第一篇：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(yè)誕生于本世紀初，其規(guī)模不斷向大型化方向發(fā)展，目前大型氨廠的產(chǎn)量占世界合成氨總產(chǎn)量的80%以上。氨是重要的無機化工產(chǎn)品之一，在國民經(jīng)濟中占有重要地位。除液氨可直接作為肥料外，農(nóng)業(yè)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(fù)合肥，都是以氨為原料的。合成氨是大宗化工產(chǎn)品之一，世界每年合成氨產(chǎn)量已達到1億噸以上，其中約有80%的氨用來生產(chǎn)化學(xué)肥料，20%作為其它化工產(chǎn)品的原料。

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

合成氨反應(yīng)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(xiàn)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(fā)生爐頂部間歇加入爐內(nèi)。吹風(fēng)時，空氣經(jīng)鼓風(fēng)機加壓自上而下經(jīng)過煤氣發(fā)生爐，出風(fēng)氣經(jīng)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(jīng)過燃料室及廢熱鍋爐回收余熱后，再經(jīng)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(jīng)燃料室、廢熱鍋爐、洗氣箱和洗滌塔進入氣柜。此法發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為C + O2 →

CO2

C + H2O →

CO + H2

（三）脫硫工段

1、工藝流程

從造氣系統(tǒng)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(fēng)機。從羅茨風(fēng)機出來的半水煤氣經(jīng)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(lián)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(jīng)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(jīng)塔底自調(diào)閥調(diào)節(jié)，保持一定液位，靠塔內(nèi)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(diào)節(jié)器進入循環(huán)槽，經(jīng)脫硫泵打入脫硫塔循環(huán)使用。

2、栲膠脫硫

這種方法用栲膠溶液在脫硫塔內(nèi)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(jīng)再生泵送往噴射再生槽，再生槽自吸空氣噴射再生。

3、反應(yīng)原理

主要反應(yīng)：

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(fā)生變換反應(yīng)生成二氧化碳和氫氣，使一氧化碳滿足生產(chǎn)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(jīng)絲網(wǎng)除油器分離油水后，經(jīng)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(diào)節(jié)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(dāng)調(diào)節(jié)冷煤氣復(fù)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(jīng)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(yīng)，經(jīng)過一段反應(yīng)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(jīng)過二段抗毒劑及觸媒層反應(yīng)后，進入二段增濕器，經(jīng)過降溫增加水蒸氣含量后，進入變換爐三段進一步反應(yīng)，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(yīng)后的變換氣經(jīng)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(huán)水進一步降溫，然后經(jīng)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(tǒng)進入下個工序。

3、反應(yīng)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(jīng)過水環(huán)真空泵得到解吸再生。

本裝置采用的是變壓吸附技術(shù)來脫除和提純二氧化碳。變壓吸附是以吸附劑內(nèi)部表面對氣體分子的物理吸附為基礎(chǔ)，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(xiàn)分離。

2、工藝流程

原料氣在壓力1.5-1.8mpa下進入系統(tǒng)，經(jīng)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(tǒng)。由吸附塔入口通入原料氣，在出口獲得8%-14%的半產(chǎn)品氣。半產(chǎn)品氣進入半產(chǎn)品氣緩沖罐穩(wěn)壓后，進入20臺吸附器II及一組程控閥組成的PSA-II系統(tǒng)，然后送出界外。PSA-II系統(tǒng)逆放初期解吸氣經(jīng)過一程控閥進入一系統(tǒng)

進入升壓緩沖罐穩(wěn)壓后，通過程控閥進入一系統(tǒng)進行與升壓；逆放后期通過程控閥就地高空排放。一系統(tǒng)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(tài)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(chǎn)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(huán)工作，時間上相互交錯，以此達到原料氣不斷輸入，半產(chǎn)品氣不斷輸出的目的。二系統(tǒng)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(chǎn)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(huán)工作，時間上相互交錯，以此達到原料氣不斷輸入，半產(chǎn)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(nèi)。

2、工藝流程

來自脫碳工序的凈化氣先經(jīng)過第一精脫槽，再進第二精脫槽。一二精脫塔之間有切換復(fù)線，可實現(xiàn)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(chǎn)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(jīng)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(jīng)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(jīng)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(jīng)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(jīng)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(jīng)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(tài)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(zhì)量分數(shù)在0.5％-1.0%時，就能使人在幾分鐘內(nèi)窒息。

