合成氨

合成氨制作一、概述二、氨合成理论基础三、氨合成的过程四、合成氨的生产方法五、原料气净化六、合成工段工艺原理及过程简介七、合成氨上下游产业链八、合成氨工业进展一、概述（一）合成氨工业的重要性合成氨工业是基础化学工业的重要组成部分，有十分广泛的用途。氨可生产多种氮肥,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。氨也是重要的工业原料。基本化学工业中的硝酸、纯碱及各种含氮无机盐;有机工业各种中间体，制药中磺胺药物，高分子中聚纤维、氨基塑料、丁腈橡胶、冷却剂等。国防工业中三硝基甲苯、硝化甘油、硝化纤维等（二）合成氨工业发展简介1784年，有学者证明氨是由氮和氢组成的。19世纪末，在热力学、动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。1909年，德国人哈伯以锇为催化剂在17～20MPa和500～600℃温度下进行了合成氨研究，得到6％的氨。1910年成功地建立了能生产80gh-1氨的试验装置。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、比其他催化剂价廉、易得。（三）合成氨的原料及原则流程合成氨的原料是氢气和氮气。氮气来源于空气，可以在制氢过程中直接加入空气，或在低温下将空气液化、分离而得；氢气来源于水或含有烃的各种燃料。工业上普遍采用的是以焦炭、煤、天然气、重油等燃料与水蒸气作用的气化方法。合成氨生产的原则流程如图示原料造气净化合成分离氨循环气二、氨合成理论基础（一）反应方程式N2+3H22NH3氢气和氮气合成氨是体积缩小的、放热的、可逆反应其中体积缩小是指生成一体积的合成氨需要0.5体积的N2和1.5体积的H2。即0.5+1.51高温高压催化剂（二）应用化学反应速率和化学平衡原理，从压强、温度、浓度的变化、催化剂的使用对合成氨正、逆反应速率和平衡移动的影响分析如下：压强氨设备材料的强度和设备制造的要求越高，从综合经济效益考虑，合成氨生产采用的压强为：20MPa－50MPa。温度温度过高或过低都不利于合成氨的生产，综合考虑，合成氨一般选择在500℃温度下进行。浓度使反应物保持一定的浓度，以有利于氨的合成。催化剂为加快合成氨的反应速率，合成氨生产中选用“铁触媒”作催化剂，可以大大缩短达平衡的时间。铁触媒在合成氨工业中的主要催化剂，在500℃时活性最大。目前，合成氨工业中普遍使用的主要是以铁为主体的多成分催化剂，又称铁触媒。铁触媒在500℃左右时的活性最大，这也是合成氨反应一般选择在500℃左右进行的重要原因之一。但是，即使是在500℃和30MPa时，合成氨平衡混合物中NH3的体积分数也只为26.4％，即转化率仍不够大。在实际生产中，还需要考虑浓度对化学平衡的影响等，例如：采取迅速冷却的方法，使气态氨变成液氨后及时从平衡混合气体中分离出去，以促使化学平衡向生成NH3的方向移动。铁触媒主要成分是Fe3O4助催化剂K2O、Al2O3、CaO、MgO等含量小于催化剂总质量的9%，K2O的加入可促使催化剂的金属电子逸出功降低A12O3在催化剂中能起到保持原结构骨架作用，增加了催化剂的表面积，提高了活性。CaO起助熔剂作用。MgO除具有与Al2O3相同作用外，其主要作用是抗硫化物中毒的能力，从而延长催化剂的使用寿命。三、合成氨的过程（一）原料气的制备制备含有氢和氮的原料气，这一过程称为造气。①烃类蒸汽转化法②重油部分转化法③固体燃料气化法（二）原料气的净化由于煤和天然气等原料制得的氢氮原料气中都含有硫化物和碳的氧化物，这些物质对合成氨的催化剂有毒害作用，在氨的合成前需将其脱除。①原料气的脱硫②一氧化碳变换③二氧化碳脱除④原料气的精制：铜氨液洗涤法、甲烷化法、液氮洗涤法（深冷分离法）（三）氨的合成将净化后的原料气在高温高压下，经催化反应合成氨。四、合成氨的生产方法（一）以天然气为原料的流程天然气压缩脱硫一段转化二段转化高级变换脱碳甲烷化压缩合成氨蒸汽空气二氧化碳压缩（二）重油部分氧化重油部分氧化剂取合成气（CO+H2）的工艺流程有四个部分：原料液和气化剂（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。按照热能回收方式的不同，分为德士古激冷流程和谢尔废热锅炉流程。