第一篇：合成氨國內外綜述

二、設計項目的國內外研究綜述及及設計項目的背景、意義和應用前景

1、國內研究概況和發展趨勢

我國的氮肥工業自20世紀50年代以來，不斷發展壯大，目前合成氨產量已躍居世界第一位，現已掌握了以焦炭、無煙煤、焦爐氣、天然氣及油田伴生氣和液態烴多種原料生產合成氨的技術，形成了特有的煤、石油、天然氣原料并存和大、中、小生產規模并存的生產格局。我國合成氨在與國際接軌后，具備與國際合成氨產品競爭的能力，今后發展重點是調整原料和產品結構，其技術發展將會繼續緊密圍繞“降低生產成本、提高運行周期，改善經濟性”的基本目標，進一步集中在“大型化、低能耗、結構調整、清潔生產、長周期運行”等方面進行技術的研究開發，進一步改善經濟性。（1）國內天然氣蒸汽轉化工藝

國內就天然氣蒸汽轉化制氨工藝而言，其發展主要是以節能、降耗、擴產、縮小裝置尺寸、降低投資費用以及延長運轉周期等為目標進行工藝改進。例如：將傳統流程轉化爐的熱效率從原有的85%提高到90%～92%，煙氣排出溫度降至120～125 ℃，增加燃燒空氣預熱器等；提高一段爐操作壓力，由原來的2.8MPa提高到4.0～4.8MPa；轉化爐管采用新型材料25Cr235Ni2Nb2Ti，使管壁厚度降低，并使管壁中因溫度梯度造成的熱應力降低至接近內部壓力的水平；增加二段爐燃燒空氣量，提高燃燒空氣溫度至610～630 ℃，采用性能更好的二段燃燒器。而在轉化催化劑方面，主要是圍繞不同原料和不同工藝開發新型轉化催化劑，并且還要保證開發的新催化劑在適合于不同原料和工藝的前提下，提高催化劑的活性、抗壓強度、抗碳性和抗毒性等。（2）國內天然氣脫硫工藝

在我國，天然氣脫硫是比較成熟的技術，其脫硫方法也很多。大體上可分為干法脫硫和濕法脫硫兩種方法，干法脫硫以氧化鐵法和活性炭法應用較廣，而濕法脫硫以砷堿法、ADA、改良ADA和栲膠法頗具代表性。

干法脫硫技術最早應用于煤氣脫硫。之后，隨著脫硫活性炭的研究成功及其生產成本的相對降低，活性炭脫硫技術也開始被廣泛應用。干法脫硫既可以脫除無機硫，又可以脫除有機硫，而且能脫至極精細的程度，但脫硫劑再生較困難，需周期性生產，設備龐大，不宜用于含硫較高的原料氣。

濕法脫硫可以處理含硫量高的原料氣，脫硫劑是便于輸送的液體物料，可以再生，且可以回收有價值的元素硫，從而構成一個連續脫硫循環系統。現在工藝上應用較多的濕法脫硫有氨水催化法、改良蒽醌二磺酸法（A.D.A法）及有機胺法。其中改良蒽醌二磺酸法的脫除效率高，應用更為廣泛。改良ADA法相比以前合成氨生產中采用毒性很大的三氧化二砷脫硫，它徹底的消除了砷的危害。（3）國內CO變換工藝

CO變換在合成氨工藝流程中起著非常重要的作用。從我國目前的情況看，新建工廠或是改建的工廠基本都采用加壓變換。隨著新型耐硫催化劑的開發成功，二十世紀八十年代中期開發了中變串低變工藝；為了利用低變的低溫高活性，九十年代初期開發了全低變工藝；為了克服全低變工藝不能長期穩定運行的缺點，九十年代中期又開發了中-低-低工藝。其后的十年間是全低變工藝和中-低-低工藝推廣和完善的過程。目前，我國變換工藝主要采用中變串低變的工藝流程。

2、國外研究概況和發展趨勢

由于世界石油價格的飛漲和深加工技術的進步，國外以天然氣、重油、煤作為合成氨原料結構，并以天然氣為主體的格局有了很大的變化。基于裝置經濟性考慮，輕油和重油型合成氨裝置已經不具備市場競爭能力，絕大多數裝置目前已經停車或進行以結構調整為核心內容的技術改造。其結構調整包括原料結構、品質構調整。由于煤的儲量約為天然氣與石油儲量總和的10倍，以煤為原料制氨等煤化工及其相關技術的開發再度成為世界技術開發的熱點，煤有可能在未來的合成氨裝置原料份額中再次占舉足輕重的地位，形成與天然氣共為原料主體的格局。

（1）國外天然氣蒸汽轉化工藝

在北美、東歐及俄羅斯、中東和東南亞以及一些西歐國家均采用天然氣為原料，經蒸汽轉化制取氨合成氣。由于近年國外天然氣資源日益高硫化和重質化，工藝上采取節能型流程，因而要求催化劑具有良好的抗碳性能，更低的阻力，并能在低水碳比下運行。例如：改進催化劑活性組分，日本開發了釕系貴金屬催化劑；改進催化劑助劑，為了使催化劑在較高溫度下具有穩定的活性,提高其抗毒性能和還原性能，抑制析炭反應，在催化劑中常常添加一些耐熱氧化物為助催化劑，如K2O、CaO、MgO及稀土氧化物。國外通常在催化劑中加入堿性氧化物K、Na等來降低析炭的可能性。（2）國外天然氣脫硫工藝

國外脫硫工藝將向著分子篩法、膜分離法、生化法脫硫等方向發展。膜吸收技術的傳質包括吸收、解析以及在膜孔內的絡合化和溶解層的形成等滲透分子在兩相或多相間的分配過程。由于膜的作用，天然氣中硫的滲入到管腔外部，并被通過膜分離器殼程的吸收液吸收。吸收液體流出膜分離器，經過換熱器加熱，通過滑片泵將吸收液抽入膜再生器中，吸收液中的硫滲入膜管腔,被真空泵抽出，進入尾氣罐。再生后的吸收液體流出再生器,通過過濾器凈化，進行另一循環,從而完成天然氣的脫硫過程。膜吸收法脫除酸性氣體可降低能耗，減少投資，簡化操作。（3）國外CO變換工藝

國外CO變換向著取消熱水塔的填料、變換兼有機硫轉化工藝等方向發展。取消熱水塔的填料，可以節省大量的填料投資；熱量回收不低于填料式；由于無填料，克服了塔盤、填料等易堵塞的缺點，使操作維護得非常簡便；氣體流動阻力大幅度減少，設備能力也就大幅度增加。變換工段以后，仍然含有少量的有機硫這對后續工段中的催化劑造成危害，縮短其使用壽命。變換兼有機硫轉化工藝的做法是在變換爐中增加有機硫加氫催化劑，中一低流程放置在中變底部，全低變流程放在一變或二變底部。

3、設計項目的背景、意義和應用前景

氨是重要的無機化工產品之一,世界每年合成氨產量已達到1億噸以上，其中約有80%的氨用來生產化學肥料，20%作為其它化工產品的原料。基本化學工業中的硝酸、純堿、各種含氮無機鹽，有機化學中的各種含氮中間體，制藥工業中的高分子化學工業中的氨基塑料、聚酰胺纖維、丁腈橡膠等，都需直接或間接以氨為原料。食品工業中，氨廣泛用作冷凍劑。氨還應用于國防和尖端科學技術部門，制造各種炸藥都要消耗大量的氨，生產導彈、火箭的推進劑和氧化劑，同樣也離不開氨。可見，合成氨工業是氮肥工業的基礎，對農業增產起著重要的作用，隨著科學和生產技術的發展，合成氨工業對國民經濟的發展有著巨大的作用，它的應用前景相當可觀。