氨的相對分子質(zhì)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(tài)下氣氨的密度7．714×10E4 kg-L 摩爾體積22．08L?mol-1液氨揮發(fā)性很強。氣化熱較大。氨基易揮發(fā)，可生產(chǎn)含氨15%~30%(質(zhì)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(fā)。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(zhì)，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(nèi)能夠發(fā)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(xué)性質(zhì)較活潑，能與堿反應(yīng)生成鹽。

2、合成氨工藝的流程

（1）分流進塔：反應(yīng)氣分成兩部分進塔，一部分經(jīng)塔外換熱器預(yù)熱，依次進入塔內(nèi)換熱管、中心管，送到催化劑第一床層，另一部分經(jīng)環(huán)隙直接進入冷管束，兩部分氣體在菱形分布器內(nèi)匯合，繼續(xù)反應(yīng)，這樣使低溫未反應(yīng)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(diào)性。同時僅有65~70%的冷氣進入塔內(nèi)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(yīng)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(tǒng)阻力比傳流程小。

（2）進塔外換熱器的冷氣不經(jīng)環(huán)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(yīng)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(jīng)連續(xù)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(huán)機設(shè)于冷交之后，氣體直接進塔，使合成反應(yīng)處于系統(tǒng)壓力最高點，有利于反應(yīng)，同時循環(huán)機壓縮的溫升不消耗冷量，降低了冷凍能耗。

（6）設(shè)備選用結(jié)構(gòu)合理，使消耗低，運行平穩(wěn)，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(tǒng)近路的控制，均用了DCS計算機集散系統(tǒng)自動化控制，冷交、氨分用液位檢測采用國內(nèi)近幾年問世的電容式液位傳感器等新技術(shù)使操作更加靈活、平穩(wěn)、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(jīng)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(chǎn)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(huán)系統(tǒng)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(jīng)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(shè)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(lián)柱塞泵、打液能力為每臺 hrM/243，反復(fù)次數(shù)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

（1）周有英，無機鹽工藝學(xué)[M]，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1995.（2）倪進方，化工設(shè)計[M]，上海：華東理工大學(xué)出版社，1994.（3）劉華，胡文啟.鈦白粉材料的生產(chǎn)和應(yīng)用[M]，北京：科學(xué)技術(shù)文獻出版社，1992.（4）江體乾，化學(xué)工藝手冊[M]，上海：上海科技出版社，1990.(5)張子峰，合成氨生產(chǎn)技術(shù)，北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

第二篇：合成氨論文

論文寫作與指導(dǎo)

姓 名: 學(xué) 號: 專業(yè)班級: 指導(dǎo)老師:

合成氨合成工藝的現(xiàn)狀

The present status of synthetic ammonia process

Wang

西北民族大學(xué)化工學(xué)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(jīng)濟中占有重要地位，本文在文獻調(diào)研的基礎(chǔ)上綜述了合成氨設(shè)備、催化劑、合成氨工藝三方面的現(xiàn)狀和未來發(fā)展趨勢。在設(shè)備方面，通過對冷管型合成塔和絕熱型合成塔新技術(shù)的綜述和兩種設(shè)備的對比，闡述了國內(nèi)外合成氨設(shè)備的不同之處，及國內(nèi)外合成氨設(shè)備的優(yōu)劣，提出了國內(nèi)合成氨設(shè)備的發(fā)展建議。合成氨工藝方面，通過轉(zhuǎn)化、變換、脫碳、合成四方面綜合闡述了目前合成氨工藝技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，介紹了近年來國內(nèi)外合成氨工藝的新技術(shù)和工藝流程方面的新進展。

關(guān)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(fā)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(dāng)焦炭因吸熱反應(yīng)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(huán)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(zhàn)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(fā)展了用烴的催化劑和非催化轉(zhuǎn)化法制氫。而催化轉(zhuǎn)化法完全以法本公司的鎳催化劑為基礎(chǔ)。是將蒸汽和烴的混合物在730-1000℃下，在一段轉(zhuǎn)化爐中進行轉(zhuǎn)化，催化劑裝在外部加熱的管內(nèi)。在二段轉(zhuǎn)化爐中，氮是以空氣形式或富氧空氣形式一起導(dǎo)入，這時，烴的殘余組份同時轉(zhuǎn)化。經(jīng)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(zhuǎn)化工藝過程適于轉(zhuǎn)化從天然氣到輕油范圍內(nèi)的烴類。烴的非催化裂解是在有外殼的反應(yīng)器內(nèi)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(dǎo)入合成系統(tǒng)[1-5]。

