炉底吹入制水煤气， 水煤气通过废热锅炉 回收热量，除尘、洗 涤后送入气柜。 c．下吹制气 上吹制气后，
炉底温度下降，炉顶温度尚
高，使蒸汽从炉顶吹入与碳 反应，生成半水煤气从炉底
导出，经除尘、洗涤,
气柜。
送入
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d ．二次上吹 下吹后，炉底充
满水煤气，此时吹入空气升高 炉温，可能引起爆炸。再从炉 底吹入蒸汽将炉底煤气排净， 为吹风作准备。二次上吹虽可 制气，但炉温低，气质差，二 次上吹时间尽可能短； e ．空气吹净 空气从炉底吹入， 将残存的水煤气吹出并送入气 柜，同时制得的吹风气 ( 空气煤 气 ) 与 b,c,d 阶段制得的水煤气 在气柜中混合为半水煤气。
摩尔比需达到1：3.5。
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中毒反应
***烃类蒸气转化
轻质烃原料气含少量硫（CS2，COS等），它们对镍催
化剂有毒。轻质烃含硫甚少，可向原料气加少量氢与有机 硫发生反应，生成H2S，H2S再与氧化锌反应而除去。此法 可使气体中的含硫量降低到0.5mg/m3以下。
反 应
***烃类蒸气转化
轻质烃在а -Al2O3为载体的镍催化剂的作用下，与
水蒸气发生反应，生成氢与一氧化碳，以甲烷为例：
CH4 + H2O
３H2 + CＯ－206.4KJ
这是一个可逆吸热反应，温度越高，反应速 率 越快，转化率越高。为了获得99%以上的转 化
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率，反应温度需达到1230°C以上。
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副反应
CH4
2CO CO+H2
***烃类蒸气转化
C+2H2
C+CO2 C+H2O
析碳反应
CH4+2H2O
CO2+4H2
析碳不仅降低了原料的利用率，而且析碳覆盖在催 化剂的表面上而降低其活性。抑制析碳反应的有效措施 是增加水蒸气的用量，生产上要求n（CH4）与n（水蒸气）的
操作条件：包括温度、吹风速度、蒸汽用量、循
环
时间及分配。
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原 料
***烃类蒸气转化
轻质烃原料主要是天然气、油田气、炼厂气、轻油
等，其中应用最多的是天然气，其主要成分是CH4。
特 点
不用氧气，投资少，能耗低。
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原 理
****重油部分氧化
重油部分氧化法是以重质烃为原料，利用氧气进行 不完全燃烧，使烃类在高温下发生裂解并使裂解产物 甲烷与燃烧产物水蒸气和二氧化碳在高温下进行转化
反应，制得原料气。 氧化反应：4CmHn+(4m+n)O2 =
转化反应： 2CmHn+2mH2O = 2CmHn+4mH2O = 2CmHn+2mCO =
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两段特点
***烃类蒸气转化
分两个阶段用不同的加热方法进行转化，这是提高转化率，降 低能耗的重要措施。第一段转化率约90%，需要提供大量反 应热，但却不需要太高的反应温度。第二段转化，转化率从 90 %上升到99%，增长不多，需要提供的热量也不多，但却 需很高的反应温度。两段转化法合理地运行使能源费用大幅度 降低。 第一段转化在耐热合金管内进行采用外热法，反应温度是耐热 合金管能够承受的温度。第二阶段采用内热法，用耐火砖砌炉 膛，既补充了N2使气体组成符合氨合成的要求又顺利地解决 了反应器的材质问题。
于 1，此时 Kp=Kf。因此Kf 可看作压力很低时的 Kp。
K p K f / K
温度越低, 压力越大Kγ值 越小, Kf 与压力无关,温度 越低Kf 越大,Kp越大.

NH
3
y NH3
0.5 1.5 y N2 yH 2
0.5 1.5 N2 H 2
K K p
K p K f / K
式中: f,γ分别为各平衡组分的逸度和逸度系数.