近些年，我國發現海底冷凍天然氣潛在資源，今后隨著鉆井技術和深層運送天然氣技術的突破，我國的遼闊海域將成為未來的豐富天然氣資源。天然氣原料制氨是今后我國發展方向，我國天然氣、煤層氣儲量約為760 萬億m3，還有多達數倍的海底天然冰（甲烷氣），深海開采利用最豐富的輕烴資源，不僅可以用作燃料，還可用作合成氨原料，達到資源充分合理利用，能耗低，無污染的環保目標。

但是，開采來的天然氣需要先脫硫。氣體脫硫是一種很古老的工藝，19世紀末英國己開始用干式氧化鐵法從氣流中脫除硫化物，但它成為一個獨立的工業分支，則是在20世紀30年代醇胺類溶劑應用于氣體脫硫以后。經過80多年的發展，脫硫方法依據弱酸性和強還原性可分為濕法和干法兩大類，其中濕法包括吸收法和濕式氧化法；干法則包括氧化鐵法、鈷鉬加氫法、活性炭法、氧化鋅法等；以及其它脫硫方法如分子篩法、漿液法脫硫、膜分離法、生化法脫硫等。

在合成氨的生產中，一氧化碳變換反應是非常重要的反應。原料氣中含有的一氧化碳不僅不能直接作為合成氨的原料，而且對氨合成中的催化劑有毒害作用，因此必須在催化劑的作用下通過變換反應加以除去。在一定的條件下，利用一氧化碳和水蒸汽反應生成二氧化碳和氫氣，然后進入脫碳工序。所以通過一氧化碳變換反應既能把一氧化碳轉化為易除去的二氧化碳，同時又產生有效組分氫氣。一氧化碳變換反應既是原料氣的凈化過程，又是原料氣制造的繼續過程。通過一氧化碳變換，可以達到提高生產能力，降低能源消耗，節約觸媒，提高經濟效益的目的。

第二篇：合成氨（范文）

合成氨生產技術綜述

一.合成氨生產技術的發展過程及生產技術現狀

1.傳統型蒸汽轉化制氨工藝階段

從20世紀20年代世界第一套合成氨裝置投產，到20世紀60年代中期，合成氨工業在歐洲、美國、日本等國家和地區已發展到了相當高的水平。美國Kellogg公司首先開發出以天然氣為原料、日產1 000 t的大型合成氨技術，其裝置在美國投產后每噸氨能耗達到了42．o GJ的先進水平。Keuogg傳統合成氨工藝首次在合成氨裝置中應用了離心式壓縮機，并將裝置中工藝系統與動力系統有機結合起來，實現了裝置的單系列大型化(無并行裝置)和系統能 量自我平衡(即無能量輸入)，是傳統型制氨工藝的最顯著特征，成為合成氨工藝的“經典之作”。之后英國ICI、德國uhde、丹麥T0psoe、德國Br肌n公司等合成氨技術專利商也相繼開發出與KeⅡogg工藝水平相當、各具特色的工藝技術，其中Topsoe、ICI公司在以輕油為原料的制氨技術方面處于世界領先地位。這是合成氨工業歷史上第一次技術變革和飛躍。

2.低能耗制氨工藝階段

2．1低能耗制氨工藝

具有代表性的低能耗制氨工藝有4種：Kellogg公司的KREP工藝、Braun公司的低能耗深冷凈化工藝、uHDE—ICI—AMv工藝、Topsoe工藝。與上述4種代表性低能耗工藝同期開發成功的工藝還包括：①以換熱式轉化工藝為核心的IcI公司LCA工藝、俄羅斯GIAP公司的Tandem工藝、Kel．1099公司的KRES工藝、Uhde公司的CAR工藝；②基于“一段蒸汽轉化+等溫變換+PSA”制氫工藝單元和“低溫制氮”工藝單元，再加上高效氨合成工藝單元等成熟技術結合而成的德國Linde公司IAC工藝；③以“釕基催化劑”為核心的Kellogg公司的KAPP工藝。低能耗制氨工藝技術主要以節能降耗為目的，立足于改進和發展工藝單元技術，其主要技術進展包括：

①溫和轉化。一段轉化爐采用低水碳比、低出口溫度、較高的出口cH4含量操作，將負荷轉移至二段轉化爐；同時二段轉化爐引入過量空氣，以提高轉化系統能力。②燃氣輪機。使用燃氣輪機驅動空氣壓縮機，并與一段轉化爐緊密結合。③低熱耗脫碳。采用低熱耗Be面eld或。一MDEA脫碳，以降低能量消耗。

④深冷凈化。Braun公司采用深冷凈化，在合成氣進入氨合成回路之前脫除其中的cH4和部分Ar，并調節合成氣中H2與N2摩爾比為3：1；uhde—IcI—AMV采用深冷凈化，在氨合成回路之中回收弛放氣中的H2。

⑤效率更高的合成回路。采用新型氨合成塔和低壓高活性催化劑，以提高氨合成轉化率、降低合成壓力、減小回路壓降、合理利用能量。Kellogg公司采用臥式徑向合成塔和小顆粒、高活性催化劑；uhde公司和T0psoe公司均采用了立式徑向流動合成塔 和小顆粒、高活性催化劑。

2．2 以部分氧化工藝為核心的重油或煤氣化

(1)重油氣化。以部分氧化工藝為核心的重油氣化技術，主要有SheⅡ和Texaco兩家公司的技術。自1956年開發出第一臺渣油氣化爐至今，世界上先后建成了140多套裝置，用于合成氨、甲醇、純氫和羰基合成等。由于國外以重油為原料的合成氨裝置所占比例很小，且近年來受到石油危機和潔凈煤氣化技術的挑戰，競爭力較差，其技術進展不大。主要 的進展包括：①結構多樣化、氣化壓力提高、設備大型化；②改進氣化爐燒嘴，以降低氧／油比、蒸汽／油比，從而降低氧耗、汽耗，改善經濟性；③改進霧化噴嘴的結構和材質，以適應石油深加工帶來的重油重度加重的問題；④炭黑回收部分開路，以適應石油深 加工帶來的重油原料中重金屬含量升高的問題。

(2)煤氣化。20世紀80年代初到90年代末，煤氣化技術再度引起人們重視，對潔凈煤氣化技術進行了大量的開發研究，取得了重大的進展，開發出眾多的煤氣化技術，包括：以Texaco公司和Destec公司為代表的水煤漿氣化、以sheu公司和德國Prenno公司為代表的粉煤氣化、以Lu蛹公司為代表的固定床煤氣化等。并率先在IGcc領域進行了示范性大型化商業化裝置的運轉，Texaco工藝和Lu蛹工藝在合成氨生產中也得以應用，并取得了良好的效果。2．3 傳統型制氨裝置的節能增產改造 以節能降耗為目的的技術開發成果，在傳統型合成氨裝置的節能改造和增產改造中也得到了廣泛的應用；同時針對傳統型合成氨裝置，也開發出了許多新的節能和增產技術。在20世紀80年代中期到90年代中期，傳統型合成氨裝置大多進行了2輪技術改造，基本實現了節能增產的目標，技術水平大大提高，縮小了與低能耗制氨工藝的差距。