2、合成氨的現(xiàn)狀

德國化學(xué)家哈伯1909年提出了工業(yè)氨合成方法，即“循環(huán)法”，這是目前工業(yè)普遍采用的，也被稱作直接合成法。反應(yīng)過程中為解決氫氣和氮氣合成轉(zhuǎn)化率低的問題，將氨產(chǎn)品從合成反應(yīng)后的氣體中分離出來，未反應(yīng)氣和新鮮氫氮氣混合重新參與合成反應(yīng)。合成氨反應(yīng)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(fā)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(shù)合成氨廠仍以氣體燃料為主要原料。

節(jié)能和降耗。合成氨成本中能源費用占較大比重，合成氨生產(chǎn)的技術(shù)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(fā)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(xiàn)在已提出以天然氣為原料的節(jié)能型合成氨新流程多種，每噸液氨的設(shè)計能耗可降低到約29.3GJ。

與其他產(chǎn)品聯(lián)合生產(chǎn)。合成氨生產(chǎn)中副產(chǎn)大量的二氧化碳，不僅可用于冷凍、飲料、滅火，也是生產(chǎn)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(lián)合生產(chǎn)這些產(chǎn)品，則可以簡化流程、減少能耗、降低成本。中國開發(fā)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(fā)的變換氣氣提法聯(lián)合生產(chǎn)尿素工藝，都有明顯的優(yōu)點[6]。

4、氨的性質(zhì) 4.1氨的物理性質(zhì)

氨氣的主要物理性質(zhì)見下表

表3-1 氨氣的主要物理性質(zhì)

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(xué)性質(zhì)

NH3遇HCl氣體或濃鹽酸有白煙產(chǎn)生，可與氯氣反應(yīng)。

(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(yīng)內(nèi)涂瀝青。

(2)氨的催化氧化是放熱反應(yīng)，產(chǎn)物是NO，是工業(yè)制硝酸的重要反應(yīng)，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(chǎn)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(tài)烴類和石腦油，工業(yè)中利用二段蒸汽轉(zhuǎn)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(zhì)，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(chǎn)中，各種方法制取的原料氣都含有CO，其體積分數(shù)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(yīng)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(yīng)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(zhuǎn)變?yōu)镃O2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(yīng)既是制造原料氣的繼續(xù)，又是凈化的過程，為后續(xù)脫碳過程創(chuàng)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(chǎn)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(zhuǎn)化法，第一道工序是脫硫，用以保護轉(zhuǎn)化催化劑，以重油和煤為原料的部分氧化法，根據(jù)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(yè)脫硫方法種類很多，通常是采用物理或化學(xué)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(jīng)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(jù)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(xué)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(yè)生產(chǎn)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(jié)合[10]。甲烷化法是在催化劑存在下使少量CO、CO2與H2反應(yīng)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(shù))一般應(yīng)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(yīng)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(chǎn)品的工序，是整個合成氨生產(chǎn)過程的核心部分。氨合成反應(yīng)在較高壓力和催化劑存在的條件下進行，由于反應(yīng)后氣體中氨含量不高，一般只有10%~20%，故采用未反應(yīng)氫氮氣循環(huán)的流程。氨合成反應(yīng)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(jīng)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(tǒng)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(luò)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(tài)氮能溶解一氧化碳、甲烷等的物理性質(zhì)，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(shè)有空氣分離裝置的重質(zhì)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(fā)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(yīng)為強放熱反應(yīng)，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(yīng)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(chǎn)能力，降低造價，設(shè)計出一種稱為“ 熱壁” 型式的合成塔，已投入工業(yè)應(yīng)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(jié)構(gòu)簡單內(nèi)件設(shè)計也很簡單。(2)容易運輸和安裝

內(nèi)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(fā)揮正常性能很重要。傳統(tǒng)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(chǎn)生很多空穴，使氣體出現(xiàn)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(yè)生產(chǎn)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(xué)習(xí)階段，得到孫初鋒老師的悉心指導(dǎo)和幫助。借此機會我向?qū)O初鋒老師表示衷心的感謝!同時，我也要感謝我的同學(xué)給予我的幫助，他們?yōu)槲易珜懻撐奶峁┝瞬簧俳ㄗh和幫助。在此要特別感謝孫老師，他為人隨和熱情，治學(xué)嚴謹細心。在學(xué)習(xí)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(yè)標準”嚴格要求你，再次謝謝孫初鋒老師!

