合成氨化工第七組

合成氨化工第七組第1頁(yè)/共45頁(yè)指導(dǎo)老師：張?zhí)蚁?/p>

第2頁(yè)/共45頁(yè)第3頁(yè)/共45頁(yè)第4頁(yè)/共45頁(yè)合成氨介紹合成氨指由氮和氫在高溫高壓和催化劑存在下直接合成的氨。別名氨氣，分子式為NH3，英文名：syntheticammonia。世界上的氨除少量從焦?fàn)t氣中回收外，絕大部分是合成的氨。第5頁(yè)/共45頁(yè)合成氨原料成本價(jià)格政策技術(shù)方法環(huán)境第6頁(yè)/共45頁(yè)一.合成氨的原料固體原料焦炭，煤（無(wú)煙煤，煙煤，褐煤等）液體原料重油，渣油，石腦油等氣體原料焦?fàn)t氣，天然氣，石油煉廠氣等第7頁(yè)/共45頁(yè)1.以重油為原料部分氧化法制取氫氣石油，又稱原油，是從地下深處開采的棕黑色可燃粘稠液體。主要是各種烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴的混合物。它是古代海洋或湖泊中的生物經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的演化形成的混合物，屬于化石燃料。

重油原料包括有常壓、減壓渣油及石油深度加工后的燃料油，均以烷烴、環(huán)烷烴和芳香烴為主。重油和氧氣進(jìn)行部分燃燒，由于反應(yīng)放出熱量，使部分碳?xì)浠衔锇l(fā)生熱裂解及裂解產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化反應(yīng)，第8頁(yè)/共45頁(yè)最終獲得以氫氣和一氧化碳，并含有少量二氧化碳和甲烷的合成氣體。該法生產(chǎn)的氫氣產(chǎn)物成本中，原料費(fèi)約占三分之一，而重油價(jià)格較低，故為人們重視。我國(guó)建有大型重油部分氧化法制氫裝置，用于制取合成氫的原料。

石腦油和重質(zhì)油都屬于石油。石油中的石油氣經(jīng)過(guò)以下反應(yīng)：C3H8+H2O=3CO+7H2得到H2第9頁(yè)/共45頁(yè)第10頁(yè)/共45頁(yè)2.以天然氣或輕質(zhì)油為原料制取氫氣天然氣：地下采出的，以甲烷為主的可燃?xì)怏w。它是石蠟族低分子飽和烴氣體和少量非烴氣體的混合氣體.它在高溫，一定的壓力及催化劑作用下，烷烴和水蒸氣得到含有H2、CO、CO2、N2、CH4的轉(zhuǎn)化氣，為氨的合成提供必須的元素。

第11頁(yè)/共45頁(yè)主反應(yīng)：CH4(g)+H2O(g)?CO(g)+3H2(g)-QCO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g)+Q總反應(yīng)式：CH4+2H2O?CO2+4H2（無(wú)實(shí)際意義）第12頁(yè)/共45頁(yè)析碳副反應(yīng)在一定的條件下，甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化過(guò)程中可能發(fā)生下列析碳付反應(yīng)付反應(yīng)（析碳反應(yīng)）：

