合成氨生产工艺流程
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• 1.平衡常数:降温，平衡常数增大 • 2.平衡氨含量
反应达到平衡时氨在混合气体中的百分 含量，称为平衡氨含量，或氨的平衡 产 率。 • 提高平衡氨含量的措施为降低温度，提 高压力，保持氢氮比等于3:1.
三、氨合成动力学
• 一、反应机理 • 在催化剂的作用下，氢与氮生成氨的反应是一多相气
体催化反应。由以下几个步骤所组成：
• 氨合成系统的能量消耗主要包括原料气压 缩功、循环气压缩功和氨分离的冷冻功。
• 生产实践证明，操作压力在20～35MPa时 总能量消耗比较低。
（二）、温度
• 将某种催化剂在一定成产条件下具有最高氨生 成率的温度称为最适宜的温度。
• 最适宜温度还和空间速度、压力等有关 • 经生产实践得出氨合成操作温度控制在
第四节、氨合成工艺流程
• 一、氨合成基本工艺步骤 • （一）气体的压缩和除油 • （二）气体的预热和合成 • （三）氨的分离 • 合成塔出口气体氨含量一般为10~20%因此将氨
分离出来。
• 1.水吸收法 • 2.冷凝 该法是将合成气体降温，使其的气氨冷
凝成液氨，后在氨分离器中，从不凝气体中分 离出来。目前主要采用冷却法分离循环气中的 氨。
合成氨生产工艺流程
内容
• 氨合成的基本理论
1、氨合成动力学（反应机理） 2、氨合成操作条件的选择（温度、压 力、催化剂）
• 氨合成工艺流程
氨的合成
• 氨的合成工序是在 适当的温度、压力
和有催化剂存在的条件下，将经过精制的 氢氮混合气直接合成为氨。然后将所生成 的气体氨从混合气体中冷凝分离出来，得 到产品液氨。
渐导入空气使氮气中氧含量在0.2~0.5%.
催化剂的中毒与衰老
• 1．催化剂的中毒 • 进入合成塔的新鲜混合气，虽然经过了净化，
但仍然含有微量的有毒气体，使催化剂缓慢中 毒，活性降低。 • 2．催化剂的衰老 • 催化剂经长期使用后，活性会逐渐下降，生产 能力逐渐降低，这种现象称为催化剂的衰老。 • 催化剂的中毒和衰老几乎是无法避免的，但是 选用耐热性能较好的催化剂，改善气体质量和 稳定操作，能大大延长催化剂的使用寿命。
（二）、惰性气体的排除
• 氨合成循环系统惰性气体通过三个途径 带出：
• 1.一小部分从系统中漏损； • 2.一小部分溶解在液氨中被带走； • 3.大部分采用放空的方法，即间断或连续
地从系统中排放。 • 放空的位置应该在氨已大部分分离之后，
而又在新鲜气加入之前。
（三）、反应前的回收利用
• 回收利用反应热的方法主要有以下几种 • 1.预热反应前的前氢氮混合气。在塔内设置换热
二、氨合成工艺流程
• 由于压缩机型式、操作压力、氨分离折 冷凝级数、热能回收形式以及各部分相 对位置的差异，氨合成工艺流程也水相 同。操作压力在600~100MPa称高压法， 在20~40MPa称中压法。大10MPa左右称 低压法。中压法氨合成的工艺流程，在 技术和泾济上都比较优越，因此目前国 内外普遍采用中压法。
470~520度较为适宜。 • 三、空间速度 • 当操作压力、温度及进塔气组成一定时，空速
增加，氨净值降低。由于氨净值降低的程度比 空间速度的增大倍数少，所以空间速度增加时 氨合成生产强度有所提高及氨产量有所增加。
（三）催化剂
• 可以作氨合成催化剂的物质 很多，如铁、铂、锰、钨和 铀等。但由于以铁为主体的 催化剂具有原料来原广，价 格低廉，在低温下有较好的 活性抗毒能力强，使用寿命 长等优点 、广泛采用。
• 在氨冷凝过程，部分氢氮气及惰性气体溶解在 液氨中，当液氨在“贮罐气”。
（一）、气体的循环
• 氢氮混合气经过氨合成塔以后，只有 一小部分合成为氨。分离氨以后，剩 余的氢氮气，除为降低惰性气体含量 而少量放空以外，大部分与新鲜原料 气汇合后，重新返回合成塔，在进行 氨的合成，从而构成了循环法生产流 程。
