合成氨生产工艺简介

1、西北工程部兰州工程中心姓名：葸国隆 工号：0409082012年6月简要介绍氨的用途及合成氨的一些理论基础。重点介绍氨的生产过程及合成氨的工工艺流程。艺流程。简要介绍简要介绍HOLLiAS-MACS针对合成氨工业集散控制的解决方案。氨的用途及合成氨的理论基础氨可生产多种氮肥氨可生产多种氮肥,如尿素、硫酸铵、硝酸铵、碳酸如尿素、硫酸铵、硝酸铵、碳酸氢铵等；还可生产多种复合肥，如磷肥等。氢铵等；还可生产多种复合肥，如磷肥等。氨也是重要的工业原料。基本化学工业中的硝酸、氨也是重要的工业原料。基本化学工业中的硝酸、纯碱及各种含氮无机盐纯碱及各种含氮无机盐; 有机工业各种中间体，制药有机工业各种中间体，

2、制药中磺胺药物，高分子中聚纤维、氨基塑料、丁腈橡胶中磺胺药物，高分子中聚纤维、氨基塑料、丁腈橡胶、冷却剂等。、冷却剂等。 国防工业中三硝基甲苯、硝化甘油、硝化纤维等国防工业中三硝基甲苯、硝化甘油、硝化纤维等一一. 合成氨简介合成氨简介1概述概述（1）合成氨工业的重要性）合成氨工业的重要性 合成氨工业是基础化学工业的重要组成部分，有十合成氨工业是基础化学工业的重要组成部分，有十分广泛的用途。分广泛的用途。合成氨的原料是氢气和氮气。合成氨的原料是氢气和氮气。氮气氮气来源于空气，可来源于空气，可以在制氢过程中直接加入空气，或在低温下将空气以在制氢过程中直接加入空气，或在低温下将空气液化、分离而得；氢

3、气来源于水或含有烃的各种燃液化、分离而得；氢气来源于水或含有烃的各种燃料。工业上普遍采用的是以焦炭、煤、天然气、重料。工业上普遍采用的是以焦炭、煤、天然气、重油等燃料与水蒸气作用的气化方法。油等燃料与水蒸气作用的气化方法。（2）合成氨的原料及原则流程合成氨的原料及原则流程（3）合成氨）合成氨生产的原则流程如图示。生产的原则流程如图示。合成氨过程由许多环节构成，氨合成反应过程是整合成氨过程由许多环节构成，氨合成反应过程是整个工艺过程的核心。个工艺过程的核心。 从化学工艺的角度看其核心是反应过程工艺条件的从化学工艺的角度看其核心是反应过程工艺条件的确定，而确定反应的最佳工艺条件，需先从事反应热确定

4、，而确定反应的最佳工艺条件，需先从事反应热力学和动力学的研究。力学和动力学的研究。 氢气和氮气合成氨是放热，体积缩小的可逆反应，氢气和氮气合成氨是放热，体积缩小的可逆反应，反应式如下：反应式如下： 0.5N21.5H2=NH3 H298=46.22 kJmol-1 其反应热不仅与温度有关，还与压力和组成其反应热不仅与温度有关，还与压力和组成有关。合有关。合成塔内压力一般都在成塔内压力一般都在30MPa左右。左右。2 2氨合成理论基础氨合成理论基础（1 1）氨合成反应的热效应）氨合成反应的热效应 催化剂的活性成分是金属铁，而不是铁氧化物。催化剂的活性成分是金属铁，而不是铁氧化物。使用前用氢氮混合

5、气对催化剂还原，使铁氧化物还使用前用氢氮混合气对催化剂还原，使铁氧化物还原为具有较高活性的原为具有较高活性的a型纯铁。还原反应方程式为：型纯铁。还原反应方程式为：（2）催化剂）催化剂 以铁为主的催化剂以铁为主的催化剂(铁系催化剂铁系催化剂)有催化有催化活性高、寿命长、活性温度范围大、价廉易得、抗毒活性高、寿命长、活性温度范围大、价廉易得、抗毒性好等特点，广泛地被国内外合成氨厂家采用。性好等特点，广泛地被国内外合成氨厂家采用。FeOFe2O34H2=3Fe4H2OA12O3在催化剂中能起到保持原结构骨架作用，从而在催化剂中能起到保持原结构骨架作用，从而防止活性铁的微晶长大，增加了催化剂的表面积，

6、防止活性铁的微晶长大，增加了催化剂的表面积，提高了活性。提高了活性。氨的生产过程及合成氨的工艺流程工艺流程 。二二. 氨的生产过程氨的生产过程1.造气造气固体燃料气化法固体燃料气化法 把煤或焦炭中的可燃物质转变把煤或焦炭中的可燃物质转变为为H2、CO和和CO2，这一过程叫做固体燃料气化，这一过程叫做固体燃料气化，简称造气。简称造气。气化所得的气体统称煤气，进行气化的设备叫煤气化所得的气体统称煤气，进行气化的设备叫煤气发生炉。气发生炉。采用间歇法造气时，空气和蒸汽交替通入煤气发采用间歇法造气时，空气和蒸汽交替通入煤气发生炉。通入空气的过程称为吹风，制得的煤气叫生炉。通入空气的过程称为吹风，制得的

