化工工艺学教案 - 图文

2.2.2 生产控制稳定且容易操作

甲烷化操作指标只有触媒温度、水分离器的液位、氨冷温度等几项。氨冷温度只要气量波动不是太大，基本不要动阀门，只要定期放水和根据进塔CO+CO2的含量情况预见性地调节触媒温度亦即调节电炉功率即可，这比铜洗要控制几十项指标容易得多。 3.3 运行情况

变换气中CO为1.5%～2.0%；脱碳净化气中CO2为0.2～0.4%；醇前气中CO+CO2为3%～4%；总硫≤1×10-6；醇后气中CO+CO2为0.3%～0.8%；烷后气中CO+CO2为8～12×10-6。甲醇A塔触媒热点温度为255℃（触媒使用15个月）；甲醇B塔触媒热点温度为265℃（触媒使用20个月）；甲烷化触媒热点温度为270℃（触媒使用15个月）。φ800甲烷化单塔最高产量已通过370吨氨/天的气量，两套φ800甲醇塔年产甲醇1万吨，各项工艺指标运行稳定，为稳产、低耗打下坚实的基础。 3.4 经济效益情况

评价一个技术是否先进是否适用，对于企业来讲就是能解决生产中的问题，或是能够产生经济效益。对于那些既能解决生产中存在的问题，又能产生良好经济效益的技术那就是比较理想的新技术，我公司采用的合成氨联产甲醇精制新工艺不仅消除了生产瓶颈，稳定了生产，消除了环境污染，每年可减少64.52万元的固定操作费用，同时副产粗甲醇创利润400万元（我公司原采用铜洗精炼工艺，就和铜洗工艺比较经济效益）。 3.4.1 节约用电

铜洗运行时，每小时产氨14吨，每小时耗电245KW.h，吨氨耗电17.50 KW.h，甲烷化投运后，每小时耗电150 KW.h，吨氨耗电10.71 KW.h，每小时节电95 KW.h，单价按0.3元/ KW.h计算，每年节约电费95×7200×0.3÷10000=20.52（万元）。 3.4.2 减少电解铜消耗

铜洗停运后，年产10万吨合成氨，可减少电解铜消耗18吨，单价按2万元/吨计算，每年节约电解铜费用36万元。 3.4.3 减少醋酸消耗

铜洗停运后，年产10万吨合成氨，可减少醋酸消耗20吨，单价按0.4万元/吨计算，每年节约醋酸费用8万元。 3.4.4 副产粗甲醇

双甲工艺投入运行后，每年副产粗甲醇1万吨，每吨利润400元，每年可创造利润400万元。

3.4.5 环境效益好

过去铜洗岗位，跑、冒的铜液污染循环水、生产现场，双甲工艺没有液体、气体的渗漏，环境良好。如今甲烷化岗位，根本闻不到氨味。 4、体会与建议

4.1 甲醇触媒升温还原时，要稳定压力，触媒升到80℃～100℃时升温速率要慢，最好是在100℃时恒温出水，以确保触媒中的物理水出干净，这样有利于触媒使用寿命的延长。

4.2 必须保证醇前气总硫含量低、含油少、含氨量少，这样有利于触媒使用寿命的延长。我公司在碳铵流程时甲醇触媒只能使用6个月左右，后改脱碳流程，采用NHD脱碳工艺（NHD兼有脱硫作用），

41

保证了醇前气中总硫含量低、含氨量少，从而使甲醇品质大大提高，触媒使用寿命也延长了许多（甲醇A塔触媒使用15个月，热点温度为255℃；甲醇B塔触媒使用20个月，触媒热点温度为265℃）。 4.3 原有合成氨的循环加热器不宜作甲烷化的加热器，必须加以改造以适应甲烷化工艺的要求，从而保证甲烷化的使用效果。

4.4 醇后气CO+CO2在0.4%以下时，甲烷化塔难以做到自热平衡运行，必须带电炉工作，为减少电耗，可采用过热蒸汽或其他热源加热进塔气。

4.5 采用安淳公司新开发的铁系触媒替代甲烷化触媒，醇后气中CO、CO2与氢反应，大部份转化为甲醇、乙醇、冷凝液，经测试，甲醇含量为30%～40%，进出甲烷化的甲烷几乎没有变化。因此可以适当提高醇后气CO、CO2，增加反应热，维持甲烷化自热平衡，冷凝液可以回收蒸馏为精甲醇。