(1)第一輪改造。主要采用節能降耗新技術，改造后，傳統天然氣合成氨裝置每噸氨的能耗由41．87 GJ降至35．7 GJ左右，傳統輕油合成氨裝置每噸氨的能耗下降為37．16 GJ。其采用的技術主要包括：一段轉化爐煙氣余熱回收預熱燃燒空氣；增設轉化爐蒸汽過熱燒嘴；脫碳改為低熱Benfield；合成氣壓縮機前加氨冷器；采用casale或Topsoe軸徑向內件對合成塔內件進行改造。

(2)第二輪改造。主要采用節能增產新技術，將產量擴充至日產l 200 t以上，傳統天然氣合成氨裝置噸氨能耗進一步降至32．7 GJ，其采用的技術主要包括：空氣壓縮機、合成氣壓縮機汽輪轉子擴能增效；一段轉化爐管更新為大口徑薄壁HP50管；一段轉化爐對流段空氣預熱器盤管改造；二段轉化爐更換新型燒嘴；高溫變換爐和低溫變換爐安裝內件，成為軸徑向爐；增設小低變爐；脫碳在四級閃蒸的基礎上進一步改造。

3.裝置單系列產量最大化階段

近10年來，由于低能耗裝置噸氨能耗已經降至28 GJ的水平，接近了理論能耗數值(22 GJ)，節能降耗的余地已經很小(預計合成氨裝置噸氨能耗將難以降低到26 GJ以下)，而且即使能夠降低，其對裝置的經濟性也將很小。基于此，為了進一步改善裝置的經濟性，技術專利商均開始轉向以實現單系列合成氨裝置產量最大化為首要目標的研究開發。與此同時，在高油價背景下，用煤等劣質原料制氨重新受到重視，以Texaco水煤漿氣化和Shell粉煤氣化為代表的煤氣化技術在改造和新建裝置中得到了使用。3.1裝置單系列產量最大化

世界級合成氨裝置的規模越來越大，以利用較大的產量帶來規模經濟效益。20世紀80年代投產的世界級合成氨裝置的平均產量為1 120 t／d，而最近投產的世界級合成氨裝置的產量大多已接近2 000 t／d，且主要按照現有技術進行放大。至今為止，uhde公司已經推出了日產3 300 t合成氨技術，KBR、Topsoe、Lu蛹公司均推出了日產2 000 t合成氨技術。(1)uhde技術

①加氫脫硫原料氣在脫硫工段對加氫反應器和脫硫反應器的尺寸沒有限制，很容易增加氣體流量。必要時可以安裝2臺脫硫反應器，從而允許裝置運行時更換反應器中的氧化鋅。②工藝實踐證明，離心式壓縮機和整體齒輪式離心壓縮機適用于產量高達3 000 t／d的裝置。

③開發出具有內部絕熱冷氣出口管的頂燒式一段轉化爐，易于應用任何產能的裝置，而不需改變其基本結構。2臺最大的一段轉化爐為甲醇生產合成氣裝置，分別裝有630根和920根管子。3 000 t／d合成氨裝置所用的一段轉化爐采用最新設計和材料，只用了460根管子。④二段轉化爐也可用于產能增加的裝置，其特點是通過安裝在容器壁的噴嘴增加工藝空氣。其優點是通過渦流形式注入空氣，可以達到工藝空氣與轉化氣的適當混合。充分的駐留時間允許在燃燒區完全反應，同時避免內件過熱和火焰沖擊。⑤為滿足大型裝置一氧化碳變換對催化劑容量的要求，可以設計用于高溫和低溫一氧化碳變換的反應器。

⑥二氧化碳脫除推薦使用BAsF公司的MDEA工藝，在能量和熱量平衡方面最符合uhde公司的理念，并且將對大型裝置沒有限制。

⑦合成氣壓縮對于當前2 200 t／d裝置，制約產能的主要因素是合成氣壓縮機。uhde公司正在開發一種新型合成氣壓縮機，這種壓縮機適用于未來產能可高達3 000 t／d的裝置。⑧氨合成回路設計基礎是3層2個合成塔，廢熱鍋爐位于各反應器下游。所有工藝和容器的設計參數都滿足大規模裝置的要求。

⑨uhde公司在sAFcO合成氨裝置中，通過采用“雙壓氨合成工藝”，巧妙地突破和解決了合成氣壓縮機和合成回路對裝置單系列產能為3 000 t／d的限制，應用于已在2 000 t／d合成氨裝置中驗證過的工藝過程和設備，率先實現了3 300 t／d合成氨的目標。BAsF公司在比利時采用uhde技術建成了2 060 t／d的合成氨裝置。“雙壓氨合成工藝”在合成氣壓縮機2個壓縮氣缸之間設置新鮮合成氣的低壓氨合成系統，低壓缸出口壓力為11 MPa，與低壓法氨合成相匹配，并在此系統中分離部分產品；之后在低溫下進一步壓縮至21 MPa，進入氨合成回路進行高壓氨合成。這樣不僅減少了合成氣壓縮的量，而且也減小了合成回路的設備尺寸。

減小了合成回路的設備尺寸。(2)Kellogg技術

①Kellogg公司和Bm帥&Root公司合并為KBR公司之后，在特立尼達采用KBR(KAAP)工藝建設了4套2 000 t／d的合成氨裝置。

②KAAP工藝以釕基催化劑為核心，由于該催化劑具有低壓、高活性的特點，與其他催化劑相比其用量較少；合成回路能夠在較低壓力下運行，且合成回路的氨轉化率高。低壓操作可以使用單系列合成氣壓縮機，并節省裝置投資。KAAP催化劑的高活性使大產能成為可能，同時不需要較高的壓力和多臺合成塔。

③KBR公司也設計了4 000 t／d裝置，除了一段轉化爐和氨合成塔為并列設置外，其他設備均為單系列。(3)Topsoe技術

Topsoe公司合成氨技術的最新進展包括：改進的轉化爐設計；用于二段轉化爐的新型管式燒嘴；改進的S一200氨合成塔設計；中壓蒸汽冷凝液汽提；改進的觸媒結構。這些新技術在拉丁美洲的2個世界級規模的項目中得到應用。Pmfeni項目的特點是2 050 t／d合成氨裝置與3250 t／d尿素裝置單系列配套生產。該裝置構成世界上最大的農用合成氨／尿素聯合工廠，其最終產品是粒狀尿素。其合成氨裝置采用Topsoe公司低能耗合成氨工藝，包括脫硫、一段和二段轉化、二步變換、MDEA法二氧化碳脫除、甲烷化、壓縮、S一200氨合成回路、氫氣回收裝置和產品回收。轉化爐使用現代轉化爐管材，并對側燒爐設計進行了改進，允許在更高的壓力和熱流下操作。轉化爐設計緊湊，只用了264根管子。通過引入新的管口燒嘴，增加了整套裝置的穩定性。改進的催化劑允許減小轉化爐尺寸。當原料氣中碳氫化合物比例較高時，Topsoe工藝包括1臺預轉化爐，將碳氫化合物轉化為甲烷、碳氧化合物和氫氣。如果把來自預轉化爐的氣體加熱到650℃左右，那么一段轉化爐的負荷可降低25％以上。這樣，為3 000 t／d裝置設計一段轉化爐就不再困難了。二氧化碳脫除采用BASF公司的MDEA工藝，該部分裝置的流體流速非常高，因此需要大型設備，低壓容器的直徑在6 m左右。氨合成系統以T0psoe s一200徑流式氨合成塔為基礎，回路壓力19．12 MPa，以獲得較高的單程氨轉化率，氨合成塔的直徑只有3 m。如果要求產量達到3 000 t／d，那么可以在s一200合成塔后再增加一個單層徑流式S一50合成塔。(4)Lurgi技術

h蛹公司開發出以“自熱轉化ATR”為核心技術的Megammonia工藝。Megammonia工藝裝置包括自熱轉化(6 MPa，ATR)、高溫變換(5．5 MPa，HrI's)、氣體凈化(5．2 MPa，RNwu)、氨合成(20 MPa，Synth．)等工藝單元。3．2合成氨裝置的結構調整

