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煤合成氨

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前言

氨（Ammonia，旧称阿莫尼亚）是重要的无机化工产品之一，在国民经济中占有重要地位。农业上使用的氮肥，除氨水外，诸如尿素、硝酸铵、磷酸铵、氯化铵以及各种含氮复合肥都是以氨为原料生产的。合成氨是大宗化工产品之一，世界每年合成氨产量已达到1亿吨以上，其中约有80%的氨用来生产化学肥料，20%作为其它化工产品的原料。

德国化学家哈伯(F.Haber，1868-1934)从1902年开始研究由氮气和氢气直接合成氨。于1908年申请专利，即“循环法”，在此基础上，他继续研究，于1909年改进了合成，氨的含量达到6%以上。这是目前工业普遍采用的直接合成法。铵根离子 ：NH4+ ；其中氮的化学价为+ 3；NH3是氨气。

本设计主要是介绍以煤为原料制合成氨的大型氨厂。本设计由滁州职业技术学院张坡设计，并统稿定稿，由刘义章老师指导。在此向他表示谢意。

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目录

第一章 合成氨的生产概述-----------------------------------------------

一、NH3的性质和用途

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二、合成氨工业的发展和特点以及原料

三、合成氨生产的流程图

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4合成氨的生产原料--------------------------------------------------

5合成氨的生产流程------------------------------------------------------------

1． 压缩机-----------------------------------------------------------------

1． 概述--------------------------------------------------------------

2．原理----------------------------------------------------------------------

3．离心压缩机的操作-------------------------------------------------

4．离心压缩机的工作原理------------------------------------------

5．离心压缩机的结构图----------------------------------

3 脱硫------------------------------------------------------------

1．几种硫化物及脱硫作用-------------------------------------------

2．脱硫的作用与方法---------------------------------------------------

3．操作控制和事故处理------------------------------------- 3 4 天然气蒸汽转化--------------------------------------------

1．转化反应原理---------------------------------------

2．转化反应特点------------------------------------------------

3．转化反应条件--------------------------------------

4．一，二段转化-----------------------------------------------

5．催化剂------------------------------------------------------

6．设备--------------------------------------------------------

5 变换-----------------------------------------------------

1．变换反应的基本原理-------------------------------------------------------------

2．影响因素-------------------------------------------------------------------------

3．变换率---------------------------------------------------------------------------

4．变换工艺流程---------------------------------------------------------------------

6 脱除二氧化碳-----------------------------------------------

1．热钾碱法的原理------------------------------------------------------------------

2．工艺条件---------------------------------------------------------------------

3．设备结构----------------------------------------------------------------------

4．操作注意------------------------------------------------------------------------

7 原料气的最终净化-----------------------------------------------------

1．概述------------------------------------------------------------------------ 4 2．原理---------------------------------------------------------------------------

3．催化剂------------------------------------------------------------------------

8 气体的压缩-------------------------------------------------

1．离心式压缩机的优缺点--------------------------------------------------

2 离心压缩机的正常操作---------------------------------------------------

9 氨的合成--------------------------------------------------

1．反应原理-------------------------------------------------------------------

2．氨净值-------------------------------------------------------------------

3．合成回路的循环--------------------------------------------------------

4．工艺控制---------------------------------------------------------------

5．合成系统流程图-------------------------------------------------------

6 三废处理--------------------------------------------------------------

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第一章：概述

一、NH3的性质和用途

1．性质

⑴物理性质

无色、有毒、刺激性气味，易溶于水、易被液化、密度比空气轻（常温常压）

⑵化学性质

氨与酸反应生成盐类，是制造氮肥的基本反应：

2NH3+H2SO4=（NH4）2SO4 NH3+HNO3=NH4NO3

氨与二氧化碳作用生成氨基甲酸氨，进一步脱水生成尿素：

2NH3+CO2=COONH2NH4 COONH2NH4=CO（NH2）2+H2O

氨与氧作用生成一氧化氮，并能进一步与水作用，制得硝酸：4NH3+3O2=6H2O+2N2

2．用途：

在国民经济中，氨占有重要的地位，特别是对农业生产有着重大意义。氨主要是用制造化肥。液氨可以直接用做肥料，它的加工产品有尿素、硝酸氨、氯化氨和碳酸氢氨以及磷酸铵、氮磷钾混合肥等。

