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1、合成氨概述,教学目标,氨的性质和用途合成氨的原料合成氨原料气的生产与净化,教学重难点,合成氨的原料难点：合成氨原料气的生产与净化,学习导言,氨的合成是典型高温、高压反应和化学平衡移动理论研究对象。合成氨工业是典型的耗能大户，节能降耗是现代合成氨工业的重要课题之一。,氨的性质和用途,氨的性质1、氨在常温、常压下为无色气体，具有刺激性气味，能灼伤皮肤、眼睛，刺激呼吸器官黏膜。2、氨的相对分子质量为17.03，沸点为-33.35，液氨挥发性很强，汽化热较大。氨极易溶于水，溶解产生大量的热。氨的水溶液呈弱碱性，易挥发。3、氨化学性质较活泼，与酸反应生成盐，如与磷酸反应生成磷酸铵、与硝酸反应生成硝酸铵、
2、与二氧化碳反应生成碳酸氢铵等，其中许多为化学肥料。,氨的性质和用途,氨的用途1、氨主要用来制造化学肥料。农业使用的氮肥如尿素、硝酸铵、磷酸铵、硫酸铵、氯化铵、氨水以及各种含氮混肥和复肥，都是以氨为原料生产的。2、氨也作为其他化工产品的生产原料。3、氨还可作冷冻、冷藏系统的制冷剂。,合成氨的原料,空气和水到处都有，取之容易，故一般合成氨生产原料不包括空气和水，主要有：（1）固体原料（2）气体原料（3）液体原料 常用的合成氨原料有焦炭、煤、焦炉气、天然气、石脑油和重油。,合成氨原料气的生产与净化,不同合成氨厂，生产工艺流程不尽相同，但基本生产过程都包括以下工序。（1）原料气制备工序 制备合成氨用的
3、氢、氮原料气。（2）脱硫工序 除去原料中的硫化物。（3）变换工序 利用一氧化碳与蒸汽作用生成氢和二氧化碳，除去原料气中的大部分一氧化碳。（4）脱碳工序 脱碳是除去原料气中的大部分二氧化碳。（5）精制工序 需进一步脱除以制取纯净的氢、氮混合气。（6）压缩工序 将原料气压缩到净化所需要的压力，分别进行气体净化，得到纯净的氢、氮混合气，然后将纯净的氢、氮混合气压缩到氨合成反应要求的压力。（7）氨合成工序 在高温、高压和有催化剂存在的条件下，氢气、氮气合称为氨。可以说，合成氨生产是由原料气的制备、净化及氨的合成等步骤组成的。,合成氨原料气的生产与净化,原料气的制备 目前，制氨的原料主要有煤、焦炭、天然
4、气、石脑油、重油。生产方法主要有固体燃料气化法（煤或焦炭的气化）、烃类蒸汽转化法（天然气、石脑油）、重油部分氧化法。由于合成氨原料气中的氮气容易制得，所以原料气的制备主要是制取氢气，而CO在变换过程能产生同体积的氢气，因此，把原料气中CO和H2看作是有效气成分。氨的合成是需要H2：N2为3：1的原料气，要求造气制得的煤气中有效成分与氮气比例为3.13.2，这就是通常所说的半水煤气。,合成氨原料气的生产与净化,原料气的制备（1）固体燃料气化法 煤或焦炭中主要是碳元素，与水蒸气反应生成的有效成分是CO和H2。气化过程中的主要反应有：（2）烃类蒸汽转化法 烃类主要是指天然气、石脑油，一般采用蒸汽转化