由于石油價格的飛漲和深加工技術的進步，以“天然氣、輕油、重油、煤”作為合成氨原料結構、并以天然氣為主體的格局有了很大的變化。基于裝置經濟性考慮，“輕油”和“重油”型合成氨裝置已經不具備市場競爭能力，絕大多數裝置目前已經停車或進行以結構調整為核心內容的技術改造。其結構調整包括原料結構、產品結構調整。由于煤的儲量約為天然氣與石油儲量總和的10倍，以煤為原料制氨等煤化工及其相關技術的開發再度成為世界技術開發的熱點，煤有可能在未來的合成氨裝置原料份額中再次占舉足輕重的地位，形成與天然氣共為原料主體的格局。

原料結構調整主要是“油改氣”(利用部分氧化工藝將原料改為天然氣)和“油改煤”(利用煤氣化工藝將原料改為煤或石油焦)。原料結構調整方案中主要考慮的是資源條件及其地理位置，以經濟效益(包括裝置投資、操作費用、生產成本)為標準進行確定。天然氣是合成氨裝置最理想的原料，且改造時改動量最小、投資最省，應以優先考慮；但如果不具備以天然氣為原料的基本條件(資源和地理位置)，則以“原料劣質化”為主，進行“煤代油”或“渣油劣質化”的技改。為了盡可能地增大投資效益，可以適當擴大氣化部分的規模，通過“配氣方案”實現氮肥一C，化工及其衍生物產品的聯合生產，以實現產品結構的調整。這樣不僅聯合生產裝置投資較低，而且能夠實現合成氣的有效合理利用，操作費用和生產成本將會大幅度降低，經濟上將更加具有競爭力。目前上述結構調整工程已經開始實施，由于資源條件及其地理位置的原因，對輕油型合成氨裝置進行了“油改煤”的技術改造，而重油型合成氨裝置則進行了“油改氣”技術改造，并取得了預期效果，有力地推動了天然氣部分氧化工藝技術和煤氣化工藝技術的進步。

4.現狀

中國的氨氣大多數產自煤氣化,世界氨氣主要由天然氣生產.目前我國是世界上合成氨量最大的國家，擁有大型氮肥裝置共計三十四套，有十七套以天燃氣為原料，六套以輕油為原料，九套以重油為原料，還有兩套以煤為原料。這三十四套大型氨肥裝置每年可以生產大約一千萬噸氨肥，其下游產品主要包括了硝酸磷肥和尿素。除此之外，我國還有五十五套中型合成氨裝置，包括三十四套以煤和焦油為原料的裝置，九套以渣油為原料和十二套以氣為原料的裝置。這五十五套中型合成氨裝置年生產能力約為五百萬噸，下游產品主要是尿素和硝酸銨，我國還有一百一十二套經過改造生產尿素，原料以煤，焦炭為主的氨合成裝置。其中以煤，焦炭為原料的占 96％，以氣為原料的僅占 4％。我國引進大型合成氨裝置的總生產能力為1000萬t/a,只占我國合成氨總能力的1/4左右,因此可以說我國氮肥工業主要是依靠自力更生建設起來的。在此過程中,研究開發了許多工藝技術,促進了氮肥生產的發展和技術水平的提高,包括:合成氣制備、CO變換、脫硫脫碳、氣體精制和氨合成技術。除上海吳涇化工廠為國產化裝置外,其他均系從國外引進,按照專利技術分:以天然氣和輕油為原料的有Kellogg傳統工藝(10套)、Kellogg-TEC工藝(2套)、Topsoe工藝(3套),及20世紀90年代引進的節能型AMV工藝(2套)、Braun工藝(4套)、KBR工藝(1套);以渣油為原料的Texaco工藝(6套)和Shell工藝(3套);以煤為原料的Lurgi工藝(1套)和Texaco工藝(1套),薈萃了當今世界上主要的合成氨工藝技術。20世紀七八十年代引進的天然氣合成氨裝置均已對其進行了以節能降耗和擴能增產為目的的兩輪與國外裝置類似的技術改造,合成氨能耗由4187GJ/t降至3349GJ/t,生產能力提高了15%~22%;輕油型合成氨裝置也進行了類似的增產節能技改,將能耗降至372GJ/t,生產能力提高了15%左右。20世紀80年代引進的渣油型合成氨裝置也進行過增產10%的改造,主要改造內容是氣化裝置增設第3系列,空分工藝改為分子篩流程,目前已經具備了實現1100萬t/a合成氨的條件。20世紀90年代,在高油價和石油深加工技術進步的雙重壓力下,為了改善裝置的經濟性,多套裝置開始進行以原料結構和產品結構調整為核心內容的技術改造,原料結構調整包括輕油型裝置的油改煤(采用Shell或Texaco煤氣化工藝,以煤替代輕油)、渣油型裝置的油改氣(采用天然氣部分氧化工藝,以天然氣替代渣油)或渣油劣質化(使用脫油瀝青替代渣油);產品結構調整包括轉產或聯產氫氣、甲醇等。

中國科技大學及中國科學院大連化學物理研究所等科研機構在NsR催化技術領域催化劑性能和結構方面作了初步研究。目前，日本豐田汽車公司和美國福特(Ford)汽車公司在NsR催化技術領域的研究成果顯著，前者占據了日本國內市場，正在開拓歐美市場；后者正向工業化邁進。瑞典、德國、意大利和英國的科研機構在催化劑性能、反應機理等方面做了許多卓有成效的工作。

二.比較不同原料生產合成氨的生產過程

不同的生產原料采用不同的生產工藝，比如以煤和天燃氣為原料的氨合成，通常是采用原料氣制備將原料制成含氫和氮的粗原料氣。對以煤和焦炭等固體原料的氨合成，通常采用氣化的方法制取合成氣；對于以渣油為原料的氨合成一般采用非催化部分氧化的方法；對氣態烴類和石腦油，工業中一般采用二段蒸汽轉化法。合成氨原料氣制備完成后一般要進行凈化處理，凈化處理的主要目的是除去氫氣和氮氣以外的雜質，主要包括變換過程、脫硫脫碳過程以及氣體精制過程；

凈化:首先包括進行一氧化碳變換，因為在合成氨的過程中不論采用哪種方式都會產生一氧化碳，這是合成氨中多余的成分.一氧化碳的變換:過程中要放出大量的熱，因此對一氧化碳的清除必須分段進行。首先是通過高溫變換將一氧化碳轉變成二氧化碳和氫氣，然后再通過低溫變換將一氧化碳含量降低至 0.3%左右；

脫硫脫碳:因為各種原料制取的粗原料氣，都含有一些硫和碳的氧化物，這些硫和碳的氧化物如果不清除就可能在合成氨生產過程中造成催化劑的中毒，因此在氨合成工序前必須對其進行脫除處理。首先是脫硫處理，脫硫的方法很多，最常用的是采用化學和物理吸收法，可以采用低溫甲醇洗法，也可以采用聚乙二醇二甲醚法等。因為在一氧化碳的變換中會殘留一些二氧化碳、一氧化碳等成分，粗原料氣經 CO 變換以后，變換氣中除 H2 外，還有 CO2、CO 和 CH4 等組分，這些成分尤其是二氧化碳會影響著氨合成催化劑，因此要注意對這些氣體的排除。排除二氧化碳可以采用溶液吸收法脫除；

