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合成氨几种原料气的净化工艺浅析摘要简述了铜洗、联醇、双甲、醇烃化等几种原料气净化的方法及其特点。
关键词合成氨原料气净化合成氨原料气的净化是生产中至关重要的工序，原料气微量(C0+C02)超高将导致氨合成催化剂中毒而无法运行，目前我国以煤为原料固定层气化的大多数中小氮肥厂采用铜洗法脱除微量(C0+C02)。
传统的铜洗法是一种较为落后的净化工艺，存在着设备多、工艺复杂、操作麻烦而物耗高，又是生产中的主要环境污染源等缺点。
随着耐硫低温变换催化剂的开发和精脱硫技术的发展，近期中小氮肥厂在原料气净化中相继出现各级压力的联产甲醇、甲烷化、双甲和醇烃化工艺替代铜洗净化，这些原料气净化工艺正逐渐完善和成熟，比传统铜洗法具有明显优势。
1 铜洗净化工艺的不足传统的铜洗净化工艺已在中小氮肥厂应用了几十年，现仍然继续在大多数厂中运行。
尽管铜洗净化在各厂运行效果不一，但普遍存在着许多不足。
1.1铜洗是合成氨生产事故的易发工序由于铜洗工艺流程长，设备多，铜液组分受各种因素的影响，各厂铜洗生产都出现过大小不同的事故。
许多厂都出现过微量(CO+CO2) 超高、铜塔带液、设备填料堵塞、铜液成分波动、铜比难调等问题，是事故易发工序。
1.2 铜洗法净化物耗高铜洗在气体净化过程中，铜液要补充氨、铜和酸，铜液在低温下吸收脱除微量而在高温下解吸再生，既消牦热量又消耗冷量(蒸汽和电)，铜液在净化过程吸收了(CO+CO2)，同时亦溶解了H2有效气体，即使设置了再生回收，仍然存在着气体的损失。
铜洗运行成本各厂水平不一物耗有所差异，但一般不低于50元/tNH3，甚至高达100元/tNH3以上。
1.3 铜洗是生产现场环境较差,污染多的工序铜洗现场的跑冒滴漏是管理难点。
铜液渗漏和再生气排放污染水体和大气，不利企业环保工作的提高。
2 联产甲醇减轻了铜洗净化的生产负荷目前已有相当多的中小氮肥厂于铜洗前增加了联产甲醇工艺，联醇生产不仅增加了企业化工产品，更为重要的是减轻了铜洗净化的负荷，变换和脱碳的生产亦相对变得宽松，其综合效益是明显的。
合成氨各工序工艺详细流程合成氨是一种重要的化工原料，广泛用于合成各类农药、肥料、化学品等。
下面将详细介绍合成氨的工序和流程。
合成氨的工艺主要分为三个步骤：气体净化、气体压缩和反应制氨。
1.气体净化：合成氨的原料气体主要有空气和甲烷。
在进入反应装置之前，需要进行气体净化处理。
空气首先经过过滤装置去除微小杂质、灰尘和固体颗粒物。
然后通过制冷装置降低气体温度，使其中的水蒸气凝结成液体，然后被排放。
甲烷通过碳分子筛吸附去除杂质。
这样可以保证反应装置中气体的纯度和稳定性。
2.气体压缩：经过气体净化后的空气和甲烷被分别压缩到一定压力，以满足反应器中的需求。
通常使用压缩机进行压缩，然后将压缩后的气体分别输送到反应器中。
3.反应制氨：反应制氨是整个过程的关键步骤。
通常采用哈柏法（Haber-Bosch）来实现反应制氨。
反应器中，高温高压的空气与甲烷的混合气体通过催化剂床进行催化反应。
常用的催化剂是铁与铁-铝的混合物，也可以加入少量的钾、镁等元素。
反应是一个放热反应，反应温度一般在380-550°C 之间，压力一般在1.7-3.5 MPa之间。
催化剂的存在可以提高反应速率，但也会增加反应的等离子体强度，导致了碳催化剂和蒸汽的选择性降低，产生非氮气杂质。
