合成氨生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)介

合成氨工業(yè)生產(chǎn)工藝西北工程部蘭州工程中心姓名：葸國(guó)隆工號(hào)：0409082012年6月主要內(nèi)容：簡(jiǎn)要介紹氨的用途及合成氨的一些理論基礎(chǔ)。重點(diǎn)介紹氨的生產(chǎn)過程及合成氨的工藝流程。簡(jiǎn)要介紹HOLLiAS-MACS針對(duì)合成氨工業(yè)集散控制的解決方案。氨的用途及合成氨的理論基礎(chǔ)氨可生產(chǎn)多種氮肥,如尿素、硫酸銨、硝酸銨、碳酸氫銨等；還可生產(chǎn)多種復(fù)合肥，如磷肥等。氨也是重要的工業(yè)原料?；净瘜W(xué)工業(yè)中的硝酸、純堿及各種含氮無(wú)機(jī)鹽;有機(jī)工業(yè)各種中間體，制藥中磺胺藥物，高分子中聚纖維、氨基塑料、丁腈橡膠、冷卻劑等。國(guó)防工業(yè)中三硝基甲苯、硝化甘油、硝化纖維等一.合成氨簡(jiǎn)介1．概述（1）合成氨工業(yè)的重要性

合成氨工業(yè)是基礎(chǔ)化學(xué)工業(yè)的重要組成部分，有十分廣泛的用途。合成氨的原料是氫氣和氮?dú)狻５獨(dú)鈦?lái)源于空氣，可以在制氫過程中直接加入空氣，或在低溫下將空氣液化、分離而得；氫氣來(lái)源于水或含有烴的各種燃料。工業(yè)上普遍采用的是以焦炭、煤、天然氣、重油等燃料與水蒸氣作用的氣化方法。（2）合成氨的原料及原則流程（3）合成氨生產(chǎn)的原則流程如圖示。合成氨過程由許多環(huán)節(jié)構(gòu)成，氨合成反應(yīng)過程是整個(gè)工藝過程的核心。

從化學(xué)工藝的角度看其核心是反應(yīng)過程工藝條件的確定，而確定反應(yīng)的最佳工藝條件，需先從事反應(yīng)熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)的研究。

氫氣和氮?dú)夂铣砂笔欠艧?，體積縮小的可逆反應(yīng)，反應(yīng)式如下：0.5N2＋1.5H2==NH3ΔH?298=－46.22kJ·mol-1

其反應(yīng)熱不僅與溫度有關(guān)，還與壓力和組成有關(guān)。合成塔內(nèi)壓力一般都在30MPa左右。2．氨合成理論基礎(chǔ)（1）氨合成反應(yīng)的熱效應(yīng)

催化劑的活性成分是金屬鐵，而不是鐵氧化物。使用前用氫氮混合氣對(duì)催化劑還原，使鐵氧化物還原為具有較高活性的a型純鐵。還原反應(yīng)方程式為：（2）催化劑以鐵為主的催化劑(鐵系催化劑)有催化活性高、壽命長(zhǎng)、活性溫度范圍大、價(jià)廉易得、抗毒性好等特點(diǎn)，廣泛地被國(guó)內(nèi)外合成氨廠家采用。FeO·Fe2O3＋4H2==3Fe＋4H2OA12O3在催化劑中能起到保持原結(jié)構(gòu)骨架作用，從而防止活性鐵的微晶長(zhǎng)大，增加了催化劑的表面積，提高了活性。氨的生產(chǎn)過程及合成氨的工藝流程。二.氨的生產(chǎn)過程制造氨合成原料——?dú)錃馓畛鋪?lái)自空分的氮?dú)?.造氣固體燃料氣化法把煤或焦炭中的可燃物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)镠2、CO和CO2，這一過程叫做固體燃料氣化，簡(jiǎn)稱造氣。氣化所得的氣體統(tǒng)稱煤氣，進(jìn)行氣化的設(shè)備叫煤氣發(fā)生爐。采用間歇法造氣時(shí)，空氣和蒸汽交替通入煤氣發(fā)生爐。通入空氣的過程稱為吹風(fēng)，制得的煤氣叫空氣煤氣；通入水蒸氣的過程稱為制氣，制得的煤氣叫水煤氣；空氣煤氣與水煤氣的混合物稱為半水煤氣。粉煤漏斗中間儲(chǔ)煤槽儲(chǔ)煤槽發(fā)生爐上部?jī)?chǔ)灰槽下部?jī)?chǔ)灰槽低溫分離器脫氣槽2.凈化脫硫，變換，脫碳,氣體的精制（甲烷化）.（1）脫硫主要是H2S,其次是CS2,COS,還有一些有機(jī)硫。其含量取決于原料的含硫量及加工方法.以煤為原料，原料氣中H2S含量一般為2～3g·m-3，有的高達(dá)20～30g·m-3。

（2）變換用煤或烴生產(chǎn)出的氣體都含有相當(dāng)量的CO，如固體燃料制得的半水煤氣含28％－31％，氣體烴蒸汽轉(zhuǎn)化法含15％～18％，重油氣化法含46％左右。CO對(duì)氨合成催化劑有毒害，必須除去。變換利用水蒸氣把CO變換為H2和易清除的CO2，同時(shí)又制得了所需的原料氣H2。其反應(yīng)為：CO+H2O(g)=CO2+H2

ΔH0=-41kJ·mol-1

溫度、反應(yīng)物組成及催化劑性能都是影響平衡轉(zhuǎn)化率的因素。脫氣槽

物理吸收是利用CO2能溶于水和有機(jī)溶劑的特點(diǎn)。常用的有加壓水洗、低溫甲醇洗滌等。如在3MPa、-30—-70℃下，甲醇洗滌氣體后氣體中的CO2可以從33％降到10μg·g-1，脫碳十分徹底。

脫除CO2的方法很多，工業(yè)上常用的是溶液吸收法，分為物理吸收和化學(xué)吸收兩種。（3）脫碳變換氣中含有大量的CO2(15％一35％)，對(duì)原料氣的精制及氨合成不利。

化學(xué)吸收是用氨水、有機(jī)胺或碳酸鉀的堿性溶液為吸收劑，利用CO2能與溶液中的堿性物質(zhì)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)而將其吸收。大中型廠多采用改良熱堿法，此法以K2CO3水溶液為吸收液，并添加少量活化劑如氨基乙酸或乙二醇胺。吸收解吸反應(yīng)如下：K2CO3+CO2+H2O=2KHCO3

當(dāng)吸收液中添加氨基乙酸，吸收壓強(qiáng)2～3MPa、溫度85～100℃時(shí)，氣體中的CO2可從20～28%降至0.2%～0.4％；解吸壓強(qiáng)為10～30kPa，溫度105～110℃,用熱堿脫除CO2時(shí)，也脫除了微量的H2S。（4）甲烷化是把CO、CO2轉(zhuǎn)化為對(duì)氨合成無(wú)害的CH4，主要反應(yīng)是CO+3H2＝CH4+H2OCO2+4H