參考文獻

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第三篇：合成氨論文

合成氨反應(yīng)過程

專

業(yè)：化學(xué)工程與技術(shù)

學(xué)

號：220092212

姓

名：周詩健

合成氨反應(yīng)過程

摘要

本文概括介紹了合成氨反應(yīng)過程，介紹了合成氨催化劑、合成氨工藝、合成氨工藝流程以及合成氨反應(yīng)發(fā)展前景。催化劑由最初的鐵基催化劑，發(fā)展到現(xiàn)在的釕基催化劑和納米催化劑的發(fā)展過程。目前國內(nèi)外合成氨的方法比較多，合成工藝流程雖然不同，但是許多基本步驟是具有相同的地方。但想要進一步完善合成氨過程，也需要研究者進一步努力，困難是存在的，但前景是廣闊的。

關(guān)鍵詞 合成氨 催化劑 發(fā)展

一、合成氨催化劑

1、鐵基合成氨催化劑

傳統(tǒng)的合成氨催化劑于20世紀初由德國BASF公司研制開發(fā)出來的[1]。它是由磁鐵礦制備的，加入少量不可還原氧化物作為促進劑，特別是K、Ca、Al。磁鐵礦作為不可缺少的催化劑前驅(qū)體早已被人們所熟知，并予以接受。由于它允許Al3+和Fe3+進行簡單的陽離子取代并均勻分布其中，這樣磁鐵礦還原成金屬鐵后，鐵粒子要么被分散均勻的鋁氧化物包覆[2]。要么包含于次晶鐵鋁酸鹽物種中，這兩種情況都能使鐵避免燒結(jié)，因而延長了催化劑的壽命。當(dāng)Fe2+/Fe3+高于或低于0.5時，其活性都會降低[3]，正因為這個原因，人們認為這種催化劑的組成是固定不變的，并且人們并不期望這種催化劑的催化性能再有多大的提高。也正是因為這個原因，另外一種完全不同的低壓合成氨催化劑——Ru/C催化劑被開發(fā)出來了[4,5]。關(guān)于合成氨熔鐵催化劑，人們一直都認為R值(即Fe2+/Fe3+)為0.5時其催化活性達到最佳狀態(tài)，這一經(jīng)典理論沿襲了80多年，直到劉化章等人找到了性能更佳的新的熔鐵催化體系———維氏體Fe1-XO體系[6,7]才突破了這一經(jīng)典結(jié)論，標志著合成氨催化劑進入了一個新的發(fā)展時期。

2、釕基催化劑

釕基催化劑的開發(fā)成功是合成氨工藝的一個重大進步，它對合成氨工業(yè)降低生產(chǎn)成本，降低能耗有著十分重要的現(xiàn)實意義。近年來，以Ba為促進劑，BN為載體的釕催化劑得以成功開發(fā)，它具有前所未有的活性和穩(wěn)定性。BN具有與

石墨相似的結(jié)構(gòu)，在所有的加氫反應(yīng)中都很穩(wěn)定，是一種高溫電阻絕緣材料。在特定的反應(yīng)條件下(溫度、壓力、H2/N2比、氨濃度等)可選擇合適的BN表面積、釕負載量、助劑及濃度、顆粒大小與密度，以獲得最佳的Ba-Ru/BN催化活性;而且采用類似處理Ba-Ru/MgO催化劑的處理方法來回收Ba-Ru/BN催化劑，這無疑大大降低了使用這種催化劑的成本，為它的工業(yè)化應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。

3、納米合成氨催化劑

納米催化劑的選擇性要比普通催化劑平均高5～10倍，活性高2～7倍，在實驗室研究中，人們[8-11]利用各種方法已經(jīng)研制出了納米Fe3O4、納米Fe2O3、納米CuO、納米NiO、納米ZnO、納米MoO3等納米微粒催化劑，它們是合成氨過程中制氣、脫硫、變換、精煉、合成等幾道工序需要用到的催化劑。雖然它們具有良好的催化活性，但是大部分還只停留在實驗室階段，離實際應(yīng)用還有相當(dāng)一段距離，要想使它們在實際的生產(chǎn)中得以應(yīng)用，還需要科研工作者付出巨大的努力。

4、其它合成氨催化劑

丹麥哈爾多托普索研究實驗室的研究人員[12]研制成功可替代傳統(tǒng)鐵催化劑的系列產(chǎn)品。研究表明，在工業(yè)條件下，三元氮化物如Fe3Mo3N、Co3Mo3N和Ni2Mo3N用作合成氨催化劑時活性高穩(wěn)定性好。另有研究發(fā)現(xiàn)，若在Co3Mo3N催化劑中加入Cs，其活性高于目前所使用的熔鐵催化劑。據(jù)報道，在相同操作條件下，其活性為傳統(tǒng)鐵催化劑活性的2倍。