CH4(g)=C(s)+2H2(g)2CO(g)=CO2(g)+C(s)CO(g)+H2(g)=C(s)+H2O(g)第13頁(yè)/共45頁(yè)天然氣中少量其他烷烴和烯烴同樣要發(fā)生反應(yīng)反應(yīng)式為：烷烴：CnH2n+2+nH2O=nCO+(2n+1)H2或CnH2n+2+2nH2O=nCO2+(3n+1)H2烯烴：CnH2n+nH2O=nCO+2nH2或CnH2n+2nH2O(g)=nCO2+3nH2反應(yīng)目的：使CH4轉(zhuǎn)化。希望主反應(yīng)盡最大可能的發(fā)生，并抑制負(fù)反應(yīng)。第14頁(yè)/共45頁(yè)以天然氣為原料制氨氣的流程圖第15頁(yè)/共45頁(yè)用該法制得的氣體組成中，氫氣含量可達(dá)74％（體積），其生產(chǎn)成本主要取決于原料價(jià)格，我國(guó)輕質(zhì)油價(jià)格高，制氣成本貴，采用受到限制。大多數(shù)大型合成氨合成甲醇工廠均采用天然氣為原料，催化水蒸汽轉(zhuǎn)化制氫的工藝。我國(guó)在該領(lǐng)域進(jìn)行了大量有成效的研究工作，并建有大批工業(yè)生產(chǎn)裝置。我國(guó)曾開發(fā)采用間歇式天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化制氫工藝，制取小型合成氨廠的原料，這種方法不必用采高溫合金轉(zhuǎn)化爐，裝置投資成本低。以石油及天然氣為原料制氫的工藝已十分成熟，但因受原料的限制目前主要用于制取化工原料。第16頁(yè)/共45頁(yè)3.以煤為原料制取氫氣煤：一種固體可燃有機(jī)巖，主要由植物遺體經(jīng)生物化學(xué)作用，埋藏后再經(jīng)地質(zhì)作用轉(zhuǎn)變而成。俗稱煤炭。

一是煤的焦化（或稱高溫干餾），二是煤的氣化。焦化，是指煤在隔絕空氣條件下，在90－1000℃制取焦碳副產(chǎn)品為焦?fàn)t煤氣。焦?fàn)t煤氣組成中含氫氣55-60％（體積）甲烷23-27％、一氧化碳6-8％等。每噸煤可得煤氣300－350m3，可作為城市煤氣，亦是制取氫氣的原料。第17頁(yè)/共45頁(yè)煤的氣化，是指煤炭或者焦炭在高溫下與水蒸氣發(fā)生反應(yīng)，生成主要含有氫氣，一氧化碳和二氧化碳的煤氣，煤氣再經(jīng)過(guò)降溫、除塵和脫硫后，與水蒸氣混合進(jìn)行變換反應(yīng)一大部分一氧化碳轉(zhuǎn)化為氫氣和二氧化碳，稱為變換氣，然后，變換器通過(guò)變壓吸附（PSA）過(guò)程得到高純度的氫氣。第18頁(yè)/共45頁(yè)固體燃料氣化法制氨氣的流程第19頁(yè)/共45頁(yè)4.N2的制取工業(yè)制取氮?dú)饪梢圆捎脙煞N方法:1、先將空氣加壓降溫變成液態(tài)空氣,利用氧氣與氮?dú)獾姆悬c(diǎn)不同（沸點(diǎn)氮?dú)飧哂谘鯕猓?