合成氨原料气详解
合成氨生产原料气的制取
3. 蒸汽氧比 蒸汽与氧的比例，影响气化温度及煤气 的组成。蒸汽氧比增大，煤气中氢和一氧化 碳增加。但炉温下降，使甲烷含量提高。 一般控制在5～8kg/m3。
五、固定层连续气化岗位安全操作及环保措施
（1）.岗位特点 见任务一“五” （2）. 岗位物料的性质
主要物料性质见任务一第五点，还有氧气，氮气。氧气为助燃剂， 和氧化剂。
（3）、本岗位主要安全事故及处理方法
事故 炉内结渣，
炉顶出口煤气与灰 锁温度同时升高
现象
处理方法
（1）灰中渣块大
（1）提高汽氧比，与灰熔点相适应。
（2）炉箅电机电流超高或液压驱 （2）降低炉箅转速，加大负荷。
动的液压压力高
（3）CO2偏低
（1）出现沟流；出口煤气温度高， (1)降低负荷，增加汽氧比，短时增加炉箅转速来破坏风洞，检查气化炉
③炉箅。其作用是维持燃料层的 向下移动，均匀分布气化剂， 排灰入灰锁，破碎灰渣。
（2）煤锁和灰锁 气化炉顶设有煤锁，进行间歇 加煤 。 炉底设有灰锁，将灰渣 定期排入灰斗
图3-4 鲁奇炉 1、煤箱 2、分布器 3、水 夹槽4、灰箱 5、洗涤器
（3）灰锁膨胀冷凝器 灰锁膨胀 冷凝器的作用是灰锁泄压时将含有 的灰尘和水蒸气冷凝、洗涤下来， 使泄压气量大幅减少，同时保护 泄压阀门不被含有灰尘的水蒸气 冲刷磨损，延长阀门的使用寿命。
润滑油供油不足
煤锁温度正常而炉内缺煤，温度 高
灰锁下阀打不开，下灰少
降炉负荷，短时增加炉箅转速，若无效停车处理。
（1）降炉负荷，降汽氧比 （2）减小供气量，维持好煤气炉的压力。 （3）减少气化剂，转动炉箅。 （4）气化炉停车处理。
检查润滑油泵，注油点压力、管线是否通畅，调整油泵出口压力。
化工工艺 合成氨除杂质
3.1二氧化碳的吸收方法概叙
主要方法有： (1) 物理吸收法 低温甲醇洗(Rectisol)法 常温甲醇洗(Amisol)法 MDEA法(物理—化学吸收) Selexol法(国外常用 NHD法(国内新开发)
(2) 化学吸收法 (3) 物理—化学吸收法
1) 物理吸收法 最早采用加压水脱除二氧化碳，经过减压将水再生。 此法设备简单，但脱除二氧化碳净化度差，出口二氧化碳一般在2％ (体积)以下，动力消耗也高。近20年来开发有甲醇洗涤法、碳酸丙烯 酯法、聚乙二醇二甲醚法等，与加压水脱碳法相比，它们具有净化度 高、能耗低、回收二氧化碳纯度高等优点，而且还可选择性地脱除硫 化氢，是工业上广泛采用的脱碳方法。 (2) 化学吸收法 具有吸收效果好、再生容易，同时还能脱硫化氢等优 点。主要方法有乙醇胺法和催化热钾碱法。后者脱碳反应式为： K 2 CO3 CO 2 H 2 O 2 KHCO 3
工艺原理
一氧化碳变换反应式为： CO+H2O=CO2+H2 +Q (1-1) CO+H2 = C+H2O (1-2) 其中反应（1）是主反应，反应（2）是副反应， 为了控制反应向生成目的产物的方向进行，工业 上采用对式反应（1-1）具有良好选择性催化剂， 进而抑制其它副反应的发生。
第二章(2)：合成氨原料气的净化
EQ H 2Q EQ H 2Q 0.059 lg 2
EO
2
aQ a 2
H
OH
EO
Kw
2
OH
0.059 4
lg
pO2 p a4
OH
a H 2Q
又因
[OH ] [H ]
1014 [H ]
EO
2
OH
EO
2
OH
0.059 4
lg
p O2 p
1、脱硫反应：
ZnO+H2S=ZnS+H2O ZnO+C2H5SH=ZnS+C2H5OH ZnO+C2H5SH=ZnS+C2H4+H2O 通常以氧化锌与硫化氢的反应为例讨论。这一反应为放 热反应，温度上升，平衡常数下降。所以低温对反应有利。
K pH2O / pH2 S
0 p
10
一些条件下平衡S含量的计算值如下：
第四节、一氧化碳的变换
一、基本原理
二、变换催化剂
三、工艺流程
1
一、 CO变换基本原理
1、变换过程的反应：
主反应：CO+H2O 副反应：CO+H2 CO+3H2 C+H2O CH4+H2O
CO2+H2 △H0298=-41.19KJ/mol
2、平衡含量的计算：
x%
ya ya ' ya (1ya ')
（1）中（高）变—低变串联流程（图）； （2）多段变换流程（图）。
6
第五节：原料气脱硫
一、脱硫的方法
工业合成氨资料讲解
1. 合成氨工业(1)简要流程(2)原料气的制取N2：将空气液化、蒸发分离出N2或将空气中的O2与碳作用生成CO2，除去CO2后得N2。
H2：用水和燃料(煤、焦炭、石油、天然气)在高温下制取。
用煤和水制H2的主要反应为：(3)制得的H2、N2需净化、除杂质，再用压缩机制高压。
(4)氨的合成：在适宜条件下，在合成塔中进行。
(5)氨的分离：经冷凝使氨液化，将氨分离出来，提高原料的利用率，并将没有完全反应的N2和H2循坏送入合成塔，使之充分利用。
