​合成氨的最佳工艺（合成氨工艺流程详解）

合成氨的最佳工艺（合成氨工艺流程详解）

合成氨

氨是重要的无机化工产品之一，在国民经济中占有重要地位。除液氨可直接作为肥料外，农业上使用的氮肥，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。

今天小七带你走进合成氨的世界，学习一下氨的合成工艺流程。

合成氨行业现状

合成氨行业是我国化肥工业的基础，也是传统煤化工的重要组成部分。目前我国合成氨产能达到8300余万吨，年内表观消费量在5800万吨左右，行业产能过剩率在30%以上。

进入8月份以后，合成氨市场步步下移，江苏市场跌幅在6.71%，河北和山东市场跌幅也分别在3.93%和3.54%。

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

一、原料气的生产

1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。

2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。

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，是生产合成氨最经济的方法，目前在国内得到广泛应用。

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。

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，最终获得了以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。

二、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。

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”。

目前广泛应用的变换催化剂有铜催化剂和铁铬催化剂。

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，第一道工序是脱硫，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，必须进行原料气的最终净化，即精制过程。 目前在工业生产中，最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。

三、氨合成

氨合成工段的主要任务是将制得的合格N2、H2在催化剂的存在下合成为氨。

压缩后的精脱气，与循环气混合后经预热器升温后进入氨合成塔，完成反应后将合成的氨液化分离出系统，未反应的氮氢气循环使用。

（来源：以上内容部分来源于百度文库、好农资招商网，化工707编辑整理）

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