合成氨生产主要分为几个工序

1、合成氨生产主要分为几个工序合成氨生产主要分为几个工序1. 合成氨生产主要分几个工序？各部分任务如何？ 答：1）原料气制备 即制备含有氢、氮的原料气。用煤、原油、或天然气作原料， 制备含氮、氢气的原料气。 （将煤和天然气等原料制成含氢和氮的粗原料气。一般焦炭、无烟煤等固体燃料通常采用气化的方法制取合成气；对气态烃类和石脑油，工业中利用二段蒸汽转化法制取合成气。 渣油可采用非催化部分氧化的方法获得合成气。 ） 2）净化 因为无论用何种方法造气，原料气中都含有对合成氨反应过程有害的各种杂质，必须采取适当的方法除去这些杂质，主要包括变换过程、脱硫脱碳过程以及气体精制过程。 （1）脱硫过程 无论以焦炭还是天然气为原料获得的原料气中，都含有一氧化碳、二氧化碳、硫化物等不利于合成反应的成分，需要在进入合成塔之前除去。其中硫化物对蒸气转化都是有害的，故在原料气进入界区后，首先进行脱硫。氧化锌脱硫就是 H2S 气体在固体 ZnO 上进行反应，生成 H2O 进入气相，ZnS 则沉积在 ZnO 固体表面上。脱无机硫温度约 200。 （2）一氧化碳变换过程 在合成氨生产中，各种方法制取的原料气都含有 CO，其

2、体积分数一般为 12%40%。合成氨需要的两种组分是 H2 和 N2，因此需要除去合成气中的 CO。变换反应如下： CO+H2OH2+CO2 ,H=-41.2kJ/mol 由于 CO 变换过程是强放热过程，必须分段进行以利于回收反应热，并控制变换段出口残余 CO 含量。第一步是高温变换，使大部分 CO 转变为 CO2 和 H2；第二步是低温变换，将 CO 含量降至 0.3%左右。因此，CO 变换反应既是原料气制造的继续，又是净化的过程，为后续脱碳过程创造条件。 （3）脱碳过程 粗原料气经 CO 变换以后，变换气中除 H2 外，还有CO2、CO 和 CH4 等组分，其中以 CO2 含量最多。CO2 既是氨合成催化剂的毒物，又是制造尿素、碳酸氢铵等氮肥的重要原料。因此变换气中 CO2 的脱除必须兼顾这两方面的要求。 一般采用溶液吸收法脱除 CO2。根据吸收剂性能的不同，可分为两大类。一类是物理吸收法，如低温甲醇洗法(Rectisol)，聚乙二醇二甲醚法(Selexol)，碳酸丙烯酯法。一类是化学吸收法，如热钾碱法，低热耗苯菲尔法，活化 MDEA 法，MEA 法等。 （4）气体精制过程 (少

3、量一氧化碳的脱除) 经 CO 变换和 CO2 脱除后的原料气中尚含有少量残余的 CO 和 CO2。为了防止对氨合成催化剂的毒害，规定 CO 和 CO2 总含量不得大于 10cm3/m3(体积分数)。因此，原料气在进入合成工序前，必须进行原料气的最终净化，即精制过程。目前在工业生产中，最终净化方法分为深冷分离法和甲烷化法。深冷分离法主要是液氮洗法，是在深度冷冻(-190左右)条件下用液氮吸收分离少量 CO，而且也能脱除甲烷和大部分氩，这样可以获得只含有惰性气体 100cm3/m3 以下的氢氮混合气，深冷净化法通常与空分以及低温甲醇洗结合。甲烷化法是在催化剂存在下使少量 CO、CO2 与 H2 反应生成 CH4 和 H2O 的一种净化工艺，要求入口原料气中碳的氧化物含量(体积分数)一般应小于 0.7%。甲烷化法可以将气体中碳的氧化物(CO+CO2)含量脱除到 10cm3/m3 以下，但是需要消耗有效成分 H2，并且增加了惰性气体 CH4 的含量。甲烷化反应如下： CO+3H2CH4+H2O， H=-206.2kJ/mol CO2+4H2CH4+2H2O, H =-165.1kJ/mol 3

