无机化工工艺学-河南化工技师学院

合成氨及尿素生产工艺河南化工技师学院安华授课老师：安华QQ:984616675Mobile:[phone]E-mail:[e-mail]第一篇合成氨的生产第二篇尿素的生产主要内容本课程主要内容以煤为原料生产氨、尿素，并副产甲醇的生产原理、工艺及其操作。温馨提示绪论§0.1合成氨的性质、用途和生产方法§0.2甲醇的性质、用途和生产方法§0.3尿素的性质、用途和生产方法造气氨合成精制粗醇精馏甲醇合成脱碳变换脱硫脱硫尿素造粒尿液蒸发未反应物分离尿素合成甲醇产品氨氨CO2煤要求：掌握各生产过程的基本理论，并与生产实际相结合；掌握各生产工艺过程，明确各工艺的特点；理论联系实际，学会分析问题和解决问题的方法；掌握生产操作的关键。氮是自然界里分布较广的一种元素。空气中含氮量很多，但空气中的氮是呈游离状态存在的，不能供植物直接吸收，植物只能吸收化合物中固定状态的氮。因而必须固定氮。以氮和氢为原料合成氨，是目前采用最广泛、也是最经济的一种固氮方法。0.1合成氨的性质、用途和生产方法0.1.1产品说明NH3，无色液体。标准如下：项目指标优等品一等品合格品氨/%(质量)≥99.999.899.6残留物/%(质量)≤0.1(重)0.20.4水/%(质量)≤0.1——油含量/(mg/kg)≤5（重）——≤2(红外光谱法)——铁含量/%(质量)≤1——0.1.2氨的性质氨是在高温、高压和有催化剂存在的条件下，氮气和氢气直接合成为氨：N2+3H2=2NH3+Q由于采用了合成的方法生产氨，所以习惯上将氨称为合成氨，将生产氨的工厂称合成氨厂(1)在常温常压下，氨是具有特殊刺激性臭味的无色气体，能刺激人体器官的粘膜。氨有强烈的毒性，空气中含有0.5%的氨，就使人在几分钟内窒息而亡。在标准条件下，氨的相对密度为0、5971。(2)氨特易溶于水，可制成含氨15-30%的商品氨水。氨溶解时放出大量的热。氨的水溶液呈弱碱性，易挥发。1.物理性质(3)氨很易被液化在0.1MPa压力下将氨冷却到-33.5，或在常温下加压到0.7-0.8MPa，氨就能冷凝成无色的液体，同时放出大量的热量。如果人与液氨接触,则会严重地冻伤皮肤。液氨也很易气化，降低压力可急剧蒸发，并吸收大量的热。(1)氨与酸或酸酐可以直接作用，生成各种铵盐：NH3+HCl=NH4ClNH3+CO2+H2O=NH4HCO3NH4HCO3+NH3=(NH4)2CO3(2)氨与二氧化碳作用生成氨基甲酸铵，脱水生成尿素：2NH3+CO2=NH2COONH4=CO(NH2)2+H2O2.化学性质(3)在铂催化作用存在条件下，与氧作用生成一氧化氮：4NH3+5O2=4NO+6H2O一氧化氮继续与水作用能制得硝酸。(4)在高温下、电火花或紫外光作用下，氨能分解成氢和氮：2NH3=2N2+3H2(5)液氨或干燥的氨气对大部分物质没有腐蚀性，但在有水的条件下，对铜墙、银、锌等金属有腐蚀作用。(6)氨与空气或氧按一定比例混合后，遇火能爆炸。常温常压下，氨在空气中的爆炸范围为15.5%～28%，在氧气中为13.5%～82%。0.1.3氨的用途(1)85％的氨用来制化学肥料，其余作为生产其他化工产品的原料。(2)氨在工业上主要用来制造炸药和各种化学纤维及塑料。如NO3-、-NH2、-NO2(3)氨的其他工业用途也十分广泛，例如：在制冰、空调、冷藏等系统的致冷剂。0.1.4产品的包装、运输、贮存与安全1.液氨的包装与运输液氨用槽车与钢瓶包装，装卸与运输时应防止猛烈撞击和防止日晒雨淋。2.液氨的贮存液氨应贮存在通风良好的室内，与氧化剂、酸、卤素隔离，附近不得有火源。3.安全措施凡是接触液氨的人员均需熟悉液氨的安全规定。火灾爆炸吸入皮肤眼睛0.1.5合成氨的工业生产方法1.合成氨的原料N2来源于空气(1)化学法。耗掉空气中的氧，剩下的氮即可作为氮氢混合气中的氮。(2)物理法---深度冷冻法。将空气液化，再利用氮气和氧气沸点的不同进行分离，制得高纯度的氮和氧。