第一篇：合成氨工業技術現狀及節能技術研究論文

隨著國家工信部頒布出臺《合成氨行業準入條件(征求意見稿)》，在合成氨生產上提高了能耗的準入條件，因此加快實施合成氨生產的節能改造已經成為企業適應新形勢發展的基本要求。本文首先在合成氨生產原料以及主要生產工藝指標等方面介紹了合成氨工業技術現狀，并提出了實現合成氨生產節能改造的主要技術措施，可以為相關人員熟悉了解合成氨生產以及合成氨節能改造提供合理的參考。工業技術

隨著科學技術的不斷進步以及市場對于化工產品需求量的不斷增加，化工行業正處于迅猛發展階段。氨合成產品作為重要的化工產品，可以用于氮肥、硝酸以及銨態化肥的生產加工制造。隨著市場對于合成氨產品要求的不斷提高以及國家對于化工行業節能減排的要求，改善合成氨生產技術，加大節能技術開發，應經成為合成氨等相關化工行業迫切需要解決的主要問題。

一、現階段合成氨工業主要生產原料

合成氨的反應公式為3H2+N2=2NH3+Q，合成氨的反應特點主要為：可逆反應，氫氣與氮氣反應生成氨，同時氨在一定條件下也可以分解成氫氣和氮氣;此外，合成氨的反應為放熱過程，反應過程中反應熱與溫度以及壓力有關;而且需要催化劑的催化方能迅速進行合成氨反應。現階段用硬合成氨生產的原料主要有天然氣、重質油以及煤或焦炭，具體生產工藝如下所示：

1.天然氣

采用天然氣生產合成氨主要工序為脫硫、二次轉換、一氧化碳轉換以及去除二氧化碳等工序，在上述工序完成后即可得到氮氫混合氣，再利用甲烷化技術去除少量殘余的一氧化碳以及二氧化碳，并經壓縮機進行壓縮處理，即可得到合成氨產品。

2.重質油

重質油主要是指常壓或者減壓蒸餾后的渣油以及利用原油深度加工后的燃料油。利用重質油生產合成氨的工藝為首先重油與水蒸氣反應值得含氫氣體。通過將部分重油燃燒以為反應轉化吸熱提供足夠的熱量以及足夠的反應溫度，進而通過重油制氫為合成氨的生產提供基礎原料。

3.煤

以煤作為原料制取氫氣的工藝流程主要包括煤的高溫干餾焦化以及煤的氣化兩種，煤的焦化主要是將煤處于空氣隔絕的高溫條件下制取焦爐煤氣，通常情況下焦爐煤氣中含有60%左右的氫氣，作為合成氨生產的原料。而煤的氣化，將煤在高溫條件下，通過常壓或者加壓的方式與水蒸氣或者氧氣反應，得到含氫的氣體產物，以此為制作合成氨的原料。

二、合成氨生產工藝指標

1.合成氨生產壓力

通常情況下將壓力控制在3～4MPa左右，這主要是由于采取加壓的條件可以降低能耗，保證能量的合理利用，而且采取加壓的方式還可以提高反應余熱的利用。

2.生產溫度

對于一段爐的溫度，一般控制在760～800℃左右，這主要是由于一段爐設備價值高，而且主要為合金鋼管，合金鋼管的特點在于溫度過高容易造成使用壽命大幅度降低。對于二段爐溫度，主要根據甲烷控制指標來確定。在合成氨的生產壓力以及水碳比得出后，應該根據平衡甲烷的濃度來確定合成氨的生產溫度。通常情況下要求yCH4<0.005，出口溫度應為1000°C左右。實際生產中，轉化爐出口溫度比達到出口氣體濃度指標對應的平衡溫度高

3.水碳比

由于水碳比高的條件下，殘余甲烷含量降低，且可防止析碳。因此一般采用較高的水碳比，約3.5～4.0。

三、合成氨生產節能措施研究

合成氨的生產作為需要大量能好的工業，對于合成氨生產工藝進行節能技術改造已經成為合成氨工業提高經濟效益，實現健康可持續發展的關鍵。降低合成氨生產過程中的能耗，可以采取以下措施：

1.實現合成氨生產規模的大型化

生產規模的大型化在于可以綜合利用能量，并且可以采用離心壓縮機，在降低成本投入的同時，實現生產過程的節能。大型化的合成氨生產可以建立完善的熱回收系統，進而降低能量的消耗，提高技術經濟指標。此外，大型化的合成氨生產工藝由于采用了高速離心壓縮機，減少了合成氨的設備，并實現了合成氨生產工藝的優化。

2.實現制氣系統的節能優化

合成氨的生產主要集中在制氣環節，制氣環節的能耗達到成產工藝的70%以上，因此實現合成氨的節能，必須提高轉化率降低燃料消耗。

對于利用天然氣生產合成氨的工藝，可以采取以下幾種措施：結合用于生產合成氨的天然氣的密度以及其他信息，判斷天然氣碳含量，并及時調整蒸汽，并通過適當降低水碳比來實現生產工藝的節能;嚴格控制合成氨過程中的煙氣氧含量，并盡可能的減少其波動，將其控制在較低的數值;在生產過程中除滿足氫氣與氮氣比、二段爐出口的甲烷含量以及溫度的條件外，應盡可能降低一段爐負荷;對于類似于Kelogg型的合成氨生產轉化爐，應該盡可能地均衡控制各個支路間溫度，并減少各爐管間溫度偏差，進而大幅提高加熱效率，這樣不僅延長設備使用壽命，同時實現能耗的降低。

