合成氨工艺原理

合成氨工艺原理

合成氨不论采用什么原料与生产方法,大体上包括三个工艺过程:(1)原料气的制造;(2)原料气的净化(包括脱硫、变换脱除CO,碳化、脱碳脱除CO

2

,精炼脱

除微量的CO、CO

2、H

2

S、O

2

等);(3)氨的合成与为了满足气体净化及合成各工序

工艺条件提供能量补偿的压缩工序。生产出氨以后再根据需要加工成碳铵、尿素、硝铵等。其详细原理如下(以煤为原料):

一、造气工段

合成氨生产所用的半水煤气,要求气体中(CO+H

2)与N

2

的比例为3:1左右。因

此生产上采用间歇地送入空气与蒸汽进行气化,将所得的水煤气配入部分吹风气制成半水煤气。即以石灰碳化煤球、无烟块煤为原料,在高温下交替与空气与过

热蒸汽进行气化反应(C+O点燃CO

2+Q 、2C+O点燃2CO+Q 、2CO+ O点燃2CO

2

+ Q

2H

2O(气)+C△CO+2H

2

-Q制得半水煤气,半水煤气经过除尘,余热回收,水洗降温制

得合格的半水煤气,供后工段使用。

二、脱硫工段

从造气工段的半水煤气中,除氢气与氮气外,还含有27%左右CO、9%左右的CO

2

以及少量的硫化物,这些硫化物对合成氨生产就是有害的。它会腐蚀设备、管道,会引起催化剂中毒,会损坏铜液成份。因此,必须除去少量硫化物,其原理:用

稀氨水(10—15tt)与硫化氢反应(NH

3+H

2

S=NH

4

HS)将H

2

S脱除至0、07g/m3(标)以下,

使半水煤气净化,以满足合成氨生产工艺要求。

三、变换工段

将脱S后的半水煤气(含CO25%—28%)由压缩工段加压后经增温、加热,在一定的温度与压力下,在变换炉内借助催化剂的催化作用,使半水煤气中CO与H

2

O(气)

进行化学反应,转变为CO

2与H

2

(CO+H

2

O(气)催化剂高温CO

2

+H

2

+Q),制得合格的变

换气,以满足后工段的工艺要求。其次,系统中设有饱与热水塔、甲交、一水加、二水加、冷却塔等换热设备,以便合理利用反应热与充分回收余热,降低能耗,同时降低变换气温度。

四、碳化与脱碳工段

1、碳化

将变换气中26%左右的CO

2用浓氨水与其反应(CO

2

+ H

2

O+ NH

3

=NH

4

HCO

3

)生成

碳酸

氢铵副产品,同时制得合格的原料气。

2、脱碳工段

用MEDA脱碳溶液将变换气中26%左右的CO

2

除去,制成合格的原料气,供后工段使用。

五、压缩机工段

合成氨原料气的制备、净化及氨的合成都要在一定的压力下进行。为适应变换、碳化、脱碳、精炼、合成等工段的工艺要求,要把气体加压,并按需要的不同压力分别输送到以上各工段,这些工作必须通过压缩机来完成。因此,压缩工段就就是运送气体与提高气体压力,以满足合成氨生产的原料气制备、净化与氨合成工段的需要。

六、精炼工段

用醋酸铜氨液来吸收经碳化、脱硫后的原料气中少量CO

2、CO、H

2

S等,制得

合格的精炼气,供合成工段使用。

七、合成工段

合成工段在合成氨生产中就是最后一道工序,它就是在高温、高压与有催化剂存在的条件下,将由精炼工段来的经过一系列处理的合格氢氮混合气体在合成

塔内进行化合反应,合成为氨。(3H

2+N

2

催化剂高温高压2 NH

3

),气态氨经冷凝

分离得液氨,液氨在氨冷器中气化后,送经碳化、精炼用。多余的液氨作为商品氨。未合成氨的氢、氮混合气继续在合成系统中循环。合成放空气与氨罐弛放气回收利用。

八、冰机岗位

将气氨压缩、冷凝使之液化,然后将液氨送往氨贮槽或直接送入氨冷器蒸发制冷以满足合成氨生产中冷量的需要。