合成氨工艺与设备
合成氨工艺流程设计与参数优化
合成氨工艺流程设计与参数优化随着全球经济的发展和人们的生活需求日益增长，合成氨作为一种重要的化工原料在农业、化肥、医药等领域扮演着重要的角色。
合成氨的生产工艺流程设计和参数优化对于提高生产效率、降低能源消耗，具有重要意义。
本文将重点介绍合成氨工艺流程设计和参数优化的相关内容。
一、合成氨工艺流程设计合成氨工艺流程设计是指从氮气和氢气出发，通过一系列反应和分离步骤，最终将它们转化为合成氨的过程。
具体的工艺流程设计包括以下几个关键步骤：1. 原料准备：合成氨的主要原料为氮气和氢气，需要保证其纯度和供应稳定性。
在工艺流程设计中，需要考虑如何选择合适的原料供应商，并确保原料的充分净化和脱氧处理。
2. 反应器设计：合成氨的反应器是实现氮气和氢气转化为合成氨的核心设备。
反应器设计的关键是确定合适的反应温度、压力和催化剂使用量。
通过反应器的合理设计，可以提高反应的转化率和选择性。
3. 分离纯化：在合成氨工艺中，由于反应产物中还会含有一些未反应的氮气和氢气等杂质，需要通过分离纯化步骤将其去除。
分离纯化的方法包括压缩、冷却、吸附等。
4. 副产物处理：在合成氨的工艺流程中，还会产生一些副产物，如水和二氧化碳等。
这些副产物需要进行回收利用或者处理，以减少对环境的影响。
二、合成氨工艺参数优化为了提高合成氨工艺的效率和经济性，需要对工艺参数进行优化调整。
下面列举几个常见的参数优化方法：1. 温度的优化：反应温度是合成氨反应速率的重要影响因素。
通过合理调整反应温度，可以提高反应的转化率和选择性，降低能源消耗。
2. 压力的优化：反应压力对合成氨反应的平衡位置和反应速率都有影响。
适当增加反应压力可以提高反应速率，但过高的压力也会增加设备的成本和能耗。
因此，需要根据实际情况进行合理的压力优化。
3. 催化剂的选择和用量：催化剂在合成氨反应中具有重要作用。
合理选择和控制催化剂的用量，可以提高反应的转化率和选择性。
此外，还需要考虑催化剂的寿命和再生等问题。
合成氨生产工艺流程
合成氨生产工艺流程合成氨是一种重要的化学原料，在许多行业中被广泛应用。
本文将介绍合成氨的生产工艺流程，以及其中涉及到的化学反应和工艺设备。
生产工艺流程合成氨的生产工艺流程可以分为以下几个步骤：1.准备原料：其中主要原料是氢气和氮气，同时需要一定的催化剂。
2.压缩空气：将空气压缩到一定程度，将其中的氧和氩排除掉，以保证原料中的氮气含量高达99%以上。
3.合成反应：在特定的反应器中，将氢气和氮气进行反应，并通过催化剂加速反应过程，生成合成氨。
该反应通常采用哈伯-卡西反应。
4.分离纯化：将合成氨从反应器中分离出来，并通过分离纯化设备进行纯化。
5.尾气处理：将反应器中剩余的气体进行处理，通常采用吸收、脱附等方法，以减少尾气对环境的污染。
化学反应哈伯-卡西反应是合成氨生产的核心化学反应，其化学方程式为：N2(g) + 3H2(g) ⇌ 2NH3(g)该反应是一个可逆反应，所以产物中可能存在一定量的氮气和氢气。
催化剂通常采用铁-铝-钾等复合催化剂，以加速反应并提高反应的选择性。
工艺设备在合成氨生产过程中，涉及到以下几个主要的工艺设备：1.压缩机：用于将氧、氩等杂质气体排除，将气体压缩。
2.反应器：用于进行哈伯-卡西反应，通常采用固定床反应器，反应器内填充着催化剂。
3.分离塔：用于从反应器中分离出合成氨。