H2来源于水和碳氢化合物。工业上制氢原料主要为：以固体燃料为原料，如煤等。以气态烃类为原料，如天然气等。以液态烃类为原料，如重油等。深度冷冻法分离焦炉气或石油加工废气制氢。造气，即制备含有氢、氮的粗原料气。净化，主要包括脱硫、变换、脱碳、少量一氧化碳及二氧化碳脱除等工序。压缩和合成，在高温、高压和有催化剂的条件下，将氢氮气合成为氨。2.合成氨生产过程3.合成氨生产的几种典型工艺流程以固体燃料为原料合成氨的生产示意框图以天然气为原料合成氨的生产示意框图以油为原料合成氨的生产示意框图0.2甲醇的性质、用途和生产方法0.2.1物理性质常温常压下，甲醇是易挥发和易燃的无色液体、具有类似酒味的气味。能与水互溶，但不与水形成共沸混合物。能溶解多种树脂，是一种良好的有机溶剂。常压下沸点是64.5-64.7℃。0.2.2化学性质甲醇不具酸性，也不具碱性1.氧化反应，生成CO2和H2O；2.脱氢反应，生成甲醛；3.与酸反应，生成酯；4.与氨反应，生成甲胺；5.与CO作用，生成醋酸；6.与苯作用，生成甲苯；7.与金属作用，生成甲醇盐0.2.3甲醇的危险性1.有毒—神经性毒物，可经呼吸道、肠胃和皮肤吸收，具有明显的麻醉效应；特别是对视神经和视网膜具有特殊的选择作用；2.甲醇极易燃烧；3.与空气能形成爆炸性混合物；爆炸极限为6.0—36%(V)；0.2.4甲醇的生产方法联醇生产技术即甲醇生产装置串联在合成氨生产装置中，用合成氨原料气中的CO、CO2、H2合成甲醇，同时又减轻了精炼负荷。CO+H2=CH3OH+QCO2+3H2=CH3OH+H2O+Q0.2.5联醇生产对原料气的要求1.原料气中维持适当的H2/CO比2.原料气中含氮量应较低3.清除原料气中催化毒物0.3尿素的性质、用途和生产方法尿素，分子式为CO(NH2)2，含氮量为46.65%0.3.1物理性质1.纯尿素为无色、无味、无臭的针状或棱柱状结晶，工业上尿素产品因含杂质，故为白色或淡黄色结晶。2.常压熔点132.6℃.。3.尿素易吸水受潮，易溶于水和液氨中，溶解度随温度升高而增加。1.尿素呈微碱性，与酸作用可生成盐类。如CO(NH2)2+H3PO4=CO(NH2)2·H3PO4CO(NH2)2+HNO3=CO(NH2)2·HNO3尿素与盐类相互作用可生成络合物。如Ca(NO3)2+4CO(NH2)2=Ca(NO3)2·4CO(NH2)2尿素能与酸或盐类相互作用的性质，在复合肥料生产中具有重要意义。0.3.2化学性质2.尿素在强碱溶液中呈弱酸性，可与碱作用生成盐：CO(NH2)2+2NaOH=NaCO3+2NH3↑3.尿素的水解作用当温度在60℃以上时，尿素发生水解，水解的速度随温度的升高而增大CO(NH2)2+H2O=NH2COONH4NH2COONH4+H2O=(NH4)2CO3(NH4)2CO3=2NH3+CO2↑+H2O在氨存在时，尿素的水解受到抑制。4.尿素的缩合作用尿素高温下发生缩合反应，生成缩二脲NH2CONHCONH2、超过170℃缩三脲和三聚氰酸。尿素还可以与甲醛缩合，生成尿甲醛缩合物，可作脲醛塑料的原料，也是一种缓效肥料。1.3.3尿素的用途1.作肥料2.作动物饲料3.作工业原料1.原料合成尿素的原料是液氨和二氧化碳气体。①对液氨的要求纯度≥99.5％（质量）油含量5mg/L水和惰性物总量0.5％（质量）不含催化剂、铁锈等固体杂质压力2.05～2.5Mpa温度30℃0.3.4尿素的生产方法②对二氧化碳气体的要求纯度95.7％（体积分数）氧含量0.4％～0.6％（体积分数）硫化物含量10mg/m3氢含量0.5％（体积分数）压力稍高于大气压力2.尿素的生产过程2NH3(液)+CO2(气)=CO(NH2)2(液)+H2O(液)+Q①氨和二氧化碳原料的供应及净化②氨和二氧化碳合成尿素③尿素与未反应物的分离回收④尿素溶液的加工小结一合成氨的性质、用途和生产方法二甲醇的性质、用途和生产方法三尿素的性质、用途和生产方法