反应过程中，氮气与氢气进行反应生成氨气。
原料气体经过催化剂床后，反应转化率不高，需要多次通过催化剂床进行反应。
一般采用多级反应器和中间冷却装置，提高氨气的产率和纯度。
经过多级反应后，氨气还需要进行冷却和净化处理，以达到合成氨的纯度要求。
以上是合成氨的工序和流程的详细介绍。
合成氨的过程需要进行气体净化、气体压缩和催化反应制氨。
这个过程需要确保原料气体的纯度和稳定性，通过压缩提高原料气体的压力，催化剂的存在可以提高反应速率和转化率。
经过多级反应，最终得到高纯度的合成氨。
合成氨工艺的不断优化和改进，可以提高合成氨的生产效率和氨气的纯度，降低生产成本。
合成氨工艺流程1. 简介合成氨是一种重要的化工原料，广泛应用于农药、涂料、塑料、制冷剂等工业领域。
合成氨工艺是通过催化剂在适当的温度和压力下将氮气和氢气合成氨气的过程。
本文将介绍合成氨工艺的流程及其相关操作步骤。
2. 合成氨工艺流程合成氨工艺流程主要包括气体净化、气体压缩、催化反应、分离纯化等环节。
2.1 气体净化合成氨工艺的第一步是将氮气和氢气进行净化，去除其中的杂质和不纯物质，以保证催化剂的正常使用。
常见的气体净化方法包括吸附、吸收、脱水等。
在吸附过程中，氮气和氢气通过吸附剂床层，吸附剂可以去除其中的水分、氧气、二氧化碳等杂质。
在吸收过程中，气体经过溶剂床层，其中的硫化氢等有毒气体被吸收掉。
同时，还可以使用脱水剂去除气体中的水分。
2.2 气体压缩在气体净化后，将净化后的氮气和氢气进行压缩，提高其压力，以便后续的催化反应。
氮气和氢气分别进入压缩机进行压缩，压缩机通常采用多级压缩，保证气体压力的稳定和可控。
2.3 催化反应经过气体压缩后的氮气和氢气进入催化剂床层，进行合成氨的催化反应。
催化剂通常采用铁、钼或镍等金属催化剂，催化剂在适当的温度和压力下，使氮气和氢气发生反应，生成合成氨气。
催化反应是一个放热反应，需要控制温度以避免过高的温度导致副反应的发生。
2.4 分离纯化经过催化反应生成的合成氨气含有大量的副产物和未反应的氮气、氢气等杂质。
在分离纯化环节中，需要进行吸附、压缩、蒸馏等操作，将合成氨气中的杂质去除，提高纯度。
常见的分离纯化方法包括低温吸附法、压缩法和蒸馏法。
3. 工艺条件和参数合成氨工艺的实施需要满足一定的工艺条件和参数，以确保反应的进行和产出的质量。
常见的工艺条件和参数包括温度、压力、催化剂种类和配比、气体流速等。
3.1 温度催化反应的温度是合成氨工艺中的关键参数之一。
温度过高会导致副反应的发生，影响合成氨气的产量和纯度；温度过低则会降低反应速率。
一般情况下，催化反应的温度在300-500°C之间控制。
《合成氨原料气的净化》教案一、教学目标1. 让学生了解合成氨工业中原料气的来源和组成。
2. 掌握原料气净化的目的和意义。
3. 学习原料气净化的方法和工艺流程。
4. 能够分析评价净化效果和节能措施。
二、教学内容1. 合成氨工业的发展概况和原料气的来源。
2. 原料气的主要成分及其对合成氨反应的影响。
3. 原料气的净化方法：压缩、冷却、脱硫、分离等。
4. 净化工艺流程及其优化。
5. 节能措施及其在工业应用中的重要性。
三、教学重点与难点1. 教学重点：原料气的组成、净化方法及工艺流程。
2. 教学难点：净化方法的原理及其在实际生产中的应用。
四、教学方法1. 采用多媒体课件辅助教学，展示合成氨原料气的净化过程。
2. 结合实例分析，让学生了解净化方法在实际生产中的应用。