二、制氨工藝

1、傳統(tǒng)型蒸汽轉(zhuǎn)化制氨工藝階段[13]

傳統(tǒng)型合成氨工藝以Kellogg工藝為代表，其以兩段天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化為基礎(chǔ)，包括如下工藝單元:合成氣制備(有機硫轉(zhuǎn)化和ZnO脫硫+兩段天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化)、合成氣凈化(高溫變換和低溫變換+濕法脫碳+甲烷化)、氨合成(合成氣壓縮+氨合成+冷凍分離)。

傳統(tǒng)型兩段天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化工藝的主要特點是: ①采用離心式壓縮機，用蒸汽輪機驅(qū)動，首次實現(xiàn)了工藝過程與動力系統(tǒng)的有機結(jié)合。

②副產(chǎn)高壓蒸汽，并將回收的氨合成反應(yīng)熱預(yù)熱鍋爐給水。

③用一段轉(zhuǎn)化爐煙道氣預(yù)熱二段空氣，提高一段轉(zhuǎn)化壓力，將部分轉(zhuǎn)化負荷轉(zhuǎn)移至二段轉(zhuǎn)化。

④采用軸向冷激式氨合成塔和三級氨冷，逐級將氣體降溫至-23℃，冷凍系統(tǒng)的液氨亦分為三級閃蒸。

在傳統(tǒng)型兩段蒸汽轉(zhuǎn)化制氨工藝中，Kellogg工藝技術(shù)應(yīng)用最為廣泛，約有160套裝置，其能耗為37.7~41.8 GJ/t。經(jīng)過節(jié)能改造后平均能耗已經(jīng)降至35.7 GJ/t左右。

2、節(jié)能型制氨工藝階段[14](1)凱洛格(Kellogg)工藝

美國凱洛格公司與英國石油公司(BP)合作開發(fā)的更先進的合成氨工藝———KAAP和KRES組合技術(shù)，將噸氨能耗降到25.96~27.21GJ，這是對合成氨工藝的重大突破。KAAP技術(shù)采用低溫低壓下高活性的氨合成Fe系催化劑。KRES技術(shù)為自熱式轉(zhuǎn)化技術(shù)，設(shè)備由換熱式一段轉(zhuǎn)化爐和絕熱式二段轉(zhuǎn)化爐組成，從二段爐出來的熱轉(zhuǎn)化氣通過換熱向一段爐提供所需全部熱量，使能耗大為降低。

(2)布朗(Braun)工藝

美國布朗公司的節(jié)能措施主要是減少燃料天然氣用量，即減少一段轉(zhuǎn)化爐負荷(出口CH4含量從原10%提高至30%左右)，增大二段轉(zhuǎn)化爐負荷并在此加入過量空氣(產(chǎn)生大量反應(yīng)熱，提供殘余CH4轉(zhuǎn)化所需熱量)，從而使一段爐溫降低，燃料天然氣用量減少。同時，采用深冷凈化脫除過量的氮，并用燃氣透平驅(qū)動空氣壓縮機，噸氨能耗為28.4GJ。

我國對引進的布朗裝置的一段轉(zhuǎn)化爐采用了低水碳比節(jié)能技術(shù)，氨合成采用了三塔三廢熱鍋爐回路流程，利用余熱產(chǎn)生高壓蒸汽，進一步降低了能耗。

(3)ICI工藝

英國ICI公司的AM-V流程，除了采用布朗工藝的一些節(jié)能措施外，最主要的特點是開發(fā)、應(yīng)用了在低溫低壓下活性好的氨合成Fe-Co催化劑。1988年，ICI公司又開發(fā)了流程簡化、規(guī)模縮小的LCA工藝，建成2套日產(chǎn)450t氨的裝置，噸氨能耗為29.31GJ，證明了中型合成氨裝置也可達到與大型合成氨裝置相當(dāng)?shù)墓?jié)能水平。

(4)KPK工藝

KPK工藝是KRES/PURIFIER/KAAP的簡稱，該工藝包含了Kellogg、Braun先進技術(shù)，主要有用換熱式轉(zhuǎn)化器替代傳統(tǒng)的一段轉(zhuǎn)化爐，采用釕系催化劑和深冷凈化技術(shù)等，是新型的合成氨節(jié)能工藝。