2.合成氨条件的选择(1)合成氨反应的特点：合成氨反应是一个放热的、气体总体积缩小的可逆反应：(2)合成氨生产的要求：合成氨工业要求：○1反应要有较大的反应速率；○2要最大限度的提高平衡混合物中氨气的含量。
(3)合成氨条件选择的依据:运用化学反应速率和化学平衡原理的有关知识，同时考虑合成氨生产中的动力、材料、设备等因素来选择合成氨的适宜生产条件。
反应条件对化学反应速率的影响对平衡混合物中NH3的含量的影响合成氨条件的选择增大压强有利于增大化学反应速率有利于提高平衡混合物中NH3的产量压强增大，有利于氨的合成，但需要的动力大，对材料、设备等的要求高，因此，工业上一般采用20MPa—50MPa的压强升高温度有利于增大化学反应速率不利于提高平衡混合物中NH3的产量温度升高，化学反应速率增大，但不利于提高平衡混合物中NH3的含量，因此合成氨时温度要适宜，工业上一般采用500℃左右的温度(因该温度时，催化剂的活性最强)使用催化剂有利于增大化学反应速率没有影响催化剂的使用不能使平衡发生移动，但能缩短反应达到平衡的时间，工业上一般选用铁触媒作催化剂，使反应在尽可能低的温度下进行。
○1温度：500℃左右○2压强：20MPa—50MPa ○3催化剂：铁触媒除此之外，还应及时将生成的氨分离出来，并不断地补充原料气，以有利合成氨反应。
(6)合成氨生产示意图3.解化学平衡题的几种思维方式(1)平衡模式思维法(三段思维法)化学平衡计算中，依据化学方程式列出“起始”“变化”“平衡”时三段各物质的量(或体积、或浓度)，然后根据已知条件建立代数式等式而进行解题的一种方法。
合成氨原料气制取 第一节
• CH4 + H2O＝3H2 + CO ΔH0＝206.4KJ
• CH4 + 2H2O＝4H2 + CO2 ΔH0＝165.3KJ
• 把转化后的气体送入用耐火材料衬里的二段转化 炉，同时向二段转化炉送入3.5MPa、450℃的空气 (空气加入量根据合成氨所需氮量配加)与一段转 化气汇合，这时空气中的全部氧和转化气中的部 分氢发生燃烧放热反应：
4.1.2 烃类蒸汽转化法
• 以轻质烃(天然气、油田气、炼厂气、轻油等)为 原料生产合成氨原料气。
• 各种低碳烃类与水蒸气反应都需经过甲烷蒸汽转 化阶段。故可用甲烷蒸汽转化代表气态烃类蒸汽 转化。
• 烃类蒸汽转化法应用最多的是加压两段催化转化法：
天然气(含氢0.25至0.5%)，在 3.6MPa下被烟道气 预热到380℃左右，在脱硫器中经脱硫 (总硫含量小 于0.5μg/g)。然后在3.8MPa下配入3.5倍体积的中压水 蒸气，进一步加热到500℃左右，进入α-Al2O3为载体 的镍催化剂反应管(由耐热合金制成)。管外炉膛内用 天然气或其它气体加热， 90％的CH4气体在反应管 内于650至800℃下发生转化反应。
间歇式制半水煤气的主要步骤：
a. 空气吹风 b. 上吹制气 c. 下吹制气 d. 二次上吹 e. 空气吹净
• a. 空气吹风
空气从造气炉底部吹入，主要目的是送风发 热，提高炉温，吹风后的气体去废热锅炉回收热 量后放空。
• b. 上吹制气
水蒸气从炉底吹入生产水煤气，主要目的是 制气，制得的水煤气通过废热锅炉回收热量，除 尘、洗涤后送入气柜。
重质烃部分氧化法涉及的析碳反应：
CH4 = C + 2H2 2CO = CO2 + C CO + H2 = H2O + C
合成氨原料气的生产
合成氨原料气的生产一．煤气化（1）气化原理煤在煤气发生炉中由于受热分解放出低分子量的碳氢化合物，而煤本身逐渐焦化，此时可将煤近似看作碳。
①反应速率以空气为气化剂C+O2→CO2 △H=-393.770kJ/molC+1/2O2→CO △H=-110.595kJ/molC+CO2→2CO △H=172.284kJ/molCO+1/2O2→CO2 △H=-283.183kJ/mol在同时存在多个反应的平衡系统，系统的独立反应数应等于系统中的物质数减去构成这些物质的元素数。
以水蒸气为气化剂C+H2O→CO+H2 △H=131.39kJ/molC+2H2O→CO2+2H2△H=90.20kJ/molCO+H2O→CO2+H2△H=-41.19kJ/molC+2H2→CH4△H=-74.90kJ/mol②反应速率气化剂和碳在煤气发生炉中的反应属于气固相非催化剂反应。
随着反应的进行，碳的粒度逐渐减小，不断生成气体产物。
反过程一般由气化剂的外扩散、吸附、与碳的化学反应及产物的吸附，外扩散等组成。
反应步骤分为：A. C+O2→CO2 的反应速率研究表明，当温度在775O C以下时，其反应速率大致表示为：R=ky o2式中 r-碳与氧生成二氧化碳的反应速率k-反应速率常数y o2- 氧气的速率B.C+CO2→2CO的反应速率此反应的反应速率比碳的燃烧反应慢得多，的一级反应。
