天然气制合成氨简介

合成氨工艺简介工艺危险特点：1 高温、高压使可燃气体爆炸极限扩宽，气体物料一旦过氧（亦称透氧），极易在设备和管道内发生爆炸。

2 高温、高压气体物料从设备管线泄露时会迅速膨胀与空气混合形成爆炸性混合物，遇到明火或因郜流速物料与裂（喷）口处摩擦产生静电火花引起着火和空间爆炸。

3 气体压缩机等转动设备在高温下运行会使润滑油挥发裂解，在附近管道内造成积炭，可导致积炭燃烧和爆炸。

4 高温、高压可加速设备金属材料发生蠕变、改变金相组织，还会加剧氢气、氮气对钢材的氢蚀和渗氮，加剧设备的疲劳腐蚀，使其机械强度减弱，引发物理爆炸。

5 液氨大规模事故性泄露会形成低温云团引起大范围人群中毒，遇明火还会发生空间爆炸。

合成氨指由氮和氢在高温高压和催化剂存在下直接合成氨，为一种基本无机化工流程。

现代化学工业中，氨是化肥工业和基本有机化工的主要原料。

工艺流程1 原料气制备（制备H2、CO、N2的粗原料气）1-1煤气化煤气化是用气化剂对煤或焦炭等固体燃料进行热加工，使其转变为可燃性气体的过程，简称造气。

气化剂主要是水蒸气、空气（或氧气）及它们的混合气体。

对于固体原料煤和焦炭，通常采用气化的方法制取合成气；空气煤气：以空气为气化剂制取的煤气，主要成分为N2和CO2。

合成氨生产中也称之为吹风气。

水煤气：以水蒸气为气化剂制得的煤气，主要成分H2和CO。

混合煤气：以空气和适量水蒸气为气化剂。

半水煤气：以适量空气和水蒸气做气化剂，所得气体组成符合([H2]+[CO])/[N2]=3.1~3.2的混合煤气，即合成氨的原料气。

1-1-1 以空气为气化剂-空气煤气，其主要成分为空气和二氧化碳C + O2 = CO2C + 1/2O2 = COC + CO2 = 2COCO + 1/2O2 = 2CO21-1-2 以水蒸气为气化剂-水煤气，其主要成分为氢气和一氧化碳。

C + H2O = CO + H2C + 2H2O = CO2 + 2H2CO + H2O = CO2 + H2C + 2H2 = CH41-1-3 间歇式生产半水煤气1-1-3-1固定床煤气发生炉右图为间歇式固定床煤气发生炉燃料层分区示意图。

在实验过程中，我发现自己在操 作细节和数据分析方面还有待提 高。
对未来学习和发展建议
深入学习合成氨相关知识
建议继续学习合成氨的先进技术和工艺，了解其在工业领域的应 用和发展趋势。
提高实验技能
通过更多的实验操作和实践，提高实验技能和数据分析能力。
拓展相关领域知识
建议学习化学工程、催化化学等相关领域知识，为未来的学习和工 作打下坚实基础。
节能减排技术研发和应用。
未来发展重点
03
未来合成氨产业的发展将更加注重技术创新和环保，推动产业
向绿色、低碳、循环方向发展。
未来发展趋势预测
产业升级与转型
随着环保要求的日益严格和能源结构的调整，合成氨产业将加快 升级与转型步伐，推动产业高质量发展。
技术创新与智能化
合成氨产业将继续加大技术创新力度，推动智能化技术在生产过 程中的应用，提高生产效率和产品质量。
反应热回收
利用合成反应产生的热量 预热原料气或产生蒸汽， 提高能量利用效率。
产品分离与回收
氨分离
废气处理
通过冷凝、分离等方法将合成反应生 成的氨从混合气中分离出来。
对废气进行净化处理，达到环保排放 标准后排放。
未反应气体回收
将未反应的氮气和氢气回收并重新压 缩，循环使用。
03
设备与操作管理
关键设备介绍
02
合成氨生产工艺流程
原料气制备
01
02
03
天然气转化
将天然气中的甲烷通过蒸 汽转化法转化为合成气（ 一氧化碳和氢气）。
煤气化
以煤为原料，通过气化剂 （氧气、水蒸气等）在高 温下与煤反应，生成合成 气。
重油部分氧化
重油在高温和氧气的作用 下发生部分氧化反应，生 成合成气。