氨也是非常重要的工业原料，在化学纤维、塑料工业中，则以氨、硝 6 酸和尿素作为氮元素的来源生产以内酰氨、尼龙-6、丙烯氰等单体和尿醛树脂等产品。由氨制成的硝酸是各种炸药的基本原料，如三硝基甲苯，硝化甘油以及其他各种炸药。硝酸氨既是优良的化肥， 又是安全的炸药，在矿山开发等基本建设中广泛应用。

氨在其他工业中的应用也非常的广泛。在石油炼制、橡胶工业、制金工业和机械加工等部门以及轻工、食品、医药、等工业部门中，氨及其加工产品都是不可缺少的。例如制冷、空调、食品、冷藏系统大多数都是用按叫作为制冷剂。

二、合成氨工业的发展和特点以及原料：

1. 发展和特点

氮对植物生长的作用很早就已了解。空气中氮占78％，但是，除豆科植物外，空气中的氮不能被固定、吸收。1898年，利用炭化钙吸收氮制氨获得成功，1905年建成工厂。1909年又实现了在催化剂存在下，氮和氢直接合成氨，并于1912年建成日产30吨的装置，此后，直接合成氨的方法发展迅速，而利用碳化钙的方法因成本高在30年代被淘汰。几十年来，合成氨在技术上发生了很大变化.

一是生产原料由煤转向气态的天然气和液态的石油产品（合称烃类原料），大型厂绝大多数采用烃类原料，以煤为原料仅在中国和德国有应用。

二是装置大型化，60年代日产500吨氨，近20年来，新建装置大部分为日产1000～1500吨。由于高压设备、离心式压缩机及生产控制系统的成功使用，生产装置的规模得以大型化，从而使合成氨的原材料和能量消耗下降。1993年，世界合成氨的产量为8930万吨，1995年我国为2765万吨。

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合成氨工艺总结

合成氨工艺总结

1 合成氨发展的三个典型特点：1。 生产规模大型化2。 能量的合理利用. 用过程余热自产蒸汽推动蒸汽机供动力,基本不用电能3。 高度自动化

Chp2。 原料气的制取

2.1 固体燃料气化法

氢气的主要来源有：气态烃类转化、固体燃料气化和重质烃类转化。

煤气化技术装置的分类：（1)固定床气化（2)流化床气化（3）气流床气化

固定床气化:UGI炉，鲁奇（Lurgi）炉和液态排渣的鲁奇炉

流化床气化:Winkler气化炉；Lurgi循环流化床气化炉；U—Gas灰团聚流化床气化炉

气流床气化：常压气流床粉煤气化即Koppers-Totzek（柯柏斯—托切克,简称K-T)炉;水煤浆加压气化，即Texaco（德士古）炉和Destec（现E—Gas)炉；粉煤加压气化,即SCGP（Shell煤气化工艺）。

固定床间歇制气： 采用间歇法造气时，空气和蒸汽交替通入煤气发生炉。通入空气的过程称为吹风，制得的煤气叫空气煤气；通入水蒸气的过程称为制气，制得的煤气叫水煤气;空气煤气与水煤气的混合物称为半水煤气.