5、法。天然气的主要成分为CH4。以天然气为原料的蒸汽转化反应为：（3）重油部分氧化法 重油是350以上馏程的石油炼制产品。重油先与氧气进行部分燃烧反应，放出的热量使碳氢化合物热裂解，在水蒸气作用下，裂解产物发生转化反应，制得以H2和CO为主要成分的合成氨原料气。,合成氨原料气的生产与净化,原料气的脱硫 一般合成氨原料气都含有少量的硫化物，主要是无机硫、硫化氢，其次为二硫化碳、硫氧化碳、硫醇、硫醚和噻吩等有机硫。硫化物是各种催化剂的毒物。脱硫方法有很多，按脱硫剂状态分，分为干法脱硫和湿法脱硫两大类。干法脱硫：是以固体吸收剂或吸附剂脱除硫化氢或有机硫，常用的有氧化锌法、钴钼加氢-氧化锌法、活性炭法、
6、分子筛法等。干法脱硫效率高且净化度高，但是其为周期性操作，设备庞大，劳动强度高，脱硫剂不可再生或再生困难。因此，干法脱硫适用于硫含量较低、净化度要求较高的情况。,合成氨原料气的生产与净化,湿法脱硫：是采用液态脱硫剂吸收硫化物的脱硫方法。根据吸收的特点，湿法脱硫分为物理法、化学法和物理化学法。物理法是利用脱硫剂对硫化物的溶解作用将其吸收；化学法是用碱性溶液吸收酸性气体硫化氢，吸收；物理化学法是脱硫剂对硫化物的吸收既有物理溶解又有化学吸收。生产中广泛应用的是改良ADA法和氧化锌法。湿法脱硫的脱硫剂为液体，便于输送，易于再生和回收硫黄，适用于硫含量高的场合；但因其脱硫净化度低，在净化度要求高的场合，
7、不能单独使用。（1）改良ADA法脱硫 化学吸收中的湿式氧化法（2）氧化锌法脱硫 属干法脱硫，广泛用于精细脱硫。氧化锌可直接吸收硫化氢和硫醇。,合成氨原料气的生产与净化,一氧化碳的变换 一般合成氨原料气中均含有一氧化碳。一氧化碳不是合成氨的直接原料，而且能使氨合成催化剂中毒，因此在送往合成工序前必须脱除。一氧化碳的脱除分两步。首先进行一氧化碳的变换，即用一氧化碳与水蒸气作用，生成氢气和二氧化碳。经变换，大部分一氧化碳转化为易于除去的二氧化碳，并获得氢气。因此，一氧化碳变换既是原料气的净化过程，又是原料气制造的继续。少量的一氧化碳将在后继工序中除掉。,合成氨原料气的生产与净化,二氧化碳的脱除 经变
8、换的原料气含有大量的二氧化碳，二氧化碳是制造尿素、碳酸氢铵和纯碱的重要原料。原料气在进合成工序前，必须将二氧化碳清除干净。因此，合成氨生产中，二氧化碳的脱除及其回收利用具有双重目的，习惯上，将二氧化碳的脱除过程称为脱碳。目前，脱碳多采用溶液吸收法。根据吸收剂性能的不同，分为化学吸收法和物理吸收法两类。,合成氨原料气的生产与净化,（1）改良热钾碱法 改良热钾碱法也称本菲尔法，该法采用热碳酸钾吸收二氧化碳。（2）聚乙二醇二甲醚法 也称谢列克索法，属于物理吸收。聚乙二醇二甲醚能选择性脱除气体中的CO2和H2S，无毒，能耗较低。,合成氨原料气的生产与净化,原料气的精制 经变换和脱碳的原料气中尚有少量残
9、余的一氧化碳和二氧化碳，为防止对氨合成催化剂的毒害，原料气在送往合成工序以前，还需要进一步净化，精制后的气体中一氧化碳和二氧化碳总量要求小于10mg/L（大型厂）或小于30mg/L（中小型厂），此过程称为“精制”。常用的精制方法有三种。（1）铜氨液洗涤法 常用溶液为醋酸铜氨液，简称铜液。（2）甲烷化法 甲烷化法是在催化剂作用下，少量一氧化碳和二氧化碳加氢生成对催化剂无害的甲烷，而使气体得到精制。（3）液氮洗涤法 属物理吸收过程。液氮洗涤法在脱除一氧化碳的同时，也脱除了合成气中的甲烷、氩气等，可使合成气中CO和CO2的含量降至10mg/L,CH4和Ar降至100mg/L以下，从而减少了氨合成系统的放空量。,课堂作业,合成氨原料气的生产与净化,
