合成氨文獻(xiàn)綜述

攀枝花學(xué)院攀枝花學(xué)院PanzhihuaUniversity本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）文獻(xiàn)綜述院（系）：生物與化學(xué)工程學(xué)院專業(yè)：化學(xué)工程與工藝班級(jí)：2007級(jí)化工（2）班學(xué)生姓名：陳有源學(xué)號(hào):2011年3月13日

本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）文獻(xiàn)綜述評(píng)價(jià)表畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目年產(chǎn)10萬(wàn)噸合成氨廠合成工段設(shè)計(jì)綜述名稱合成氨工業(yè)綜述評(píng)閱教師姓名王允威職稱助教評(píng)價(jià)項(xiàng)目?jī)?yōu)良合格不合格綜述結(jié)構(gòu)01文獻(xiàn)綜述結(jié)構(gòu)完整、符合格式規(guī)范綜述內(nèi)容02能準(zhǔn)確如實(shí)地闡述參考文獻(xiàn)作者的論點(diǎn)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果03文字通順、精練、可讀性和實(shí)用性強(qiáng)04反映題目所在知識(shí)領(lǐng)域內(nèi)的新動(dòng)態(tài)、新趨勢(shì)、新水平、新原理、新技術(shù)等參考文獻(xiàn)05中、英文參考文獻(xiàn)的類型和數(shù)量符合規(guī)定要求，格式符合規(guī)范06圍繞所選畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目搜集文獻(xiàn)成績(jī)綜合評(píng)語(yǔ)：評(píng)閱教師（簽字）：年月日文獻(xiàn)綜述：合成氨工業(yè)綜述氨的性質(zhì)合成氨的化學(xué)名稱為氨，氮含量為82.3%。氨是一種無(wú)色具有強(qiáng)烈刺激性、催淚性和特殊臭氣的無(wú)色氣體，比空氣輕，相對(duì)密度0.596,熔點(diǎn)一77.7°C，沸點(diǎn)一33.4C。標(biāo)準(zhǔn)狀況下，1米3氣氨重0.771公斤；1米3液氨重638.6公斤。極易溶于水，常溫(20C)常壓下，一體積的水能溶解600個(gè)體積的氨；標(biāo)準(zhǔn)狀況下，一體積水能溶解1300體積的氨的水溶液稱為氨水，呈強(qiáng)堿性。因此，用水噴淋處理跑氨事故，能收到較好的效果【1】。氨與酸或酸酐可以直接作用，生成各種銨鹽；氨與二氧化碳作用可生成氨基甲銨，脫水成尿素；在鉑催化劑存在的條件下，氨與氧作用生成一氧化氮，一氧化氮繼續(xù)氧化并與水作用，便能得到硝酸。氨在高溫下(800C以上)分解成氮和氫；氨具有易燃易爆和有毒的性質(zhì)。氨的自燃點(diǎn)為630C，氨在氧中易燃燒，燃燒時(shí)生成藍(lán)色火焰。氨與空氣或氧按一定比例混合后，遇明火能引起爆炸。常溫下氨在空氣中的爆炸范圍為15.5?28%，在氧氣中為13.5?82%。液氨或干燥的氣氨，對(duì)大部分物質(zhì)沒(méi)有腐蝕性，但在有水的條件下，對(duì)銅、銀、鋅等有腐蝕作用【2】。合成氨工藝依據(jù)合成條件—壓力的不同的幾種合成方法氨的合成是合成氨生產(chǎn)的最后一道工序，其任務(wù)是將經(jīng)過(guò)精制的氫氮混合氣在催化劑的作用下多快好省地合成為氨。對(duì)于合成系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，液體氨即是它的產(chǎn)品。20世紀(jì)初先后實(shí)現(xiàn)了電弧法、氰化法和直接合成法生產(chǎn)合成氨的工業(yè)方法。工業(yè)上合成氨的各種工藝流程一般以壓力的高低來(lái)分類【2】。高壓法操作壓力70?100MPa，溫度為550?650C，這種方法的主要優(yōu)點(diǎn)是氨合成效率高，混合氣中的氨易被分離。故流程、設(shè)備都比較緊湊。