合成氨工艺流程详解(工业合成氨的原料是什么)

合成氨

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。除了液氨可以直接用作肥料外，农业上使用的氮肥，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。

今天，小琪带你走进合成氨的世界，了解氨的合成过程。

合成氨工业现状

合成氨工业是我国化肥工业的基础，也是传统煤化工的重要组成部分。目前，我国合成氨产能已达8300多万吨，年内表观消费量约5800万吨，工业产能过剩率超过30%。

8月份以来，合成氨市场步步下移，江苏下跌6.71%，河北下跌3.93%，山东下跌3.54%。

氨原料

合成氨的直接原料是氢气和氮气。

可以从空气体中选择氮气，将其液化并分离以获得氮气，或者空气体通过燃料床燃烧以除去产生的CO和CO2。

一般来说，氢是由各种含碳氢化合物的燃料制成的，即焦炭、无烟煤、天然气、重油等。被用作与水蒸气反应的原料。

氨合成工艺流程

氨的生产过程大致可分为四个步骤:原料的生产；原料气的净化；氨的合成；氨的分离。除合成氨外，其他工艺的转化率和分离率都比较高。由于氨合成转化率低，反应后的气体经氨分离后循环回合成塔。

氨生产的主要过程

一、原料气生产

1以固体燃料为原料

固体燃料无烟煤或焦炭气化生产合成氨原料气，简称气化。常用的造气炉有空煤气、富氧空煤气、氧气和水蒸汽等。

以空煤气为气化剂制成的煤气叫空煤气，以水蒸气为气化剂制成的煤气叫水煤气，以空煤气和适量水蒸气为气化剂制成的煤气叫混合气。半水煤气是指成分符合(CO+H2)与N2的体积比为3.1~3.2的混合气体，即合成氨的原料气。

目前，根据气化方式的不同，工业上制备合成氨原料气的方法主要有固定床间歇气化、固定床连续气化、流化床连续气化和气流床连续气化。

这是国内很多小化肥厂采用的工艺。这种工艺的缺点是冷热过程交替，温度变化大，能耗过大。

2气态烃用作原料

用作合成氨原料气的气态烃主要有天然气、炼厂气、油田气、焦炉气和裂解气等。

生产合成氨原料气的方法根据供热方式的不同而不同，主要有蒸汽转化和间歇催化转化。

用天然气做原料的好处是冷热交替少，变化幅度不大。具有明显的节能效果。

蒸汽重整法

蒸汽重整方法分为两个阶段。在第一阶段炉中，蒸汽和气态烃在具有催化剂的重整管中进行吸热重整反应，并且反应所需的热量由管外提供。气态烃转化到一定程度后，送入装有催化剂的第二段炉。加入适量的空气体，与部分可燃气体一起燃烧，为剩余的碳氢化合物和氮气进一步转化生产合成氨提供热量。

该方法节省投资和能耗，是目前国内广泛使用的最经济的合成氨生产方法。

间歇催化转化法

间接催化转化法的生产过程分为吹炼和制气两个阶段，交替进行。在吹扫阶段，气态烃和空气体在燃烧炉中燃烧，产生的烟气使催化剂达到烃蒸汽重整反应所需的温度。在制气阶段，气态烃和蒸汽在催化剂层中进行转化反应，以制备合成氨原料气。

该方法不需要制氧装置，投资省，建厂快，但由于热利用率低，原料烃消耗高，操作复杂，应用受到限制。

3以重油为原料

以重油为原料制氨时，采用部分氧化制气。重油的部分氧化是指重烃和氧气的部分燃烧。由于反应放出的热量，部分烃类发生热裂解和裂解产物的转化反应，最终得到以H2和CO为主体，含有少量CO2和CH4(CH4通常在0.5%以下)的合成气。

重油部分氧化制合成气(CO+H2)的工艺由原料油和气化剂(O2+H2O)的预热、油的气化、出口高温合成气的热量回收、炭黑的脱除和回收四部分组成。

二、气体净化

原料气净化除去除氢气和氮气以外的杂质，主要包括变换工艺、脱硫脱碳工艺和气体精制工艺。

1转换过程

合成氨生产中，各种方法制备的原料气中含有CO，其体积分数一般为12%~40%。氨合成所需的两种组分是H2和N2，因此有必要从合成气中除去一氧化碳。

转化的目的是将一氧化碳转化为易于除去的氢气和CO2。转化过程既是对原料气的净化，也是原料气生产的延续。变化后的气体称为“变化气体”。

目前广泛使用的变换催化剂有铜催化剂和铁铬催化剂。

2脱硫脱碳工艺

由各种原料制备的粗原料气含有一些硫和碳的氧化物。为了防止氨合成过程中催化剂中毒，必须在氨合成过程之前将其除去。

以天然气为原料的蒸汽重整法，第一道工序是脱硫以保护重整催化剂，以重油和煤为原料的部分氧化法根据一氧化碳转化是否使用抗硫催化剂来确定脱硫位置。

工业脱硫方法有很多种，通常是物理或化学吸收法，如低温甲醇洗和Selexol。

3气体精炼过程

一氧化碳变换和二氧化碳去除后的原料气仍含有少量残余的一氧化碳和二氧化碳。为了防止氨合成催化剂中毒，规定CO和CO2的总含量不得超过10cm3/m3(体积分数)。

因此，原料气在进入合成工序之前，必须经过最后的净化，即精制。目前，在工业生产中，最终的提纯方法分为深冷分离法和甲烷化法。

甲烷化反应在镍基催化剂的作用下，在280 ~ 380℃和初始压力(0.6 ~ 3 MPa)下进行。

三。氨合成法

氨合成工段的主要任务是将合格的N2和H2在催化剂存在下合成氨。

压缩后的精制脱气气体与循环气体混合，经预热器加热后进入氨合成塔。反应完成后，合成的氨被液化并从系统中分离，未反应的氮气和氢气被回收。

(来源:以上部分内容来自百度文库、好农资招商网，化工707编辑)

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