3. 开展小组讨论，分析评价净化效果和节能措施。
4. 布置课后作业，巩固所学知识。
五、教学安排1. 第一课时：介绍合成氨工业的发展概况和原料气的来源。
2. 第二课时：分析原料气的主要成分及其对合成氨反应的影响。
3. 第三课时：讲解原料气的净化方法及其原理。
4. 第四课时：介绍净化工艺流程及其优化。
5. 第五课时：讨论节能措施在工业应用中的重要性。
六、教学评估1. 课堂问答：通过提问学生，了解他们对合成氨原料气净化原理的理解程度。
2. 小组讨论：评估学生在小组讨论中提出的问题和解决方案，以及他们对净化效果和节能措施的分析能力。
3. 课后作业：检查学生完成的课后作业，评估他们对教学内容的掌握情况。
七、教学拓展1. 介绍其他相关的化学工业过程，如尿素生产、硝酸生产等，让学生了解合成氨工业在化学工业中的重要地位。
2. 探讨合成氨工业对环境的影响，以及环保措施在工业生产中的应用。
八、教学资源1. 多媒体课件：提供详细的合成氨原料气净化过程的图片和视频，帮助学生更好地理解教学内容。
2. 实例分析：提供实际生产中的合成氨原料气净化案例，让学生了解净化方法的应用。
气化工艺流程气化工艺是一种将固体或液体燃料转化为可燃气体的过程。
气化工艺流程通常包括原料预处理、气化反应、气体净化和气体利用等环节。
下面将详细介绍气化工艺的流程及其各个环节的作用。
首先，原料预处理是气化工艺的第一步。
在这一环节中，固体或液体燃料需要经过破碎、干燥等处理，以便于后续的气化反应。
同时，还需要对原料进行筛分和除杂，以保证气化反应的顺利进行。
原料预处理的主要目的是提高原料的气化效率，减少气化过程中的能耗和设备磨损。
接下来是气化反应。
在气化反应中，原料经过高温和缺氧条件下，与气化剂（通常是空气、氧气或蒸汽）发生气化反应，生成可燃气体和残渣。
气化反应的关键是控制气化温度和气化剂的流速，以确保气化反应能够高效进行，并且生成的气体具有较高的热值和较低的残渣含量。
随后是气体净化。
在气化反应中生成的可燃气体中通常含有一定量的灰尘、焦油和其他杂质，需要经过净化处理才能用于燃烧或其他利用途径。
气体净化通常包括除尘、脱硫、脱氮等工艺，以去除气体中的固体颗粒和有害物质，提高气体的清洁度和热值。
最后是气体利用。
经过净化处理的可燃气体可以用于锅炉、热风炉、燃气轮机等设备的燃烧，也可以用于化工生产中的合成气、合成油等工艺。
此外，可燃气体还可以通过液化或压缩处理后用作燃料气，或者作为化工原料进行进一步加工利用。
总的来说，气化工艺流程包括原料预处理、气化反应、气体净化和气体利用四个环节。
每个环节都起着至关重要的作用，对气化工艺的能效、环保性和经济性都有着重要影响。
因此，在实际的气化工艺设计和运行中，需要充分考虑各个环节的技术特点和工艺参数，以实现气化工艺的高效、安全、稳定运行。
同时，还需要不断进行技术创新和设备改进，以满足不同原料和不同气化要求的应用需求。
气化工艺的发展将有助于提高能源资源的利用效率，减少环境污染，推动清洁能源的发展和利用。
提高原料气净化质量严格工艺操作
是保证甲醇催化剂的寿命的前提
我国中小氮肥行业及小型煤制甲醇行业，甲醇合成催化剂使用寿命悬殊很大；有的在原始开车升温还原过程就烧坏，有的在正常停车过程由于处置不当烧坏，极少数厂只使用二、三个月就报废；有的使用期可达三年以上，而多数在一年左右，甲醇合成催化剂的寿命如此参差不齐，究期原因，除少数是由于催化剂本身质量造成外，绝大多数是属于气体净化不达标，使用维护不当造成的。