一、天然气制合成氨
② 天然气蒸气转化制合成气 天然气蒸汽转化是指以水蒸气将CH4转化为CO与H2，属吸热 反应，所得合成气将有较高的氢碳比。在天然气蒸汽转化过程
中发生的主要反应有：
CH4 + H2O = CO + 3H2 - 206kJ/mol CH4 + 2H2O = CO2 + 4H2 - 165kJ/mol
二、天然气制甲醇及其它含氧化合物
（3）天然气制甲醇的生产工艺 按照操作压力的不同，可将天然气制甲醇工艺分为高压、 中压及低压合成工艺。
相比之下，低压法甲醇合成工艺的投资及能耗等技术经济 指标均显著优于高压法，故目前高压法在新建装置中已不再采 用。中压法与低压法相比，由于提高了压力，甲醇合成效率也 得到显著提高。
二、天然气制甲醇及其它含氧化合物
② 甲醛的制备 甲醛具有广泛的用途，可用于制造多种高分子材料，在农药、 医药、香料及缓效肥料方面也有广泛的应用。
甲醇以空气中的氧化可生成甲醛：
2CH3OH + O2→CH2O + H2O 在空气不足时甲醇也可脱氢生成甲醛： CH3OH →CH2O + H2 依据上述反应，形成了甲醛过量的银法工艺与空气过量的
目前，天然气制甲醇工艺总的发展趋势是是由高压向低、 中压发展。下面对中、低压合成工艺进行简单介绍。
二、天然气制甲醇及其它含氧化合物
① 低压合成工艺 低压工艺中以英国的ICI工艺和德国的Lurgi工艺为代表。目 前，采用ICI技术生产的甲醇约占世界甲醇产量的60%，Lurgi
工艺展20%。
Ⅰ) ICI低压合成工艺 该工艺是英国ICl公司在1966年研究成功的。工艺流程图如 图1所示。ICI低压合成工艺是第一个工业化的低压合成工艺， 在甲醇工业的发展中具有重要的意义。该工艺具有合成压力低、 能耗低、系统简单等优点，相对于高压法工艺是一个巨大的技 术进步。

