DOC《第六章 加氢与脱氢》

第六章 加氢与脱氢 6-3 合成氨和尿素 氨介绍: 1.

氨的性质: 氨是无色有毒和强烈刺激性气体, 氨在水中允许质量浓度0.3mg/l.在空气中的爆炸极限为15.5-28%.氨溶于水,乙醇及其他溶剂,氨在水中溶解度随温度升高而下降,随压力的增加而上升,并放出大量的热. 氨在高温时分解成氢和氮,在Ni或Fe等催化剂存在下,300℃开始分解500℃-600℃时分解接近完全.

2 .氨的用途 (1)直接作为化肥,或以氨为原料生产化肥和复合肥,如合成尿素、硫酸铵等. (2)作为合成无机化合物和有机物的原料. (3) 作为炸药的原料如硝化甘油,硝化纤维,三硝基甲苯等 (4)用于氢弹火箭的推进剂和氧化剂

3 发展氨浓度历史 (1)1754年第一次由氯化铵和石灰共热制氨 NH4Cl+Ca(OH)2→CaCl2 + NH3 + H2O (2)1784年―1913年(159年)用H2和N2合成氨的试验阶段 1913年,用H2和N2合成氨进行了工业化生产 (3)大规模化生产 现在合成氨实现了大规模化生产,操作压力由原来的20-30MPa下降至8-15MPa,大大降低了能耗.我国合成氨的生产现状见P265 6.3.1 合成氨生产方法简介 合成氨的生产原料主要是H2和N2,N2主要从空气中分离得到,而H2的来源可用碳氢化合物制取,也可用煤和水蒸气反应制得,还可直接电解水制备,故根据H2的来源不同,合成氨生产方法也不径相同. 6.3.3.1 以固体燃烧(煤或焦炭)为原料的合成氨生产过程 氨 尿素 工艺流程解析 (1)造气(详见合成气) C+H2O(气)→CO+H2 (2)脱硫:用物理或化学吸附方法脱出合成气中的硫 (3)CO变换:CO+H2O(气)→CO+H2 (4)脱CO2利用物理或化学吸附的方法脱除CO2 (5)精制,进一步除去混合气中的杂质,保证的纯度H2和N2 (6)压缩,将H2和N2压缩至一定压力,为合成做准备 (7)合成:在一定的压力、温度、催化剂条件下,进行合成反应 H2+N2→NH3 名词解释 (1)半水煤:气造气过程中用水蒸气和空气共同做气化剂 (2)水煤气:造气过程中只用水蒸气做气化剂,制得的混合气交水煤气 6.3.1.2 以天然气或轻油为原料的合成氨生产过程 空气 氨 尿素 工艺流程解析 (1)脱硫:采用物理或化学方法脱出原料气中的硫以免催化剂中毒 (2)一段转化:在一段转化中主要反应为 CH4+H2O→CO+H2 CH4+H2O→CO2+H2 CO+H2O→CO2+H2 (3)二段转化:进一步降低混合气中CH4含量,引入空气中N2和O2,O2使燃烧,提高体系的温度,使余下CH4在较高温度下与H2O(气)反应,减少CH4含量 CH4+O2→CO2+H2 CH4+H2O(气) →CO+H2 (4)CO变换(CO高变和低变),是指CO分别在较高温度和较低温度下与H2O(气)反应生成CO2和H2 (5)脱CO2(同前) (6)甲烷化:利用CO和CO2能与H2反应,将其转变为CH4,因为CH4不会使催化剂中毒,但CO和CO2含量不能太高,用自发进一步脱出混合气中的CO和CO2 CO+H2→CH4+H2O CO2+H2→CH4+H2O (7)压缩合成(同前) 6.3.1.3 以重油为原料的合成氨生产过程 氨 尿素 6.3.1.4 以焦炉气为原料的合成氨生产过程(略) 6.3.1.5以水为原料的合成氨生产过程(略) 6.3.2 合成气的精制方法 合成氨原料气中除主要含有H2和N2外,还含有极少量的其他化合物、杂质,这些杂质在后续工序中会使催化剂中的,因此,在合成反应之前必须除去这些杂质,使CO+CO2