铜基催化剂主要特点是活性温度低，对生成甲醇平衡有利，选择性好，允许在较低压力下操作。
该催化剂经还原活化后铜组分以较小的结晶颗料散布在氧化锌的晶粒之间。
催化剂活性的高、低，很大程度取决于铜晶粒的大小、铜晶粒数量的多少、铜晶粒分布的均匀度、铜晶粒的表面积大小等性能。
而锌组份在催化剂中除了其本身有一定的催化性能外，主要起间隔铜晶粒的作用，使其分散开来不至于聚在一起易于长大而烧结在一起而失去活性。
铝组份因为氧化铝及铝酸锌熔点较高，在催化剂中起载持并稳定铜、锌组份的作用。
一般来说适宜含量的铜晶，若其分布情况较好，铜晶比较细小，铜晶的表面积较大的催化剂其活性较好。
铜基催化剂为低温催化剂，操作温度在280℃左右，还原以前主要以铜的氧化态存在，此外，还有各种促进剂和起骨架作用的物质，实践研究证明：纯净氧化铜对合成甲醇是无活性的，而还原后Cu——Cuo界面才进行CO与H2合成CH3OH的化学反应，所以铜是合成甲醇的活性组份；在甲醇合成时，CO在铜催化剂表面的吸附速度相当快，而氢的吸附比较慢，但加入ZnO
后，氢的吸附速率就加快，从而提高了铜基催化剂下CuO转化率。
另外，在CuO中增加少量的Cr2O3或AL2O3可阻止部分CuO 的还原，使铜微晶均匀分散在AL2O3骨架结构上。
因此，ZnO 和Cr2O3等既作为铜基催化剂的助催化剂，又作为铜微晶的骨架结构与CuO的还原态共同作为甲醇合成催化剂的主体部分。
但铜基催化剂比锌络催化剂抗毒性差，耐热性能差要求总S＜0.1ppm，要求总CL＜0.1ppm，使用温度:240-280℃超过300℃铜晶格变大，活性下降，400℃以上严重失活，铜晶格熔化、烧结。
铜基催化剂的组份为CuO等混合氧化物，只有用H2将CuO 还原，才具有活性。
即：
CuO+H2=Cu+H2O+84.9kJ
CHM-1型催化剂组份为:
ZnO 24-28% WO30.02-0.06%，CuO 52-57% H2O 2.5-3.5%，AL2O3 4.8-6.2% CO2 2.5-4.0%，还原一吨CHM-1型化剂用150m3H2，生成120kg H2O，放出564840kJ。
为什么说提高原料气净化质量严格工艺操作，是保证合成催化剂使用寿命的前提呢？
一、首先下面了解一下甲醇合的原料气中的杂质及工艺操作对催化剂的影响：
1、铜基催化剂对硫的中毒十分敏感反应如下：
Cu+H2S=CuS+ H2
2Cu+ H2S=Cu2S+ H2
2、当铜基催化剂受到氯的毒害时，氯与铜基催化剂中的锌起反应生成ZnCl2，其熔点很低，只有285℃，在催化剂操作条件的温度下Zn-Cl2为熔解体。
氧化锌晶粒之间的熔解的ZnCl2就促使ZnO晶体长大并破坏了原有的保护作用后，易于导致晶体
长大失去活性。
3、催化剂的使用寿命也与合成甲醇的操作条件有关，铜基催化剂比锌络催化剂耐热性差的多，回此防止超温是延长寿命最主要的措施。
4、为了使铜处于一价铜状态，不但还原时需要CO2存在，而且实践证明，在合成操作时，如合成气体中含3-12%CO2，催化剂的工作较为稳定，使用寿命可延长。
5、在铜基催化剂的还原过程中氧化铜还原为一价铜或金属铜，这是一个强放热反应，还原操作的关键是升温和还原速度不能太快，以免破坏催化剂的结构和超温烧结，还原时用出水率控制还原操作的进程。