(5)其它合成氨技術(shù)進展

Uhde公司的CAR工藝：CAR工藝可節(jié)省35%轉(zhuǎn)化所需的氧氣，可節(jié)省15%的原料氣。該工藝特別適合于生產(chǎn)能力為150~900t/d的合成氨生產(chǎn)裝置。

GIAP的聯(lián)合轉(zhuǎn)化工藝：GIAP聯(lián)合轉(zhuǎn)化工藝不但可以降低能耗，而且也沒有液體和氣體的排放。該系統(tǒng)與常規(guī)合成氨轉(zhuǎn)化系統(tǒng)相比，投資可節(jié)省一半。采用聯(lián)合轉(zhuǎn)化工藝，氨合成回路壓力為8.0MPa，天然氣的消耗為噸氨778m，動力消耗為噸氨408kwh，噸氨外供高壓蒸汽0.037t，裝置的總能耗可達到噸氨27.7GJ。

三、合成氨的工藝流程[15]

1、原料氣制備

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(tài)烴類和石腦油，工業(yè)中利用二段蒸汽轉(zhuǎn)化法制取合成氣。

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(zhì)，主要包括變換過程、脫硫脫碳過程以及氣體精制過程。

①一氧化碳變換過程

在合成氨生產(chǎn)中，各種方法制取的原料氣都含有CO，其體積分數(shù)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(yīng)如下：

CO+H2O→H2+CO2-41.2kJ/mol 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(yīng)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(zhuǎn)變?yōu)镃O2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(yīng)既是原料氣制造的繼續(xù)，又是凈化的過程，為后續(xù)脫碳過程創(chuàng)造條件。

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(chǎn)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(zhuǎn)化法，第一道工序是脫硫，用以保護轉(zhuǎn)化催化劑，以重油和煤為原料的部分氧化法，根據(jù)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(yè)脫硫方法種類很多，通常是采用物理或化學(xué)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(jīng)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(jù)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(xué)吸收法，如熱鉀堿法，低熱耗本菲爾法，活化MDEA法，MEA法等。

③ 氣體精制過程

經(jīng)CO變換和CO2脫除后的原料氣中尚含有少量殘余的CO和CO2。為了防止對氨合成催化劑的毒害，規(guī)定CO和CO2總含量不得大于10cm3/m3(體積分數(shù))。因此，原料氣在進入合成工序前，必須進行原料氣的最終凈化，即精制過程。

目前在工業(yè)生產(chǎn)中，最終凈化方法分為深冷分離法[16]和甲烷化法。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(jié)合。甲烷化法是在催化劑存在下使少量CO、CO2與H2反應(yīng)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(shù))一般應(yīng)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(yīng)如下：

CO+3H2→CH4+H2O

-206.2kJ/mol

CO2+4H2→CH4+2H2O-165.1kJ/mol

3、氨合成

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。氨的合成是提供液氨產(chǎn)品的工序，是整個合成氨生產(chǎn)過程的核心部分。氨合成反應(yīng)在較高壓力和催化劑存在的條件下進行，由于反應(yīng)后氣體中氨含量不高，一般只有10%~20%，故采用未反應(yīng)氫氮氣循環(huán)的流程。氨合成反應(yīng)式如下：

N2+3H2→2NH3(g)-92.4kJ/mol

四、合成氨催化劑的進展

衡量合成氨工業(yè)技術(shù)水平的標準不是產(chǎn)品氨的產(chǎn)量，而是其能耗的高低。而合成氨催化劑是影響合成氨工業(yè)產(chǎn)率和效率的最重要的因素。從1913年的鐵催化劑到1994年的A202催化劑,歷時80多年,催化劑母體無一例外都是Fe3O4,而其活性從20世紀50年代的A106到20世紀90年代的A202催化劑,歷時40多年,僅提高2~3個百分點。新型的釕基合成氨催化劑可在低溫、低壓下操作，而且壽命很長，可節(jié)省大量能耗，必將成為替代鐵基催化劑成為21世紀合成氨催化劑的主流。然而，由于釕的稀有和昂貴，必須綜合考慮由于釕的價格因素所帶來的成本與節(jié)省能耗的關(guān)系，開發(fā)出新一代高效節(jié)能型合成氨催化劑。而納米催化劑具有普通催化劑不能相比的高催化性，而且價格也不是很昂貴，很適合工業(yè)生產(chǎn)，但現(xiàn)階段納米催化劑還只能運用于實驗室內(nèi)，并不能夠適應(yīng)于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。因此，需要研究者們進一步努力，能夠開發(fā)出具有高催化性、廉價的催化劑。