但因?yàn)楹铣尚矢?，放出的熱量多，催化劑溫度高，易過(guò)熱而失去活性，所以催化劑的使用壽命較短。又因?yàn)槭歉邷馗邏翰僮?，?duì)設(shè)備制造、材質(zhì)要求都較高，投資費(fèi)用大。目前工業(yè)上很少采用此法生產(chǎn)。中壓法操作壓力為20?60MPa,溫度450?550°C,其優(yōu)缺點(diǎn)介于高壓法與低壓法之間，目前此法技術(shù)比較成熟，經(jīng)濟(jì)性比較好。因?yàn)楹铣蓧毫Φ拇_定，不外乎從設(shè)備投資和壓縮功耗這兩方面來(lái)考慮。從動(dòng)力消耗看,合成系統(tǒng)的功耗占全廠總功耗的比重最大。但功耗決不但取決于壓力一項(xiàng),還要看其它工藝指標(biāo)和流程的布置情況?？偟膩?lái)看,在15?30Pa的范圍內(nèi),功耗的差別是不大的,因此世界上采用此法的很多。（3）低壓法操作壓力10MPa左右，溫度400?450C。由于操作壓力和溫度都比較低，故對(duì)設(shè)備要求低,容易管理,且催化劑的活性較高,這是此法的優(yōu)點(diǎn)。但此法所用催化劑對(duì)毒物很敏感，易中毒，使用壽命短，因此對(duì)原料氣的精制純度要求嚴(yán)格。又因操作壓力低，氨的合成效率低，分離較困難，流程復(fù)雜。實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)上此法已不采用了。合成氨生產(chǎn)工藝流程工業(yè)上由于制造粗原料氣的方法與氣體凈化方法的不同，而導(dǎo)致生產(chǎn)合成氨的工藝流程也不盡相同。現(xiàn)將我國(guó)目前以煤、天然氣和重油為原料，生產(chǎn)合成氨的常用流程介紹如下。（1）以煤為原料生產(chǎn)合成氨的工藝流程我國(guó)以煤為原料的中型合成氨廠多數(shù)采用20世紀(jì)60年代開(kāi)發(fā)的三催化劑凈化流程，即采用脫硫、變換及甲醇化三種催化劑來(lái)凈化氣體，以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的銅氨液洗滌工藝。以煤為原料的小型氨廠則采用碳化工藝，用濃氨水吸收二氧化碳，得到碳酸氫銨產(chǎn)品，將脫碳過(guò)程與產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程結(jié)合起來(lái)。以無(wú)煙煤為原料的中型合成氨廠，將粒度為25?100mm的無(wú)煙煤（或焦炭）加到固定床煤氣發(fā)生爐中，交替地向爐內(nèi)通入空氣和蒸汽，氣化所產(chǎn)生的半水煤氣經(jīng)燃燒室，廢熱鍋爐回收熱量后，送到氣柜儲(chǔ)存，半水煤氣經(jīng)電除塵器除去其中固體小顆粒后，通過(guò)風(fēng)機(jī)送到半水煤氣脫硫塔中，用栲膠（或其他脫硫劑）脫硫，以除去氣體中硫化氫；依次進(jìn)入原料氣壓縮機(jī)的前三段，加壓到1.9?2.0MPa,然后氣體進(jìn)入飽和塔，用熱水使氣體變成飽和水蒸汽，經(jīng)熱交換器被由變換爐來(lái)的變換氣加熱后，進(jìn)入變換爐，用蒸汽使氣體中一氧化碳變換成氫氣，變換后的氣體返回?fù)Q熱器與半水煤氣換熱后，再經(jīng)熱水塔使氣體冷卻，進(jìn)入變換氣脫硫塔用栲膠溶液脫硫，以脫除變換時(shí)有機(jī)硫轉(zhuǎn)化而成的硫化氫。此后，氣體進(jìn)入原料氣壓縮機(jī)的后兩段，加壓到12?13MPa，依次進(jìn)入銅洗塔和堿洗塔中，使氣體中的CO和CO的含量降至20X10-6以下。凈化后的氫氮混合氣進(jìn)入原料氣2壓縮機(jī)最后一段，壓縮到30?32MPa,進(jìn)入油分離器，在此與循環(huán)氣壓縮機(jī)來(lái)的循環(huán)氣混合并除去其中油霧后，進(jìn)入冷凝塔和氨冷器的管內(nèi)，再進(jìn)入冷凝塔上部的管間國(guó)內(nèi)外合成氨工業(yè)發(fā)展?fàn)顩r和發(fā)展趨勢(shì)國(guó)外合成氨工業(yè)發(fā)展?fàn)顩r和發(fā)展趨勢(shì)國(guó)外合成氨工業(yè)發(fā)展?fàn)顩r合成氨是化學(xué)工業(yè)中產(chǎn)量很大的化工產(chǎn)品。