在2000O C以下属于化学反应控制，反应速率大致是CO2C.CO+H2O→CO2+H2的反应速率碳与水蒸气之间的反应，在400-1000O C的温度范围内，速度仍较慢，因此为动力学控制，在此范围内，提高温度是提高反应速率的有效措施。
二．制取半水煤气的工业方法由以上可知，空气与水蒸气同时进行气化反应时，如不提供外部热源，则气+CO)的含量大大低于合成氨原料气的要求。
为解决气体成分与热量化产物中(H2平衡这一矛循，可采用下列方法：(1)外热法如利用原子能反应堆余热或其他廉价高温热源，用熔融盐、熔融铁等介质为热载体直接加热反应系统，或预热气化剂，以提供气化过程所需的热能。
氮肥厂五步造气法详解
三化合成氨生产工培训资料
煤的化学性质：
1、水份 固体燃料的水份以三种形式存在即吸附水、游离水和化合水。 煤里的水份含量多少与煤化（即煤腐殖化）程度有关，煤化程度越低则煤 里的水份就越高，煤的质地就越致密，这种水份称之为物理吸附水或固有 水份；煤的外在水份（附着水份）是指地下水和雨水附着在煤上的水份。 煤的外在水份和分析取样水份之和称为煤的全水份。煤的化合水份（结合 水份）在煤中是以结晶水形式存在的，与煤化程度无关，即使加热到100℃ 化合水也不会析出。 2、挥发份 在一定温度下干馏（隔绝空气）析出的气体（碳氢化合物）， 在气化过程中能分解变成氢气、甲烷以及焦油蒸汽等。它与煤化程度有关 煤化程度越低挥发份越高，含量少的1~3%，多的达50%以上，一般来讲挥 发份高的煤粘结性较强，挥发份低的煤粘结性较差，挥发份较高的燃料其 机械强度、热稳定性一般都比较差。 3、灰份 固体燃料完全燃烧后所剩余的残留物，灰份主要的组分为二氧化 硅、三氧化二铝、四氧化三铁、氧化钙、氧化镁等物质，这些物质的含量 对灰熔点有决定性影响。固定层煤气炉一般要求燃料的灰份含量不超过 30%，灰份含量过高，相对地减少了有效碳使煤的发热值降低，而且在燃 烧或气化过程中会妨碍气化剂与碳的接触，影响气化剂的扩散，同时降低 了燃料的化学活性，灰份含量过高时不仅使气化条件复杂化，还加重了排 灰机械的负荷，使设备磨损加剧。
富 氧 空 气 与 蒸 汽 混 配 器
上吹制气阶段 流程：水 蒸汽和加氮空气—煤气 炉底部—燃料层—炉
26#循环污水 吹风气去集中回收 煤气去洗气塔
锅炉给水总管
8
三化合成氨生产工培训资料
三、煤气炉制气工艺的理论基础：
1、煤气制造的方法很多，典型的有：固定层间歇气化法（分为常
合成氨的工艺流程
工艺流程 1.合成氨的工艺流程(1)原料气制备将煤和天然气等原料制成含氢和氮的粗原料气。
对于固体原料煤和焦炭，通常采用气化的方法制取合成气；渣油可采用非催化部分氧化的方法获得合成气；对气态烃类和石脑油，工业中利用二段蒸汽转化法制取合成气。
(2)净化对粗原料气进行净化处理，除去氢气和氮气以外的杂质，主要包括变换过程、脱硫脱碳过程以及气体精制过程。
①一氧化碳变换过程在合成氨生产中，各种方法制取的原料气都含有CO，其体积分数一般为12%~40%。
合成氨需要的两种组分是H2和N2，因此需要除去合成气中的CO。
变换反应如下：CO+H2OH→2+CO2 =-41.2kJ/mol 0298HΔ由于CO变换过程是强放热过程，必须分段进行以利于回收反应热，并控制变换段出口残余CO含量。
第一步是高温变换，使大部分CO转变为CO2和H2；第二步是低温变换，将CO 含量降至0.3%左右。
因此，CO变换反应既是原料气制造的继续，又是净化的过程，为后续脱碳过程创造条件。
②脱硫脱碳过程各种原料制取的粗原料气，都含有一些硫和碳的氧化物，为了防止合成氨生产过程催化剂的中毒，必须在氨合成工序前加以脱除，以天然气为原料的蒸汽转化法，第一道工序是脱硫，用以保护转化催化剂，以重油和煤为原料的部分氧化法，根据一氧化碳变换是否采用耐硫的催化剂而确定脱硫的位置。
工业脱硫方法种类很多，通常是采用物理或化学吸收的方法，常用的有低温甲醇洗法(Rectisol)、聚乙二醇二甲醚法(Selexol)等。
粗原料气经CO变换以后，变换气中除H2外，还有CO2、CO和CH4等组分，其中以CO2含量最多。
CO2既是氨合成催化剂的毒物，又是制造尿素、碳酸氢铵等氮肥的重要原料。
因此变换气中CO2的脱除必须兼顾这两方面的要求。
一般采用溶液吸收法脱除CO2。
根据吸收剂性能的不同，可分为两大类。
一类是物理吸收法，如低温甲醇洗法(Rectisol)，聚乙二醇二甲醚法(Selexol)，碳酸丙烯酯法。
合成氨原料气的制备方法
年产五十万吨合成氨的原料气制备工艺筛选合成氨生产工艺流程简介合成氨因采用的工艺不同其生产流程也有一定的差别，但基本的生产过程都大同小异，基本上由原料气的生产、原料气的净化、合成气的压缩以及氨合成四个部分组成。