天然气制合成氨工艺技术天然气制合成氨是一种重要的工业化学过程，它将天然气中的氨合成为氨气。

这一过程主要应用于肥料生产、合成纤维、涂料和医药等领域。

天然气制合成氨工艺技术主要包括气体净化、氨合成和气体分离三个步骤。

首先是气体净化。

天然气中含有一定的杂质，如二氧化碳、硫化物、水蒸气等，这些杂质会影响氨合成反应的效果。

因此，需要对天然气进行脱碳、脱硫和脱水处理。

脱碳通过吸收剂吸收二氧化碳，脱硫则使用吸收剂吸收硫化物，而脱水则通过冷凝和吸附等方法去除水蒸气。

接下来是氨合成反应。

氨合成反应是将水蒸气和氢气与合成气体（由天然气和空气混合得到）在催化剂的作用下反应生成氨气。

这个反应的催化剂通常是铁、钴或镍，也可以是一些复合催化剂。

合成气体在一定的温度和压力下通过催化剂之间的反应床进行氨合成反应。

反应过程中需要控制温度、压力和气体流量等参数，以提高反应效果和氨合成率。

最后是气体分离。

产生的气体混合物中除了含有合成氨和未反应的氧气、氮气和水蒸气外，还包含一些不利于以氨气为产品的成分，如甲烷、二氧化碳、氮气等。

因此，需要对气体进行分离和纯化，以使得最终得到的产品达到所需的纯度要求。

常用的气体分离方法有吸附分离、膜分离和冷却分离等。

分离后的氨气可以进一步被压缩、液化或制成氮酸铵等形式，以便于储存和运输。

天然气制合成氨工艺技术的发展和应用有助于提高氨制品的产量和质量，同时降低了能源消耗和环境污染。

目前，一些新型的催化剂和工艺技术正在被研究和应用，以进一步优化氨合成反应的效果并提高生产效率。

总之，天然气制合成氨工艺技术是一项重要的化学工程技术，它能够使得天然气资源得到充分利用，并满足人们对氨气的需求。

随着科技的进步，相信天然气制合成氨工艺技术将会继续发展壮大，为人们的生活和工业生产带来更多的便利和效益。

合成氨指由氮和氢在高温高压和催化剂存在下直接合成的氨。

世界上的氨除少量从焦炉气中回收副产外，绝大部分是合成的氨。

合成氨主要用作化肥、冷冻剂和化工原料。

生产方法生产合成氨的主要原料有天然气、石脑油、重质油和煤（或焦炭）等。

①天然气制氨。

天然气先经脱硫，然后通过二次转化，再分别经过一氧化碳变换、二氧化碳脱除等工序，得到的氮氢混合气，其中尚含有一氧化碳和二氧化碳约0.1％～0.3％（体积），经甲烷化作用除去后，制得氢氮摩尔比为3的纯净气，经压缩机压缩而进入氨合成回路，制得产品氨。

以石脑油为原料的合成氨生产流程与此流程相似。

②重质油制氨。

重质油包括各种深度加工所得的渣油，可用部分氧化法制得合成氨原料气，生产过程比天然气蒸气转化法简单，但需要有空气分离装置。

空气分离装置制得的氧用于重质油气化，氮作为氨合成原料外，液态氮还用作脱除一氧化碳、甲烷及氩的洗涤剂。

③煤（焦炭）制氨。

随着石油化工和天然气化工的发展，以煤（焦炭）为原料制取氨的方式在世界上已很少采用。

用途氨主要用于制造氮肥和复合肥料，氨作为工业原料和氨化饲料，用量约占世界产量的12％。

硝酸、各种含氮的无机盐及有机中间体、磺胺药、聚氨酯、聚酰胺纤维和丁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、卡车运合成氨是以碳氨为主要原料, 我司可承包的合成氨生成成套项目, 规模有4×104 吨/年, 6×104 吨/年, 10×104 吨/年, 30×104 吨/年, 其产品质量符合中国国家标准.合成氨的主要工艺过程有哪些？各过程的作用是什么？第一步是原料气的制备。

采用合成法生产氨，首先必须制备含氢和氮的原料气。

天然气合成氨流程图的简介The process of synthesizing ammonia from natural gas involves several key steps that are essential for ensuring a high level of efficiency and productivity. 天然气合成氨的过程涉及几个关键步骤，这些步骤对于确保高效率和生产力至关重要。

First and foremost, the raw material, natural gas, is subjected to a process known as steam reforming. Natural gas contains methane, and during steam reforming, it is reacted with steam at high temperatures to produce a mixture of hydrogen and carbon monoxide. 首先，原材料天然气经过一种称为蒸汽重整的过程。

天然气含有甲烷，在蒸汽重整过程中，它会在高温下与蒸汽反应，产生氢和一氧化碳的混合物。

Following steam reforming, the resulting mixture of hydrogen and carbon monoxide is then subjected to a process called the shift reaction. During this stage, the mixture is reacted with steam to convert the carbon monoxide into carbon dioxide and to increase the concentration of hydrogen. 在蒸汽重整后，产生的氢和一氧化碳的混合物随后要经过一种称为转移反应的过程。

