合成氨

氨是重要的無機化工産品之一，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、硝酸铵、磷酸铵、氯化铵以及各種含氮複合肥，都是以氨為原料的。

今天小七帶你走進合成氨的世界，學習一下氨的合成工藝流程。

合成氨行業現狀

合成氨行業是我國化肥工業的基礎，也是傳統煤化工的重要組成部分。目前我國合成氨産能達到8300餘萬噸，年内表觀消費量在5800萬噸左右，行業産能過剩率在30%以上。

進入8月份以後，合成氨市場步步下移，江蘇市場跌幅在6.71%，河北和山東市場跌幅也分别在3.93%和3.54%。

氮氣可取之于空氣，将空氣液化分離而得氮氣，或使空氣通過燃料層燃燒，将生成的CO和CO2除去而制得。

氫氣一般常用含有烴類的各種燃料，即通過用焦炭、無煙煤、天然氣、重油等為原料與水蒸氣作用的方法來制取。

氨合成工藝流程

氨的生産過程，粗略的講可分成四步：原料的生産；原料氣的淨化；氨的合成；氨的分離。除氨的合成外，其它過程的轉化率和分離率都比較高。由于氨合成的轉化率較低，反應後的氣體經氨分離後循環返回合成塔。

氨生産的原則流程

一、原料氣的生産

1以固體燃料為原料

将固體燃料無煙煤或焦炭氣化以制造合成氨原料氣，簡稱造氣。造氣常用的氣化劑有空氣、富氧空氣、氧氣和水蒸氣等。

以空氣為氣化劑制取的煤氣稱為空氣煤氣，以水蒸氣為氣化劑制取的煤氣稱為水煤氣，以空氣和适量水蒸氣為氣化劑制取的煤氣，則為混合煤氣。半水煤氣特指組成符合（CO H2）與N2體積之比為3.1~3.2的混合煤氣，即合成氨原料氣。

目前工業上的以固體燃料為原料制取合成氨原料氣的方法，根據氣化方式不同，主要有固定床間歇氣化法、固定床連續氣化法、沸騰床連續氣化法、氣流床連續氣化法。

這是我國衆多的小化肥廠所采用的流程，這個流程的缺點是冷熱過程交替，溫度變化幅度很大，能耗過大。

2以氣态烴為原料

制取合成氨的原料氣的氣态烴主要有天然氣，此外還有煉廠氣、油田氣、焦爐氣及裂解氣等。

生産合成氨原料氣的方法按熱量供給的方式不同，主要有蒸汽轉化法和間歇催化轉換法。

以天燃氣為原料的優點是，冷熱交替較少，而且變化幅度不大。有明顯的節能效果。

蒸汽轉化法

蒸汽轉化法分兩段進行，一段爐裝有催化劑的轉化管内，蒸氣與氣态烴進行吸熱的轉化反應，反應所需熱量由管外提供。氣态烴轉化到一定程度後，送入裝有催化劑的二段爐内。加入适量的空氣，與部分可燃性氣體燃燒，為剩餘的烴進一步轉化提供熱量，同時為合成氨的生産提供氮氣。

該法投資省、能耗低，是生産合成氨最經濟的方法，目前在國内得到廣泛應用。

間歇催化轉換法

間接催化轉換法的生産過程分為吹風和制氣兩個階段，并不斷交替進行。在吹風階段，氣态烴與空氣在燃燒爐内燃燒，生成的煙道氣使催化劑達到烴類蒸汽轉化反應所需的溫度。在制氣的階段，氣态烴與蒸汽在催化劑層進行轉化反應，制取合成氨原料氣。

該法不需要制氧裝置，投資省、建廠快，但熱利用率低、原料烴消耗高、操作複雜，因而應用受到限制。

3以重油為原料

以重油作為制氨原料時，采用部分氧化法造氣。重油部分氧化是指重質烴類和氧氣進行部分燃燒，由于反應放出的熱量，使部分碳氫化合物發生熱裂解以及裂解産物的轉化反應，最終獲得了以H2和CO為主體，含有少量CO2和CH4（CH4通常在0.5%以下）的合成氣。

重油部分氧化制取合成氣（CO H2）的工藝流程由四個部分組成：原料油和氣化劑（O2 H2O）的預熱、油的氣化、出口高溫合成氣的熱能回收、炭黑清除與回收。

二、氣體淨化

粗原料氣進行淨化處理，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變換過程

在合成氨生産中，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。

變換的目的就是把一氧化碳變換成氫和易于除淨的CO2，變換過程既是原料氣的淨化，又是原料氣制作的繼續。變換後的氣體稱為“變換氣”。

目前廣泛應用的變換催化劑有銅催化劑和鐵鉻催化劑。

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，為了防止合成氨生産過程催化劑的中毒，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确定脫硫的位置。

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。

3氣體精制過程

經CO變換和CO2脫除後的原料氣中尚含有少量殘餘的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淨化，即精制過程。 目前在工業生産中，最終淨化方法分為深冷分離法和甲烷化法。

甲烷化反應是在以鎳為主的催化劑的作用下，在280～380 ℃，以及原有的壓強（0.6～3MPa）下進行的。

三、氨合成

氨合成工段的主要任務是将制得的合格N2、H2在催化劑的存在下合成為氨。

壓縮後的精脫氣，與循環氣混合後經預熱器升溫後進入氨合成塔，完成反應後将合成的氨液化分離出系統，未反應的氮氫氣循環使用。

（來源：以上内容部分來源于百度文庫、好農資招商網，化工707編輯整理）

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