7、煤气叫空气煤气；通入水蒸气的过程称为制气，制得的空气煤气；通入水蒸气的过程称为制气，制得的煤气叫水煤气；空气煤气与水煤气的混合物称为煤气叫水煤气；空气煤气与水煤气的混合物称为半水煤气。半水煤气。粉煤漏斗中间储煤槽储煤槽发生炉上部储灰槽下部储灰槽低温分离器脱气槽2.净化净化脱硫，变换，脱碳脱硫，变换，脱碳, 气体的精制（甲烷化）气体的精制（甲烷化）.（1）脱硫）脱硫 主要是主要是H2S,其次是其次是CS2,COS,还有一些还有一些有机硫。其含量取决于原料的含硫量及加工方法有机硫。其含量取决于原料的含硫量及加工方法. 以煤为原料，原料气中以煤为原料，原料气中H2S含量一般为含量一般为23gm-3，

8、有的高达，有的高达2030gm-3。 （2）变换变换 用煤或烃生产出的气体都含有相当量的用煤或烃生产出的气体都含有相当量的CO，如固体燃料制得的半水煤气含，如固体燃料制得的半水煤气含2831，气，气体烃蒸汽转化法含体烃蒸汽转化法含1518，重油气化法含，重油气化法含46左左右。右。CO对氨合成催化剂有毒害，必须除去。变换利对氨合成催化剂有毒害，必须除去。变换利用水蒸气把用水蒸气把CO变换为变换为H2和易清除的和易清除的CO2，同时又制，同时又制得了所需的原料气得了所需的原料气H2。其反应为：。其反应为：CO + H2O(g)= CO2 + H2 H0= -41 kJmol-1 温度、反应物组成

9、及催化剂性能都是影响平衡温度、反应物组成及催化剂性能都是影响平衡转化率的因素。转化率的因素。脱气槽 物理吸收是利用物理吸收是利用CO2能溶于水和有机溶剂的特能溶于水和有机溶剂的特点。常用的有加压水洗、低温甲醇洗涤等。如在点。常用的有加压水洗、低温甲醇洗涤等。如在3MPa、-30 -70下，甲醇洗涤气体后气体中的下，甲醇洗涤气体后气体中的 CO2可以从可以从 33降到降到10gg-1，脱碳十分彻底。，脱碳十分彻底。 脱除脱除CO2的方法很多，工业上常用的是溶液吸的方法很多，工业上常用的是溶液吸收法，分为物理吸收和化学吸收两种。收法，分为物理吸收和化学吸收两种。（3）脱碳）脱碳 变换气中含有大量的

10、变换气中含有大量的CO2(15一一35)，对原料气的精制及氨合成不利。对原料气的精制及氨合成不利。 化学吸收是用氨水、有机胺或碳酸钾的碱性溶化学吸收是用氨水、有机胺或碳酸钾的碱性溶液为吸收剂，利用液为吸收剂，利用CO2能与溶液中的碱性物质进行化能与溶液中的碱性物质进行化学反应而将其吸收。大中型厂多采用改良热碱法，学反应而将其吸收。大中型厂多采用改良热碱法，此法以此法以K2CO3水溶液为吸收液，并添加少量活化剂如水溶液为吸收液，并添加少量活化剂如氨基乙酸或乙二醇氨基乙酸或乙二醇胺。吸收胺。吸收解吸反应如下：解吸反应如下：K2CO3 + CO2 + H2O = 2KHCO3 当吸收液中添加氨基乙酸

11、，吸收压强当吸收液中添加氨基乙酸，吸收压强23MPa、温度温度85100时，气体中的时，气体中的 CO2可从可从 2028%降至降至 0.2%0.4；解吸压强为；解吸压强为1030kPa，温度，温度105110,用热碱脱除用热碱脱除CO2时，也脱除了微量的时，也脱除了微量的H2S。（4）甲烷化）甲烷化 是是把把 CO、CO2转化为对氨合成无害的转化为对氨合成无害的 CH4，主要反应是，主要反应是CO + 3H2CH4 + H2OCO2 + 4H2=CH4 + 2H2O 甲烷化法镍为主的催化剂作用下，在甲烷化法镍为主的催化剂作用下，在 280380及压强及压强 0.63MPa下进行甲烷化反应。此

12、法将下进行甲烷化反应。此法将气体中碳化物总量降低到气体中碳化物总量降低到10gg-1。3.压缩压缩4.合成合成5.提氢提氢6.蒸氨蒸氨7.冷冻冷冻8.成品成品HOLLiAS-MACS针对合成氨工业集散控制的解决方案 0域空分空分1域气化气化2域脱硫、除尘脱硫、除尘3域脱碳脱碳4域压缩压缩5域合成合成6域循环水循环水7域污水污水调度中心网关送管理网8 8个子工程构成的母工程个子工程构成的母工程HOLLiAS-MACS控制网络框架控制网络框架每个每个I/O模块是一个独立的冗模块是一个独立的冗余余DP从站通讯单元，无需通从站通讯单元，无需通讯卡转换，不仅系统总线冗余，讯卡转换，不仅系统总线冗余，背板上总线也是冗余的，背板上总线也是冗余的，IO模模块块二级总线二级总线通通讯讯卡卡件件系系统统总总线线通通讯讯卡卡件件传统的设计传统的设计冗余冗余DP是是和利时的创新和利时的创新:和利时每个和利时每个I/O模块都具有双模块都具有双DP收发器。是收发器。是模块级的冗余模块级的冗余DP其他厂家也只做到其他厂家也只做到主控到机笼通讯卡主控到机笼通讯卡双双DP，模块级没，模块级没有双有双DP。IO模模块块IO模模块块IO模模块块IO模模块块IO模模块块二级总线二级总线IO模模块块系系统统总总线线和利时的设计和利时的设计IO模模块块IO模模块块IO模模