參考文獻：

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第四篇：合成氨論文

運用循環(huán)經(jīng)濟的思想 建設(shè)合成氨裝置

營口三征有機化工股份有限公司

王國華

序 言

當(dāng)前，全國各地都在大力開展循環(huán)經(jīng)濟、清潔生產(chǎn)活動。清潔生產(chǎn)是一種全新的發(fā)展戰(zhàn)略，它借助于各種相關(guān)理論和技術(shù)，在產(chǎn)品的整個生命周期的各個環(huán)節(jié)采取“預(yù)防措施”，將生產(chǎn)技術(shù)、生產(chǎn)過程、經(jīng)營管理及產(chǎn)品等方面與物流、能量、信息等要素有機結(jié)合起來，并優(yōu)化運行方式，從而實現(xiàn)最小化的環(huán)境影響、最少的資源能源使用、最佳的管理模式以及最優(yōu)化的經(jīng)濟增長水平。更重要的是，環(huán)境是經(jīng)濟的載體，良好的環(huán)境可以更好地支撐經(jīng)濟的發(fā)展，并為社會經(jīng)濟活動提供所必需的資源和能源，從而實現(xiàn)經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。

對于企業(yè)來說，實行清潔生產(chǎn)不僅減少末端處理設(shè)施的建設(shè)投資，減少日常運轉(zhuǎn)費用，而且是提高企業(yè)市場競爭力的最佳途徑。因此，積極開展清潔生產(chǎn)對于企業(yè)的經(jīng)濟發(fā)展有著十分重要的意義。

一、企業(yè)概況

營口三征有機化工股份有限公司始建于1988年，經(jīng)過18年的不懈努力，已發(fā)展成為集精細化工、農(nóng)用化工、鹽化工于一體的綜合性化工企業(yè)。公司主導(dǎo)產(chǎn)品三聚氯氰年生產(chǎn)能力4萬噸，居世界第二、亞洲第一。三聚氯氰國內(nèi)市場占有率70%，覆蓋面95%以上；出口量占全國的90%以上，遠銷世界30個國家和地區(qū)。

為三聚氯氰生產(chǎn)配套，公司擁有12萬噸/年 30%液體氰化鈉和6萬噸/年氯堿生產(chǎn)能力。

二、方案的提出

營口三征有機化工股份有限公司氰化鈉車間和氯堿車間尾氣中含有大量氫氣、氮氣及少量的氨，一直直排空中。在2004年開展的首輪清潔生產(chǎn)活動中，曾提出對這些尾氣進行回收利用。該方案經(jīng)層層篩選最終入圍，與一車間技術(shù)改造提案一起，列為兩個正式高費方案。后一方案得以實施，取得良好效果。而合成氨方案由于時間、經(jīng)費等原因，被列入待行方案，在2005年實施。

三、方案的可行性㈠、原料氣現(xiàn)狀1.氯堿尾氣副產(chǎn)物---氫氣

三征公司現(xiàn)氯堿生產(chǎn)能力6萬噸/年，副產(chǎn)氫氣

氫氣純度：≥99%

自用后剩余量：1352.5噸/年（1515萬Nm3/年）。

2.NaCN尾氣（輕油裂解混和氣）

公司現(xiàn)有氰化鈉生產(chǎn)能力12萬噸/年，尾氣組分如下：

H2---65%(v%)

N2---25%(v%)

NH3及其它 10%

尾氣量：H2: 2344噸/年（2625萬Nm3/年）

N2: 12560噸/年（1000萬Nm3/年）

NH3：187萬Nm3/年

㈡、原材料需求現(xiàn)狀

三征公司生產(chǎn)氰化鈉是以氨和輕油為原料，12萬噸30%液體氰化鈉，氨的年消耗量20520噸。

㈢、尾氣回收方案

擬建一套2萬噸/年合成氨（后半部）裝置，以現(xiàn)有氫氣及氮氣為原料，補充不足部分的氮氣，生產(chǎn)合成氨，供本公司氰化鈉生產(chǎn)自用。1.技術(shù)分析

