合成氨生产工艺流程.ppt

合成氨
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。

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。

o合成氨工艺流程图
o合成氨的在线分析检测点。

以煤为原料的合成氨工艺煤合成氨工艺的核心问题是制备纯净的氢气,而制备纯净的氢气,就涉及到脱硫脱碳工序含硫、含碳的气体,都是酸性气体C+H2O水蒸气=CO+H2水煤气法 CO+H2O=CO2+H2拥有氢气与氮气,即可制得氨.氨与二氧化碳作用生成氨基甲酸铵简称甲铵,进一步脱水生成尿素2NH3+CO2==COONH2NH4放热,COONH2NH4==CONH22+H2O吸热.尿素加热分解可以制成三聚氰胺6CONH22==C3N3NH23三聚氰胺+3CO2+6NH3.工艺流程1原料气制备将煤和天然气等原料制成含氢和氮的粗原料气.对于固体原料煤和焦炭,通常采用气化的方法制取合成气；渣油可采用非催化部分氧化的方法获得合成气；对气态烃类和石脑油,工业中利用二段蒸汽转化法制取合成气.2净化对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.①一氧化碳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%到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.变换反是：CO+H2O→H2+CO2=mol 0298HΔ由于CO变换过程是强放热过程,必须分段进行以利于回收反应热,并控制变换段出口残余CO含量.第一步是高温变换,使大部分CO转变为CO2和H2；第二步是低温变换,将CO含量降至%左右.因此,CO变换反应既是原料气制造的继续,又是净化的过程,为后续脱碳过程创造条件.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.粗原料气经CO 变换以后,变换气中除H 2外,还有CO 2、CO 和CH 4等组分,其中以CO 2含量最多.CO 2既是氨合成催化剂的毒物,又是制造尿素、碳酸氢铵等氮肥的重要原料.因此变换气中CO 2的脱除必须兼顾这两方面的要求.一般采用溶液吸收法脱除CO 2.根据吸收剂性能的不同,可分为两大类.一类是物理吸收法,如低温甲醇洗法Rectisol,聚乙二醇二甲醚法Selexol,碳酸丙烯酯法.一类是化学吸收法,如热钾碱法,低热耗本菲尔法,活化MDEA 法,MEA 法等.③气体精制过程经CO 变换和CO 2脱除后的原料气中尚含有少量残余的CO 和CO 2.为了防止对氨合成催化剂的毒害,规定CO 和CO 2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.深冷分离法主要是液氮洗法,是在深度冷冻<-100℃条件下用液氮吸收分离少量CO,而且也能脱除甲烷和大部分氩,这样可以获得只含有惰性气体100cm3/m3以下的氢氮混合气,深冷净化法通常与空分以及低温甲醇洗结合.甲烷化法是在催化剂存在下使少量CO 、CO 2与H 2反应生成CH 4和H 2O 的一种净化工艺,要求入口原料气中碳的氧化物含量体积分数一般应小于%.甲烷化法可以将气体中碳的氧化物CO+CO 2含量脱除到10cm3/m3以下,但是需要消耗有效成分H 2,并且增加了惰性气体CH 4的含量.甲烷化反应如下：CO+3H 2→CH 4+H 2O =mol 0298H Δ CO 2+4H 2→CH 4+2H 2O =mol 0298H Δ3氨合成将纯净的氢、氮混合气压缩到高压,在催化剂的作用下合成氨.氨的合成是提供液氨产品的工序,是整个合成氨生产过程的核心部分.氨合成反应在较高压力和催化剂存在的条件下进行,由于反应后气体中氨含量不高,一般只有10%到20%,故采用未反应氢氮气循环的流程.氨合成反应式：N 2+3H 2→2NH 3g =mol。