4.吸收塔：用于处理反应器中剩余的尾气。
合成氨是一种十分重要的化学原料，其生产工艺流程麻烦且多种化学反应涉及其中，因此需要一系列的工艺设备来完成整个生产过程。
哈伯-卡西反应是该生产过程的核心反应，通过复合催化剂加速反应过程并提高反应的选择性。
通过合理的工艺流程设计和设备选型，能够实现高效、稳定的合成氨生产。
合成氨工艺与设备培训课件(ppt 45张)
3、各工段工艺及设备-脱硫工段
反应原理： 1）吸收：半水煤气中的酸性气体H2S被碱性溶液（Na2CO3）吸收生 成NaHS和NaHCO3,其反应方程式如下： 碱的溶解 (Na2CO3+H2O→NaHCO3+NaOH/NaHCO3+H2O→NaOH+H2 O+CO2 ） Na2CO3＋H2S→NaHS+NaHCO3 /H2S+NaOH→NaHS+H2O NH3+H2S→NH4HS（氨水脱硫） 2）再生：溶液中的HS-被氧化析出硫(催化剂作用下)： NaHS+O2=NaOH+S↓ NH4HS+O2→NH3+S↓+H2O
2、工艺流程-氨的生产原料
合成氨生产的原料： 氮气来自空气，氢气来自原料气制取，原 料有固体（煤、焦炭等）、液体（石脑油、重 质油等）和气体（天然气、焦炉气等）三种。 小氮肥一般以煤为原料。
2、工艺流程-小氮肥工艺流程
液 氨 精炼 粗甲醇
PC脱碳
电机
产 品 粗 醇
CO2气
PSA脱碳
尿素
产 品 尿 素
1、基本概念-合成氨
为什么要合成氨？
① 制造氮肥和复合肥料（化肥加工）：占80～90%， 主要品种有尿素、碳铵、硝酸铵、硫酸铵、氯化铵 等氮肥，以及磷酸一铵、磷酸二铵和NPK复合肥等含 氮复合肥。 ② 作为工业原料和氨化饲料：用量约占世界产量的10 ％。各种含氮的无机盐及有机中间体、磺胺药、聚 氨酯、聚酰胺纤维和丁腈橡胶等都需直接以氨为原 料生产。其他如纯碱、硝酸、甲铵、冶金、医药、 石油加工等； ③ 液氨作为制冷剂在冷冻行业也得到广泛应用。
3、各工段工艺及设备-脱硫工段
为什么脱硫？
年产十万吨合成氨变换工艺和设备设计核算参考
5、工艺流程
本设计主要是变换工序的工艺设计，所选流程为：
H2O
原料气
饱
和
热
水
塔
中
温 变
换热器
换
炉
低 变换气 温 变 换 炉
选用中串低工艺。从压缩工段来的变换气进入饱和
热水塔，在饱和塔出口加入水蒸汽使汽气比达3-5，以 后
再进入中变炉将转换气中一氧化碳含量降到3%以下。
再通过换热器将转换气的温度降到180℃左右，进入低
物量在设备里无物量的变化。
水带入热Q1=XCpT 变换气带入热Q2=nCpmT 同理求得变换气带出热Q3；水带出热Q4。 热量平衡：0.96×(Q1+ Q2)= Q3+ Q4 则X=288.305koml
中变炉一段催化床层的物料衡算
假设CO在一段催化床层的实际变换率为60％ 求出在一段催化床层反应后剩余各组分的量 得到出中变炉一段催化床层的变换气干组分的含 进而求得出中变炉一段催化床层变换气湿组分含 量 出中变炉一段催化床层的变换气湿组分的含量 根据：Kp=（H2％×CO2％）/（H2O％×CO％） 计算得Kp，查出对应温度t
主换热器的物料与热量的计算
进出设备的变换气的量：190.97kmol 进出设备的水的量： Xkmol
变换气进设备的温度： 365℃ 变换气出设备的温度： 250℃
水进设备的温度： 水出设备的温度：
20℃ 90℃