20世紀(jì)50年代，由于北美成功開(kāi)發(fā)了天然氣資源，從此天然氣作為制氨的原料開(kāi)始盛行。到了20世紀(jì)60年代末，國(guó)外主要產(chǎn)氨國(guó)都已先后停止用焦炭、煤為原料，取而代之的是以天然氣、重油等為原料，天然氣所占的比重不斷上升。1982年，世界合成氨的生產(chǎn)能力為125Mt氨,但因原料供應(yīng)、市場(chǎng)需求的變化，合成氨的產(chǎn)量遠(yuǎn)比生產(chǎn)能力要低。近年，合成氨產(chǎn)量以蘇聯(lián)、中國(guó)、美國(guó)、印度等十國(guó)最高，占世界總產(chǎn)量的一半以上。合成氨主要消費(fèi)部門(mén)為化肥工業(yè)，用于其他領(lǐng)域的（主要是高分子化工、火炸藥工業(yè)等）非化肥用氨，統(tǒng)稱為工業(yè)用氨。目前,合成氨年總消費(fèi)量（以N計(jì)）約為78.2Mt,其中工業(yè)用氨量約為10Mt,約占總氨消費(fèi)量的12%。合成氨主要原料有天然氣、石腦油、重質(zhì)油和煤等。1981年，世界以天然氣制氨的比例約占71%,蘇聯(lián)為92.2%、美國(guó)為96%、荷蘭為100%；中國(guó)仍以煤、焦炭為主要原料制氨,天然氣制氨僅占20%。70年代原油漲價(jià)后,一些采用石腦油為原料的合成氨老廠改用天然氣,新建廠絕大部分采用天然氣作原料。生產(chǎn)合成氨的方法主要區(qū)別在原料氣的制造,其中最廣泛采用的為蒸汽轉(zhuǎn)化法和部分氧化法【3】。國(guó)外合成氨工業(yè)發(fā)展趨勢(shì)從世界燃料儲(chǔ)量來(lái)看,煤的儲(chǔ)量約為石油、天然氣總和的10倍,自從70年代中東石油漲價(jià)后,從煤制氨路線重新受到重視,但因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,預(yù)計(jì)到20世紀(jì)末,世界大多數(shù)合成氨廠仍將以氣體燃料為主要原料。合成氨成本中能源費(fèi)用占較大比重,合成氨生產(chǎn)的技術(shù)改進(jìn)重點(diǎn)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(kāi)發(fā)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?，F(xiàn)在已提出以天然氣為原料的節(jié)能型合成氨新流程多種，每噸液氨的設(shè)計(jì)能耗可降低到約29.3GJ。合成氨生產(chǎn)中副產(chǎn)大量的二氧化碳,不僅可用于冷凍、飲料、滅火,也是生產(chǎn)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(guò)程中能聯(lián)合生產(chǎn)這些產(chǎn)品,則可以簡(jiǎn)化流程、減少能耗、降低成本。中國(guó)開(kāi)發(fā)的用氨水脫除二氧化碳直接制碳酸氫銨新工藝,以及中國(guó)、意大利等國(guó)開(kāi)發(fā)的變換氣氣提法聯(lián)合生產(chǎn)尿素工藝,都有明顯的優(yōu)點(diǎn)。國(guó)內(nèi)合成氨工業(yè)發(fā)展?fàn)顩r和發(fā)展趨勢(shì)國(guó)內(nèi)合成氨工業(yè)發(fā)展?fàn)顩r建國(guó)前，國(guó)內(nèi)的合成氨工業(yè)基礎(chǔ)非常薄弱，規(guī)模小，廠家少，并且技術(shù)落后。建國(guó)后，合成氨工業(yè)發(fā)展很快，產(chǎn)量也不斷增加。中國(guó)的合成氨工業(yè)是在20世紀(jì)30年代開(kāi)始的，當(dāng)時(shí)僅在南京和大連兩地建有規(guī)模不大的兩個(gè)合成氨工廠，此外在上海還有一個(gè)電解水制氫生產(chǎn)合成氨的小型車間，全國(guó)年產(chǎn)量不到1萬(wàn)噸。建國(guó)以來(lái)，基于農(nóng)業(yè)的迫切需要，我國(guó)的合成氨工業(yè)得到了快速發(fā)展。在原料方面，由單一的焦炭發(fā)展到煤、天然氣、焦?fàn)t氣、石油煉廠氣、輕油和重油等多種原料制氫。