來(lái)分離氧氣與氮?dú)狻０训獨(dú)庹舭l(fā)出來(lái)。（此法稱為“分離液態(tài)空氣法”。）2、第二種將空氣通過(guò)灼熱的煤層,再除去二氧化碳,得到氮?dú)狻５?0頁(yè)/共45頁(yè)二.原料氣的凈化一、原料氣的脫硫1、干法脫硫(活性炭法、氧化鐵法、氧化鋅法、鈷鉬加氫脫硫法）2、濕法脫硫二、一氧化碳變換,二氧化碳的脫除第21頁(yè)/共45頁(yè)在合成氨工業(yè)中，經(jīng)變換和脫碳工藝處理，合成氨原料氣中仍含有對(duì)氨合成催化劑有毒的CO和CO2氣體，必須進(jìn)一步處理將其降低至10mL／m3左右，以保護(hù)氨合成催化劑。目前合成氨廠脫除微量CO、CO2的工藝方法較多，主要有醋酸銅氨液洗滌法(銅洗法)、低壓甲烷化法、甲醇甲烷化法(雙甲工藝)、醇化工藝、非等壓醇烷化凈化工藝等。第22頁(yè)/共45頁(yè)三.合成氨的一些設(shè)備N2壓縮機(jī)合成氨工廠第23頁(yè)/共45頁(yè)合成氨分離器第24頁(yè)/共45頁(yè)四.幾種流程的投資比較幾種流程裝置相比，天然氣裝置的投資最省。天然氣裝置的投資遠(yuǎn)比煤頭裝置低，如果15萬(wàn)噸天然氣為原料的合成氨裝置固定投資為2.81億，同等規(guī)模的投資大致如下流程裝置天然氣固定層煤連續(xù)氣化價(jià)格2.81億4.5億6~6.5億第25頁(yè)/共45頁(yè)五.技術(shù)可靠性比較各種工藝比較，天然氣工藝技術(shù)目前最可靠。天然氣合成氨工藝成熟、生產(chǎn)可靠、連續(xù)。煤頭技術(shù)中，固定層氣化流程，雖然工藝成熟，但氣化消耗高，環(huán)保污染嚴(yán)重、難以達(dá)標(biāo)、廠區(qū)環(huán)境惡劣；水煤漿氣化技術(shù)對(duì)煤種要求特別高，包括煤的活性，灰份含量、灰熔點(diǎn)、固定碳含量；Shell(殼牌)技術(shù)還沒有運(yùn)行先例。因此，煤為原料的連續(xù)氣化的合成氨風(fēng)險(xiǎn)很大！第26頁(yè)/共45頁(yè)六.成本比較如果煤用現(xiàn)行價(jià)格（503元/噸）不變，天然氣2012年（含2012年）前每年漲價(jià)8%。2012年之后天然氣價(jià)格不變（見下表）。年份20082009201020112012201320142015天然氣1.0821.1631.2511.3451.4471.4471.4471.447煤503503503503503503503503第27頁(yè)/共45頁(yè)2012年天然氣制氨成本估計(jì)1749.32元/噸；而煤制氨成本估計(jì)1785元/噸。天然氣合成氨成本仍然低于煤頭合成氨成本。第28頁(yè)/共45頁(yè)七.資源的儲(chǔ)量情況