合成氨生产是一个复杂的过程，包括三个主要阶段：原料气制备、净化、氨的合成。

以下是每个阶段的详细描述：一、原料气制备合成氨生产的第一步是制备原料气，即氮气和氢气的混合气体。

这个过程通常使用天然气或煤作为原料。

天然气蒸汽转化法：天然气的主要成分是甲烷，通过蒸汽转化反应，甲烷与水蒸气在催化剂的作用下反应生成一氧化碳和氢气。

然后，一氧化碳通过变换反应转化为二氧化碳，氢气则被回收利用。

煤为原料：以煤为原料时，首先通过气化炉将煤转化为煤气，煤气中含有大量的氢气和一氧化碳。

然后，一氧化碳通过变换反应转化为二氧化碳，氢气则被回收利用。

二、净化在合成氨生产中，原料气需要经过净化处理，以除去其中的杂质。

脱硫：硫化物是原料气中的主要杂质之一，必须将其除去。

通常使用催化剂或化学吸收剂将硫化物转化为硫化氢，然后通过酸碱洗涤法将其除去。

脱碳：一氧化碳是原料气中的另一种杂质，它会对氨的合成反应产生不利影响。

通过使用催化剂或化学吸收剂将一氧化碳转化为二氧化碳，然后通过碱洗法将其除去。

氢气提纯：经过脱硫和脱碳处理后，原料气中的氢气纯度仍然不够高。

因此，需要进行氢气提纯，通常使用变压吸附或低温分离等方法将氢气纯度提高到99%以上。

三、氨的合成经过净化的原料气进入氨的合成阶段。

合成反应：在高温高压下，氮气和氢气在催化剂的作用下反应生成氨气和水蒸气。

这个反应是放热反应，需要控制温度和压力以确保反应的顺利进行。

气体分离：合成反应完成后，气体混合物需要进行分离。

通常使用冷凝法将水蒸气冷凝成液体水，然后通过蒸馏法将氨气从气体中分离出来。

氨的精制：经过气体分离后得到的氨气可能含有其他杂质，如硫化氢、二氧化碳等。

因此，需要进行氨的精制，通常使用化学吸收法或物理吸附法将杂质除去，以提高氨的纯度。

产品储存和运输：经过精制后的氨可以储存在专门的储罐中，也可以通过管道输送到下游用户。

在储存和运输过程中，需要注意安全措施，防止泄漏和事故发生。

总之，合成氨生产是一个复杂的过程，包括原料气制备、净化和氨的合成三个主要阶段。

未来发展趋势预测
绿色低碳发展
随着环保意识的提高，未来合成氨产业将更加注重绿色低碳发展 ，推动清洁能源和可再生能源的应用。
技术创新加速
技术创新将成为合成氨产业发展的重要驱动力，推动产业不断升 级和转型。
国际化合作加强
随着全球化进程的加速，国内外合成氨企业之间的合作将进一步 加强，推动产业协同发展。
06
控制策略
为了实现精确的温度和压力控制，可以采用先进的控制策略，如PID控制、模糊控制和神 经网络控制等。这些控制策略可以根据实时监测数据进行实时调整，提高合成氨生产的稳 定性和效率。
04
生产过程中环境影响 及治理措施
废气排放及处理
废气来源
合成氨生产过程中产生的废气主 要包括氨气、氮气、氢气等。
废气处理
THANK YOU
作用
合成氨是农业生产中重要的氮肥 来源，也是工业领域的重要原料 ，用于生产各种含氮化学品，如 硝酸、尿素等。
化学反应方程式
原料与产品
原料
合成氨的主要原料是氮气和氢气。氮气来自空气，氢气则通 常通过天然气、石脑油、重油等烃类原料与水蒸气在高温下 进行催化反应制得。
产品
合成氨的产品主要是液氨和氨水。液氨是将氨气冷却至其液 化温度以下得到的液体，而氨水则是将氨气溶于水得到的溶 液。这些产品广泛应用于农业、化工、医药等领域。
针对不同类型的废气，采取相应 的处理措施，如氨气可采用水洗 、酸洗等方法进行处理，氮气和 氢气则可通过燃烧或回收等方式
进行处理。
排放控制
加强废气排放的监测和控制，确 保废气排放符合国家和地方的环
保标准。
废水治理技术
废水来源
合成氨生产过程中产生的废水主要包括冷却水、洗涤水、 工艺废水等。

1. 蒸汽转化反应的基本原理
天然气的主要成分为甲烷，约占90%以上，研究天然气蒸汽转化原理可以甲烷为例来进行。
甲烷蒸汽转化反应为一复杂的反应体
系，但主要是蒸汽转化反应和一氧化碳的变换反应。
主反应：
c. 采用空气与水蒸气的混合物烧炭。首先停止送入原料烃，在蒸汽中加入少量的空气，送入催化剂床层进行烧炭，催化剂层温度控制在700℃以上，大约经过8h即可将炭黑除去。
三、 工艺条件的选择
1. 压力
由于转化反应的化学平衡可知，甲烷蒸汽转化反应宜在较低压力下进行。但目前行业上均采用加压蒸汽转化，一般压力控制在3.5~4.0MPa，最高达5.0MPa。
CH4+H2O===CO+3H2
CH4+2H2O===CO2+4H2
CH4+CO2===2CO+2H2
CH4+2CO2===3CO+H2+H2O
CH4+3CO2===4CO+2H2O
CO+H2O===CO2+H2
副反应：
CH4===C+2H2
2CO===C+CO2
CO+H2===C+H2O
以天然气制取氢气具有如下特点：
1) 天然气既是原料气也是燃料气无需运输，且能耗低、消耗低、成本最低，适合于较大规模的制氢。
2) 自动化程度高、安全性能高。 Nhomakorabea3) 与煤造气比占地面积小，无污染、无废渣、环保性能好。
天然气与煤炭、石油并称目前世界能源的三大支柱。天然气的蕴藏量和开采量都很大。随着世界经济的发展，石油危机的冲击和煤、石油所带来的环境污染问题的日益严重，能源结构是必将逐步发生变化。因此以天然气为原料的，制取合成氨原料气必将成为一种很重要的途径。

