合成氨

合成氨介绍

氮和氢在高温高压下，经催化剂催化可快速合成为氨，这一过程诶称为合成氨反应。氨是化肥工业的原料，因此工业上利用合成氨反应生产氨就是合成氨工业。在Z初，合成氨工业是为战争服务的，其生产的氨作为zha药工业的原料，一战结束后，合成氨工业转向为工业农业服务，并且需求量快速增长。

合成氨反应式如下： N2+3H2 ->2NH3  (该反应为可逆反应，等号上反应条件为：“高温高压”，下为：“催化剂”)

氮气可取之于空气，将空气液化分离而得氮气，或使空气通过燃料层燃烧，将生成的CO和CO2除去而制得。氢气一般常用含有烃类的各种燃料，即通过用焦炭、无烟煤、天然气、重油等为原料与水蒸气作用的方法来制取。

氨合成工艺流程

氨的生产过程，粗略的讲可分成四步：原料的生产；原料气的净化；氨的合成；氨的分离。除氨的合成外，其它过程的转化率和分离率都比较高。由于氨合成的转化率较低，反应后的气体经氨分离后循环返回合成塔。

氨生产的原则流程

1、以气态烃为原料

制取合成氨的原料气的气态烃主要有天然气，此外还有炼厂气、油田气、焦炉气及裂解气等。生产合成氨原料气的方法按热量供给的方式不同，主要有蒸汽转化法和间歇催化转换法。以天燃气为原料的优点是，冷热交替较少，而且变化幅度不大。有明显的节能效果。

1）蒸汽转化法

蒸汽转化法分两段进行，一段炉装有催化剂的转化管内，蒸气与气态烃进行吸热的转化反应，反应所需热量由管外提供。气态烃转化到一定程度后，送入装有催化剂的二段炉内。加入适量的空气，与部分可燃性气体燃烧，为剩余的烃进一步转化提供热量，同时为合成氨的生产提供氮气。

该法投资省、能耗低，是生产合成氨Z经济的方法，目前在国内得到广泛应用。

2）间歇催化转换法

间接催化转换法的生产过程分为吹风和制气两个阶段，并不断交替进行。在吹风阶段，气态烃与空气在燃烧炉内燃烧，生成的烟道气使催化剂达到烃类蒸汽转化反应所需的温度。在制气的阶段，气态烃与蒸汽在催化剂层进行转化反应，制取合成氨原料气。

该法不需要制氧装置，投资省、建厂快，但热利用率低、原料烃消耗高、操作复杂，因而应用受到限制。

2、以固体燃料为原料

将固体燃料无烟煤或焦炭气化以制造合成氨原料气，简称造气。造气常用的气化剂有空气、富氧空气、氧气和水蒸气等。

以空气为气化剂制取的煤气称为空气煤气，以水蒸气为气化剂制取的煤气称为水煤气，以空气和适量水蒸气为气化剂制取的煤气，则为混合煤气。半水煤气特指组成符合（CO+H2）与N2体积之比为3.1~3.2的混合煤气，即合成氨原料气。

目前工业上的以固体燃料为原料制取合成氨原料气的方法，根据气化方式不同，主要有固定床间歇气化法、固定床连续气化法、沸腾床连续气化法、气流床连续气化法。

这是我国众多的小化肥厂所采用的流程，这个流程的缺点是冷热过程交替，温度变化幅度很大，能耗过大。

3、以重油为原料

以重油作为制氨原料时，采用部分氧化法造气。重油部分氧化是指重质烃类和氧气进行部分燃烧，由于反应放出的热量，使部分碳氢化合物发生热裂解以及裂解产物的转化反应，Z终获得了以H2和CO为主体，含有少量CO2和CH4（CH4通常在0.5%以下）的合成气。

重油部分氧化制取合成气（CO+H2）的工艺流程由四个部分组成：原料油和气化剂（O2+H2O）的预热、油的气化、出口高温合成气的热能回收、炭黑清除与回收。

合成氨气体净化

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、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。目前广泛应用的变换催化剂有铜催化剂和铁铬催化剂。变换的目的就是把一氧化碳变换成氢和易于除净的CO2，变换过程既是原料气的净化，又是原料气制作的继续。变换后的气体称为“变换气”。

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，diyi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。

3、气体精制过程

经CO变换和CO2脱除后的原料气中尚含有少量残余的CO和CO2。为了防止对氨合成催化剂的毒害，规定CO和CO2总含量不得大于10cm3/m3(体积分数)。因此，原料气在进入合成工序前，必须进行原料气的Z终净化，即精制过程。 目前在工业生产中，Z终净化方法分为深冷分离法和甲烷化法。甲烷化反应是在以镍为主的催化剂的作用下，在280～380 ℃，以及原有的压强（0.6～3MPa）下进行的。

合成氨的用途

合成氨的用途很广，除了本身可以作为化肥外，还可以加工成各种氮肥和含氮复合肥。在工业中，氨也是重要的无机化学和有机化学工业基础原料，广泛用于制药、炼油、纯碱、合成纤维、合成塑料、含氮无机盐等工业部门。除此之外，在其他工业用途也十分广泛，一般是使用高压液化钢瓶存储，也是冷库设备常用的制冷剂。它的发展将对国民经济的发展产生重大影响。

其中约有80%氨用来生产化学肥料，20%为其它化工产品的原料。合成氨主要用于制造氮肥和复合肥料，例如尿素、硝酸铵、磷酸铵、氯化铵以及各种含氮复合肥，都是以氨为原料的。氨作为工业原料和氨化饲料，用量约占世界产量的1/2。硝酸、各种含氮的无机盐及有机中间体、磺胺药、聚氨酯、聚酰胺纤维和ding腈橡胶等都需直接以氨为原料。液氨常用作制冷剂，贮运商品氨中有一部分是以液态由制造厂运往外地。

此外，为保证制造厂内合成氨和氨加工车间之间的供需平衡，防止因短期事故而停产，需设置液氨库。液氨库根据容量大小不同，有不冷冻、半冷冻和全冷冻三种类型。液氨的运输方式有海运、驳船运、管道运、槽车运、卡车运。