原料气的合成固体燃料生产原料气：焦炭、煤-液体燃料生产原料气：石脑油、重油1■-气体燃料生产原料气：天然气原料气的净化I脱硫1 CO变换I脱碳合成气的压缩氨的合成工业上因所用原料制备与净化方法不同，而组成不同的工艺流程，各种原料制氨的典型流程如下：1）以焦炭（无烟煤）为原料的流程50年代以前，世界上大多数合成氨厂采用哈伯-博施法流程。
以焦炭为原料的吨氨能耗为88GJ，比理论能耗高4倍多。
我国在哈伯-博施流程基础上于50年代末60年代初开发了碳化工艺和三催化剂净化流程：碳化工艺流程将加压水洗改用氨水脱除 C02得到的碳酸氢铵经结晶，分离后作为产品。
所以，流程的特点是气体净化与氨加工结合起来。
三催化剂净化流程采用脱硫、低温变换及甲烷化三种催化剂来净化气体，以替代传统的铜氨液洗涤工艺。
2）以天然气为原料的流程天然气先要经过钻钼加氢催化剂将有机硫化物转化成无机硫，再用脱硫剂将硫含量脱除到 O.lppm以下，这样不仅保护了转化催化剂的正常使用，也为易受硫毒害的低温变换催化剂应用提供了条件。
3）以重油为原料的流程以重油作为制氨原料时，采用部分氧化法造气。
从气化炉出来的原料气先清除炭黑，经CO耐硫变换，低温甲醇洗和氮洗，再压缩和合成而得氨。
二、合成氨原料气的制备方法简述天然气、油田气、炼厂气、焦炉气、石脑油、重油、焦炭和煤，都是生产合成氨的原料。
除焦炭成分用C表示外，其他原料均可用 C n H m来表示。
它们呢在高温下与蒸汽作用生成以H2和CO 为主要组分的粗原料气，这些反应都应在高温条件下发生，而且为强吸热反应，工业生产中必须供给热量才能使其进行。
按原料不同分为如下几种制备方法：以煤为原料的合成氨工艺各种工艺流程的区别主要在煤气化过程。
工业合成氨知识点总结
工业合成氨知识点总结一、引言合成氨是一种重要的化工原料，广泛用于化肥、塑料、药品和其他化工产品的生产中。
而工业合成氨主要是通过哈伯-玻斯曼过程进行生产。
在这个过程中，氮气和氢气以高压、高温和催化剂的作用下，发生反应，生成氨气。
因此，工业合成氨的生产涉及了高压、高温、催化剂和气体分离等方面的工艺技术。
二、合成氨的反应原理工业合成氨的反应过程是氮气和氢气在催化剂的作用下，发生氧化还原反应，生成氨气。
这是一个放热反应，反应方程式为：N₂ + 3H₂ → 2NH₃ + 92.6kJ/mol从反应方程式可以看出，该反应需要大量的氢气，而氮气对反应也起到了催化作用。
在实际生产过程中，合成氨的反应条件一般为300-500°C的温度和100-250atm的压力，同时需要使用铁、钨或镍等金属为催化剂。
三、工业合成氨的生产工艺工业合成氨的生产工艺主要包括氢气制备、氮气制备、合成氨反应和氨气的提取等步骤。
1. 氢气制备氢气是工业合成氨的主要原料之一，通常是通过天然气重整法或电解水法进行制备。
a. 天然气重整法天然气经催化剂重整反应制得合成气，合成气中含有一定比例的氢气。
然后通过甲醇水煤气变换反应得到富含氢气的气体。
b. 电解水法将水分解为氧气和氢气的方法，使用电解槽进行电解水反应，得到纯度高的氢气。
2. 氮气制备氮气是工业合成氨的另一主要原料，一般是从空气中分离得到。
a. 常用的氮气制备方法包括分子筛吸附法、柱塔分离法等。
b. 分子筛吸附法：将空气经过分子筛吸附塔，通过吸附分离得到富含氮气的气体。
c. 柱塔分离法：通过茧状分离塔或塔内吸附塔将空气中的氮气和氧气分离出来。
3. 合成氨反应使用氢气和氮气作为原料，在高压、高温和催化剂（通常是Fe3O4、K₂O、CaO、Al₂O₃或者Ni）的作用下进行反应，得到氨气。
合成氨反应通常分为两个主要阶段：合成氨反应和氨气的提取。
在合成氨反应过程中，氮气和氢气以1:3的比例进入反应器，在压力为100-250bar、温度为300-500°C下进行化学反应。
合成氨原料气的精制
一 、 甲烷化法流程
甲烷化的流程主要有两种类型，即外加热与自热型。
一般流程如下：先用甲烷化反应后出口气体来换热使进 口温度上升，余下的温差再用一氧化碳变换工序来的热气体 或电加热器加热到催化反应所需要的入口气体温度。
脱碳气 脱碳气气水分离器
甲烷化换热器
来自变换气
脱碳气加热器
甲烷化气 甲烷化气水分离器
2、认真操作，做到勤观察、勤调节、优化运行，监控入 口净化气中（CO+ CO2)％的变化情况及脱碳岗位是否有带液 情况，保证甲烷化炉气中（CO+ CO2)％≤10PPm。
3、严密监控系统阻力变化情况。 4、仔细检查合成气分离器的排放情况。
由金属壳体或钢架各种配件组合的炉体结构，要求能承受相当 高的温度、各种介质的腐蚀以及承受一定的压力和荷载，由于气 体中氢分压较大，且气温较高，使氢腐蚀较严重，因此甲烷化炉 采用低合金钢制作。炉内催化剂一般不分层，也可分两层装填。 催化剂层的最低高度与直径之比一般为1：1。催化剂层和气体进 出口都设有热电偶，以测定炉温。