資源煤石油天然氣儲(chǔ)量6000億噸130~150億噸19.24萬(wàn)億立方米第29頁(yè)/共45頁(yè)八.石油的污染（以海洋污染為例）：海洋石油污染不僅影響海洋生物的生長(zhǎng)、降低海濱環(huán)境的使用價(jià)值、破壞海岸設(shè)施，還可能影響局部地區(qū)的水文氣象條件和降低海洋的自凈能力。油膜覆蓋海面還會(huì)阻礙海水的蒸發(fā)，影響大氣和海洋的熱交換，改變海面的反射率，減少進(jìn)入海洋表層的日光輻射，對(duì)局部地區(qū)的水文氣象條件可能產(chǎn)生一定的影響。第30頁(yè)/共45頁(yè)海洋石油污染的最大危害是對(duì)海洋生物的影響，油膜和油塊能粘住大量魚卵和幼魚，使魚卵死亡、幼魚畸形，還會(huì)使魚蝦類產(chǎn)生石油臭味。海洋石油污染危害是多方面的，如在水面形成油膜，阻礙了水體與大氣之間的氣體交換；油類粘附在魚類、藻類和浮游生物上，致使海洋生物死亡，并破壞海鳥生活環(huán)境，導(dǎo)致海鳥死亡和種群數(shù)量下降。石油污染還會(huì)使水產(chǎn)品品質(zhì)下降，造成經(jīng)濟(jì)損失。第31頁(yè)/共45頁(yè)九.煤的污染燃燒煤過(guò)程中都要放出二氧化硫、一氧化碳、煙塵、放射性飄塵、氮氧化物、二氧化碳等。二氧化硫易形成酸雨，二氧化碳引起溫室效應(yīng)。第32頁(yè)/共45頁(yè)燃燒化石燃料給環(huán)境造成的危害是當(dāng)今世界性的嚴(yán)重問(wèn)題，其結(jié)果是使生態(tài)環(huán)境遭到破壞，人畜生活受到危害。特別是直接燃燒煤炭所造成的環(huán)境危害更是觸目驚心。化石燃料在燃燒過(guò)程中都要放出二氧化硫、一氧化碳、煙塵、放射性飄塵、氮氧化物、二氧化碳等。這些物質(zhì)會(huì)直接危害人畜，導(dǎo)致機(jī)體癌變，使生物受輻射損傷，產(chǎn)生酸雨，形成溫室效應(yīng)。第33頁(yè)/共45頁(yè)十.使用天然氣可能的危害:甲烷對(duì)人的生理無(wú)害，但有窒息作用。當(dāng)其在空氣中的濃度達(dá)到10％時(shí)，可使人窒息死亡。空氣中天然氣（甲烷）含量達(dá)到5％至15％時(shí)，遇火源會(huì)發(fā)生爆炸。液化氣的不完全燃燒及因管道老化導(dǎo)致漏氣都會(huì)對(duì)家庭安全造成一定隱患.全國(guó)每年都會(huì)發(fā)生因液化氣使用不當(dāng)造成的人員傷害事故,尤其是老年人操作。第34頁(yè)/共45頁(yè)十一.合成氨的用途氨主要用于制造氮肥和復(fù)合肥料，冷凍劑和化工原料。氨作為工業(yè)原料和氨化飼料，用量約占世界產(chǎn)量的12％。硝酸、各種含氮的無(wú)機(jī)鹽及有機(jī)中間體、磺胺藥、聚氨酯、聚酰胺纖維和丁腈橡膠等都需直接以氨為原料。液氨常用作制冷劑。第35頁(yè)/共45頁(yè)第36頁(yè)/共45頁(yè)第37頁(yè)/共45頁(yè)十二.合成氨的污染問(wèn)題我國(guó)合成氨企業(yè)普遍規(guī)模小、能耗高和管理水平低，所以造成了嚴(yán)重的水污染等問(wèn)題。分析原因主要有一下幾個(gè)方面：(1)廢稀氨水的大量排放；(2)工業(yè)廢水和污水混合排放，造成排水量大；(3)污水治理技術(shù)相對(duì)滯后。第38頁(yè)/共45頁(yè)十三.合成氨的貯運(yùn)商品氨中有一部分是以液態(tài)由制造廠運(yùn)往外地。此外，為保證制造廠內(nèi)合成氨和氨加工車間之間的供需平衡，防止因短期事故而停產(chǎn)，需設(shè)置液氨庫(kù)。液氨庫(kù)根據(jù)容量大小不同，有不冷凍、半冷凍和全冷凍三種類型。液氨的運(yùn)輸方式有海運(yùn)、駁船運(yùn)、管道運(yùn)、槽車運(yùn)、卡車運(yùn)。第39頁(yè)/共45頁(yè)十四.國(guó)家的政策國(guó)務(wù)院總理溫家寶主持召開的國(guó)務(wù)院常務(wù)會(huì)議，研究部署保障化肥生產(chǎn)供應(yīng)，促進(jìn)化肥行業(yè)改革和發(fā)展的政策措施。會(huì)議就國(guó)內(nèi)化肥結(jié)構(gòu)、價(jià)格管理機(jī)制、農(nóng)資綜合直補(bǔ)調(diào)整機(jī)制、化肥流通體制、儲(chǔ)備制度、進(jìn)出口管理等方面部署了六項(xiàng)具體措施。通過(guò)市場(chǎng)化的運(yùn)作改革將促進(jìn)行業(yè)長(zhǎng)期健康發(fā)展。第40頁(yè)/共45頁(yè)我國(guó)是典型的農(nóng)業(yè)國(guó)家，國(guó)家歷來(lái)重視肥料生產(chǎn)，對(duì)肥料生產(chǎn)制定了許多優(yōu)惠政策。而目前合成氨的下游產(chǎn)品——尿素產(chǎn)量已供大于求，也不能不說(shuō)是國(guó)家長(zhǎng)期重視并扶持肥料生產(chǎn)的結(jié)果。從長(zhǎng)期來(lái)看，國(guó)家依然會(huì)延續(xù)合成氨產(chǎn)業(yè)的支持，但是合成氨產(chǎn)業(yè)畢竟是高能耗產(chǎn)業(yè)，在環(huán)境壓力下，國(guó)家估計(jì)不會(huì)再鼓勵(lì)新上項(xiàng)目，而是通過(guò)企業(yè)整合，加大節(jié)能減排力度，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展第41