生產(chǎn)20000噸合成氨，需要

399.99%氫氣約4100 萬Nm3，99.9%氮氣1360 萬Nm（折合空氣2700

萬Nm3）。

我公司現(xiàn)有原料資源氫 4140萬Nm3/年，氮1000萬Nm3/年。氫氣量夠用且有余，氮尚有約360萬Nm3/年的缺口，可通過制氮裝

置補充。合成氨生產(chǎn)技術(shù)在我國是成熟技術(shù)，沒有風(fēng)險。

本項目只是采用合成氨的后半部生產(chǎn)工藝，即從原料精制到壓縮、合成。工藝流程短，主要原材料不用外購。工藝流程框圖

氣源部分、氣體凈化、制氮、合成工藝流程框圖見附圖。⑴氣源部分

⑵氣體凈化部分

⑶制氮部分

⑷合成部分

在原料精制工序，氯堿副產(chǎn)的氫氣純度高，只需脫水即可；氰化鈉尾氣成分比較復(fù)雜，采用變壓吸附脫除其中的有害氣體（主要是C5、C6、O2、NH3等對氨合成催化劑有害的成分）。

脫除雜質(zhì)后的氣體送壓縮工序。

脫除的氣體返回氰化鈉生產(chǎn)裝置供生產(chǎn)循環(huán)使用。

合成氨生產(chǎn)有余熱產(chǎn)生，設(shè)置廢熱鍋爐副產(chǎn)蒸汽，可供氯堿化鹽或在同一廠區(qū)的三聚氯氰生產(chǎn)用，減少現(xiàn)在鍋爐的使用負荷，減少現(xiàn)有鍋爐的燃煤耗量。

合成氨產(chǎn)生的馳放氣可送鍋爐燃燒，節(jié)省燃煤消耗量。2.市場分析

公司生產(chǎn)氰化鈉需要消耗氨20520噸/年，現(xiàn)在全部外購。本項目生產(chǎn)20000噸/年氨可全部供公司自用，不存在銷售問題。3.經(jīng)濟分析

年產(chǎn)20000噸合成氨項目總投資預(yù)計3000萬元。生產(chǎn)成本約1200元/噸合成氨（包括折舊）。現(xiàn)公司外購合成氨到貨價2600元/噸，每年可節(jié)省2400萬元以上，投資償還期小于1.2年。4.環(huán)境效益分析

利用暫時無用、排放到空中的氣體資源，生產(chǎn)出自用的原材料，既節(jié)省資源，收到明顯經(jīng)濟效益，又減少廢棄物排放量，是典型的循環(huán)經(jīng)濟清潔生產(chǎn)項目，有較大的推廣宣傳價值。該合成氨生產(chǎn)工藝廢氣、固體廢棄物（更換下的廢合成催化劑）及廢水（主要是氣體脫水及鍋爐排污）排放均可以達到排放標準，同時回收公司原有生產(chǎn)裝置外排的尾氣，減少了原有外排的尾氣的排放污染及能源浪費。

公司現(xiàn)在外購液氨全部采用汽車槽車從250km以外的葫蘆島運來。自產(chǎn)合成氨后，直接用管道輸送到儲罐，消除了一個危險物運輸泄漏隱患，減少了500萬噸公里/年的運輸耗能。

合成氨余熱回收副產(chǎn)蒸汽，馳放氣送鍋爐燃燒，減少了原有燃煤鍋爐的煙塵及廢氣排放量。

四、結(jié) 束 語

綜合上述分析，營口三征有機化工股份有限公司利用現(xiàn)排放尾氣中的氫氣及氮氣資源，配套現(xiàn)排放尾氣的凈化裝置，并購置傳統(tǒng)合成氨裝置的后半程，生產(chǎn)合成氨，合成氨產(chǎn)品供自己生產(chǎn)用，是符合國家的清潔生產(chǎn)政策，貫徹國家可持續(xù)發(fā)展和推廣循環(huán)經(jīng)濟政策的好

項目，具有良好的經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和社會效益。

第五篇：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(yīng)，需循環(huán)使用，故氨合成是帶循環(huán)的系統(tǒng)。

氨合成的平衡氨含量取決于反應(yīng)溫度、壓力、氫氨比及惰性氣體含量，當(dāng)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(yīng)后的氣體必須冷凝以分離所含的氨，使循環(huán)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(dāng)循環(huán)系統(tǒng)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(yīng)定期或連續(xù)排放定量的循環(huán)氣，使惰性氣體含量保持在要求的范圍內(nèi)。

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

此外，還有反應(yīng)氣體的預(yù)熱和反應(yīng)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(huán)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(shù)、冷熱交換器的安排和熱能回收方式，是流程組織與設(shè)計的關(guān)鍵。