为内扩散过程； (3)、 (4)和（5）总称为化学动力学的 过程。
பைடு நூலகம் 四 氨合成操作 条件的选择
• 氨合成的生产工艺条件必须满足产 量高、消耗定额低、工艺流程及设 备结构简单、操作方便及安全可靠 等要求。
• 决定生产条件最主要的因素是压力、 温度、空间速度、气体组成和催化 剂等。
（一）、压力
• 在一定的空速下，合成压力越高，出口氨 浓度越高，氨净值(合成塔出入口氨含量之 差)越高，合成塔的生产能力也就越 大。
1. 催化剂的预还原 为了使合成氨系统在短时间内投入生产， 将铁催化剂在合成塔外预先进行还原， 即所谓催化剂的预还原。 2．催化剂的钝化 还原后的活性铁遇到空气会发生强烈的 氧化反应，放出的热量能使催化剂烧结 失去活性。 钝化方法是将压力降到0.5~1MPa，温 度降到50~80度，用氮气置换系统后逐
器，用反应的高温气体预热反应前氢氮混合气 达到催化剂的活性温度。 • 2.预热反应前的氢氮混合气和副产蒸气 • 既在塔内设置换热器预热反应前的氢氮混合气， 又利用余热副产蒸气。 • 3.预热反应前的氢氮混合气和预热高压锅炉给水 • 反应后的高温气体先通过塔内的换热器预热反 应前氢氮混合气，后在通过塔外换热器预热高 压锅炉给水。
• (1)气体反应物扩散到催化剂外表面； • (2)反应物自催化剂外表面扩散到毛细孔内表面； • (3)气体被催化剂表面(主要是内表面)活性吸附(与普通
吸附的区别在于有化学力参与在内，并放出热量)； • (4)吸附状态的气体在催化剂表面上起化学反应，生成
产物； • (5)产物自催化剂表面解吸；·
• (6)解吸后的产物从催化剂毛细孔向外表面扩散； • (7)产物由催化剂外表面扩散至气相主流。 • 以上七个步骤中， (1)、 (7)为外扩散过程； (2)、 (6)
第一节 氨合成的基本理论
• 一、氨合成反应的特点
•
3H2+N2=2NH3+Q
• (1)是可逆反应。即在氢气和氮气反应生
成氨的同时，氨也分解成氢气和氮气。
• (2)是放热反应。在生成氨的同时放出热 量，反应热与温度、压力有关。
• (3)是体积缩小的反应。
• (4)反应需要有催化剂才能较快的进行 。
二、氨合成反应的化学平衡
反应达到平衡时氨在混合气体中的百分 含量，称为平衡氨含量，或氨的平衡 产 率。 • 提高平衡氨含量的措施为降低温度，提 高压力，保持氢氮比等于3:1.
三、氨合成动力学
• 一、反应机理 • 在催化剂的作用下，氢与氮生成氨的反应是一多相气
体催化反应。由以下几个步骤所组成：
• 氨合成系统的能量消耗主要包括原料气压 缩功、循环气压缩功和氨分离的冷冻功。
• 生产实践证明，操作压力在20～35MPa时 总能量消耗比较低。
（二）、温度
• 将某种催化剂在一定成产条件下具有最高氨生 成率的温度称为最适宜的温度。
• 最适宜温度还和空间速度、压力等有关 • 经生产实践得出氨合成操作温度控制在
第四节、氨合成工艺流程
• 一、氨合成基本工艺步骤 • （一）气体的压缩和除油 • （二）气体的预热和合成 • （三）氨的分离 • 合成塔出口气体氨含量一般为10~20%因此将氨
分离出来。
• 1.水吸收法 • 2.冷凝 该法是将合成气体降温，使其的气氨冷
凝成液氨，后在氨分离器中，从不凝气体中分 离出来。目前主要采用冷却法分离循环气中的 氨。
合成氨生产工艺流程
内容
• 氨合成的基本理论
1、氨合成动力学（反应机理） 2、氨合成操作条件的选择（温度、压 力、催化剂）
• 氨合成工艺流程
氨的合成
• 氨的合成工序是在 适当的温度、压力
和有催化剂存在的条件下，将经过精制的 氢氮混合气直接合成为氨。然后将所生成 的气体氨从混合气体中冷凝分离出来，得 到产品液氨。
渐导入空气使氮气中氧含量在0.2~0.5%.
