合成氨文献综述

攀枝花学院

Panzhihua University

本科毕业设计（论文）

文献综述

院（系）：生物与化学工程学院

专业：化学工程与工艺

班级： 2007级化工（2）班

学生姓名：陈有源学号: ************

2011 年 3 月 13 日

本科生毕业设计（论文）文献综述评价表

文献综述：

合成氨工业综述

1.氨的性质

合成氨的化学名称为氨，氮含量为82.3%。氨是一种无色具有强烈刺激性、催泪性和特殊臭气的无色气体，比空气轻，相对密度0.596，熔点－77.7℃，沸点－33.4℃。标准状况下，1米3气氨重0.771公斤；1米3液氨重638.6公斤。极易溶于水，常温（20℃）常压下，一体积的水能溶解600个体积的氨; 标准状况下，一体积水能溶解1300体积的氨的水溶液称为氨水，呈强碱性。因此，用水喷淋处理跑氨事故，能收到较好的效果【1】。

氨与酸或酸酐可以直接作用，生成各种铵盐；氨与二氧化碳作用可生成氨基甲铵，脱水成尿素；在铂催化剂存在的条件下，氨与氧作用生成一氧化氮，一氧化氮继续氧化并与水作用，便能得到硝酸。氨在高温下(800℃以上)分解成氮和氢；氨具有易燃易爆和有毒的性质。氨的自燃点为630℃，氨在氧中易燃烧，燃烧时生成蓝色火焰。氨与空气或氧按一定比例混合后，遇明火能引起爆炸。常温下氨在空气中的爆炸范围为15.5～28％，在氧气中为13.5～82％。液氨或干燥的气氨，对大部分物质没有腐蚀性，但在有水的条件下，对铜、银、锌等有腐蚀作用【2】。

2.合成氨工艺

2.1依据合成条件—压力的不同的几种合成方法

氨的合成是合成氨生产的最后一道工序，其任务是将经过精制的氢氮混合气在催化剂的作用下多快好省地合成为氨。对于合成系统来说，液体氨即是它的产品。20世纪初先后实现了电弧法、氰化法和直接合成法生产合成氨的工业方法。工业上合成氨的各种工艺流程一般以压力的高低来分类【2】。

(1)高压法

操作压力70～100MPa，温度为550～650℃，这种方法的主要优点是氨合成效率高，混合气中的氨易被分离。故流程、设备都比较紧凑。但因为合成效率高，放出的热量多，催化剂温度高，易过热而失去活性，所以催化剂的使用寿命较短。又因为是高温高压操作，对设备制造、材质要求都较高，投资费用大。目前工业上很少采用此法生产。

(2)中压法

操作压力为20～60MPa，温度450～550℃，其优缺点介于高压法与低压法之间，目前此法技术比较成熟，经济性比较好。因为合成压力的确定，不外乎从设备投资和压缩功耗这两方面来考虑。从动力消耗看，合成系统的功耗占全厂总功耗的比重最大。但功耗决不但取决于压力一项，还要看其它工艺指标和流程的布置情况。总的来看，在15～30Pa的范围内，功耗的差别是不大的，因此世界上采用此法的很多。

(3)低压法

操作压力10MPa左右，温度400～450℃。由于操作压力和温度都比较低，故对设备要求低，容易管理，且催化剂的活性较高，这是此法的优点。但此法所用催化剂对毒物很敏感，易中毒，使用寿命短，因此对原料气的精制纯度要求严格。又因操作压力低，氨的合成效率低，分离较困难，流程复杂。实际工业生产上此法已不采用了。

2.2合成氨生产工艺流程

工业上由于制造粗原料气的方法与气体净化方法的不同，而导致生产合成氨的工艺流程也不尽相同。现将我国目前以煤、天然气和重油为原料，生产合成氨的常用流程介绍如下。

（1）以煤为原料生产合成氨的工艺流程

我国以煤为原料的中型合成氨厂多数采用20世纪60年代开发的三催化剂净化流程，即采用脱硫、变换及甲醇化三种催化剂来净化气体，以代替传统的铜氨液洗涤工艺。以煤为原料的小型氨厂则采用碳化工艺，用浓氨水吸收二氧化碳，得到碳酸氢铵产品，将脱碳过程与产品生产过程结合起来。