研制并生產(chǎn)多種合成氨工藝所需的催化劑，在品種、產(chǎn)量和質(zhì)量上都能滿足工業(yè)生產(chǎn)的要求，一些品種的質(zhì)量已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平；我國(guó)已完成大型合成氨廠的設(shè)計(jì)及關(guān)鍵設(shè)備的制造。具有因地制宜特點(diǎn)的我國(guó)小型合成氨工業(yè)，經(jīng)過(guò)多年的改進(jìn)，工藝日趨完善，能耗也有明顯降低。經(jīng)過(guò)50多年的努力，我國(guó)已擁有多種原料、不同流程的大、中、小型合成氨工廠550余個(gè)。在技術(shù)力量方面，我國(guó)已擁有一支能從事合成氨生產(chǎn)的科研、設(shè)計(jì)、制造和施工的高素質(zhì)技術(shù)隊(duì)伍。在生產(chǎn)能力方面，1980年中國(guó)合成氨產(chǎn)量為1498萬(wàn)噸，到1990年上升至2129萬(wàn)噸，僅次于前蘇聯(lián)名列世界第二。1994年中國(guó)氨產(chǎn)量達(dá)到2442萬(wàn)噸，2005年中國(guó)氨產(chǎn)量為4596萬(wàn)噸，2006年中國(guó)合成氨產(chǎn)量為4937.9萬(wàn)噸，2007年中國(guó)合成氨產(chǎn)量已超過(guò)5000萬(wàn)噸，從1994年后中國(guó)合成氨產(chǎn)量位列世界第一。2006年8月國(guó)務(wù)院下發(fā)了《關(guān)于加強(qiáng)節(jié)能工作的決定》，要求將“十一五”節(jié)能目標(biāo)逐級(jí)分解，落實(shí)責(zé)任，重點(diǎn)行業(yè)主要產(chǎn)品能耗總體要達(dá)到或接近本世紀(jì)初國(guó)際先進(jìn)水品。為了落實(shí)“十一五”節(jié)能目標(biāo)，國(guó)家發(fā)改委還制定發(fā)布了《千家企業(yè)節(jié)能行動(dòng)實(shí)施方案》，千家企業(yè)是指鋼鐵、有色、煤炭、電力、石油石化、化工、建材、紡織、造紙等九個(gè)重點(diǎn)耗能行業(yè)規(guī)模以上獨(dú)立核算企業(yè)，其中有16.4%的是氮肥企業(yè)【4】。國(guó)內(nèi)合成氨工業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)合成氨工業(yè)的迅速發(fā)展促進(jìn)了一系列科學(xué)技術(shù)和近代化學(xué)合成工業(yè)的發(fā)展。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和生產(chǎn)能力的不斷發(fā)展，合成氨工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的基礎(chǔ)作用必將日益顯著。展望21世紀(jì)，合成氨裝置將繼續(xù)朝著大型化、集中化、自動(dòng)化、低能耗與環(huán)境友好型方向發(fā)展，并形成具有一定規(guī)模的生產(chǎn)中心，單系列合成氨裝置的能力將從1000?1350t/d提高至1500?2000t/d⑷。合成氨生產(chǎn)包括三個(gè)主要步驟。第一步是制造含氮和氫的原料氣；第二步是將原料氣進(jìn)行凈化處理，以除去各種雜質(zhì)和有毒成分，從而獲得純凈的氮?dú)浠旌蠚怏w；第三步是氨的合成。目前工業(yè)上采用的原料氣主要分為三種：固體原料（焦炭、無(wú)煙煤、褐煤等）、液體原料（重油、原油、輕油等）、氣體原料（天然氣油田氣、焦?fàn)t氣、煉廠氣等）【5】。21世紀(jì)，由于能源危機(jī)、清潔環(huán)保因素的制約，而且近年來(lái)提倡的低碳生活，根據(jù)合成氨技術(shù)發(fā)展的情況分析,未來(lái)合成氨的基本生產(chǎn)原理將不會(huì)出現(xiàn)原則性的改變,其技術(shù)發(fā)展將會(huì)繼續(xù)緊密圍繞“降低生產(chǎn)成本、提高運(yùn)行周期,改善經(jīng)濟(jì)性”的基本目標(biāo),進(jìn)一步集中在“大型化、低能耗、結(jié)構(gòu)調(diào)整、清潔生產(chǎn)、長(zhǎng)周期運(yùn)行”等方面進(jìn)行技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)。