氣體精制過程，精制過程是指在原料氣在進入合成工序前，清除殘留的二氧化碳和一氧化碳氣體，進行原料氣的最終凈化，主要方法有甲烷化和液氮洗等。

1.以焦炭（無煙煤）為原料的流程

以焦炭為原料的噸氨能耗為88GJ，比理論能耗高4倍多。碳化工藝流程將加壓水洗改用氨水脫除CO2得到的碳酸氫銨經結晶，分離后作 為產品。所以，流程的特點是氣體凈化與氨加工結合起來。三催化劑凈化流程采用脫硫、低溫變換及甲烷化三種催化劑來凈化氣體，以替 代傳統的銅氨液洗滌工藝。

2.以天然氣為原料的流程

天然氣先要經過鈷鉬加氫催化劑將有機硫化物轉化成無機硫，再用脫硫劑將硫含量脫除到0.1ppm以下，這樣不僅保護了轉化催化劑的正常使用，也為易受硫毒害的低溫變換催化劑應用提供了條件

3.以重油為原料的流程

以重油作為制氨原料時，采用部分氧化法造氣。從氣化爐出來的原料氣先清除炭黑，經CO耐硫變換，低溫甲醇洗和氮洗，再壓縮和合成而得氨。

4.以渣油為原料

采用非催化部分氧化的方法

第三篇：合成氨工藝流程

合成氨工藝流程

盡管氨合成工藝流程各異，但合成基本原理相同，故有許多相同之處。

由于氨合成率不高，大量氫氣、氨氣未反應，需循環使用，故氨合成是帶循環的系統。

氨合成的平衡氨含量取決于反應溫度、壓力、氫氨比及惰性氣體含量，當這些條件一定時，平衡氨含量就是一個定值，不論進口氣體中有無氨存在，出口氣體中氨含量總是一定值。因此反應后的氣體必須冷凝以分離所含的氨，使循環回合成塔入口的混合氣體中氨含量盡量少，以提高氨凈值。

當循環系統惰性氣體積累達到一定濃度值時，會降低合成率和平衡氨含量。因此，應定期或連續排放定量的循環氣，使惰性氣體含量保持在要求的范圍內。

氨合成系統是在高壓下進行的，必須用壓縮機加壓。管道、設備及合成塔床層壓力降以及氨冷凝等阻力的原因，使循環氣與合成塔進口氣間產生壓力差，需采用循環壓縮機彌補壓力降的損失。

此外，還有反應氣體的預熱和反應后氣體熱能的回收等。

工藝流程是上述步驟的合理組合，下圖是氨合成的原則工藝流程。合理確定循環機、新鮮氣體的補入及惰性氣體排放位置以及氨分離的冷凝級數、冷熱交換器的安排和熱能回收方式，是流程組織與設計的關鍵。

第四篇：合成氨論文

論文寫作與指導

姓 名: 學 號: 專業班級: 指導老師:

合成氨合成工藝的現狀

The present status of synthetic ammonia process

Wang

西北民族大學化工學院，甘肅蘭州 730124 Northwest university for nationalities institute of chemical, lanzhou, gansu，730124 摘要：合成氨是重要的化工原料, 在國民經濟中占有重要地位，本文在文獻調研的基礎上綜述了合成氨設備、催化劑、合成氨工藝三方面的現狀和未來發展趨勢。在設備方面，通過對冷管型合成塔和絕熱型合成塔新技術的綜述和兩種設備的對比，闡述了國內外合成氨設備的不同之處，及國內外合成氨設備的優劣，提出了國內合成氨設備的發展建議。合成氨工藝方面，通過轉化、變換、脫碳、合成四方面綜合闡述了目前合成氨工藝技術的現狀和發展趨勢，介紹了近年來國內外合成氨工藝的新技術和工藝流程方面的新進展。

關鍵詞：合成氨；新工藝；合成塔

Abstract：Ammonia is one of the most important chemical production，It has an important station in national economy.This article has summarized the ammonia synthesis by ammonia equipment, catalyze, and technology to describe the actuality and the future which based the literature disquisition.For the equipment through the difference of the cold tube compose tower and insulate compose tower, we can know which is better and it can also give some advice of the development for our country equipment.For the technology, through the transform, commutation, decarburization and compose which tell the technology at present and development in future.introduce the new technology and the new development in technology flow.Key words: ammonia synthesis;new technology;catalyst;reactor 1、合成氨的歷史

過去制氫是在水煤氣發生爐中加水蒸汽使其焦炭氣化，氮則以空氣形式通入，使氫氮維持正確比例。在本法中吹入蒸汽通過灼熱焦炭層生成氫。當焦炭因吸熱反應被充分冷卻時，即停止通蒸汽而改通空氣。通空氣燃燒將焦炭層溫度升高到下一次水煤氣循環所需要的溫度。水煤氣的凈化過程是采用變換，水洗和銅洗微量。直到二次大戰末,在歐洲和美國均采用此種造氣和凈化法。

上個世紀三十年代中期，已發展了用烴的催化劑和非催化轉化法制氫。而催化轉化法完全以法本公司的鎳催化劑為基礎。是將蒸汽和烴的混合物在730-1000℃下，在一段轉化爐中進行轉化，催化劑裝在外部加熱的管內。在二段轉化爐中，氮是以空氣形式或富氧空氣形式一起導入，這時，烴的殘余組份同時轉化。經還原的一種鎳催化劑可在第一段及第二段車釗七爐中使用。蒸汽轉化工藝過程適于轉化從天然氣到輕油范圍內的烴類。烴的非催化裂解是在有外殼的反應器內進行，這時烴與氧在不同壓力下氣化。以后是凈化氫和混合物的工藝過程，脫硫只能在裂解后進行。凈化了的氣體與氮一起混合而導入合成系統[1-5]。

2、合成氨的現狀

德國化學家哈伯1909年提出了工業氨合成方法，即“循環法”，這是目前工業普遍采用的，也被稱作直接合成法。反應過程中為解決氫氣和氮氣合成轉化率低的問題，將氨產品從合成反應后的氣體中分離出來，未反應氣和新鮮氫氮氣混合重新參與合成反應。合成氨反應式如下：

N2+3H2≈2NH3

目前中國主要是以煤為主，油氣并存的局面。

3、合成氨發展前景

原料路線的變化方向。從世界燃料儲量來看，煤的儲量約為石油、天然氣總和的10倍，自從70年代中東石油漲價后，從煤制氨路線重新受到重視，但是因為以天然氣為原料的合成氨裝置投資低、能耗低、成本低的緣故，到20世紀末，世界大多數合成氨廠仍以氣體燃料為主要原料。

節能和降耗。合成氨成本中能源費用占較大比重，合成氨生產的技術改進重點放在采用低能耗工藝、充分回收及合理利用能量上，主要方向是研制性能更好的催化劑、降低氨合成壓力、開發新的原料氣凈化方法、降低燃料消耗、回收和合理利用低位熱能等。現在已提出以天然氣為原料的節能型合成氨新流程多種，每噸液氨的設計能耗可降低到約29.3GJ。

與其他產品聯合生產。合成氨生產中副產大量的二氧化碳，不僅可用于冷凍、飲料、滅火，也是生產尿素、純堿、碳酸氫銨的原料。如果在合成氨原料氣脫除二氧化碳過程中能聯合生產這些產品，則可以簡化流程、減少能耗、降低成本。中國開發的用氨水脫除二氧化碳直接制碳酸氫銨新工藝，以及中國、意大利等國開發的變換氣氣提法聯合生產尿素工藝，都有明顯的優點[6]。