实际进程是：当将催化剂加热到110—120℃时出水9—12%（催化剂干燥），温度到达120—140℃进行缓慢的还原，而140—160℃则还原激烈，并在10℃的范围内放出50—65%水，在此温度区间内需要长时间的保温，每小时最高出水量不大于2kg/t（cat)。
均匀的出水保证了均匀的还原速率，当从160—170℃加热到180—200℃放出15—20%水，从催化剂升温开始至反应气体进料，总共需120小时。
绝不能在未还原好的催化剂上进料，以免催化剂温度突然升高或燃烧。
因此在180℃时应检验还原是否完全，方法是逐步提高还原剂的浓度至5—10%（V ol)，此时出水速率如不高于还原时的出水速率，则认为还原完全，可以转入正常生产。
6、此外进塔气体中夹带的油含量将对催化剂的活性带来很大的影响，油在高温下分解形成碳和高碳胶质物，沉积于催化剂表面，堵塞催化剂内孔隙，而且油中的硫、磷、砷等会使催化剂发生永久性化学中毒。
二、从以上分析及生产实际表明，影响甲醇合成催化剂的因素较多，为了尽量延长甲醇催化剂的寿命必须细致周到地考虑这
些影响因素，并采取切实有效措施消除其影响，要充分获得满意的结果。
根据实践经验，要充分发挥甲醇合成催化剂的效果和延长其寿命，必须做好如下工作。
1、严格控制水煤气净化质量：
水煤气中的硫是以各种形态的含硫化合物存在的，如：H2S、有机硫CS2、COS 硫醇RSH、硫醚RSR、噻吩C4H4S其中有机硫占到总数的5—10%。
脱硫过程分常脱、变脱、转化，脱碳脱硫、精脱、五步：
①常脱将水煤气中的H2S脱除至H2S∠100mg/m3
②中温水解转化：COS +H2O(g）=H2S+CO2
CS2+2H2O(g）=2H2S+CO
保证床层温度在LVT—511 TiO2活性温度150℃—200℃
③变脱将变换气中H2S脱至H2S∠10mg/m3保证PAS吸附剂不被污染。
④脱碳PSA变压吸附的过程：吸附H2S∠10ppm确保精脱剂使用寿命和原料气质量。
⑤精脱采用夹心饼活性炭干法脱硫工艺A塔装LYT—812活性碳脱至H2S＜1ppm，B塔装LYT—814NTY活性炭使有机硫转化为H2S，C塔上部装LYT—812活性碳、下部装LYT—脱氯剂和保护剂脱除羰基铁。
出口总硫＜0.1ppm、总氯＜0.1ppm。
在A塔进口加空气使O2/H2S≥1.5加蒸气使气体相对湿度≥70%保证精脱效果。
2、提高工艺用水的质量，工艺用水采用脱盐水减少CI-带入合塔。
3、加强油水排放，保证活性碳吸附效果杜绝油污带入系统，催化剂被油污中S、P、As毒害永久失活。
4、操作控制
①严格控制升降温速率10—15℃杜绝超温。
②严格控制入塔气体CO2 3—12% 氢碳比为2.05—2.15。
③稳定入塔气惰性气体含量18—28%。
④生产负荷力求稳定每次加减量不超2000m3，间隔不小于20分钟。
⑤正常开停车控制升降压速率≤1.0Mpa/10min，正常升降温速率10-15℃正常停车停送新鲜气后，保持合成原有循环量，大约30min且分析循环气中（C0+C02）≤0.2%时，停止合成系统循环，系统降压 1.0Mpa。
关合成塔进口大阀，合成系统保温、保压。
综上所说，为了充分发挥甲醇合成催化剂的活性作用，尽量延长寿命，必须结合本厂条件，认真分析影响催化剂寿命的因素，其中包括客观因素和主观因素，然后采取合理的预防措施加以克服、使催化剂一直处于良好的工况下，则一定可以延长触媒的寿命。
总之一句话“提高原料气净化质量严格工艺操作、是保证甲醇催化剂的寿命的前提”。
答辨人：郭海平
二OO八年九月十八日。
