法甲烷化法是在催化劑作用下，少量一氧化碳和二氧化碳加氫生成對(duì)催化劑無害的甲烷，而使氣體得到精制。（3）液氮洗滌法屬物理吸收過程。液氮洗滌法在脫除一氧化碳的