在這種大環(huán)境下，最理想的原料氣就是天然氣，也是下一階段合成氨的清潔技術(shù)方面發(fā)展的重點(diǎn)。過(guò)去被合成氨工業(yè)認(rèn)為沒(méi)有太多困難的環(huán)境保護(hù)問(wèn)題，由于對(duì)污染控制變得日益嚴(yán)格，一些認(rèn)為已經(jīng)解決的問(wèn)題，現(xiàn)在又得重新加以評(píng)價(jià)。特別是近年來(lái)因地球氣候日益變暖而提出的對(duì)溫室效應(yīng)的控制，將會(huì)對(duì)二氧化碳的排放加以嚴(yán)格限制。所有這些新舊問(wèn)題對(duì)合成氨工業(yè)的發(fā)展，都會(huì)起到舉足輕重的影響【6】。結(jié)束語(yǔ)隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源供應(yīng)與環(huán)境問(wèn)題已經(jīng)嚴(yán)重制約經(jīng)濟(jì)發(fā)展、影響社會(huì)穩(wěn)定和諧的重要因素。合成氨工業(yè)是基礎(chǔ)化學(xué)工業(yè)之一，其提供的重要產(chǎn)品氨在工農(nóng)業(yè)及日常生活中用途極其廣泛。由此可見(jiàn)，合成氨工業(yè)對(duì)一個(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到舉足輕重的作用。而對(duì)于中國(guó)這樣一個(gè)快速發(fā)展的國(guó)家，強(qiáng)大的合成氨工業(yè)更是我國(guó)經(jīng)濟(jì)得以發(fā)展的必要前提。合成氨工業(yè)是農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)，它的發(fā)展將對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展產(chǎn)生重大影響。參考文獻(xiàn)文安貴?中小氮肥[M].化學(xué)工業(yè)出版社，1988.趙忠祥?氮肥生產(chǎn)概論[M].化學(xué)工業(yè)出版社，1995.張子鋒.合成氨生產(chǎn)技術(shù).化學(xué)工業(yè)出版社，2006,7.李平輝，田偉軍.合成氨原料氣生產(chǎn).化學(xué)工業(yè)出版社，2009,10.王樹(shù)仁.合成氨生產(chǎn)工.化學(xué)工業(yè)出版社，2005,2.沈浚，朱世勇，馮孝庭.合成氨.化學(xué)工業(yè)出版社，2001,1.耿晨霞?變壓吸附分離CO技術(shù)及其在羰基合成工業(yè)中的應(yīng)用J]?山西化工，2006,26(3)：49?51.[8][8]LeeH,ChoiJH,YeoYK.EffectofevacuationandrinseconditionsonperformanceinPSAprocessforCO?recovery]〕].HwahakKonghak,2000,38(6):809^816.李仲來(lái)?一氧化碳的提取及化工應(yīng)用(上)[J].小氮肥設(shè)計(jì)技術(shù)，2006,27(1)：20?27陸軍民?工業(yè)CO廢氣回收利用現(xiàn)狀與展望[J].化工科技市場(chǎng)，2001,11：22?25.XieYC,ZhangJP.AdsorptionisothermsforPU1anditsapplicationinindustry.In:SeventhInternationalConferenceofFundamentalsofAdsorption[J].Nagasaki,2001任占冬，陳梁?催化氧化法脫除黃磷尾氣中PH、HS催化劑的性能與再生[J].天然氣化32工，2005，30(5)：27?33.寧平，Hans-JorgBart,王學(xué)謙，馬麗萍，陳梁?催化