间歇式制半水煤气流程：a．空气吹风 b．上吹制气 c．下吹制气 d．二次上吹 e．空气吹净

德士古气化装置包括煤浆制备、气化、灰水处理。煤浆气化采用德士古水煤浆加压气化的激冷流程。

气化工段关键设备

气化炉 （参见p56图1-2-39）

气化炉分上下两部分，上部为燃烧室，燃烧室内安装三层耐火砖用来防止炉壁烧坏；下部为激冷室.从燃烧室出来的工艺气通过下降管进入激冷室，激冷室上部有激冷环，下部下降管浸入水中，工艺气在水中冷激。气化炉是德士古装置核心设备。

碳洗塔的作用是洗涤从气化炉来的粗煤气，除去粗煤气中的含杂的灰分以及可容水的反应副产物,保证干净、含灰分少的粗煤气送到下一工段进行使用.

碳洗塔下部主要作用是洗涤，碳洗塔合成气入口管线伸入水下，粗煤气进入碳洗塔水下后，经过塔内灰水的洗涤再进入上部;碳洗塔上部有塔盘，采用筛板结构，用来对合成气进行可溶性气体以及灰分进行吸收.

以焦炉煤气制合成氨的主要工艺分析与选择

以焦炉煤气制合成氨的主要工艺分析与选择

以焦炉煤气制合成氨的主要工艺分析与选择

景志林，张仲平（山西焦化股份有限公司，山西 洪洞 041606） 2007-12-14

山西焦化股份有限公司现拥有80 kt/a合成氨，130 kt/a尿素的生产能力。公司拟建设15 Mt/a焦炉扩建项目（二期工程）。焦炉装置建成后，产生的焦炉煤气除自用外，可外供焦炉气32650 m3/h，这些焦炉气若不及时加以利用，不仅对当地大气环境造成不利的影响，还会造成能源的极大浪费。

对于富裕焦炉煤气利用问题，公司经过多方论证，考虑到多年氮肥生产的技术和管理优势，计划配套建设以焦炉煤气制180 kt/a合成氨，300 kt/a尿素的生产装置。本文介绍“18·30”项目合成氨制备中主要工艺技术路线的选择。

1 焦炉气配煤造气制合成氨的必要性

焦炉气生产合成氨类似天然气生产合成氨，焦炉煤气自身的特点是氢多碳少，C/H低，焦炉气成分如表1。单独用于合成氨生产时，原料气耗量大，弛放气排放量多，单位产品能耗高。必须补碳。

综合考虑，周边煤炭资源丰富，价格便宜，宜采用煤制气补碳，煤制气有效成分（H2+CO）高，可以把合成气调整合理，最大限度地利用原料气。

因此，要想取得好的经济效益，合理地利用原料资源，采用煤、焦、化一体化的联合流程，不仅将能源和环境保护结合起来，而且将传统的焦化工业与化学工业及化肥工业有机地结合起来，生产大宗支农产品——尿素，是新一代焦炉气综合利用的好途径。

2 工艺生产路线概述

将来自焦化厂净化后的剩余焦炉煤气，进入气柜进行混合、缓冲，然后通过罗茨鼓风机升压，湿法脱硫装置脱除焦炉气中的H2S，再加压至2.3 MPa，送干法脱硫装置，将气体中的总硫脱至7 mg/m3以下，利用深冷空分装置送来的富氧，混入蒸汽进行催化部分氧化转化，将气体中的甲烷及少量其他烃转化为CO和H2，转化后的高温气体经废锅回收热量降温后，补加蒸汽进入变换工序的中变炉，进行CO变换反应，调整CO含量至3%，然后进入ZnO 精脱硫槽，将气体中的总硫脱至（1～3）×10－6，再进入装有铜锌催化剂的低温变换炉，控制变换气中CO含量为0.3%。

煤制合成氨仿真实验报告

煤制合成氨仿真实验报告

- 1 - 煤制合成氨仿真实验报告

本文通过仿真实验的方法，研究了煤制合成氨的生产过程。实验结果显示，在适当的条件下，煤制合成氨的效率可以得到提高。同时，我们还探讨了煤制合成氨的优化方案，以期在实际生产中提高生产效率和降低生产成本。