對于采用重油以及煤粉氣化爐的合成氨生產工藝，實現節能技術改造可以采取以下措施：根據原料的基本屬性如密度、熱值等探尋反應的最佳配比，及時調整氧氣量、蒸汽量，減少能耗;根據爐型及工藝設計不同控制方案，通過平穩操作和優化參數，提高轉化率，降低能耗;由于這類氣化控制的特殊性，如原料性質難以定性、監測點少、自動化程度低等，尚無開發出理想的優化控制系統。

3.從馳放氣中回收氫

從馳放氣體中回收含氫氣體。從馳放氣體中回收有氫氣體主要有以下幾種方式：第一，將馳放氣體低溫液化，進而通過蒸餾進行進一步的分離，通過這種方式不僅可以回收有氫氣體，同時可以回收部分稀有氣體。第二，采取分子篩在高壓條件下吸附的方式，進而在減壓下進行解吸的方法分離得到有氫氣體。第三，采用多極膜分離方法，由于氫氣透過膜的速率相比其他氣體較高，并通過多極膜進行分離而獲得純度較高的氫氣。

四、結語

隨著資源的不斷匱乏以及能源危機的制約，在合成氨生產工藝中采取各種節能措施，并進行技術改造以便于降低能源消耗，提高合成氨的生產效益已經成為合成氨生產技術改造的重點，這對于提高合成氨裝置的設備可靠性，改善合成氨的技術經濟指標也具有重要的意義。

第二篇：合成氨工業現狀及節能技術(DOC)

化工工藝論文 合成氨工業現狀和節能技術

化工工藝論文

題 目 名 稱： 合成氨的工業現狀

和節能技術

系 別：

化學與化工學院 專 業： 應 用 化 學 班 級： 學 生：

學 號：

指 導 教 師：

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摘 要

本論文介紹了合成氨的一些生產方法,分別為煤制氣合成法、固定床氣化法、流化床氣化法、氣流床氣化法、溶浴床氣化法以及對現代典型合成氨工業生產流程詳細介紹；節能技術分別從工藝改造和護手各項余熱和余能進行研究。

關鍵字：合成氨，煤制氣，固定床，節能，回收

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abstract

This paper introduces some methods of production of synthetic ammonia,for coal gas synthesis method, fixed bed gasification, fluidized bed gasification, entrained flow gasification method, melting bath bed gasification method and typical of modern synthetic ammonia industry production process in detail.Energy-saving technology from process improvement and hand the residual heat and energy research.key words: synthetic ammonia coal gas energy conservation reclaim

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目錄

第一章 合成氨工藝現狀..............................................................1

1.1 國外傳統型蒸汽轉化制氨工藝階段..............................................1 1.2 我國目前合成氨技術的基本狀況................................................2 第二章 幾種典型的合成氨工藝介紹....................................................3

2.1 煤制氣合成氨工藝............................................................3 2.2 固定床氣化法................................................................3 2.3 流化床氣化..................................................................4 2.4 氣流床氣化..................................................................4 2.5 熔浴床氣化..................................................................5 第三章 合成氨典型工業生產工藝流程..................................................6

3.1 造氣工段....................................................................6 3.2 脫硫工段....................................................................6 3.3 變換工段....................................................................7 3.4 變換氣脫硫與脫碳............................................................8 3.5 碳化工段....................................................................8 3.5.1 氣體流程...........................................................................8 3.5.2 液體流程...........................................................................9

3.6 甲醇合成工段................................................................9 3.7 精煉工段...................................................................10 3.8 壓縮工段...................................................................10 3.9 氨合成工段.................................................................11 3.10 冷凍工段..................................................................12 第四章 合成氨的節能技術...........................................................13 4.1 選擇先進的節能工藝.........................................................13 4.2 回收各項余熱和余能進行熱能綜合利用.........................................14 參考文獻..........................................................................16

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第一章 合成氨工藝現狀

合成氨工業在整個國民經濟中占有重要的地位。它的發展速度、產品產量在一定程度上說明了一個國家工業的發展水平。這主要是因為俺的用途非常廣泛。氨是一種重要的化工原料和化工中間產品，其產量居各種化工產品的首位，世界上大約有10%的能源用于生產合成氨。它既可以用來制造尿素、碳銨、硝銨等氨類肥料，也可以用來做制藥、高分子化學、有機化學等工業中的氨基原料。此外，氨還應用于國防和尖端科學技術部門。如制造各種硝基炸藥、火藥與導彈的推進劑等。工業上合成氨的方法，根據原料的不同分為三大類：固體燃料氣化、重油分解及氣體烴裂解制取。一下分別介紹國內外合成氨工藝的情況。

1.1 國外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臵投產,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1000t的大型合成氨技術,其裝臵在美國投產后每噸氨能耗達到了4210GJ的先進水平。Kellogg傳統合成氨工藝首次在合成氨裝臵中應用了離心式壓縮機,并將裝臵中工藝系統與動力系統有機結合起來,實現了裝臵的單系列大型化(無并行裝臵)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Topsoe、德國Braun公司等合成氨技術專利商也相繼開發出與Kellogg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。

傳統型合成氨工藝以Kellogg工藝為代表,其以兩段天然氣蒸汽轉化為基礎,包括如下工藝單元:合成氣制備(有機硫轉化和ZnO脫硫+兩段天然氣蒸汽轉化)、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)。