以气态烃为原料，不论采用哪种生产方法所制取得的半水煤气，都应该满足以下要求：
a. （CO+H2）/N2=(3.1~3.2):1
b. CH4残余量<0.5%
c. O2残余量<0.2%
d. 炭黑含量<10mg/m3
e. 不饱和碳氢化合物为痕量
二、 天然气蒸汽转化的基本原理
1. 蒸汽转化反应的基本原理
4. 影响析炭反应的因素
副反应的产物炭黑覆盖在催化剂表面，会堵住催化剂的微孔，降低催化剂的活性，增加床层阻力，影响生产力。
在甲烷蒸汽转化反应中影响析炭的主要因素如下：
a. 转化反应温度越高，烃类裂解析炭的可能性越大。
b. 水蒸气用量增加，析炭的可能性越小，并且已经析出的炭黑也会与过量的水蒸气反应而除去，在一定的条件下，水碳比降低则容易发生析炭现象。
三、 工艺条件的选择
1. 压力
由于转化反应的化学平衡可知，甲烷蒸汽转化反应宜在较低压力下进行。但目前行业上均采用加压蒸汽转化，一般压力控制在3.5~4.0MPa，最高达5.0MPa。
2. 温度
一段转化炉出口温度是决定转化气从出口组成的主要因素，提高温度和水碳比，可降低残余的甲烷含量。为了降低蒸汽消耗，可通过降低一段转化炉的水碳比但要保持残余甲烷含量不变，则必须提高温度。而温度对转化炉的炉管使用寿命影响很大，温度过高，炉管使用寿命缩短。因此在可能的条件下，转化炉的出口温度不宜太高，如大型氨厂压力为3.2MPa时，出口温度控制在800℃。
二段转化炉出口温度在二段压力、水碳比和出口残余甲烷含量确定后，即可确定下来。
3. 水炭比
水碳比是转化炉进口气体中，水蒸气与含烃原料中碳物质量之比，它是原料气的组成因素，在操作变量中最容易改变。提高进入转化系统的水碳比，不仅有利于降低甲烷的平衡含量，也有利于提高反应速率，还可以防止析炭反应的发生。但水碳比过高，一段转化炉蒸汽用量将会增加，系统阻力也将增大，导致能耗增加。因此水碳比的确定应当综合考虑。目前节能性的合成氨流程中蒸汽转化的水碳比一般控制在2.5~2.75。.

合成氨工艺及反应原理简介合成氨工艺采用烃类蒸汽转化法。

天然气经加压至4.05MPa，经预热升温在脱硫工序脱硫后，与水蒸汽混合，进入一段转化炉进行转化制H2，随后进入二段转化炉，在此引入空气，转化气在炉内燃烧放出热量，供进一步转化，同时获得N2。

工艺气经余热回收后，进入变换系统，将CO变为CO2，随后经脱碳、甲烷化反应除去CO和CO2，分离出的CO2送往尿素工艺。

工艺气进入分子筛系统除去少量水份，为合成氨提供纯净的氢氮混合气。

氢氮混合气经压缩至14MPa，送入合成塔进行合成氨的循环反应，少量惰性气体经过普里森系统分离进行回收利用。

产品氨送往尿素工艺和氨罐保存。

合成氨工艺的5个过程：1、天然气脱硫：R-SH+H2＝RH+H2S H2S+ZnO＝H2O(汽)+ZnS2、转化CH4+H20(汽)＝CO+3H2 CH4+2H2O(汽)＝CO2+4H2 （H2+ 1/2 O2＝H2O）3、变换：CO+H2O(汽)＝CO2+H24、脱碳：1）K2CO3＋CO2＋H2O⇔2KHCO32KHCO3⇔K2CO3＋CO2＋H2O2）甲烷化：CO+3H2＝CH4+H2O CO2+4H2＝CH4+2H2O5、N2＋3H2＝2NH31 脱硫系统工艺流程及原理1.1流程天然气进入界区后分为两路：一路作原料气，另一路作燃料气。