催化剂的中毒与衰老
• 1．催化剂的中毒 • 进入合成塔的新鲜混合气，虽然经过了净化，
但仍然含有微量的有毒气体，使催化剂缓慢中 毒，活性降低。 • 2．催化剂的衰老 • 催化剂经长期使用后，活性会逐渐下降，生产 能力逐渐降低，这种现象称为催化剂的衰老。 • 催化剂的中毒和衰老几乎是无法避免的，但是 选用耐热性能较好的催化剂，改善气体质量和 稳定操作，能大大延长催化剂的使用寿命。
（二）、惰性气体的排除
• 氨合成循环系统惰性气体通过三个途径 带出：
• 1.一小部分从系统中漏损； • 2.一小部分溶解在液氨中被带走； • 3.大部分采用放空的方法，即间断或连续
地从系统中排放。 • 放空的位置应该在氨已大部分分离之后，
而又在新鲜气加入之前。
（三）、反应前的回收利用
• 回收利用反应热的方法主要有以下几种 • 1.预热反应前的前氢氮混合气。在塔内设置换热
二、氨合成工艺流程
• 由于压缩机型式、操作压力、氨分离折 冷凝级数、热能回收形式以及各部分相 对位置的差异，氨合成工艺流程也水相 同。操作压力在600~100MPa称高压法， 在20~40MPa称中压法。大10MPa左右称 低压法。中压法氨合成的工艺流程，在 技术和泾济上都比较优越，因此目前国 内外普遍采用中压法。
470~520度较为适宜。 • 三、空间速度 • 当操作压力、温度及进塔气组成一定时，空速
增加，氨净值降低。由于氨净值降低的程度比 空间速度的增大倍数少，所以空间速度增加时 氨合成生产强度有所提高及氨产量有所增加。
（三）催化剂
• 可以作氨合成催化剂的物质 很多，如铁、铂、锰、钨和 铀等。但由于以铁为主体的 催化剂具有原料来原广，价 格低廉，在低温下有较好的 活性抗毒能力强，使用寿命 长等优点 、广泛采用。
• 在氨冷凝过程，部分氢氮气及惰性气体溶解在 液氨中，当液氨在“贮罐气”。
（一）、气体的循环
• 氢氮混合气经过氨合成塔以后，只有 一小部分合成为氨。分离氨以后，剩 余的氢氮气，除为降低惰性气体含量 而少量放空以外，大部分与新鲜原料 气汇合后，重新返回合成塔，在进行 氨的合成，从而构成了循环法生产流 程。
为内扩散过程； (3)、 (4)和（5）总称为化学动力学的 过程。
பைடு நூலகம் 四 氨合成操作 条件的选择
• 氨合成的生产工艺条件必须满足产 量高、消耗定额低、工艺流程及设 备结构简单、操作方便及安全可靠 等要求。
• 决定生产条件最主要的因素是压力、 温度、空间速度、气体组成和催化 剂等。
（一）、压力
• 在一定的空速下，合成压力越高，出口氨 浓度越高，氨净值(合成塔出入口氨含量之 差)越高，合成塔的生产能力也就越 大。
1. 催化剂的预还原 为了使合成氨系统在短时间内投入生产， 将铁催化剂在合成塔外预先进行还原， 即所谓催化剂的预还原。 2．催化剂的钝化 还原后的活性铁遇到空气会发生强烈的 氧化反应，放出的热量能使催化剂烧结 失去活性。 钝化方法是将压力降到0.5~1MPa，温 度降到50~80度，用氮气置换系统后逐
器，用反应的高温气体预热反应前氢氮混合气 达到催化剂的活性温度。 • 2.预热反应前的氢氮混合气和副产蒸气 • 既在塔内设置换热器预热反应前的氢氮混合气， 又利用余热副产蒸气。 • 3.预热反应前的氢氮混合气和预热高压锅炉给水 • 反应后的高温气体先通过塔内的换热器预热反 应前氢氮混合气，后在通过塔外换热器预热高 压锅炉给水。
• (1)气体反应物扩散到催化剂外表面； • (2)反应物自催化剂外表面扩散到毛细孔内表面； • (3)气体被催化剂表面(主要是内表面)活性吸附(与普通
吸附的区别在于有化学力参与在内，并放出热量)； • (4)吸附状态的气体在催化剂表面上起化学反应，生成
产物； • (5)产物自催化剂表面解吸；·
• (6)解吸后的产物从催化剂毛细孔向外表面扩散； • (7)产物由催化剂外表面扩散至气相主流。 • 以上七个步骤中， (1)、 (7)为外扩散过程； (2)、 (6)
第一节 氨合成的基本理论
• 一、氨合成反应的特点
•
3H2+N2=2NH3+Q
• (1)是可逆反应。即在氢气和氮气反应生
成氨的同时，氨也分解成氢气和氮气。
• (2)是放热反应。在生成氨的同时放出热 量，反应热与温度、压力有关。
• (3)是体积缩小的反应。
• (4)反应需要有催化剂才能较快的进行 。
二、氨合成反应的化学平衡