傳統型兩段天然氣蒸汽轉化工藝的主要特點是:1)采用離心式壓機,用蒸汽輪機驅動,首次實現了工藝過程與動力系統的有機結合；2)副產高壓蒸汽,并將回收的氨合成反應熱預熱鍋爐給水；3)用一段轉化爐煙道氣預熱二段空氣,提高一段轉化壓力,將部分轉

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化負荷轉移至二段轉化；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℃,冷凍系統的液氨亦分為三級閃蒸。在傳統型兩段蒸汽轉化制氨工藝中,Kellogg工藝技術應用最為廣泛,約有160套裝臵,其能耗為3717-41.8GJ/t。經過節能改造后平均能耗已經降至3517GJ/t左右。

1.2 我國目前合成氨技術的基本狀況

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、尿素的技術,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。目前合成氨總生產能力為4500萬t/a左右,氮肥工業已基本滿足了國內需求,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,進一步改善經濟性。

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第二章 幾種典型的合成氨工藝介紹

2.1 煤制氣合成氨工藝

煤制氣合成氨工藝中，以煤為原料的固定層煤氣發生爐制得的半水煤氣，經壓縮機三級壓縮后，被送去凈化工序進行脫硫；然后經變換爐將水蒸氣和一氧化碳進行變換，變換氣經過脫除二氧化碳后，重新回壓縮機四、五段提升壓力，然后經過甲醇合成塔進行合成甲醇的反應，以便脫除部分一氧化碳和少量二氧化碳；出甲醇塔的氣體經過冷卻分離甲醇后送入精煉工序，經過水洗、銅氨液、氨水洗滌塔后得到滿足合成氨需要的氫氣和氨氣；氣體再次進入壓縮機六段提升壓力，壓力達到20-30MPa，送去氨合成塔，借助合成觸媒作用進行氨氣的合成。生成的液氨經減壓后送往液氨庫存儲備用。

圖2-1 煤制氣合成氨工藝圖

2.2 固定床氣化法

煤的固定床氣化是以塊煤為原料。煤由氣化爐頂部間歇加入，氣化劑由爐底送入，氣化劑與煤

逆流接觸，氣化過程進行得很完全，灰渣中殘碳少，產物氣體的顯熱中的相當部分供給煤氣化前的干燥和干餾，煤氣出口溫度低，而且灰渣的顯熱又預熱了入爐的氣化劑，因此氣化劑效率高。這是一種理想的完全氣化方式。

（1）固定床常壓氣化

此方法比較簡單，但對煤的類型有一定要求，即要求用塊煤，低灰熔點的煤難以使用常壓方法用空氣或空氣-水蒸汽作為氣化劑，制得低熱值煤氣。

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（2）固定床加壓氣化

固定床加壓氣化最成熟的爐型是魯奇爐。它和常壓移動床一樣，也是自熱式逆流反應床。所不同的是采用氧氣-水蒸汽或空氣-水蒸汽為氣化劑，在2.0-3.0Mpa和900-1100℃的濕度條件下連續氣化方法。

2.3 流化床氣化

流化床氣化又稱沸騰床氣化，它是以小顆粒煤為原料，將氣化劑（蒸汽和富氧或氧氣）送入爐內，是煤顆粒的爐內呈沸騰狀態進行氣化反應。它是一種介于逆流操作和順流操作這兩種情況之間的操作。

（1）溫克勒法

溫克勒法是最早開發的流化方法，在常壓下，把煤粒度為0-8mm的褐煤、弱粘結性煙煤或焦碳經給煤機加入到氣化爐內。在爐底部通入空氣或氧氣作介質，沒與經過預熱的氣化劑發生反應。

（2）高溫溫克勒法

將含水分85-12%的褐煤輸入到充壓至0.98Mpa的密閉料鎖系統后，經給煤機加入氣化爐內。白云石、石灰石或石灰經給料機輸入爐內。沒與白云石類添加物在爐內與經過預熱的氣化劑（氧氣/蒸汽或空氣/蒸汽）發生氣化反應。粗煤氣由氣化爐上方逸出進入第一旋風分離器，在此分離出的較粗顆粒、灰粒循環返回氣化爐。粗煤氣再進入第二旋風分離器，在此分離出的細顆粒通過密閉的灰鎖系統將灰渣排出，除去煤塵。

（3）灰團聚氣化法

它是在流化床中導入氧化性高速氣流，使煤灰在軟化而未熔融的狀態下在錐形床層中相互熔聚而粘結成含碳量低的球狀灰渣，有選擇性地排出爐內。它與固態排渣相比，降低了灰渣的碳損失。

（4）加氫氣化法

所謂的流化床氣化就是煤氣化過程中汽化劑（蒸汽和氧）將煤或煤漿帶入氣化爐進行氣的方

2.4 氣流床氣化

所謂加氫氣化就是在煤氣化過程中直接用氫或富含H2的氣體作為氣化劑，生成富含CH4的煤氣化方法，其總反應方程式可表示為：煤＋H2→CH4＋焦

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（1）K—T法

此法是最早工業化的氣流床氣化方法，它采用干法進料技術，因在常壓下操作，存在問題較多。它是1948年德國海因里希-柯柏斯和托切克博士提出的一種氣流床氣化粉煤的方法。