以无烟煤为原料的中型合成氨厂，将粒度为25～100mm的无烟煤（或焦炭）加到固定床煤气发生炉中，交替地向炉内通入空气和蒸汽，气化所产生的半水煤气经燃烧室，废热锅炉回收热量后，送到气柜储存，半水煤气经电除尘器除去其中固体小颗粒后，通过风机送到半水煤气脱硫塔中，用栲胶（或其他脱硫剂）脱硫，以除去气体中硫化氢；依次进入原料气压缩机的前三段，加压到1.9～

2.0MPa，然后气体进入饱和塔，用热水使气体变成饱和水蒸汽，经热交换器被由变换炉来的变换气加热后，进入变换炉，用蒸汽使气体中一氧化碳变换成氢气，变换后的气体返回换热器与半水煤气换热后，再经热水塔使气体冷却，进入变换气脱硫塔用栲胶溶液脱硫，以脱除变换时有机硫转化而成的硫化氢。此后，气体进入原料气压缩机的后两段，加压到12～13MPa，依次进入铜洗塔和碱洗塔中，使气体中的CO和CO

的含量降至20×10-6以下。净化后的氢氮混合气进入原料气

2

压缩机最后一段，压缩到30～32MPa，进入油分离器，在此与循环气压缩机来的

循环气混合并除去其中油雾后，进入冷凝塔和氨冷器的管内，再进入冷凝塔上部的管间

3.国内外合成氨工业发展状况和发展趋势

3.1国外合成氨工业发展状况和发展趋势

3.1.1 国外合成氨工业发展状况

合成氨是化学工业中产量很大的化工产品。20世纪50年代，由于北美成功开发了天然气资源，从此天然气作为制氨的原料开始盛行。到了20世纪60年代末，国外主要产氨国都已先后停止用焦炭、煤为原料，取而代之的是以天然气、重油等为原料，天然气所占的比重不断上升。1982年，世界合成氨的生产能力为125Mt氨,但因原料供应、市场需求的变化，合成氨的产量远比生产能力要低。近年，合成氨产量以苏联、中国、美国、印度等十国最高，占世界总产量的一半以上。合成氨主要消费部门为化肥工业，用于其他领域的（主要是高分子化工、火炸药工业等）非化肥用氨，统称为工业用氨。目前,合成氨年总消费量(以N计)约为78.2Mt，其中工业用氨量约为10Mt，约占总氨消费量的12％。合成氨主要原料有天然气、石脑油、重质油和煤等。1981年，世界以天然气制氨的比例约占71％,苏联为92.2％、美国为96％、荷兰为100％；中国仍以煤、焦炭为主要原料制氨,天然气制氨仅占20%。70年代原油涨价后，一些采用石脑油为原料的合成氨老厂改用天然气，新建厂绝大部分采用天然气作原料。生产合成氨的方法主要区别在原料气的制造，其中最广泛采用的为蒸汽转化法和部分氧化法【3】。

3.1.2 国外合成氨工业发展趋势

从世界燃料储量来看，煤的储量约为石油、天然气总和的10倍，自从70

年代中东石油涨价后,从煤制氨路线重新受到重视,但因以天然气为原料的合成氨装置投资低、能耗低、成本低的缘故,预计到20世纪末,世界大多数合成氨厂仍将以气体燃料为主要原料。合成氨成本中能源费用占较大比重，合成氨生产的技术改进重点放在采用低能耗工艺、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剂、降低氨合成压力、开发新的原料气净化方法、降低燃料消耗、回收和合理利用低位热能等。现在已提出以天然气为原料的节能型合成氨新流程多种，每吨液氨的设计能耗可降低到约29.3GJ。合成氨生产中副产大量的二氧化碳，不仅可用于冷冻、饮料、灭火，也是生产尿素、纯碱、碳酸氢铵的原料。如果在合成氨原料气脱除二氧化碳过程中能联合生产这些产品，则可以简化流程、减少能耗、降低成本。中国开发的用氨水脱除二氧化碳直接制碳酸氢铵新工艺，以及中国、意大利等国开发的变换气气提法联合生产尿素工艺，都有明显的优点。