德士古激冷流程重油部分氧化炭黑清除耐硫交换甲醇洗氮洗压缩蒸汽炭黑空气分离合成氨H2S、COSCO2CO氧气氮气谢尔废热锅炉流程重油部分氧化炭黑清除脱硫脱碳氮洗压缩去硫回收炭黑蒸汽H2SCO2合成空气CO变换CO氨分离氧气氮气（三）煤炭合成路线以煤炭为原料合成氨有两种方法：间歇式半水煤气法和加压连续气化法。流程图如下：碳（无烟煤）造气除尘脱硫变换压缩合成氨蒸汽空气脱CO2脱CO间歇法的缺点：①对燃料的粒度、热稳定性、尤其是熔点要求高。②有效制气时间少而气化强度低。加压连续气化法是以煤为原料的大型合成氨广泛采用的方法。①优点：燃料适用范围广动能消耗低单炉发气量大，便于大型化生产②缺点：煤气中CH4含量高约8%~10%需进行甲烷化处理五、原料气净化（一）脱硫合成气中硫化物主要有H2S、硫氧化碳、硫醇、硫醚、和噻吩等有机硫。硫化物是各种催化剂的毒物，硫化氢能腐蚀设备和管道。因此，应根据原料气中的含硫量和工艺要求的净化程度来选择适当的脱硫方法。三种原料的脱硫方法比较①以天然气为原料，含硫量较低，因此常用活性炭、ZnO、氨水催化法、聚乙二醇二甲醚法等；②以重油为原料，较天然气含硫量较高，因此常用低温甲醇洗法、碳酸丙稀酯法等；③以煤炭为原料，含硫量最高，所以常用低温甲醇洗法、碳酸丙稀酯法、环丁矾法等；来自综合循环水去造气污水池造气污水半水煤气半水煤气去压縮机贫液槽贫液泵富液泵富液槽静电除焦器清洗塔第二脱硫塔第一脱硫塔罗茨鼓风机除尘塔再生器半水煤气脱硫岗位工艺流程简图（二）CO变换合成氨原料气中CO一般分两次除去，部分通过CO变换反应CO+H2O(g)CO2+H2该法既可以将一氧化碳转化成易除去的二氧化碳，又制得与一氧化碳等摩尔的氢，所消耗的只是廉价的水蒸气。（三）二氧化碳脱除二氧化碳可使合成氨催化剂中毒，一般采用溶液吸收法将其除去。①物理法利用二氧化碳可溶于水或有机溶剂。②化学吸收法利用其弱酸性将其吸收。闪蒸气气提放空气CO2气去尿素空气净化气变换气712111098564321脱碳工段工艺流程简图1.气液分离器2.油水分离器3.脱碳塔4.碳丙液水冷器5.闪蒸槽6.脱碳泵7.中间储槽8.常解再生塔9.气提风机10.CO2罗茨鼓风机11.洗涤塔12.循环洗涤泵（四）少量CO脱除（原料气的精制）①铜氨分离法②甲烷化法③深冷分离法（液氮洗涤法）回流塔气氨去冰机液氨再生尾气精炼气脱碳气再生器精炼工段工艺流程简图铜液冷却器铜洗塔氨冷器铜液泵铜液再生塔铜液分离器油分再生气氨回收塔六、合成工段工艺原理及过程简介氨合成工序的任务:是将精制的氢氮气合成为氨（NH3），其原理就是在高温、高压并有催化剂存在的条件下氢和氮进行氨合成反应。根据合成反应器所采用的压力、温度和催化剂型号不同，氨的合成方法可以分为低压法、中压法和高压法三种，小合成氨厂普遍采用中压法（25.5～32.0Mpa）。氨合成化学反应式：N2＋3H2＝2NH3＋Q由于受反应平衡的影响，氮、氢混合气体不可能全部转化为氨，一般仅能获得25％以下的氨含量。通常采用冷冻的方法将已经合成的氨分离，然后在未反应的氢、氮混合气中补充一定量的新鲜气继续进行循环反应。冷交换器循环机新鲜气补充气软水蒸汽去管网中置锅炉氨合成塔热交换器水冷却器氨分离器氨冷器液氨气氨去冰机合成工段工艺流程简图七、合成氨上下游产业链合成氨的上游产品：天然气、石脑油、重油、煤、焦炭、焦炉气合成氨的下游产品主要以尿素、复合肥、碳酸氢氨、胶、双氧水、三聚氰胺、医药及冷冻剂为主八、合成氨工业进展国内总体上，我国合成氨工业能够满足氮肥工业生产需求，基本满足了农业生产需要。受资源条件限制，我国合成氨生产原料，以煤为主，以天然气为辅，而采用煤种适应性较好的大型气化技术的合成氨产能将逐步增加。预计未来几年我国农业用氨需求增长率约2%左右，工业用氨需求增长率约5%左右。预计2012国内合成氨总需求量约5500万吨，2015年达到5900万吨，总体供求形势基本平衡。全球从项目建设情况来看，到2013年全球将有55套大型合成氨装置投产，新增装置将使全球合成氨产能增加2400万吨。原料结构方面，新增的2400万吨合成氨中将有73%以天然气为原料，27%以煤炭为原料。据英国Fertecon公司预测，世界合成氨产量将以每年3.5%的增速继续增长，2012年将达到2.23亿吨。谢谢观看！COS氧硫化碳分子式：COS无色恶臭气体，易潮解，300℃分解为一氧化碳和硫。可被氢氧化钾迅速吸收而分解。