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研究者把不同温度、压力 下 Kγ 值算出并绘制成图。
当压力很低时， Kγ 值接近
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下表为纯3H2－N2混合气生成φNH3为17.6％系统反应的热效应。
13－2.2 化学平衡及平衡常数
应用化学平衡移动原理可知，低温、高压操作有利 需通过反应的化学平衡研究确定。其平衡常数为：
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于氨的生成。但是温度和压力对合成氨的平衡产生影响的程度，
去除碳黑也需增加投资。
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流程图
H2+CO
1脱气塔 2炭黑水泵 3压滤机 4螺旋输送机 5中间水罐 6中间泵 7精密过滤器 8滤后水罐 9清水泵 10换热器
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过 程
特点：气化设备简单、便于控制。能耗大， 约有一半原料被当作燃料烧掉；生产能力低；产 生三废(煤渣、废水、含硫废气等)较多。
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工艺条件
工艺条件包括原料、设备和工艺
操作等方面
原料：随原料的性能不同而又很多差异，主要表
第一章 合成氨原料气的制备
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第一章 合成氨原料气的制备
合成氨工业概述
固体燃料气化
烃类蒸气转化 重油部分氧化
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重要性
*合成氨工业概述
生产氮肥
如尿素、硫酸铵、硝酸铵、碳酸氢铵等；还可生产
多种复合肥，如磷肥等。
是再要求把转化率提高到99%以上时，才需要将温度提高到 1230 ℃，因此比较经济的方法是将造气过程分两个阶段进行。 第一阶段的温度约在800 ℃以下，采用外热法使原料气和催 化剂在耐热合金管内发生造气反应。第二阶段为内热法，此
法的造气反应和供热反应都在反应炉内进行。
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工艺条件
工艺条件包括原料、设备和工艺
操作等方面
设备：对制气过程影响较大的设备是风机和炉篦。
强风短吹有利于降低CO 的损失，争取更多的有效
制气时间。 炉篦沿截面均匀分布有炭层均匀下移，局部阻力
损
失小。
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工艺条件
工艺条件包括原料、设备和工艺操作等方面
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原料气
氮气 氨气 空气
合成氨工业概述 * 合成氨工业概述
氮气通过廉价的空气制得。 氢气的来源有：烃类转化、固体燃 料气化和重油氧化。其中以天然气 为原料的气态烃类转化过程经济效
氢气
烃或水
益最高。
原则流程
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管送入二段转化炉。
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工艺空气经空气压缩机加压
到4.5MPa、140℃后经对 流段加热到500℃，如二段 与一段转化气相混合，于锥 形顶部燃烧区进行燃烧反 应，温度升到1250℃左 nfidential. | 23
4mCO2+2nH2O+Q
2mCO+(n+2m)H2 -Q 2mCO2+(n+4m)H2 –Q 4mCO+nH2 -Q
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副反应
****重油部分氧化
2CO = CO2 + C CH4 = 2H2 + C CO+H2 = H2O+C
析碳反应
缺点: 需用纯氧作原料，增加较多的投资，另外，
4 H 2 CS2 2 H 2 S CH 4
H 2 COS H 2 S CO
ZnO H 2 S ZnS H 2O
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反应压力
***烃类蒸气转化
主反应是体积增大的反应，而析碳副反应是体积缩 小的反应，加压显然是不利的。但是加压有利于节能， 而且其不利因素可用提高反应温度和加大水蒸气的用量
反应器
***烃类蒸气转化
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反应器
***烃类蒸气转化
天然气经过脱硫后
配入中压蒸汽，送 入一段对流加热到 580℃，然后将此 混合气体经辐射段
离开一段转化管的气体压力为4.35MPa，
顶部的上集气管分
配到各管中。
温度为800℃，甲烷含量为16.3％，经总
为催化剂在17～20MPa和500～
得到6％的氨。
力学和催化剂等领域取得进展
后，对合成氨反应的研究有了 新的进展。 1901 年法国物理化 学家吕· 查得利提出氨合成的条 件是高温、高压，并有适当催 化剂存在。
600℃温度下进行了合成氨研究，
1911年米塔希研究成功以铁
为活性组分的合成催化剂，铁 基催化剂活性好、比锇催化剂 价廉、易得。
来解决，所以权衡利弊，实际生产中用轻质烃造气的化