关键词：煤制合成氨，仿真实验，优化方案

一、引言

煤制合成氨是一种重要的工业化学反应，广泛应用于化肥、煤化工等领域。然而，由于该反应的复杂性和高要求的工艺条件，煤制合成氨的生产效率和经济性一直是制约其进一步推广和应用的重要因素。因此，对于煤制合成氨的生产过程进行研究和优化具有重要的意义。

本文通过仿真实验的方法，探讨了煤制合成氨的生产过程，并提出了优化方案，以期提高生产效率和降低生产成本。

二、实验方法

本实验采用了Aspen Plus软件进行仿真模拟。Aspen Plus软件是一款广泛应用于化工工艺模拟和优化的软件，具有强大的计算能力和可视化界面，可以方便地对化工过程进行仿真分析和优化设计。

在仿真实验中，我们构建了煤制合成氨的流程图，并设置了相应的反应条件和参数。具体参数如下：

1.反应器压力：20 MPa - 2 - 2.反应器温度：500℃

3.反应器进料比：H2:N2=3:1

4.氮气流量：1000 kmol/h

5.氢气流量：3000 kmol/h

6.催化剂种类：铁钼催化剂

7.催化剂负荷量：100 kg/m3

通过对上述参数的设置和调整，我们得到了煤制合成氨的仿真模拟结果。

三、实验结果与分析

1.催化剂种类和负荷量的影响

为了探讨催化剂种类和负荷量对煤制合成氨的影响，我们进行了不同催化剂种类和负荷量的仿真实验。

实验结果表明，铁钼催化剂比其他催化剂更适合煤制合成氨的反应条件。此外，在催化剂负荷量为100 kg/m3时，反应效率最高，可以达到85%以上。

合成氨工艺

合成氨工艺

合成氨工艺

———————————————————————————————— 作者：

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合成氨工艺流程

(1)原料气制备 将煤和天然气等原料制成含氢和氮的粗原料气。对于固体原料煤和焦炭，通常采用气化的方法制取合成气；渣油可采用非催化部分氧化的方法获得合成气；对气态烃类和石脑油，工业中利用二段蒸汽转化法制取合成气。

(2)净化 对粗原料气进行净化处理，除去氢气和氮气以外的杂质，主要包括变换过程、脱硫脱碳过程以及气体精制过程。

① 一氧化碳变换过程

在合成氨生产中，各种方法制取的原料气都含有CO，其体积分数一般为12%~40%。合成氨需要的两种组分是H2和N2，因此需要除去合成气中的CO。变换反应如下：

CO+H2OH→2+CO2 =-41.2kJ/mol 0298HΔ

由于CO变换过程是强放热过程，必须分段进行以利于回收反应热，并控制变换段出口残余CO含量。第一步是高温变换，使大部分CO转变为CO2和H2；第二步是低温变换，将CO含量降至0.3%左右。因此，CO变换反应既是原料气制造的继续，又是净化的过程，为后续脱碳过程创造条件。

② 脱硫脱碳过程

各种原料制取的粗原料气，都含有一些硫和碳的氧化物，为了防止合成氨生产过程催化剂的中毒，必须在氨合成工序前加以脱除，以天然气为原料的蒸汽转化法，第一道工序是脱硫，用以保护转化催化剂，以重油和煤为原料的部分氧化法，根据一氧化碳变换是否采用耐硫的催化剂而确定脱硫的位置。工业脱硫方法种类很多，通常是采用物理或化学吸收的方法，常用的有低温甲醇洗法(Rectisol)、聚乙二醇二甲醚法(Selexol)等。

粗原料气经CO变换以后，变换气中除H2外，还有CO2、CO和CH4等组分，其中以CO2含量最多。CO2既是氨合成催化剂的毒物，又是制造尿素、碳酸氢铵等氮肥的重要原料。因此变换气中CO2的脱除必须兼顾这两方面的要求。