3．原料气成分
C
原料气中水蒸汽含量增加，对甲烷
化反应是不利的，并对催化剂的活性
有一定的影响，所以原料气中水蒸汽
含量越少越好。一般要求小于0.7％。
五、甲烷化法生产操作要点及异常现象处理
（一）装置原始开车及操作
A
1、开车前的准备工作： （1）各相关阀门检查完毕，开启灵活； （2）各相关管道已进行检查，无泄漏、无积水； （3）CO、CO2微量分析仪、温度、压力、流量等 监测、控制仪表安装完毕，调试合格。
升温期间由升温加热炉的燃烧烟气通过气/气换热 器提供的热量加热升温介质。
（1）氮、氢气升温 （2）净化气升温 （3）催化剂升温还原
合成氨—合成氨原料气的生产
主要内容
➢ 1.合成氨的应用 ➢ 2.合成氨生产的原料及步骤 ➢ 3.合成氨生产的典型流程 ➢ 4.合成氨工艺的特点
1.合成氨的应用
磷铵
硝化棉
1.合成氨的应用
2.合成氨生产的原料及步骤
（1）原料
原料气
产品水碳含 氢氢 化工 合源自 物气 体空气原料： 焦炭、煤 天然气、焦炉气 石脑油、重油 空气
（1）以煤为原料的合成氨流程 （2）以天然气为原料的合成氨流程 （3）以重油为原料的合成氨流程
（1）以煤为原料的中型合成氨流程
煤
水 蒸
汽
空气
造气 变换
除尘、脱硫
脱碳
水蒸气 二氧化碳
压缩
软水 合成
氨
甲烷化
（2）以天然气为原料的合成氨原则流程
天然气
空气
压缩 水蒸气
压缩
脱硫 一段转化 二段转化 高、低温变换
元操作
2.合成氨生产的原料及步骤
（2）基本步骤
1 原料气的制取 制备含有H2、 N2、CO、 CO2等成分的 粗原料气
2
原料气的净化
除去原料气中H2 、N2以外的杂质 ，包括脱硫、CO 变换、 CO2的脱 除、原料气精制 等
3
氨的合成
精制原料气经 压缩后合成氨
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3.合成氨生产的典型流程
脱碳 甲烷化
压缩
二氧化碳
合成
氨
（3）以重油为原料的合成氨原则流程
空气
空分
氧气
重油 部分氧化
水蒸气
碳黑清除
碳黑
氮
变换
气
甲醇洗
硫化氢、硫氧化碳
二氧化碳
液氮洗
合成氨工艺简介
3、工艺流程图
气柜来半水煤气 气柜出口洗 气塔
前静电除焦
罗茨鼓风机
风机出口冷却塔
预脱硫塔
去压 缩一段 后 静电除焦
清洗塔
脱硫塔
贫液槽
贫液泵
富液泵 再生 槽
富液槽
三、变换
• 1、生产原理 • 一氧化碳与水蒸汽作用,生成二氧化碳和氢
气并放出热量。其反应如下: • CO + H2O （汽） → CO2 + H2 + Q • 该反应的特点是可逆、放热、反应前后气
电炉
二出
二入
二入
三入 二出
一入 变 换 炉 二入
一出 三出
一入
二入 淬 冷 器 二出
一出
变换气去变脱 变换气冷却 分离器
软水换热器
热水换热器
四、变换气脱硫
• 1、生产原理 • 将变换气中的硫化物（H2S）用碱液法气液相逆向接触
吸收，达到净化变换气的目的。净化后的变换气硫化物含 量在20mg/m3以下，吸收后碱液经氧化再生（催化剂作用 下），析出单质硫，碱液得到再生，循环使用，硫泡沫送 去硫回收岗位处理。 • 吸收反应：Na2CO3 + H2S = NaHS + NaHCO3 • COS + 2Na2CO3 + H2O =Na2CO2S + 2NaHCO3 • Na2CO3 + CO2 + H2O = NaHCO3 • 再生反应：NaHS + 1/2O2 = NaOH+S↓ • NaHCO3 + NaOH = Na2CO3 + H2O • 2Na2CO2S + O 2 = Na2CO3 + 2S↓
体体积不变，并且反应速度比 • 较慢，只有在催化剂的作用下才具有较快
合成氨原料气
合成氨原料气合成氨是一种重要的化工原料，广泛应用于农业、化肥生产和工业领域。
合成氨的原料气是合成氨过程中至关重要的一环，直接影响合成氨的产量和质量。
本文将围绕合成氨原料气展开讨论，探讨其来源、成分和影响因素。
合成氨原料气的主要成分是氮气和氢气。
氮气主要来自空气，而氢气则通常采用天然气蒸汽重整或煤气化等方法生产。
氮气和氢气按一定比例混合后，经过催化剂的作用，反应生成合成氨。
因此，保证原料气中氮气和氢气的纯度和比例是合成氨生产的关键。
合成氨原料气的品质也受到其他杂质的影响。
例如，原料气中的氧气、水蒸气、二氧化碳等杂质会影响催化剂的活性，降低合成氨的产率。
因此，在生产过程中需要通过各种方法去除这些杂质，确保原料气的纯净度。
原料气的温度和压力也会影响合成氨的产率和质量。
在反应中，适当的温度和压力能够提高反应速率，增加产量，但过高或过低的温度和压力会导致反应失控或产物质量下降。
因此，控制原料气的温度和压力是合成氨生产中需要重点关注的问题。