原料天然气进入原料气压缩机吸入罐116-F，除去携带的液体，经过原料气压缩机102-J被压缩到4.05MPa(G)，经过原料气预热盘管预热到399℃，接着原料气与来自合成气压缩机103-J一段的富氢气混合。

经过Co-Mo加氢器101-D把有机硫转换成H2S，将3 ml/m3的有机硫转化为无机硫，原料气中总硫为30～90ml/m3左右，经氧化锌脱硫槽脱硫至总硫小于0.5mg/m3。

随后进入氧化锌脱硫槽，天然气中的硫化物被ZnO所吸附，制得合格原料气。

ZnO脱硫槽共二个，可以串联或并联操作，一般串联操作。

阀门及管线的配置可以使任何一个脱硫槽停止使用而另一个继续运转。

• （2）、固定层间歇法制半水煤气各工艺循环的作用 • 吹风：以空气为气化剂，空气自下而上通过燃料层，目的是通过C与 O2的化学反应，放出热量，并贮存于燃料层中，为制气阶段提供热量。 • 回收：吹风后期，空气自下而上，通过燃料层，氧气燃烧后，回收氮 气到气柜，控制H2/N2比。 • 上吹制气：以蒸汽（或配少量空气）为气化剂，自下而上通过燃料层， 燃料中的C与水蒸汽反应，生成半水煤气。这个过程加入空气并不单 纯为了提高温度，主要是为了配入适量N2，以满足原料气H2/N2比要 求，即所谓“上吹加氮”。 • 下吹制气：上吹制气后，蒸汽改变进入燃料层的方向，自上而下通过 燃料层生产水煤气，以保持气化层的位置和温度稳定在一定区域内。 • 二次上吹：下吹制气后，蒸汽改变方向，自下而上通过燃料层，即生 产水煤气，又能排净炉底残留的半水煤气，为空气通过燃料层创造安 全条件。 • 空气吹净：空气自下而上通过燃料层，生产空气煤气，将原来炉上部 残留的水煤气一并送入气柜。
3、流程图
一入
压缩一段来气体 油分离器 活性炭滤油器
二出 一入 二出
三入 一出
二出 二入 一出
二入
饱和热水塔
一出 二入
一入
热交预腐蚀器
二入
电炉
一入
淬冷 器
一出
二出
变换炉
三出
热水换热器 变换气去变脱
变换气冷却 分离器
软水换热器
四、变换气脱硫
• 1、生产原理 • 将变换气中的硫化物（H2S）用碱液法气液相逆向接触 吸收，达到净化变换气的目的。净化后的变换气硫化物含 量在20mg/m3以下，吸收后碱液经氧化再生（催化剂作用 下），析出单质硫，碱液得到再生，循环使用，硫泡沫送 去硫回收岗位处理。 • 吸收反应：Na2CO3 + H2S = NaHS + NaHCO3 • COS + 2Na2CO3 + H2O =Na2CO2S + 2NaHCO3 • Na2CO3 + CO2 + H2O = NaHCO3 • 再生反应：NaHS + 1/2O2 = NaOH+S↓ • NaHCO3 + NaOH = Na2CO3 + H2O • 2Na2CO2S + O 2 = Na2CO3 + 2S↓

天然气制合成氨反应方程式天然气制合成氨是一种重要的化学反应过程，其反应方程式可以用如下的化学式表示：CH4 + 2NH3 ⇌ HCN + 3H2在这个反应中，天然气（CH4）和氨气（NH3）经过催化剂的作用，生成氰气（HCN）和氢气（H2）。