4、）压缩和合成 将纯净的氢、氮混合气压缩到高压，在催化剂的作用下合成氨。氨的合成是提供液氨产品的工序，是整个合成氨生产过程的核心部分。氨合成反应在较高压力和催化剂存在的条件下进行，由于反应后气体中氨含量不高，一般只有 10%20%，故采用未反应氢氮气循环的流程。氨合成反应式如下： N2+3H22NH3(g) ,H=-92.4kJ/mol20:402 作为生产合成氨用的半水煤气，要求气体中（H 2 +CO）与 N 2 的比例为 3.13.2。 ，可采用下列方法： 外热法 如利用原子能反应堆余热或其它廉价高温热源，用熔融盐、熔融铁的介质为热载体直接加 热反应系统，或预热气化剂，以提供气化过程所需的热能。但这种方法尚处于研究阶段。 富氧空气气化法 为了调整生成的煤气中氮的含量，用富氧空气代替空气是行之有效的方法；也可用纯氧代 替空气，此法可连续制气。但作为合成氨原料气，尚应在下游工序中补加纯氮，使氢氮比 符合要求。 蓄热法（也称间歇制气法） 用空气和蒸汽分别送入燃料层。先送入空气以提高燃料层温度，生成气体（吹风气）大部 分放空；然后，送入蒸汽进行气化反应，此时引起燃料层温度下降。所得水煤气配入

5、部分 吹风气即成半水煤气。3.?脱硫的主要方法有哪些？天然气为原料的厂和煤焦为原料的厂，脱硫工序安排的流程顺序为什么不同？主要方法有 1）干法脱硫， （1）氧化锌法脱硫；（2）钴钼加氢脱硫法；2）湿法脱硫（化学吸收法，物理吸收法，化学-物理综合吸收法） ， （1）改良 ADA 法?。以煤为原料的煤气硫含量比较高，脱除煤气中的硫主要防止变换、合成触媒中毒同时也防止铜液生成硫化铜沉淀，增加铜耗。所以，以煤为原料的企业将脱硫工序布置在造气后、变换以前，而且大部分采用湿法脱硫。 而以天然气为原料的合成氨装置，脱硫主要防止转化、造气、触媒中毒，也有防止变换、合成触媒中毒，同时也防止铜液生成硫化铜沉淀，增加铜耗的作用。所以，脱硫工序一般布置在转化造气之前，且一般天然气中硫含量比较低，特殊情况除外。4.?反应原理：CO+H2O=CO2+H2 该反应既能把大部分 CO 变为易于清除的二氧化碳，而且又制得了等量的氢。?主要任务：在合成氨生产中，各种方法制取的原料气都含有 CO，其体积分数一般为 12%40%。合成氨需要的两种组分是 H2 和 N2，因此需要除去合成气中的 CO。变换反应如下：?CO+H2

6、OH2+CO2?,H=-41.2kJ/mol?，CO 变换反应既是原料气制造的继续，又是净化的过程，为后续脱碳过程创造条件。?原因：a、由于 CO 变换过程是强放热过程，必须分段进行以利于回收反应热，并控制变换段出口残余 CO 含量。第一步是高温变换，使大部分 CO 转变为 CO2 和 H2；第二步是低温变换，将 CO 含量降至0.3%左右。B、因平衡变换率随温度升高而降低，但反应速度却随着温度升高而增加，为了既保持较高的反应速度，又尽量提高平衡变换率，工业上常采用先较高温度（400-450）变换后较低温度（200-250）变换后的两段变换工艺，前者为中温变换，后者为低温变换。中温变换：温度 350-550，催化剂以 Fe2O3 为主体，以 Cr203 为主要添加物的多成分铁铬系催化剂，出口 CO 含量 3%左右?低温变换：温度 200-280，催化剂以氧化铜为主体，还原后的活性组分是细小的铜结晶。?出口 CO 含量 0.3%左右。5.(1)吹风阶段 空气从炉底吹入，自下而上以提高煤层温度，然后将吹风气经回收热量后放空。(2)蒸汽一次上吹 水蒸气自下而上送入煤层进行气化反应，此时煤层下部温度下降，而上部温度升高，被煤气带走的显热增加。(3) 蒸汽下吹 水蒸气自上而下吹入煤层继续进行气化反应，使煤层温度趋于均匀，制得煤气从炉底引出系统。(4) 蒸汽二次上吹 蒸汽下吹制气后煤层温度已显著下降，且炉内尚有煤气，如立即吹入空气势必引起爆炸。为此，先以蒸汽进行二次上吹，将炉子底部煤气排净，为下一步吹风创造条件。(5) 空气吹净 目的是回收存在炉子上部及管道中残余的煤气，此部分吹风气应加以回收，作为半水煤气中 N2 的来源。

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