合成氨原料气的来源也值得关注。
传统的合成氨生产通常采用化石燃料为原料生产氢气，但这种生产方式会产生大量二氧化碳等温室气体，对环境造成严重影响。
因此，近年来越来越多的合成氨生产商开始使用清洁能源，如风能、太阳能等替代传统原料气，以减少对环境的影响。
合成氨原料气是合成氨生产中至关重要的一环，其成分、纯度、温度、压力和来源都会直接影响合成氨的产量和质量。
生产商需要密切关注原料气的质量和来源，采取有效措施确保原料气的纯净度和稳定性，以提高合成氨的生产效率和产品质量，同时减少对环境的影响。
希望通过本文的讨论，读者能更加深入了解合成氨原料气的重要性和影响因素，为相关领域的研究和生产提供参考。
合成氨原料气
天然气的主要成分为甲烷，约占90%以上，研究天然气蒸汽转化原理可以甲烷为例来进行。
甲烷蒸汽转化反应为一复杂的反应体
系，但主要是蒸汽转化反应和一氧化碳的变换反应。
主反应：
c. 采用空气与水蒸气的混合物烧炭。首先停止送入原料烃，在蒸汽中加入少量的空气，送入催化剂床层进行烧炭，催化剂层温度控制在700℃以上，大约经过8h即可将炭黑除去。
三、 工艺条件的选择
1. 压力
由于转化反应的化学平衡可知，甲烷蒸汽转化反应宜在较低压力下进行。但目前行业上均采用加压蒸汽转化，一般压力控制在3.5~4.0MPa，最高达5.0MPa。
CH4+H2O===CO+3H2
CH4+2H2O===CO2+4H2
CH4+CO2===2CO+2H2
CH4+2CO2===3CO+H2+H2O
CH4+3CO2===4CO+2H2O
CO+H2O===CO2+H2
副反应：
CH4===C+2H2
2CO===C+CO2
CO+H2===C+H2O
以天然气制取氢气具有如下特点：
1) 天然气既是原料气也是燃料气无需运输，且能耗低、消耗低、成本最低，适合于较大规模的制氢。
2) 自动化程度高、安全性能高。 Nhomakorabea3) 与煤造气比占地面积小，无污染、无废渣、环保性能好。
天然气与煤炭、石油并称目前世界能源的三大支柱。天然气的蕴藏量和开采量都很大。随着世界经济的发展，石油危机的冲击和煤、石油所带来的环境污染问题的日益严重，能源结构是必将逐步发生变化。因此以天然气为原料的，制取合成氨原料气必将成为一种很重要的途径。
合成氨原料气的生产与净化
合成氨原料气的生产与净化
不同合成氨厂，生产工艺流程不尽相同，但基本生产过程都包括以下
工序。
(l)原料气制各工序制各合成氨用的氢、氨原料气。
可将分别制得
的氢气和氨气混合而成，也可同时制得氢、氨混合气。
除电解水外，制取的氢、氨原料气都含有硫化物、一氧化碳、二氧化
碳等杂质，这些杂质不仅腐蚀设各，而且是合成氨催化剂的毒物。
因此，
必须除去，制得纯净的氢、氨混合气。
(2)脱硫工序除去原料中的硫化物。
(3)变换工序利用一氧化碳与蒸汽作用生成氢和二氧化碳，除去原料
气中的大部分一氧化碳。
(4)脱碳工序经变换工序，原料气含有较多的二氧化碳，其中既有原
料气制各过程产生的，也有变换产生的。
脱碳是除去原料气中的大部分二
氧化碳。
(5)精制工序经变换、脱碳，除去了原料气中大部分的一氧化碳
和二氧化碳，但仍含有0.3%-3%的一氧化碳和0.1%-0.3%的二氧化碳，需
进一步脱除以制取纯净的氢、氨混合气。
(6)压缩工序将原料气压缩到净化所需耍的压力，分别进行气体净化，得到纯净的氢、氨混合气，然后将纯净的氢、氨混合气压缩到氨合成反应
要求的压力。
(7)氨合成工序在高温、高压和有催化剂存在的条件下，氢气、氨气合成为氨。
在合成氨厂，原料气的制各也称为造气；而脱硫、变换、脱碳、少量
一氧化碳及二氧化碳的脱除等，则统称为原料气的净化。
可以说，合成氨生产是由原料气的制各、净化及氨的合成等步骤组成的。
合成氨原料气
合成氨原料气一、合成氨原料气合成氨是以氮气为原料、通过氧化还原反应转化而来的一种气体，它是精细化工及冶金工业的重要原料。
合成氨是广泛应用于热轧钢、电镀、薄膜锡、磷化、电子材料等技术和产品，是种新型环保型化工原料，比传统原料更加安全、有效。
1、氮气原料氮气（N2）是天然空气中最常见的化学元素，其含量超过78%，是合成氨催化氧化还原反应的重要原料。
因此，合成氨的原料氮气必须满足一定的质量要求，如氧碳比、氮气纯度、水分含量等。
2、还原剂原料还原剂是指用来把氮气氧化成氨的一种物质，能将氮气催化还原变成氨的有很多，但最常见的是甲烷（CH4）、煤烟气（CO2H2）、汽油烃（C3H8）等，这些都是能够把氮气催化还原成氨的原料。
3、催化剂原料催化剂是指可以促进和加速氧化还原反应的物质，一些金属物质如铁、锆、钴、钼、铬、锰等常被用作催化剂，同时也可以使用一些有机或无机复合物作为催化剂，如有机氯化物、硫酸盐类、氢氧离子液体等。