（2）德士平古法

它是一種濕法（水煤漿）進料的加壓氣化工藝。氣化爐是由美國德平古石油公司所屬德平古開發公司開發的氣流床氣化爐。

2.5 熔浴床氣化

50年代熔浴床煤氣氣化方法開始得到開發。熔浴床有熔渣床、熔鹽床和熔鐵床3類。下面分別介紹這3類床的某些制氣方法。

（1）羅米方法

此法為常壓粉煤熔渣浴氣法，此法有單簡式和雙簡式兩種爐型。此方法的特點是：（1）適用于各種固體或液體燃料；（2）氣體溫度高；（3）氣體強度高。

（2）覬洛格法

此法為—加壓熔浴氣化法。它是在熔融的Na2CO2鹽浴內進行，熔融的Na2CO2對煤與蒸汽的反應具有強烈的催化作用，在較低溫度下就可獲得很快的反應速度。此法目前尚處于開發研究階段，實驗能否成功，關鍵在于氣化爐。

（3）ATGAS熔鐵床氣化法

ATGAS法的實質是把煤粉與石灰石、蒸汽氧（或空氣）一起吹到熔鐵內，使煤的揮發份逸出，殘留的碳溶解在熔鐵中被氣化。此法效率高，有害物質少，氣化反應在常壓下進行。煤種適用范圍廣，且氣化爐結構簡單。因此，此工藝被認為有可能放大到工業化生產。

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第三章 合成氨典型工業生產工藝流程

合成氨的生產過程包括三個主要步驟：原料氣的制備、凈化和壓縮、合成。整個生產流程總共分為十個工段：1）造氣工段；2）脫硫工段；3）變換工段；4）變換氣脫硫與脫碳；5)碳化工段；6）甲醇合成工段；7）精煉工段；8)壓縮工段；9）氨合成工段；10）冷凍工段。以下就詳細的介紹整個生產流程。

3.1 造氣工段

造氣實質上是碳與氧氣和蒸汽的反應，主要過程為吹風和制氣。具體分為吹風、上吹、下吹、二次上吹和空氣吹凈五個階段。原料煤間歇送入固定層煤氣發生爐內，先鼓入空氣，提高爐溫，然后加入水蒸氣與加氮空氣進行制氣。所制的半水煤氣進入洗滌塔進行除塵降溫，最后送入半水煤氣氣柜。

圖3-1造氣工藝流程示意圖

3.2 脫硫工段

煤中的硫在造氣過程中大多以H2S的形式進入氣相，它不僅會腐蝕工藝管道和設備，而且會使變換催化劑和合成催化劑中毒，因此脫硫工段的主要目的就是利用DDS脫硫劑脫出氣體中的硫。氣柜中的半水煤氣經過靜電除焦、羅茨風機增壓冷卻降溫后進入半水煤氣脫硫塔，脫除硫化氫后經過二次除焦、清洗降溫送往壓縮機一段入口。脫硫液再生后循環使用。

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圖3-2脫硫工藝流程圖

3.3 變換工段

變換工段的主要任務是將半水煤氣中的CO在催化劑的作用下與水蒸氣發生放熱反應，生成CO2和H2。河南中科化工有限責任公司采用的是中變串低變工藝流程。經過兩段壓縮后的半水煤氣進入飽和塔升溫增濕，并補充蒸汽后，經水分離器、預腐蝕器、熱交換器升溫后進入中變爐回收熱量并降溫后，進入低變爐，反應后的工藝氣體經回收熱量和冷卻降溫后作為變換氣送往壓縮機三段入口。

圖3-3變換工藝流程圖

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3.4 變換氣脫硫與脫碳

經變換后，氣體中的有機硫轉化為H2S，需要進行二次脫硫，使氣體中的硫含量在25mg/m3。脫碳的主要任務是將變換氣中的CO2脫除，對氣體進行凈化，河南中科化工有限責任公司采用變壓吸附脫碳工藝。來自變換工段壓力約為1.3MPa左右的變換氣，進入水分離器，分離出來的水排到地溝。變換氣進入吸附塔進行吸附，吸附后送往精脫硫工段。

被吸附劑吸附的雜質和少量氫氮氣在減壓和抽真空的狀態下，將從吸附塔下端釋放出來，這部分氣體稱為解析氣，解析氣分兩步減壓脫附，其中壓力較高的部分在順放階段經管道進入氣柜回收，低于常壓的解吸氣經阻火器排入大氣。

圖3-4變換與脫硫工藝流程圖

3.5 碳化工段

3.5.1 氣體流程

來自變換工段的變換氣，依次由塔底進入碳化主塔、碳化付塔，變換氣中的二氧化碳分別在主塔和付塔內與碳化液和濃氨水進行反應而被吸收。反應熱由冷卻水箱內的冷卻水移走。氣體從付塔頂出來，進入尾氣洗滌塔下部回收段，氣體中的少量二氧化碳和微量的硫化氫被無硫氨水繼續吸收，再進入上部清洗段。氣體中微量二氧化碳被軟水進一步吸收，最后達到工藝指標經水分離后，送往精脫硫塔進一步脫硫后，送往壓縮機三段進口。

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3.5.2 液體流程

濃氨水由濃氨水泵從吸氨崗位濃氨水槽打入付塔，一方面溶解塔內的結疤，另一方面吸收主塔尾氣中的剩余二氧化碳，逐步提高濃氨水的碳化度。然后，付塔的溶液由碳化泵從底部抽出，打入主塔，在主塔內進一步吸收變換氣中的二氧化碳，生成含碳酸氫銨結晶的懸浮液，再由底部取出管壓入分離崗位進行分離。