42

河 北 科 技 大 学 教 案 用 纸

上次课复习：甲烷化和甲烷转化不同点；铜氨液净化气体的条件； 本次课题（或教材章节题目） 第七章 氨合成 教学要求：(1)应用化学反应进度和化学平衡原理，分析合成氨的适宜条件；掌握根据化学平衡移动的要求，决定某些条件选择的一般规律，认识化学理论对生产实践的指导作用。(2)了解合成氨生产的工艺流程和典型设备。 重点：氨的合成条件选择和设备的选型 难点：合成条件（适宜的湿度与压强）的选择及对反应速度、产量的影响 教学手段及教具： 讲授内容及时间分配： 第—节 热力学基础 一、氨的合成及其反应特点 二、氨合成反应的热效应 三、化学平衡及平衡常数 四、影响反应速度的因素 五、合成氨反应的动力学 六、影响平衡氨含量的因素 第二节 氨合成催化剂 一、催化剂的组成和作用 二、催化剂的升温还原 三、催化剂的毒物 第三节 氨合成工艺条件 一、温度 二、压力对出口氨含量的影响 第四节 氨的分离及氨合成回路流程 第五节 主要设备 第六节 .近期国内开发的合成氨有关技术 氨合成流程中先分离氨与后分离氨为什么都可采用？各自特点如何？简述轴向和课后作业 径向冷激式合成塔的特点。 参考资料

注：本页为每次课教案首页

43

河 北 科 技 大 学 教 案 用 纸

第—节 热力学基础

获得H2/N2约为3:1的原料气后，就要进行合成氨的最后一步关键反应：氨的合成反应。但要获得工业效益，合成条件必须高温高压。下面分析一下氨合成的原理。

一、氨的合成及其反应特点 氨合成原理：3H2+N2=2NH3

强调反应特点：1 可逆反应，转化率的问题

2 放热反应，反应热及时移走，温度控制 3 体积缩小，反应压力

4 催化剂加速，选择问题，寿命问题

5 平衡氨含量随压力升高 、温度降低、惰性气含量减少而增大。

二、热效应：

34734.41.89963?1010 ?42?63??HF?38338.9?[22.5304??]p?22.3864T?10.5717?10T?7.08281?10T3 TT

结论：反应热不仅与温度有关，还与压力和组成有关。

三、化学平衡和平衡常数：氨合成是放热和摩尔数减少的可逆反应：

注意：高压下气体不能看做理想气体，要用逸度系数计算。 r对y*氨有显著影响:不考虑组成对平衡常数的影响，r＝3时，y*氨最大;考虑组成的影响， y*氨max时r<3，2.68-2.9。

y*惰对y*氨有影响：随y*惰增加y*氨减小。

氨合成反应过程中，物料的总摩尔数随反应进行而减小，实际计算过程中为便于计算，令y0惰为氨分解基惰性气含量，y0惰＝ y惰/(1+yNH3). 结论： y*氨随压力升高、温度降低、惰气含量而增大。 四、影响反应速度的因素

提示同学想一想：确定工艺条件从何考虑？？？

压力和压力：温度越低，压力越高，平衡常数Kp越大，平衡氨含量y*NH3越高。

氢氮比：氢氮比的影响 当温度、压力及惰性组分含量一定时，使yNH3为最大的条件为

若不考虑R对Kp的影响，解得R=3时，yNH3为最大值；高压下，气体偏离理想状态，Kp将随R而变，所以具有最大yNH3时的R略小于3，约在2.68～2.90之间。

惰性气体的影响：惰性组分的存在，降低了氢、氮气的有效分压，会使平衡氨含量降低。 内扩散对氨合成反应速度的影响：采用小颗粒催化剂可提高内表面利用率。但颗粒过小压力降增大，且小颗粒催化剂易中毒而失活。因此．要根据实际情况，在兼顾其他工艺参数的情

44

?R1.5(Kpp)?0?R(R?1)2