4、氨的性質 4.1氨的物理性質

氨氣的主要物理性質見下表

表3-1 氨氣的主要物理性質

中文名 分子式 沸點（℃）熔點（℃）燃燒性 溶解性 爆炸極限 外觀及性狀 主要用途

4.2氨的化學性質

NH3遇HCl氣體或濃鹽酸有白煙產生，可與氯氣反應。

(1)氨水（混稱氫氧化銨，NH4OH）可腐蝕許多金屬，一般若用鐵桶裝氨水，鐵桶應內涂瀝青。

(2)氨的催化氧化是放熱反應，產物是NO，是工業制硝酸的重要反應，NH3也可以被氧化成N2[7-8]。氨氣 NH3 330.0 10.5 助燃 極易溶于水 15.8%-28%

英文名 相對分子量 飽和蒸氣壓（kPa）

相對密度 溶解度 危險特性 偶極距

ammonia 17.03 0.13（145.8℃）（水=1）0.82 89.9 g/100 mL

腐蝕性 1.42D

通常情況下是有刺激性氣味的無色氣體

做制冷劑及制作化肥

5、合成氨的生產工藝及主要方法 5.1原料氣的制備

將煤和天然氣等原料制成含氫和氮的粗原料氣。對于固體原料煤和焦炭，通常采用氣化的方法制取合成氣；渣油可采用非催化部分氧化的方法獲得合成氣；對氣態烴類和石腦油，工業中利用二段蒸汽轉化法制取合成氣。

5.2 凈化

對粗原料氣進行凈化處理，除去氫氣和氮氣以外的雜質，主要包括變換過程、脫硫脫碳過程以及氣體精制過程。

5.2.1一氧化碳變換過程

在合成氨生產中，各種方法制取的原料氣都含有CO，其體積分數一般為12%～40%。合成氨需要的兩種組分是H2和N2，因此需要除去合成氣中的CO。變換反應如下：

CO+H2O→H2+CO2

由于CO變換過程是強放熱過程，必須分段進行以利于回收反應熱，并控制變換段出口殘余CO含量。第一步是高溫變換，使大部分CO轉變為CO2和H2；第二步是低溫變換，將CO含量降至0.3%左右。因此，CO變換反應既是制造原料氣的繼續，又是凈化的過程，為后續脫碳過程創造條件。

5.2.2脫硫脫碳過程

各種原料制取的粗原料氣，都含有一些硫和碳的氧化物，為了防止合成氨生產過程催化劑的中毒，必須在氨合成工序前加以脫除，以天然氣為原料的蒸汽轉化法，第一道工序是脫硫，用以保護轉化催化劑，以重油和煤為原料的部分氧化法，根據一氧化碳變換是否采用耐硫的催化劑而確定脫硫的位置。工業脫硫方法種類很多，通常是采用物理或化學吸收的方法，常用的有低溫甲醇洗法(Rectisol)、聚乙二醇二甲醚法(Selexol)等。

粗原料氣經CO變換以后，變換氣中除H2外，還有CO2、CO和CH4等組分，其中以CO2含量最多。CO2既是氨合成催化劑的毒物，又是制造尿素、碳酸氫銨等氮肥的重要原料。因此變換氣中CO2的脫除必須兼顧這兩方面的要求。

一般采用溶液吸收法脫除CO2。根據吸收劑性能的不同，可分為兩大類。一類是物理吸收法，如低溫甲醇洗法(Rectisol)，聚乙二醇二甲醚法(Selexol)，碳酸丙烯酯法。一類是化學吸收法，如熱鉀堿法，低熱耗本菲爾法，活化MDEA法，MEA法等。

5.2.3 氣體精制過程

目前在工業生產中，凈化方法主要分為深冷分離法和甲烷化法[9]。深冷分離法主要是液氮洗法，是在深度冷凍(-100℃)條件下用液氮吸收分離少量CO，而且也能脫除甲烷和大部分氬，這樣可以獲得只含有惰性氣體100cm3/m3以下的氫氮混合氣，深冷凈化法通常與空分以及低溫甲醇洗結合[10]。甲烷化法是在催化劑存在下使少量CO、CO2與H2反應生成CH4和H2O的一種凈化工藝，要求入口原料氣中碳的氧化物含量(體積分數)一般應小于0.7%。甲烷化法可以將氣體中碳的氧化物(CO+CO2)含量脫除到10cm3/m3以下，但是需要消耗有效成分H2，并且增加了惰性氣體CH4的含量。甲烷化反應如下：

CO+3H2→CH4+H2O ΔH=-206.2kJ/mol CO2+4H2→CH4+2H2O ΔH=-165.1kJ/mol 5.3氨的合成

將純凈的氫、氮混合氣壓縮到高壓，在催化劑的作用下合成氨[10]。氨的合成是提供液氨產品的工序，是整個合成氨生產過程的核心部分。氨合成反應在較高壓力和催化劑存在的條件下進行，由于反應后氣體中氨含量不高，一般只有10%~20%，故采用未反應氫氮氣循環的流程。氨合成反應式如下[11]：

N2+3H2→2NH3(g)=-92.4kJ/mol

6、原料氣精制的主要方法

原料氣經一氧化碳變換和二氧化碳脫除后，尚含有少量一氧化碳和二氧化碳，在送往氨合成系統前，為使它們總的含量少于10ppm，必須進一步加以脫除。脫除少量一氧化碳和二氧化碳有三種方法；

6.1 銅氨液吸收法

銅氨液吸收法是最早采用的方法，在高壓、低溫下用銅鹽的氨溶液吸收一氧化碳并生成絡合物，然后將溶液在減壓和加熱條件下再生，由于吸收溶液中有游離氨，故可同時將氣體中的二氧化碳脫除：

6.2 液氮洗滌法 液氮洗滌法是利用液態氮能溶解一氧化碳、甲烷等的物理性質，在深度冷凍的溫度條件下把原料氣中殘留的少量一氧化碳和甲烷等徹底除去，該法適用于設有空氣分離裝置的重質油、煤加壓部分氧分法制原料氣的凈化流程，也可用于焦爐氣分離制氫的流程。

6.3 甲烷化法

甲烷化法是60年代開發的方法，在鎳催化劑存在下使一氧化碳和二氧化碳加氫生成甲烷：

由于甲烷化反應為強放熱反應，而鎳催化劑不能承受很大的溫升，因此，對氣體中一氧化碳和二氧化碳含量有限制。該法流程簡單，可將原料氣中碳的氧化物脫除到10ppm以下，以天然氣為原料的新建氨廠，大多采用此法。但甲烷化反應中需消耗氫氣，且生成對合成氨無用的惰性組分──甲烷。

7、Topsoe氨合成塔

為提高合成塔的生產能力，降低造價，設計出一種稱為“ 熱壁” 型式的合成塔，已投入工業應用。該合成塔耐壓殼體較薄，重量較輕，制造費用較少，頂蓋直徑也較小。

(1)投資費用較少

耐壓殼體較薄頂蓋較小底部結構簡單內件設計也很簡單。(2)容易運輸和安裝

內件重量小，可以用標準集裝箱船運。(3)流體分布均勻，床層壓降小

催化劑的裝填對合成塔能否發揮正常性能很重要。傳統的徑向流合成塔裝填催化劑時都需要振打，以確保催化劑均勻填滿整個床層。這種裝填方式較耗時，且不容易裝填好，易產生很多空穴，使氣體出現偏流，催化劑利用率低。Topsoe研究出了一種稱為“ 毛毛雨式裝填法”該法裝填迅速，所需時間為振打法的一半，而裝填密度為振打法的102%-104%，且催化劑密度均勻。該法已在工業生產中取得了良好的效果。致謝：感受頗深，受益匪淺。在論文的寫作過程中，有很多困難，在理論學習階段，得到孫初鋒老師的悉心指導和幫助。借此機會我向孫初鋒老師表示衷心的感謝!同時，我也要感謝我的同學給予我的幫助，他們為我撰寫論文提供了不少建議和幫助。在此要特別感謝孫老師，他為人隨和熱情，治學嚴謹細心。在學習生活中他能像知心朋友一樣鼓勵你，在論文的寫作和措辭等方面他也總會以“專業標準”嚴格要求你，再次謝謝孫初鋒老師!