将无烟煤（或焦炭）由炉顶加入固定床层煤气发生炉中，并交替向炉内通入空气和水蒸汽，燃料气化所生成的半水煤气经燃烧室、废热锅炉回收热量后送入气柜。

? ???? 半水煤气由气柜进入电除尘器，除去固体颗粒后依次进入压缩机的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段，加压到1.9~2.0Mpa，送入脱硫塔，用溶液或其他脱硫溶液洗涤,以除去硫化氢，随后，气体经饱和塔进入热交换器，加热升温后进入一氧化碳变换炉，用水蒸汽使气体中的一氧化碳变为氢。

变换后的气体，返回热交换器进行降温，并经热水塔的进一步降温后，进入变换器脱硫塔，以除去变换时产生的硫化氢。

然后，气体进入二氧化碳吸收塔，用水洗法除去大部分二氧化碳。

脱碳后的原料进入压缩机Ⅳ、Ⅴ段，升压到压缩机12.09~13.0Mpa后，依次进入铜洗塔和碱洗塔，使气体中残余的一氧化碳和二氧化碳含量进一步降至20（ppm）以下，以满足合成氨的要求。

????? 净化后的原料气进入压缩机的最后一段，升压到30.0~32.0?MPa进入滤油器，在此与循环压缩机来的循环气混合，经除油后，进入冷凝塔和氨冷器的管内，再进入冷凝塔的下部，分离出液氨。

分离出液氨后的气体进入冷凝塔上部的管间，与管内的气体换热升温后进入氨合成塔。

在高温高压并有催化剂存在的条件下，将氮氢气合成氨。

出合成塔的气体中，约含氨10~20%，经水冷器与氨冷器将氨液化并分离后，其气体进入循环压缩机循环使用。

分离出的液氨进入液氨贮槽。

?原料气的制备:制备氢氮比为3:1的半水煤气???? ?即造气。

将无烟煤（或焦炭）由炉顶加入固定床层煤气发生炉中，并交替向炉内通入空气和水蒸汽，燃料气化后生成氢氮比为3:1的半水煤气。

整个生产过程由煤气发生炉、燃烧室、废热锅炉、气柜等设备组成。

????? 固定床半水煤气制造过程由吹风、上吹制气、下吹制气、二次上吹、空气吹净等5个阶段构成，为了调节氢氮比，在吹风末端要将部分吹风气吹入煤气，这个过程通常称为吹风回收。

????? 吹风阶段：空气从煤气炉的底部吹入，使燃料燃烧，热量贮存于燃料中，为制气阶段碳与水蒸汽的反应提供热量。

合成氨的工艺流程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。

合成氨是大宗化工产品之一，世界每年合成氨产量已达到1亿吨以上，其中约有80%的氨用来生产化学肥料，20%作为其它化工产品的原料。

德国化学家哈伯从1902年开始研究由氮气和氢气直接合成氨。

于1908年申请专利，即“循环法”，在此基础上，他继续研究，于1909年改进了合成，氨的含量达到6%以上。

这是目前工业普遍采用的直接合成法。

反应过程中为解决氢气和氮气合成转化率低的问题，将氨产品从合成反应后的气体中分离出来，未反应气和新鲜氢氮气混合重新参与合成反应。

合成氨反应式如下:N2+3H2=2NH3(该反应为可逆反应,等号上反应条件为:"高温，高压",下为:"催化剂")合成氨的主要原料可分为固体原料、液体原料和气体原料。

经过近百年的发展，合成氨技术趋于成熟，形成了一大批各有特色的工艺流程，但都是由三个基本部分组成，即原料气制备过程、净化过程以及氨合成过程。

合成氨是由氮和氢在高温高压和催化剂存在下直接合成的氨。

别名:氨气。

分子式NH3英文名:synthetic ammonia。

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。

合成氨装置模型图: 1.工业生产上合成氨装置图2、合成氨工艺流程叙述:(1)原料气制备将煤和天然气等原料制成含氢和氮的粗原料气。

对于固体原料煤和焦炭，通常采用气化的方法制取合成气;渣油可采用非催化部分氧化的方法获得合成气;对气态烃类和石脑油，工业中利用二段蒸汽转化法制取合成气。

(2)净化对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。

? 一氧化碳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%。