二、合成氨的工艺流程合成氨的工艺流程主要包括：消化炉氧化、气体再生、催化反应等几个步骤，主要包括以下步骤：1、消化炉氧化将氮气和还原剂（甲烷）以一定的比例投入熔化锅中，加入钼催化剂，经蒸汽重力进料后升温到大于930℃，在熔化锅中氧化还原同时发生，其中氮气被氧化成NO和NO2，甲烷被还原成NH3，最终形成氨气。
2、气体再生将氨气通过重力冷凝器冷凝成液态氨水，将氨水再经由干燥机蒸发，形成蒸气，再转入冷凝器，经过再凝和稳定过程，生成控制室外温度的氨气。
3、催化反应将经过再生后的氨气和还原剂通过加热重力进料进入合成炉内，加入钼催化剂，经过800℃以上的温度，氮气和甲烷在合成炉内发生反应，形成氨气，最后再由加热重力进料进行冷却，形成可用于生产的氨气。
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炉底温度下降，炉顶温度尚
高，使蒸汽从炉顶吹入与碳 反应，生成半水煤气从炉底
导出，经除尘、洗涤,
气柜。
送入
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d ．二次上吹 下吹后，炉底充
满水煤气，此时吹入空气升高 炉温，可能引起爆炸。再从炉 底吹入蒸汽将炉底煤气排净， 为吹风作准备。二次上吹虽可 制气，但炉温低，气质差，二 次上吹时间尽可能短； e ．空气吹净 空气从炉底吹入， 将残存的水煤气吹出并送入气 柜，同时制得的吹风气 ( 空气煤 气 ) 与 b,c,d 阶段制得的水煤气 在气柜中混合为半水煤气。
摩尔比需达到1：3.5。
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中毒反应
***烃类蒸气转化
轻质烃原料气含少量硫（CS2，COS等），它们对镍催
化剂有毒。轻质烃含硫甚少，可向原料气加少量氢与有机 硫发生反应，生成H2S，H2S再与氧化锌反应而除去。此法 可使气体中的含硫量降低到0.5mg/m3以下。
反 应
***烃类蒸气转化
轻质烃在а -Al2O3为载体的镍催化剂的作用下，与
水蒸气发生反应，生成氢与一氧化碳，以甲烷为例：
CH4 + H2O
３H2 + CＯ－206.4KJ
这是一个可逆吸热反应，温度越高，反应速 率 越快，转化率越高。为了获得99%以上的转 化
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率，反应温度需达到1230°C以上。
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副反应
CH4
2CO CO+H2
***烃类蒸气转化
C+2H2
C+CO2 C+H2O
析碳反应
CH4+2H2O
CO2+4H2
析碳不仅降低了原料的利用率，而且析碳覆盖在催 化剂的表面上而降低其活性。抑制析碳反应的有效措施 是增加水蒸气的用量，生产上要求n（CH4）与n（水蒸气）的
操作条件：包括温度、吹风速度、蒸汽用量、循
环
时间及分配。
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原 料
***烃类蒸气转化
轻质烃原料主要是天然气、油田气、炼厂气、轻油
等，其中应用最多的是天然气，其主要成分是CH4。
特 点
不用氧气，投资少，能耗低。
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原 理
****重油部分氧化
重油部分氧化法是以重质烃为原料，利用氧气进行 不完全燃烧，使烃类在高温下发生裂解并使裂解产物 甲烷与燃烧产物水蒸气和二氧化碳在高温下进行转化
反应，制得原料气。 氧化反应：4CmHn+(4m+n)O2 =
转化反应： 2CmHn+2mH2O = 2CmHn+4mH2O = 2CmHn+2mCO =
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两段特点
***烃类蒸气转化
分两个阶段用不同的加热方法进行转化，这是提高转化率，降 低能耗的重要措施。第一段转化率约90%，需要提供大量反 应热，但却不需要太高的反应温度。第二段转化，转化率从 90 %上升到99%，增长不多，需要提供的热量也不多，但却 需很高的反应温度。两段转化法合理地运行使能源费用大幅度 降低。 第一段转化在耐热合金管内进行采用外热法，反应温度是耐热 合金管能够承受的温度。第二阶段采用内热法，用耐火砖砌炉 膛，既补充了N2使气体组成符合氨合成的要求又顺利地解决 了反应器的材质问题。
于 1，此时 Kp=Kf。因此Kf 可看作压力很低时的 Kp。
K p K f / K
温度越低, 压力越大Kγ值 越小, Kf 与压力无关,温度 越低Kf 越大,Kp越大.