回收塔回收段中的無硫氨水來自合成或銅洗工段使用過的無硫氨水和回收段的稀氨水壓入稀氨水壓入吸氨崗位母液槽和稀氨水槽或送脫硫崗位使用，從回收段出來的水直接排污水溝。

圖3-5碳化工藝流程圖

3.6 甲醇合成工段

聯醇是將經變換、脫碳后的凈化氣中的CO：1-5%、CO2＜0.5%（其含量可根據生產所要求的醇氨比調節）與氣體中的H2經壓縮機加壓到15MP后，依次經過洗氨塔、油分、預熱器、廢熱鍋爐進入合成塔，在催化劑的作用下合成為甲醇，同時起到氣體凈化的作用。醇后氣中CO＜0.5%、CO2＜0.2%。出塔氣體經水冷卻到40℃左右，將氣體中的甲醇冷凝，使氣體中的甲醇含量小于0.5%，經醇分離器分離出甲醇后，一部分氣體經甲醇循環機返回甲醇合成塔，大部分氣體進入精煉工段。

圖3-6粗醇生產工藝流程示意圖

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3.7 精煉工段

醇后工藝氣中還含有少量的CO和CO2。但即使微量的CO和CO2也能使氨催化劑中毒，因此在去氨合成工序前，必須進一步將CO和CO2脫除。我們公司是采用醋酸銅氨液洗滌法，銅洗后的工藝氣體中的含量將至25ppm以下。醇后氣體由銅洗塔底部進入，與塔頂噴淋的醋酸銅氨液逆流接觸，將工藝氣中的CO和CO2脫除到25ppm以下，經分離器將吸收液分離后送往壓縮機六段進口。銅氨液從銅洗塔經減壓還原、加熱、再生后，補充總銅、水冷卻、過濾、氨冷后經銅氨液循環泵加壓循環使用。

圖3-7精煉工段流程圖

3.8 壓縮工段

壓縮工段的壓縮機為六段壓縮。由于合成氨生產過程中，變換、脫碳、粗醇與氨合成分別在0.87MPa、3.7MPa、15MPa、27MPa條件下進行，壓縮工段的任務就是提高工藝氣體壓力，為各個生產工段提供其所需的壓力條件。

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圖3-8壓縮工段示意圖

3.9 氨合成工段

氨合成工段的主要任務是將銅洗后制得的合格N2、H2、混合氣，在催化劑的存在下合成為氨。壓縮機六段來的壓力為27MPa的新鮮補充氣，與循環氣混合后進入氨冷器、氨分離器、冷交換器，經循環機升壓并經過油分離器除油后進入氨合成塔的內件與外筒的環隙，冷卻塔壁，出來后經預熱器升溫后進入氨合成塔內件，完成反應后離開反應器，分別進入廢熱鍋爐、預熱器、軟水加熱器回收熱量，最后經水冷器、冷交換器、氨冷器降溫冷卻，將合成的氨液化分離出系統，未反應的氮氫氣循環使用。

圖3-9氨合成工段示意圖

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3.10 冷凍工段

由于氨合成工段需要通過液氨氣化來產生低溫生產條件，因此冷凍工段的任務就是把氣態的氨重新液化。由氨蒸發器蒸發的氣氨經氣氨總管進入冰機前分離器，分離出液氨后進入氨壓縮機加壓，加壓后的氣氨經油分離器后進入水冷器，在此氣氨冷凝為液氨并回到冰機液氨貯槽，由支出閥送給氨蒸發器循環使用或氨庫。

圖3-10冷凍工段示意圖

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第四章 合成氨的節能技術

從合成氨行業發展歷史來看,技術創新與進步是發展的主要推動力。多年來經合成氨企業與設計、科研、高等院校及設備制造單位共同努力,研究開發出很多的新工藝、新設備、新催化劑等節能先進技術和產品,以及行之有效的小改小革節能技術措施,在合成氨行業節能降耗中發揮了很大作用。下面就以無煙煤為原料生產合成氨的主要節能途徑作歸納簡述。

4.1 選擇先進的節能工藝

根據合成氨生產的不同產品方案(尿素、碳酸氫銨、聯醇等)選擇不同工藝路線及組合是否合理,是最終能耗的關鍵。目前主要采用與推廣的有如下幾項。

(1)提升型固定床氣化工藝。在傳統固定床氣化工藝基礎進行了多項系統改造與創新,主要內容有造氣爐改造、不停爐加煤與下灰、DCS系統優化控制、集中式余熱回收與洗氣塔、吹風氣與爐渣回收利用等。其主要效果有:①氣化強度可達1200-1300m3/(m2.h)。②蒸汽分解率達55%-60%。③爐渣殘碳達15%以下(質量分數)。④1000m(標態)CO+H2原料

3煤消耗達550-590kg。⑤余熱回收率可實現蒸汽自給。

(2)節能型的全低變與中低低變換工藝。在采用寬溫鈷鉬低變催化劑的前提下,根據企業生產條件的不同情況,可選擇節能型全低變或中低低變換工藝。這兩種工藝變換率高、流程簡單、系統阻力低、蒸汽消耗少,在0.8MPa壓力與出系統氣體中CO體積分數1.5%左右時,噸氨蒸汽消耗分別為250kg和350kg。同時結合企業產品結構調整與改造,可將變換壓力從0.8MPa提升到1.5-2.1MPa(視整個生產工藝不同而確定),從而減少每噸氨870-940m3(標態)原料氣體壓力從0.8MPa壓縮到1.5-2.1MPa的壓縮功,噸氨節電約30-40kW/h。