參考文獻

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[4 ] 梅安華.小合成氨廠工藝技術與設計手冊:下冊.化學工業出版社，1995 [5 ] 陳運根.[J].氨合成工藝技術新進展.化肥工業，2002 [6 ] Smil V [J].Nature，1999，400 ~416.[7 ] 何林.[J ].工業催化，2000，8(1): 3～11.[8 ] 黃傳榮，等.[J ].化肥工業，1998 ,，25(2): 30～32.[9 ] 朱繼承，等.[J ].高等化學工程學報, 2000，14(3): 270～275.[10] Rod T H , Logadottir A，Norskov J K.[J ].J.Chem.Phy,2000 , 112(12): 5343～5347.[11] 黃傳榮，等.一種新型稀土氨合成催化劑制備工藝，[ P].CN 86107630 , 1990

第五篇：合成氨論文

合成氨

王俊麗

一、氨合成（一）氨合成概述

成氨工業誕生于本世紀初，其規模不斷向大型化方向發展，目前大型氨廠的產量占世界合成氨總產量的80%以上。氨是重要的無機化工產品之一，在國民經濟中占有重要地位。除液氨可直接作為肥料外，農業上使用的氮肥，例如尿素、硝酸銨、磷酸銨、氯化銨以及各種含氮復合肥，都是以氨為原料的。合成氨是大宗化工產品之一，世界每年合成氨產量已達到1億噸以上，其中約有80%的氨用來生產化學肥料，20%作為其它化工產品的原料。

德國化學家哈伯1909年提出了工業氨合成方法，即“循環法”，這是目前工業普遍采用的直接合成法。反應過程中為解決氫氣和氮氣合成轉化率低的問題，將氨產品從合成反應后的氣體中分離出來，未反應氣和新鮮氫氮氣混合重新參與合成反應。

合成氨反應式如下：N2+3H2≈2NH

3目前中國主要是以煤為主，油氣并存的局面，晉開公司就是采用晉城的煤來合成氨，其基本流程圖如下：無煙煤、蒸汽、空氣→造氣→脫硫→變換→脫二氧化碳→壓縮→合成氨

（二）原料氣的制備

現在我國主要采用三種工藝進行制氣：固定床、流化床和氣流床。晉開公司使用的是間歇固定床式工藝法來制造原料氣。固體燃料油加料機從煤氣發生爐頂部間歇加入爐內。吹風時，空氣經鼓風機加壓自上而下經過煤氣發生爐，出風氣經過燃料室及廢熱鍋爐回收熱量后放空。蒸汽上吹制氣時，煤氣經過燃料室及廢熱鍋爐回收余熱后，再經洗氣箱及洗滌塔進入氣柜。二次上吹時，氣體流向和上吹相同。空氣吹凈時，氣體經燃料室、廢熱鍋爐、洗氣箱和洗滌塔進入氣柜。此法發生的化學反應為C + O2 →

CO2

C + H2O →

CO + H2

（三）脫硫工段

1、工藝流程

從造氣系統來的半水煤氣進入氣柜，從氣柜出口水封進入除塵塔降溫除塵，然后送入羅茨風機。從羅茨風機出來的半水煤氣經脫硫前冷卻塔降溫后進入脫硫塔，與脫硫噴淋而下的脫硫溶液逆向接觸，除去半水煤氣的硫化氫。脫除了硫化氫的半水煤氣進入清洗塔，進行清洗、降溫后分別進入三個并聯的靜電除焦塔，除焦除塵后煤氣匯入煤氣總管，送往壓縮機，經壓縮機加壓后，從壓縮機三段出口進入變換。吸收硫化氫后的栲膠溶液經塔底自調閥調節，保持一定液位，靠塔內壓力和位差進入再生泵，由再生泵加壓后打入再生槽，完成脫硫溶液的再生和析硫過程，再生后的貧液通過再生槽的液位調節器進入循環槽，經脫硫泵打入脫硫塔循環使用。

2、栲膠脫硫

這種方法用栲膠溶液在脫硫塔內與半水煤氣逆流接觸脫除氣體中的硫化氫，吸收硫化氫后的富液經再生泵送往噴射再生槽，再生槽自吸空氣噴射再生。

3、反應原理

主要反應：

Na2CO3 + H2S = NaHS + NaHCO3

2NaHS + 4NaVO3 +H2O =4NaOH +2S +Na2V4O9

（四）變換工段

1、變換工段的基本原理

壓縮三段送來的半水煤氣，在一定溫度下CO和水蒸氣在催化劑的作用下，發生變換反應生成二氧化碳和氫氣，使一氧化碳滿足生產要求后送往后序工序

2、變換工段工藝流程

來自壓縮三段的半水煤氣經絲網除油器分離油水后，經凈化爐進一步除油，出油后的半水煤氣進入潛熱交換器的殼程與管程的變換氣換熱，溫度升高后，此時向半水煤氣中添加蒸汽，調節合適的汽氣比后進入后換熱器的管程與殼程的變換器換熱，適當調節冷煤氣復線閥的開度，使進變換爐氣體溫度符合要求后進入變換爐的一段，經過變換爐的一段上部抗毒劑除去對觸媒有害的成分，然后進入下部的觸媒進行反應，經過一段反應溫度升高后，進入后換熱器的殼程換熱后溫度下降，接著進入增濕器的一段，利用噴水氣化法對一段進一步降溫增加水蒸氣含量后進入變換器二段，經過二段抗毒劑及觸媒層反應后，進入二段增濕器，經過降溫增加水蒸氣含量后，進入變換爐三段進一步反應，使一氧化碳滿足要求后，離開變換爐。完成一氧化碳變換反應后的變換氣經過前熱交換的管程后進入軟水交換器，與軟水換熱后，用循環水進一步降溫，然后經變換器分離器降冷卻下來的蒸汽分離出來后，變換氣離開變換系統進入下個工序。

3、反應原理

CO + H2O → CO2 +H2

（五）變壓吸附脫碳

1、基本原理

利用固體吸附劑吸收變換氣中的硫化氫、二氧化碳，完成變換氣的初步凈化，使凈化氣中的二氧化碳含量在百分之0.4-1.3之間。吸收二氧化碳、硫化氫的固體吸附劑經過水環真空泵得到解吸再生。

本裝置采用的是變壓吸附技術來脫除和提純二氧化碳。變壓吸附是以吸附劑內部表面對氣體分子的物理吸附為基礎，利用吸附劑在相同壓力下易吸附高沸點成分，不易吸附低沸點成分；高壓下被吸附組分吸附總量增加而低壓下被吸附組分總量減少的特點來實現分離。

