合成氨生产技术(第二版)第六章精炼

合成氨生产工艺合成氨生产原理：氨是一种重要的化工原料，特别是生产化肥的原料，它是由氢和氮合成。

合成氨工业是氮肥工业的基础。

为了生产氨，一般均以各种燃料为原料。

首先，制成含H2和CO等组分的煤气，然后，采用各种净化方法，除去气体中的灰尘、H2S、有机硫化物、CO、CO2等有害杂质，以获得符合氨合成要求的洁净的1：3的氮氢混合气，最后，氮氢混合气经过压缩至15Mpa以上，借助催化剂合成氨。

1、合成氨生产工艺介绍造气实质上是碳与氧气和蒸汽的反应，主要过程为吹风和制气。

具体分为吹风、上吹、下吹、二次上吹和空气吹净五个阶段。

原料煤间歇送入固定层煤气发生炉内，先鼓入空气，提高炉温，然后加入水蒸气与加氮空气进行制气。

所制的半水煤气进入洗涤塔进行除尘降温，最后送入半水煤气气柜。

造气工艺流程示意图2、脱硫工段煤中的硫在造气过程中大多以H2S的形式进入气相，它不仅会腐蚀工艺管道和设备，而且会使变换催化剂和合成催化剂中毒，因此脱硫工段的主要目的就是利用DDS脱硫剂脱出气体中的硫。

气柜中的半水煤气经过静电除焦、罗茨风机增压冷却降温后进入半水煤气脱硫塔，脱除硫化氢后经过二次除焦、清洗降温送往压缩机一段入口。

脱硫液再生后循环使用。

脱硫工艺流程图3、变换工段变换工段的主要任务是将半水煤气中的CO在催化剂的作用下与水蒸气发生放热反应，生成CO2和H2。

河南中科化工有限责任公司采用的是中变串低变工艺流程。

经过两段压缩后的半水煤气进入饱和塔升温增湿，并补充蒸汽后，经水分离器、预腐蚀器、热交换器升温后进入中变炉回收热量并降温后，进入低变炉，反应后的工艺气体经回收热量和冷却降温后作为变换气送往压缩机三段入口。

变换工艺流程图4、变换气脱硫与脱碳经变换后，气体中的有机硫转化为H2S，需要进行二次脱硫，使气体中的硫含量在25mg/m3。

脱碳的主要任务是将变换气中的CO2脱除，对气体进行净化，河南中科化工有限责任公司采用变压吸附脱碳工艺。

来自变换工段压力约为1.3MPa左右的变换气，进入水分离器，分离出来的水排到地沟。

接下去的中温变换和低温变换（简称中变和低变），各自在不同的温度下使气体中的CO与水蒸气反应，生成等量的CO2和H2,从而提供了更多的作为合成氨原料的氢气。这个反应叫做变换反应。 以上转化工序和变换工序构成了合成氨装置的造气系统，制出了合成氨所用的粗原料气，主要成分是H2和CO2
4.整个装置的各个工序构成一个有机的整体，而不是过去那样分或几个多少互相独立的车间或工段。任何一个局部工序的变化都会影响到全局，再加上关键设备系单系列的，某一个工序的事故均有可能导致全厂停车。因此，本装置对于操作人员的管理水平和责任性，以及生产控制的自动化程度，都提出了更高的要求。5.本装置对空分的依赖性特别强，本装置所需的氧气、氮气、仪表空气等都需要由空分提供。因此，保持空分正常生产时保证合成氨装置“安、稳、长、伏、满”运行的重要条件。
三、合成氨的生产过程1、包括三个主要步骤 ⑴造气 ⑵净化 ⑶合成2、氨合成化学反应式： 3H2+N2 = 2NH3 无论以煤、天然气、轻油等为原料，制备的粗合成气都必须要经过净化，除去H2、N2外的其他杂质气体，获得纯净的氢氮混合气。
粗原料气进入脱碳工序，在这里用一种MDEA溶液把气体中的CO2吸收掉，随后又使溶液加热并减压，把CO2释放出作为副产品。溶液循环使用。 来自脱碳的工艺气，首先按氢氮比约为3：1配入来自空分的氮气，然后进入甲烷化工序，把工艺气中残余的少量CO2和CO经甲烷化反应变成水蒸气和CH4。水蒸气经过冷凝排出，而CH4对后续工序是无害的惰性气体。 脱碳和甲烷化合称净化，即把粗原料气净化为合成氨所需要的纯净的氢氮混合气。
讲课内容目录
第一部分 合成氨生产工艺流程和操作原理简介第二部分 合成氨装置化工试车第三部分 合成氨装置原始开车
第一部分
合成氨生产工艺流程和操作原理简介