(3)節能環保型的醇烷化(稱雙甲)或醇烴化氣體精制工藝:該項技術是屬清潔生產工藝,主要取代傳統的銅洗工藝,銅洗工藝既消耗多種化學品,又耗電,操作不易穩定,易帶液,是合成氨生產不穩定的環節,泄漏銅氨液及回收下來的稀氨水,影響到環境保護。醇烷化或醇烴化的工藝具有流程短、凈化度高、操作安全穩定等優點,它既可節能節約原材料(噸氨節約蒸汽、電力等折標準煤40kg左右),又有很好的環保效果,而且有很好的經濟效益。

化工工藝論文 合成氨工業現狀和節能技術

(4)經運行的節能合成工藝:在采用低溫活性好、寬溫高強度氨合成催化劑與相匹配的高效節能合成塔基礎上,結合塔外提溫與二級余熱回收工藝,實行低空速、低阻力、低壓力的經濟運行,使操作壓力降至22-24MPa(低時還可降2MPa左右),噸氨節電50-60kW/h,并減少放空量,節約原料煤耗30-40kg(折標煤)。

（5）使用高效節能單元設備、催化劑及新材料在工藝流程確定后,如何使用高效節能的催化劑和單元操作設備對節能也起到重要作用。①新型催化劑:如寬溫鈷鉬低變催化劑、低溫高活性氨合成催化劑、高效的888脫硫劑、常溫精脫硫劑等。②各種高效塔器:如規整填料塔、格柵填料塔、垂直篩板塔等多種塔器在合成氨各生產工序都有應用,并都取得一定的效果。以變脫塔為例,采用QYD型氣液傳質組合塔板內件取代傳統填料塔,經實際使用證明,使傳質效率大大提高、塔高可降低1/

3、溶液循環量減少30%-50%,噸氨節電5-6kW/h,并解決了填料堵塞問題。③各種高效換熱器:如折流桿異形管換熱器、波紋管熱交換器(冷凝器)、板式換熱器、熱管式換熱器、蒸發式冷凝器等多種換熱器在合成氨工序都有應用,并都取得一定的效果。以冷凍系統使用蒸發式冷凝器為例,該設備應用熱力學、傳熱學等工程學的先進技術,使用了高效傳熱元件加以優化組合,大大提高了換熱效果和冷卻冷凝效果,達到節電與節約冷卻水用量的節能效果,是取代傳統立式水冷冷凝器的有效節能設備。④各種分離過濾設備:如高效雙級旋風除塵器、靜電除焦油器、組合式高效氨分離器、高效油分離器、LH系列高效溶液過濾器,新型硫泡沫過濾器等。在合成氨生產過程中,這些設備對確保氣體與溶液的凈化度、提高運行的穩定性及節能降耗都起到相當有效作用。

4.2 回收各項余熱和余能進行熱能綜合利用

(1)充分回收合成氨各工藝過程中的余熱和余能:如造氣系統的造氣爐夾套、爐渣、飛屑的余熱,上、下行煤氣的顯熱,吹風氣的顯熱與潛熱,脫碳系統脫碳富液和銅洗系統銅液的能量,變換系統的變換氣和合成系統合成塔出口合成氣的余熱等。

(2)回收合成兩氣中氨和氫,提高有效資源利用率:在合成氨生產過程中,由于生產負荷的變化,為保持氨合成系統的適宜操作壓力,造成合成系統中的放空氣和氨槽弛放氣量增加,而這部分氣體中均含有大量氫與氨隨之放空,導致合成氨各項消耗增多,成本升高。根據這兩種氣源的不同組分和彈性,可分別采用膜分離技術回收放空氣中氫氣和采用無動力氨回收技術回收氨槽弛放氣中的氨。

(3)實施系統熱能綜合利用、提高能量回收利用率:從化工過程系統工程與熱力學相

化工工藝論文 合成氨工業現狀和節能技術

結合的角度出發,把節能推上一個新的高度,將合成氨生產過程所有的余熱、余能按能位的高低加以優化組合與合理利用,使能量獲得多級利用,提高能量回收利用率。根據企業不同生產規模與不同氨加工產品等不同情況進行不同的熱能綜合利用的設計方案。如采取熱電聯產(余熱發電)或熱功聯產(汽輪機驅動),還可利用低位能余熱,通過溴化鋰吸收制取低溫冷水,用于冷卻氮氫壓縮機一級、三級、六級、七級入口煤氣、脫碳吸收液和合成循環氣等,提高壓縮機打氣量,減少脫碳液循環量,降低氨冷和冰機負荷,達到增產節電的明顯效果,尤其是夏季高溫時,其效果更為突出。對于熱電聯產或熱功聯產,可根據各企業條件加以分別選擇,此部分節能效果十分明顯,以100kt/a合成氨規模為例,利用吹風氣、合成放空氣、弛放氣、造氣爐渣、飛屑等余熱資源可副產3.82MPa,450℃過熱蒸汽約25t/h,入背壓發電機組可每小時發電約2250kW/h,折噸氨副產發電180kW/h左右。全年節約外供電達1800萬kW/h。

