合成氨的方法及其应用

闽南师范大学

合成氨的方法及其应用

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专业：应用化学

年级: 10应化2

2013年12月30

合成氨的方法及其应用

【摘要】介绍不同原料的合成氨和合成氨各个工段工艺流程，指出了我国合成氨工艺技术现状及其未来发展趋势，认为未来合成氨技术进展的主要趋势是大型化、低能耗、结构调整、清洁生产、长周期运行；介绍合成氨工业产品的用途，指出合成氨对化肥的重要意义。

关键词：合成氨工艺流程发展现状意义

前言

氨是一种重要的含氮化合物。氮是蛋白质质中不可缺少的部分，是人类和一切生物所必须的养料；可以说没有氮，就没有蛋白质，没有蛋白质，就没有生命。大气中存在有大量的氮，在空气中氨占78％（体积分数）以上，它是以游离状态存在的。但是，如此丰富的氮，通常状况下不能为生物直接吸收，只有将空气中的游离氮转化为化合物状态，才能被植物吸收，然后再转化成人和动物所需的营养物质。把大气中的游离氮固定下来并转变为可被植物吸收的化合物的过程，称为固定氮。目前，固定氮最方便、最普通的方法就是合成氨，也就是直接由氮和氢合成为氨，再进一步制成化学肥料或用于其它工业

我国合成氨装置很多，但合成氨装置的控制水平都比较低，大部分厂家还停留在半自动化水平，靠人工控制的也不少，普遍存在的问题是：能耗大、成本高、流程长，自动控制水平低。这种生产状况下生产的产品成本高，市场竞争力差，因此大部分化肥行业处于低利润甚至处于亏损状态。为了改变这种状态，除了改变比较落后的工艺流程外，实现装置生产过程优化控制是行之有效的方法。

合成氨生产装置是我国化肥生产的基础，提高整个合成氨生产装置的自动化控制水平，对目前我国化肥行业状况，只有进一步稳定生产降低能耗，才能降低成本，增加效益。而实现合成氨装置的优化是投资少、见效快的有效措施之一。

合成氨装置优化控制的意义是提高整个合成氨装置的自动化水平，在现有工艺条件下，发挥优化控制的优势，使整个生产长期运行在最佳状态下，同时，优化系统的应用还能节约原材料消耗，降低能源消耗，提高产品的合格率，增强产品的市场竞争能力。

1.氨的性质

1.1物理性质

无色气体,有刺激性恶臭味。分子式NH3。分子量17.03。相对密度0.7714g/l。熔点-77.7℃。沸点-33.35℃。自燃点651.11℃。蒸气密度0.6。蒸气压1013.08kPa(25.7℃)。

1.2化学性质

蒸气与空气混合物爆炸极限16～25%(最易引燃浓度17%)。

氨在20℃水中溶解度34%,25℃时,在无水乙醇中溶解度10%,在甲醇中溶解度16%,溶于氯仿、乙醚,它是许多元素和化合物的良好溶剂。水溶液呈碱性,0.1N水溶液PH值为11.1；液态氨将侵蚀某些塑料制品,橡胶和涂层。

遇热、明火,难以点燃而危险性较低; 但氨和空气混合物达到上述浓度范围遇明火会燃烧和爆炸,如有油类或其它可燃性物质存在,则危险性更高。与硫酸或其它强无机酸反应放热,混合物可达到沸腾；不能与下列物质共存:乙醛、丙烯醛、硼、卤素、环氧乙烷、次氯酸、硝酸、汞、氯化银、硫、锑、双氧水等。

2.合成氨的生产工艺

19世纪中叶，炼焦工业兴起，生产焦炭过程中制得了氨。煤中的氮约有20%~25%转化为氨，煤气中氨含量为8~11g/m3，因而可以从副产焦炉中回收氨。但这样回收的氨量不能满足需要，促使人们研究新的合成氨的方法来满足工业需要，以下介绍不同原料合成氨的简要生产过程。

2.1以固体燃料（煤或焦炭）为原料的合成氨的简要生产过程

煤或焦炭造气脱硫 CO变换

精制脱CO

2

压缩

合成合成尿素

氨尿素

2.2以天然气或轻油为原料的合成氨的简要生产过程

天然气或轻油脱硫一段转化二段转化 CO高变

CO低变

压缩甲烷化脱CO

2

合成合成尿素

氨尿素

2.3以重油为原料的合成氨的简要生产过程

重油油气化除炭黑脱硫 CO变化

空气空分脱CO

2

液氨洗涤

压缩尿素

氨

2.4合成氨各工段工艺流程（以煤为原料）

2.4.1造气工段（间歇式气化过程在固定床煤气发生炉中进行的）

（1）五个阶段：

①吹风阶段：吹入空气，提高燃料层温度，吹风气放空。

工艺流程：空气—煤气炉底部—燃料层—炉顶—上旋风除尘器—废热锅炉—烟囱放空或送吹风气系统回收。

②一次上吹制气阶段：自下而上送入水蒸汽进行气化反应，燃料层下部温度下降，上部升高。

工艺流程：水蒸汽和加氮空气—煤气炉底部—燃料层—炉顶—上旋风除尘器—废热锅炉—洗气箱—洗气塔—煤气总管—气柜

③下吹制气阶段：水蒸汽自上而下进行反应，使燃料层温度趋下均衡。

工艺流程：蒸汽（不加空气）—炉顶—燃料层—炉底—废热锅炉—洗气箱—洗气塔—煤气总管—气柜

④二次上吹制气阶段：使底部下吹煤气排净，为吹入空气做准备。工艺流程与一次上吹阶段相同。

⑤空气吹净阶段：此部分吹风气加以回收，作为半水煤气中氮的主要来源。

工艺流程：空气—煤气炉底部—燃料层—炉顶—上旋风除尘器—废热锅炉—洗气箱—洗气塔—煤气总管—气柜

（2）工艺条件：

①温度：炉温应较熔点温度低50℃

②吹风速度：吹风速度直接决定放热。

③蒸汽用量：是改善煤气质量和提高煤气产量的重要手段之一。

④循环时间及其分配：等于或略少于3min

2.4.2净化工段

（1）原料气的脱硫：合成氨原料气中，一般总含有一定数量的无机硫化物（主要是硫化氢H2S），其次是有机硫化物如二硫化碳（CS2）、硫氧化碳(COS)、硫醇(RSH)、噻吩(C4H4S)等

①湿法脱硫：在吸收塔中用液体吸收剂（脱硫剂）吸收煤气中的硫化氢，而后再将吸收剂再生，再生后的吸收剂再送回吸收塔中循环使用。按硫的回收形态，可分为循环法和氧化法。

循环法：（以氨水脱硫为例）

NH3·H2O+H2S=NH4HS+H2O

氧化法：（改良ADA法）

脱硫塔中的反应：

Na2CO3+H2S→NaHS+NaHCO3