这个反应过程是以平衡状态进行的，反应物和生成物之间会相互转化。

天然气制合成氨反应是一种重要的工业过程，主要用于生产氨气，氨气在农业、化工、医药等领域有广泛的应用。

下面将对天然气制合成氨的反应过程进行详细解释，并符合标题中心扩展。

1. 反应机理和催化剂天然气制合成氨的反应机理较为复杂，涉及多个中间产物和反应路径。

其中最重要的步骤是气相中氮气（N2）的活化和氢气（H2）与活化的氮气的结合。

这个步骤是一个高度能量消耗的过程，需要催化剂的作用来加速反应速率。

工业上常用的催化剂是铁（Fe）基的催化剂，通常以铁锈为原料。

这种催化剂具有活性较高、稳定性较好的特点，能够在较低的温度和压力条件下进行反应。

2. 反应条件天然气制合成氨的反应条件包括温度、压力和催化剂的选择。

一般来说，反应温度在350-550摄氏度之间，压力在20-30兆帕斯卡（MPa）之间。

这些条件可以使反应达到较高的转化率和选择性。

3. 反应过程在反应过程中，天然气和氨气首先被引入反应器中，然后经过催化剂的催化作用，发生气相中氮气的活化和结合反应。

这个过程需要一定的能量输入，通常通过加热提供。

反应器中的反应物和生成物通过热交换器进行冷却，并进一步经过分离器进行分离。

其中，氨气是轻质气体，可以通过升空塔进行分离，而氢气则可以通过压缩装置进行回收利用。

4. 反应效果和应用天然气制合成氨反应的效果可以通过反应物和生成物的转化率和选择性来评价。

转化率是指反应物转化为生成物的百分比，而选择性是指生成物在反应物中所占的比例。

天然气制合成氨广泛应用于农业领域，用于制造化肥和农药。

此外，氨气还可以用于金属加工、半导体制造和环境保护等领域。

第2章 天然气制合成 氨
2.1 概述
2.2 天然气制合成氨的技术概况 2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展 2.4 天然气制合成氨技术新动向
2.5 我国天然气制合成氨研究、开发、 生产、消费现状
2.1 概述 氨
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第2章 天然气制合成氨
2.1 概述
2.1.1全球合成氨（氮肥）工业发展历程
2.2.7.4 氨的分离 冷凝分离法
水冷 氨冷
冷凝分离氨的能耗 限制合成压力进一步降低
20~30MPa 7~10% 2~4%
0℃以下
15MPa
2% -23℃
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第2章 天然气制合成氨
2.2 天然气制合成氨的技术概况
2.2.8 合成氨弛放气的回收利用
维持系统组成稳定
防止惰气累积
两段转化
蒸汽转化 不完全燃烧
2.2.2.1工艺条件
压力
热力学 装置能耗
低压 高压
关键 较高压力
温度
反应 装置能耗
>1000℃ 炉管材质
两段转化
790~820℃ 1200℃
水碳比
反应速度及防析碳 装置能耗Biblioteka 高适宜值低
催化剂
2019/11/26
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第2章 天然气制合成氨
2.2 天然气制合成氨的技术概况
2.2.2.2 催化剂
①对转化反应具有高的活性； ②选择性好； ③优良的几何形状； ④要有足够的使用寿命
蒸汽转化催化剂
镍
难熔耐火氧化物
2019/11/26
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第2章 天然气制合成氨
2.2 天然气制合成氨的技术概况
2.2.2.3转化炉 一段转化炉