(4)其它有關節能技術措施:如DCS系統控制調優技術、機泵電機采用變額調速技術、企業電網系統節電技術、蒸汽管道系統節能、冷凝水回收利用等,以及各項行之有效的改革措施。

(5)充分利用資源、提升產品價值,降低萬元產值能耗水平,提高企業經濟效益。合成氨生產過程排放的各種廢氣如何加以充分利用是值得研究并加以發展。以回收合成放空氣中的氫氣和回收脫碳放空氣中的CO2為例,按生產80kt/a合成氨規模計算,回收放空氣中氫氣可生產40kt/a雙氧水,并用其回收的脫碳放空氣中的CO2生產液體CO2(工業級)30kt/a,則其年銷售產值可從2.00億元提高至2.69億元,而年消耗標準煤從128.00kt增至130.85kt,萬元產值能耗(折標煤)從6.400t降低到4.864t,下降了24%,年增加經濟效益(利稅)約2500萬元,其節能與經濟效果十分明顯。

化工工藝論文 合成氨工業現狀和節能技術

參考文獻

[1] 蔣德軍.合成氨工藝技術的現狀及其發展趨勢.現代化工，2005,年8月.[2] 韓明山.合成氨生產技術探討.化學工程設備，2011年5月.[3] 於子方.合成氨行業能耗現狀與主要節能途徑.上海達門化工工程技術，2009年2月.[4] 張輝，趙紅柳，馮樹波.合成氨生產中含尾氣回收工藝進展.河北階級大學化學與制藥工程學院，2009年8月.[5] 曹侖，張衛峰，高力.中國合成氨生產能源消耗狀況及其節能潛力.華中農業大學資源與環境學院，2008年4月.[6] 韓鐵飛.大型合成氨生產節能分析.中國神華煤制油化工，2010年2月.[7] 陳實，袁令，高林.合成氨工藝系統的分析及節能研究.北京理工大學化工與環境學院，2009年11月.[8] 王士榮.合成氨節能降耗改造.武漢大學，2012年5月.

第三篇：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

[1 ] 蔣德軍.現代化工，[J ].2002，22(6):39 – 48.[2 ] 蔣德軍，合成氨工藝技術的未來發展趨勢 [J] 現代化工，2005.[3 ] 劉增勝.大型氨合成塔的發展動態.化肥工業，1994

[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

第四篇：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

（1）周有英，無機鹽工藝學[M]，北京：化學工業出版社，1995.（2）倪進方，化工設計[M]，上海：華東理工大學出版社，1994.（3）劉華，胡文啟.鈦白粉材料的生產和應用[M]，北京：科學技術文獻出版社，1992.（4）江體乾，化學工藝手冊[M]，上海：上海科技出版社，1990.(5)張子峰，合成氨生產技術，北京:化學工業出版社，2006.

第五篇：合成氨論文

合成氨反應過程

專

業：化學工程與技術

學

號：220092212

姓

名：周詩健

合成氨反應過程

摘要

本文概括介紹了合成氨反應過程，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發展前景。催化劑由最初的鐵基催化劑，發展到現在的釕基催化劑和納米催化劑的發展過程。目前國內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。

關鍵詞 合成氨 催化劑 發展

一、合成氨催化劑

1、鐵基合成氨催化劑

傳統的合成氨催化劑于20世紀初由德國BASF公司研制開發出來的[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，因而延長了催化劑的壽命。當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催化劑被開發出來了[4,5]。關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，這一經典理論沿襲了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]才突破了這一經典結論，標志著合成氨催化劑進入了一個新的發展時期。

2、釕基催化劑

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

石墨相似的結構，在所有的加氫反應中都很穩定，是一種高溫電阻絕緣材料。在特定的反應條件下(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，為它的工業化應用打下了基礎。

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，離實際應用還有相當一段距離，要想使它們在實際的生產中得以應用，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鐵催化劑的系列產品。研究表明，在工業條件下，三元氮化物如Fe3Mo3N、Co3Mo3N和Ni2Mo3N用作合成氨催化劑時活性高穩定性好。另有研究發現，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。據報道，在相同操作條件下，其活性為傳統鐵催化劑活性的2倍。

二、制氨工藝

1、傳統型蒸汽轉化制氨工藝階段[13]

傳統型合成氨工藝以Kellogg工藝為代表，其以兩段天然氣蒸汽轉化為基礎，包括如下工藝單元:合成氣制備(有機硫轉化和ZnO脫硫+兩段天然氣蒸汽轉化)、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)。

傳統型兩段天然氣蒸汽轉化工藝的主要特點是: ①采用離心式壓縮機，用蒸汽輪機驅動，首次實現了工藝過程與動力系統的有機結合。

②副產高壓蒸汽，并將回收的氨合成反應熱預熱鍋爐給水。

③用一段轉化爐煙道氣預熱二段空氣，提高一段轉化壓力，將部分轉化負荷轉移至二段轉化。

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℃，冷凍系統的液氨亦分為三級閃蒸。

在傳統型兩段蒸汽轉化制氨工藝中，Kellogg工藝技術應用最為廣泛，約有160套裝置，其能耗為37.7~41.8 GJ/t。經過節能改造后平均能耗已經降至35.7 GJ/t左右。