NH
3
y NH3
0.5 1.5 y N2 yH 2
0.5 1.5 N2 H 2
K K p
K p K f / K
式中: f,γ分别为各平衡组分的逸度和逸度系数.
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研究者把不同温度、压力 下 Kγ 值算出并绘制成图。
当压力很低时， Kγ 值接近
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下表为纯3H2－N2混合气生成φNH3为17.6％系统反应的热效应。
13－2.2 化学平衡及平衡常数
应用化学平衡移动原理可知，低温、高压操作有利 需通过反应的化学平衡研究确定。其平衡常数为：
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于氨的生成。但是温度和压力对合成氨的平衡产生影响的程度，
去除碳黑也需增加投资。
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流程图
H2+CO
1脱气塔 2炭黑水泵 3压滤机 4螺旋输送机 5中间水罐 6中间泵 7精密过滤器 8滤后水罐 9清水泵 10换热器
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过 程
特点：气化设备简单、便于控制。能耗大， 约有一半原料被当作燃料烧掉；生产能力低；产 生三废(煤渣、废水、含硫废气等)较多。
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工艺条件
工艺条件包括原料、设备和工艺
操作等方面
原料：随原料的性能不同而又很多差异，主要表
第一章 合成氨原料气的制备
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第一章 合成氨原料气的制备
合成氨工业概述
固体燃料气化
烃类蒸气转化 重油部分氧化
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重要性
*合成氨工业概述
生产氮肥
如尿素、硫酸铵、硝酸铵、碳酸氢铵等；还可生产
多种复合肥，如磷肥等。
是再要求把转化率提高到99%以上时，才需要将温度提高到 1230 ℃，因此比较经济的方法是将造气过程分两个阶段进行。 第一阶段的温度约在800 ℃以下，采用外热法使原料气和催 化剂在耐热合金管内发生造气反应。第二阶段为内热法，此
法的造气反应和供热反应都在反应炉内进行。
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工艺条件
工艺条件包括原料、设备和工艺
操作等方面
设备：对制气过程影响较大的设备是风机和炉篦。
强风短吹有利于降低CO 的损失，争取更多的有效
制气时间。 炉篦沿截面均匀分布有炭层均匀下移，局部阻力
损
失小。
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工艺条件
工艺条件包括原料、设备和工艺操作等方面
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BEA Confidential. | 4
原料气
氮气 氨气 空气
合成氨工业概述 * 合成氨工业概述
氮气通过廉价的空气制得。 氢气的来源有：烃类转化、固体燃 料气化和重油氧化。其中以天然气 为原料的气态烃类转化过程经济效
氢气
烃或水
益最高。
原则流程
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管送入二段转化炉。
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工艺空气经空气压缩机加压
到4.5MPa、140℃后经对 流段加热到500℃，如二段 与一段转化气相混合，于锥 形顶部燃烧区进行燃烧反 应，温度升到1250℃左 nfidential. | 23
4mCO2+2nH2O+Q
2mCO+(n+2m)H2 -Q 2mCO2+(n+4m)H2 –Q 4mCO+nH2 -Q
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副反应
****重油部分氧化
2CO = CO2 + C CH4 = 2H2 + C CO+H2 = H2O+C
析碳反应
缺点: 需用纯氧作原料，增加较多的投资，另外，
4 H 2 CS2 2 H 2 S CH 4
H 2 COS H 2 S CO
ZnO H 2 S ZnS H 2O
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反应压力
***烃类蒸气转化
主反应是体积增大的反应，而析碳副反应是体积缩 小的反应，加压显然是不利的。但是加压有利于节能， 而且其不利因素可用提高反应温度和加大水蒸气的用量
反应器
***烃类蒸气转化
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反应器
***烃类蒸气转化
天然气经过脱硫后
配入中压蒸汽，送 入一段对流加热到 580℃，然后将此 混合气体经辐射段
离开一段转化管的气体压力为4.35MPa，
顶部的上集气管分
配到各管中。
温度为800℃，甲烷含量为16.3％，经总
为催化剂在17～20MPa和500～
得到6％的氨。
力学和催化剂等领域取得进展
后，对合成氨反应的研究有了 新的进展。 1901 年法国物理化 学家吕· 查得利提出氨合成的条 件是高温、高压，并有适当催 化剂存在。
600℃温度下进行了合成氨研究，
1911年米塔希研究成功以铁
为活性组分的合成催化剂，铁 基催化剂活性好、比锇催化剂 价廉、易得。
来解决，所以权衡利弊，实际生产中用轻质烃造气的化