合
成 氨
任务二 原料气的制备
一、固体燃料气化法
几个概念： 气化剂 煤气 空气煤气 水煤气 混合煤气 半水煤气
合
成
任务二 原料气的制备
氨
1. 固定床间歇气化法
工作循环五个阶段：
①吹风阶段 ②蒸汽一次上吹 ③蒸汽下吹 ④蒸汽二次上吹 ⑤空气吹净
固定床间歇式气化煤气制取工艺对煤种要求苛刻，仅 适用优质无烟煤和冶金焦，而且产气量低、总能耗高； 间歇法是目前我国中、小型合成氨厂广泛采用的气化 方法
➢ 烃类主要是天然气、石脑油和重油。重油一般采 用部分氧化法，天然气和石脑油一般采用蒸汽转 化法。石脑油的蒸汽转化原理与天然气蒸汽转化 原理相近。
合
成
任务二 原料气的制备
氨1、烃类蒸气转化法的化学反应
天然气的主要成分为CH4，以天然气为原料的蒸汽转化反应为： （1）一段转化反应
C H 4 + H 2 O ( g ) C O + 3 H 2 Δr H m =206 kJ/mol
合
成
任务二 原料气的制备
氨 2.气流床连续气化法
被誉称为“第三代煤气化炉”的德士古造气技 术，是当代国际上最富有竞争力的气流床连续气化 法的一种。
德士古煤气化法原料煤种广泛，可利用劣质煤， 只要灰熔点较低即可，碳转化率为98.5%~99.5%， 且炉内耐火材料可以连续使用2年。该法气化强度高， 可直接获得低含量烃（甲烷含量<0.1％）的原料气， 无需加入蒸汽，不足之处是由于入炉水分大，氧耗 较高。因此比较适合有廉价低灰熔点煤种的地区。
•
CO(g) + H2O(g) = CO2(g) + H2(g)
• 但要完成这一工业过程，必须对可能发生

第一篇压缩工艺操作规程在合成氨的过程中，原料气的净化和氨的合成都要在一定的压力下进行，所以需用压缩机将原料气逐级压缩至各工艺要求之压力，送至各有关工序。

由于合成氨的生产流程不同，对压缩工序的流程和压力要求也不一样。

我厂现有M8、H16、MH三种机型，压缩级数为六级、七级压缩压缩两种形式的活塞式压缩机共14台。

第一章工艺原理第一节岗位任务将脱硫工段、变换工段、脱碳工段、铜洗工段的气体，分别加压达到工艺指标所规定的相应压力，输送到有关工段使用。

第二节基本原理1 活塞式压缩机工作原理驱动机通过皮带轮、联轴器或变速箱等将曲轴的旋转运动变为活塞的往复运动，在气缸内达到压缩气体的目的。

它的工作过程包括膨胀、吸气、压缩、排气四个过程。

1 .1 压缩过程图—1所示是一单动压缩机，这种压缩机当活塞在气缸中往复一次，只有一次吸气过程和排气过程。

其压缩气体的过程共分为三步即：1、吸入2、压缩3、压出。

现将三者分述如下： （1） 吸入——当活塞2向左移动时（见图1），缸内体积增大，压力下降，当压力下降到稍小于进气管的气体压力时，则进口管中的气体便顶开进气阀3的弹簧进入气缸，并随着活塞的向左移动继续进入缸内，至到活塞移至左边的末端为止。

（2）压缩——当活塞调转方向向右移动时，缸内体积开始缩小，压力也随之上升。

由于进气阀3有止逆作用，故缸内气体不能倒入进气管中，同时，因出口管内气体的压力又高于气缸内部的气体压力，则缸内的气体也无法从排气阀4流出缸外，而出口管中的气体又因排气阀的止逆作用，也不能流回缸内。

此时缸内的气体量保持一定。

只因活塞继续向右移动，缩小了缸内的容气空间，便使气体的压力升高了。

14 排气伐3 进气伐单动的气缸简图2 活塞1 气缸图1423（3） 压出——由于活塞右移压缩了缸中的气体，便提高了气体的压力。

当缸内的气体压力提高到稍大于出口管中的气体压力时，缸内气体便顶开排气阀的弹簧而压入出口管中，并继续压出到活塞移至到右边末端为止。