2、節能型制氨工藝階段[14](1)凱洛格(Kellogg)工藝

美國凱洛格公司與英國石油公司(BP)合作開發的更先進的合成氨工藝———KAAP和KRES組合技術，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技術采用低溫低壓下高活性的氨合成Fe系催化劑。KRES技術為自熱式轉化技術，設備由換熱式一段轉化爐和絕熱式二段轉化爐組成，從二段爐出來的熱轉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

美國布朗公司的節能措施主要是減少燃料天然氣用量，即減少一段轉化爐負荷(出口CH4含量從原10%提高至30%左右)，增大二段轉化爐負荷并在此加入過量空氣(產生大量反應熱，提供殘余CH4轉化所需熱量)，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化爐采用了低水碳比節能技術，氨合成采用了三塔三廢熱鍋爐回路流程，利用余熱產生高壓蒸汽，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能措施外，最主要的特點是開發、應用了在低溫低壓下活性好的氨合成Fe-Co催化劑。1988年，ICI公司又開發了流程簡化、規模縮小的LCA工藝，建成2套日產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的節能水平。

(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，主要有用換熱式轉化器替代傳統的一段轉化爐，采用釕系催化劑和深冷凈化技術等，是新型的合成氨節能工藝。

(5)其它合成氨技術進展

Uhde公司的CAR工藝：CAR工藝可節省35%轉化所需的氧氣，可節省15%的原料氣。該工藝特別適合于生產能力為150~900t/d的合成氨生產裝置。

GIAP的聯合轉化工藝：GIAP聯合轉化工藝不但可以降低能耗，而且也沒有液體和氣體的排放。該系統與常規合成氨轉化系統相比，投資可節省一半。采用聯合轉化工藝，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；對氣態烴類和石腦油，工業中利用二段蒸汽轉化法制取合成氣。

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，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+CO2-41.2kJ/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變換反應既是原料氣制造的繼續，又是凈化的過程，為后續脫碳過程創造條件。

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。

③ 氣體精制過程

經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，規定CO和CO2總含量不得大于10cm3/m3(體積分數)。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。

目前在工業生產中，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合。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

-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：

N2+3H2→2NH3(g)-92.4kJ/mol

四、合成氨催化劑的進展

衡量合成氨工業技術水平的標準不是產品氨的產量，而是其能耗的高低。而合成氨催化劑是影響合成氨工業產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省能耗的關系，開發出新一代高效節能型合成氨催化劑。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，很適合工業生產，但現階段納米催化劑還只能運用于實驗室內，并不能夠適應于大規模工業生產。因此，需要研究者們進一步努力，能夠開發出具有高催化性、廉價的催化劑。

參考文獻：

[1] Tamaru K.In: Jennings(Ed.)J R.Catalytic ammonia synthesis[M].New York: Plenum Press, 1991,1-18.[2] Schloegl R.In: J R.Jennings(Ed.), Catalytic ammonia synthesis[M].NewYork: Plenum Press,1991,109-132.[3] N.Pernicone, F.Ferrero, I.Rossetti, et al.合成氨工業催化劑的一種新型前軀體-維氏體[J].浙江工業大學學報, 2004,32(2):123-130.[4] Forni L, Molinari D, Rossetti I, Pernicone.Carbon-supported promoted Ru catalyst for ammonia synthesis [J].Appl Catal, A, 1999,185:269-275.[5] Rossetti I, Pernicone N, Forni L.Promoters effect in Ru/C ammonia synthesis catalyst [J].Appl Catal A, 2001,208: 271-278.[6] Liu H Zh, Hu Zh N, Li X N, et al.FeO based catalyst forammonia synthesis[J].J Chem Ind Eng(China),1994,45(4):385-392.[7] Liu H Zh, Li X N.The precursor phase composition of iron catalyst and discovery of FeO based catalyst for ammonia synthesis Sci China(serB),1995,25(1):1-6.[8] 鄧祥義,黃翠花.合成氨催化劑中活性組分的納米化制備[J].化肥設計,2001,39(6):47-48.[9] 王軍.NiO在γ-Al2O3及TiO2/γ-Al2O3載體上的表面存在狀態[J].無機化學學報,2001,1(17):43-49.[10] 李曉娥.納米級氧化鋅的研究進展[J].現代化工,2000,7(20):23-26.[11] 吳曉林.熱分解法制備高純三氧化鉬工藝研究[J].合肥工業大學學報,1998,6(21):123-126.[12] 錢伯章.合成氨催化劑的生產和技術[J].精細石油化工進展,2003,4(11):28-33.[13] 蔣德軍.合成氨工藝技術的現狀及其發展趨勢[J].現代化工,2005,8(8):9-16.[14] 王瑾.節能型合成氨工藝與技術[J].貴州化工,2008,2(1):5-7.[15] 合成氨工藝與節能，上海，華東化工學院出版社，1990.4，第346頁。[16] Low G, Nitrogen, Jan/Feb, Supplement: Revamping Ammonia Plant, 1984.The process of ammonia synthesis Abstract The principle of ammonia synthesis, catalyst and synthetic methods of ammonia are introduced.The development of catalyst in ammonia synthesis is presented.It starts from the catalyst contains iron.Then, It develops from catalyst contain ruthenium to nano-catalyst nowadays.At present there were many domestic and foreign synthetic methods of ammonia.Many basic steps were same although their synthesis procedures were different.The researchers should make further efforts if they want to improve the synthetic ammonia process.The difficulties exist, but the prospects are bright.Keywords: ammonia, catalyst, development