天然气合成氨生产工艺
天然气合成氨是一种重要的工业化学过程，其生产工艺主要包括天然气预处理、空分设备、合成气制备、合成氨反应和氨制气等环节。

天然气预处理是将原始天然气经过脱硫、脱水等处理，去除其中的有害组分和杂质。

具体的预处理工艺根据天然气的成分和性质不同而有所差异。

接下来是空分设备，其目的是将空气分离为氧气和氮气。

通常采用的是膜分离、吸附分离或液氧分离等技术，以获取高纯度的氧气和氮气。

合成气制备是将天然气和空气按照一定比例混合后，在催化剂的作用下进行反应，生成合成气（主要是一氧化碳和氢气）。

这个工艺可以采用蒸汽重整、部分氧化和自热变换等方法进行。

合成氨反应是将合成气经过催化剂床层，在高温高压下进行合成氨反应。

常用的催化剂是铁-铬催化剂，反应温度一般在
350-550摄氏度之间，压力在100-300大气压。

最后是氨制气环节，主要是对产生的反应废气进行处理，从中回收未反应的合成气以及氨气。

通过冷却、净化和压缩等过程，将废气中的氨气进行回收利用，同时对废气中的副产物和杂质进行处理。

整个天然气合成氨的生产工艺需要严格的控制参数和条件，以
确保工艺的稳定性和高效性。

同时，对反应器、催化剂和设备等方面的选型和设计也非常重要。

总之，天然气合成氨的生产工艺是一个复杂的过程，需要充分考虑原料处理、气体分离、反应催化和气体处理等环节，以确保高效和可靠的生产。

同时，还需要保证工艺的安全和环保性，以满足市场需求和社会环境要求。

以天然气为原料的合成氨工艺天然气，这个大自然的馈赠，不仅可以供暖供燃料，还可以变身为合成氨的原料！是不是听起来就很神奇！合成氨工艺，就是利用天然气中的氮气和氢气，通过一系列反应，合成出氨气。

下面就让我来为你揭开这个神秘的面纱吧！1. 天然气中的氮气和氢气是合成氨的最佳小伙伴。

氮气大概占据天然气的四分之三，而氢气则是剩下的一部分。

所以，这两个小伙伴一旦相遇，就能发生化学反应啦！而这个反应可不是一蹴而就的，是需要一个叫做催化剂的帮手来加快速度的。

就好像是一对行动派的情侣，催化剂就像是搭档一样，相互配合，促进反应进行。

1.1 催化剂，就像一把魔法杖一样，能够让反应变得更加神速。

它既不是消耗品，也不是反应物，而是一个神秘的存在，可以让氮气和氢气之间的化学键得到打破，从而合成出氨气。

在这个过程中，催化剂扮演着至关重要的角色，就好比是情侣之间的红线，让两个人的关系更加紧密。

1.2 当氮气和氢气经过催化剂的帮助，发生了神奇的变化，合成氨气就产生了。

这个过程就像是一场化学魔法表演，让人不禁惊叹大自然的神奇！合成氨气被广泛应用于农业领域，作为化肥的原料，可以帮助作物生长，增加产量。

简直就是大自然送给农民们的一份珍贵礼物。

2. 合成氨的工艺过程看似简单，但其中却蕴含着无限的奥秘。

从天然气中提取氮气和氢气，再经过催化剂的引导，最终合成出氨气，这一切都需要精密的控制和操作。

就好比是做一道菜，需要掌握火候和调味。

2.1 每一个生产合成氨的工厂，都如同一个巨大的烹饪工坊，工人们在其中如同厨师一般，精心烹饪着每一滴氨气的制作过程。

他们需要时刻监控反应的温度、压力和流速，确保反应能够顺利进行。

就好像是烹饪中的火候把握，一不小心就会让菜肴功亏一篑。

2.2 而合成氨工艺中最神奇的地方在于，它能够将天然气中的氮气和氢气充分利用，将看似废弃的资源转化为妙不可言的氨气。

这种工艺不仅可以减少资源的浪费，还可以为农业生产提供更多的支持。

简直就是把“废”变“宝”，让人感慨大自然的鬼斧神工！3. 合成氨工艺，就像是大自然的一场魔术表演，让人目瞪口呆。

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2.1 概述
天 然 气 综 合 利 用 技 术
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2.2 天然气制合成氨的技术概况
天 然 气 综 合 利 用 技 术
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2.2 天然气制合成氨的技术概况
天
然 气
2.2.1天然气精脱硫
综 硫化物脱除至0.5×10-6，甚至0.1×10-6。
合 利
2.2.1.1中温氧化锌精脱硫
热效率≈100%
废热锅炉 高压蒸汽过热器
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50
2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展
天
然 气
中变炉
440℃
综 合
降温
原料空气预热器 锅炉给水预热器
利 用
低变炉 233℃
2.91MPa
CO 0.5%
技 术
脱除CO2 甲烷化 CO+CO2 < 10×10-6
脱除氨、残余CO2和水分 深冷净化装置
技 术
降低能耗，单程转化率高
优点 催化剂寿命长
合成氨可在较温和条件下操作
降低成本可，节能
提高合成系统的生产能力
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2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展
天 然 气 综 合 利 用 技 术
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2.3 天然气制合成氨生产技术应用及进展
天
然
气 ③ KRES合成气生产新工艺
综
合
采用换热式转化炉代替原有一段加
天
然 气
2.2.5.2 Braun深冷净化
综 合合成气
利
分子筛脱水
深冷净化
用
技
术
压缩
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