2、工藝流程

原料氣在壓力1.5-1.8mpa下進入系統，經流量計計量后進入20臺吸附器I及一組程控閥組成的變壓吸附PSA-I系統。由吸附塔入口通入原料氣，在出口獲得8%-14%的半產品氣。半產品氣進入半產品氣緩沖罐穩壓后，進入20臺吸附器II及一組程控閥組成的PSA-II系統，然后送出界外。PSA-II系統逆放初期解吸氣經過一程控閥進入一系統

進入升壓緩沖罐穩壓后，通過程控閥進入一系統進行與升壓；逆放后期通過程控閥就地高空排放。一系統采用20-7-10/V工藝，7塔同時進料，10次均壓、逆放、抽真空解吸流程。原料氣進入7臺正在處于吸附狀態的吸附器中，大部分CO2被吸附，其余大部分組分通過吸附劑，在吸附器頂部得到半產品氣。其余13臺吸附器分別進行其他步驟的操作。20臺吸附器依次循環工作，時間上相互交錯，以此達到原料氣不斷輸入，半產品氣不斷輸出的目的。二系統采用20-7-9/V工藝，20塔操作，7塔同時進料，9次均壓，抽真空解吸流程。半產品氣從底部進入7臺正在吸附的吸附器中，二氧化碳幾乎全部被吸附，其余組分穿過吸附劑，在吸附器頂部得到凈化氣。其余13臺吸附器分別進行其他步驟的操作。20臺吸附器依次循環工作，時間上相互交錯，以此達到原料氣不斷輸入，半產品氣不斷輸出的目的。

（六）精脫硫工藝

1、基本原理

從變壓吸附出來的凈化氣中含有一定量的硫化氫和有機硫，在一定條件下，在精脫塔里固體精脫硫劑的作用下，將大部分硫化氫及有機硫脫去在工藝指標范圍內。

2、工藝流程

來自脫碳工序的凈化氣先經過第一精脫槽，再進第二精脫槽。一二精脫塔之間有切換復線，可實現兩個精脫塔的串并及單獨使用。

（七）氣體的壓縮

1、工作原理

在合成氨生產中，原料氣的凈化和合成是在一定的壓力下進行的，因此需要對氣體進行壓縮，以達到所需的壓力，同時完成氣體的輸送。晉開主要使用的是王府壓縮機，它的壓力范圍十分廣泛，效率較高。

2、工藝流程

來自凈化工段的半水煤氣，經過分離器分離水分后，進入壓縮機一段加壓。加壓后的氣體經冷卻器冷卻后和油水分離器分離油水后，再送入壓縮機二段加壓。加壓后的氣體經二段冷卻器及油水分離器分離油水后，送變換工段。從變換氣脫硫崗位來的變換氣經三段汽水總分離器分離水分后，進入壓縮機三段加壓，加壓后的氣體經三段冷卻器及油水分離器分離油水后送入變壓吸附脫碳工序從脫碳來的凈化氣經四段總分離器分離油水后，依次進入四五段，然后逐段加壓，每段加壓、冷卻的氣體依次冷卻、分離，送入下一段加壓，由五段分離油水后進入下個工序。

(八）合成氨工藝

1、氨的主要特點

氨在標準狀態下是無色氣體，比空氣密度小，具有刺激性氣味。會灼傷皮膚、眼睛，刺激呼吸器官粘膜。空氣個氨質量分數在0.5％-1.0%時，就能使人在幾分鐘內窒息。

氨的相對分子質量為17.3沸點(0.1013MPa)-33.5C冰點一77．7C,臨界溫度132.4C，臨界壓力ll．28MPa．液氨的密度0.1013MPa、-334C為0.6813kg?L‘。標準狀態下氣氨的密度7．714×10E4 kg-L 摩爾體積22．08L?mol-1液氨揮發性很強。氣化熱較大。氨基易揮發，可生產含氨15%~30%(質量)的商品氨水，氨溶解時放出大量的熱。氨水溶液呈弱堿性，易揮發。液氨和干燥的氣氨對大部分材料沒有腐蝕性，但是在有水存在的條件下。對銅、銀、鋅等金屬有腐蝕性。

氨是一種可燃性物質，自然點為630C，一般較難點燃。氨與空氣或氧的混合物在一定范圍內能夠發生爆炸，常壓，室溫下的爆炸范圍分別為15.5%~28%和13.5%~82% 氨的化學性質較活潑，能與堿反應生成鹽。

2、合成氨工藝的流程

（1）分流進塔：反應氣分成兩部分進塔，一部分經塔外換熱器預熱，依次進入塔內換熱管、中心管，送到催化劑第一床層，另一部分經環隙直接進入冷管束，兩部分氣體在菱形分布器內匯合，繼續反應，這樣使低溫未反應氣直接竟如冷管束，稍加熱后，作為一、二段間的冷激氣，從而減少冷管面積和占用空間，提高了催化劑筐的有效容積，并強化了床層溫度的可調性。同時僅有65~70%的冷氣進入塔內換熱器和中心管，減輕了換熱器負荷，因而減少了換熱面積，相對增加了有效的高壓容積，也使出塔反應氣溫度提高（310~340℃），即回收熱品位提高。氣體分流進塔還使塔阻力和系統阻力比傳流程小。

（2）進塔外換熱器的冷氣不經環隙，這樣溫度更低，使進水冷器的合成氣溫度更低（約75℃左右），提高了合成反應熱的利用率，降低了水冷器的負荷和冷卻水的消耗。

（3）水冷后的合成氣直接進入冷交管間，由上而下邊冷凝邊分離，液氨在重力和離心力的作用下分離，既提高了分離效果，又減小了阻力。

（4）塔后放空置于水冷、冷交后，氣體經連續冷卻，冷凝量多，因此氣體中氨含量低，惰氣含量高，故放空量少，降低了原料氣消耗。

（5）塔前補壓：循環機設于冷交之后，氣體直接進塔，使合成反應處于系統壓力最高點，有利于反應，同時循環機壓縮的溫升不消耗冷量，降低了冷凍能耗。

（6）設備選用結構合理，使消耗低，運行平穩，檢修量減少，工藝趨于完善。

（7）選用先進的自控手段，如兩級放氨，氨冷加氨，廢鍋加水，系統近路的控制，均用了DCS計算機集散系統自動化控制，冷交、氨分用液位檢測采用國內近幾年問世的電容式液位傳感器等新技術使操作更加靈活、平穩、可靠，降低了操作強度。

3、氨的凈化和輸送

由合成車間液氨倉庫經液氨升壓泵加壓后的原料液氨，壓力大于2 /20cmkg（表壓），溫度約<20C°直接送入尿素生產車間27米樓面的液氨過濾器，進入液氨緩沖槽原料室。

來自一段循環系統冷凝器回收的液氨，自氨冷凝器A、B流入液氨緩沖槽的回流室，其中一部分液氨正常為60%，作為一段吸收塔回流液氨用，而其余液氨經過液氨緩沖槽的中部溢流隔板，進入原料室與新鮮原料液氨混合后一起至高壓氨泵，這樣可使液氨保 持較低的溫度以減少高壓氨泵進口氨氣化。氨緩沖槽壓力維持在2/17cmkg左右，設置 在高為23米平面上，是為了具有足夠的壓頭，使液氨回流進入一段吸收塔，同時也為了保證高壓氨泵所需要的吸入壓頭。氨緩沖槽原料室的液氨，進入高壓氨泵（單動臥式三聯柱塞泵、打液能力為每臺 hrM/243，反復次數180次/分、電動機250KW、三臺高壓氨泵一臺備用）將液氨加壓。

參考文獻

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