变换气带入热Q1=nCpmT；水带入热Q2=XCpT 同理求变换气带出热Q3水带出热Q4 0.96×（Q1+Q2）=Q3+Q4
低变炉的物料计算
要将CO％降到0.2％（湿基）以下，
由CO实际变换率为：Xp=
Ya Ya
国内典型合成氨装置工艺介绍
国内典型合成氨装置工艺介绍合成氨是一种重要的化工原料，广泛应用于化肥生产、化纤生产、农药生产和石油加工等行业。
国内典型的合成氨装置工艺可以分为三个主要步骤：气体制备、催化反应和分离纯化。
1.气体制备气体制备是合成氨装置的第一步，通常使用天然气和空气作为原料。
首先，天然气经过净化、压缩、预热和加热等处理后，进入转化炉。
在转化炉中，天然气与蒸汽在催化剂的存在下进行催化转化，生成主要的合成气体成分，即氢气和一氧化碳。
然后，合成气进一步冷却、除尘和脱硫等处理后，进入氧化器。
在氧化器中，氢气与空气进行反应，生成含有氮气的合成气体。
2.催化反应催化反应是合成氨装置的核心步骤，通常使用铁催化剂。
合成气进入催化转化器，通过高温高压条件下的催化反应，将氢气和氮气转化为氨气。
反应过程中需要控制气体的配比、温度和压力等条件，以实现高效的转化率和选择性。
催化反应的产物是含有氨气、未转化的氢气和一些惰性气体的混合气体。
3.分离纯化分离纯化是合成氨装置的最后一步，主要包括压缩、冷却、净化和纯化等过程。
首先，合成氨混合气体需要经过压缩，增加氨气的浓度。
然后，通过冷却过程，使氨气凝结成液体，同时降低氮气和其他惰性气体的浓度。
接下来，使用吸附剂进行净化，去除残留的氢气、一氧化碳、二氧化碳和其他杂质。
最后，对纯化后的氨液进行蒸馏分离，获得纯度高达99.95%的合成氨。
以上就是国内典型的合成氨装置工艺的简要介绍。
合成氨装置的设计和操作需要考虑许多因素，包括原料质量、催化剂选择、适宜的反应条件和高效的纯化技术等。
随着科技的不断进步，合成氨的装置工艺也在不断优化，以提高产能、降低能耗和减少环境污染。
合成氨工艺流程简介
合成氨工艺流程简介在200MPa的高压和500℃的高温和催化剂作用下，N2+3H2==2NH3,经过压缩冷凝后，将余料在送回反应器进行反应，合成氨指由氮和氢在高温高压和催化剂存在下直接合成的氨。
世界上的氨除少量从焦炉气中回收副产外，绝大部分是合成的氨。
合成氨主要用作化肥、冷冻剂和化工原料。
生产方法生产合成氨的主要原料有天然气、石脑油、重质油和煤（或焦炭）等。
①天然气制氨。
天然气先经脱硫，然后通过二次转化，再分别经过一氧化碳变换、二氧化碳脱除等工序，得到的氮氢混合气，其中尚含有一氧化碳和二氧化碳约0.1％～0.3％（体积），经甲烷化作用除去后，制得氢氮摩尔比为3的纯净气，经压缩机压缩而进入氨合成回路，制得产品氨。
以石脑油为原料的合成氨生产流程与此流程相似。
②重质油制氨。
重质油包括各种深度加工所得的渣油，可用部分氧化法制得合成氨原料气，生产过程比天然气蒸气转化法简单，但需要有空气分离装置。
空气分离装置制得的氧用于重质油气化，氮作为氨合成原料外，液态氮还用作脱除一氧化碳、甲烷及氩的洗涤剂。
③煤（焦炭）制氨。
随着石油化工和天然气化工的发展，以煤（焦炭）为原料制取氨的方式在世界上已很少采用。
用途氨主要用于制造氮肥和复合肥料，氨作为工业原料和氨化饲料，用量约占世界产量的12％。
硝酸、各种含氮的无机盐及有机中间体、磺胺药、聚氨酯、聚酰胺纤维和丁腈橡胶等都需直接以氨为原料。
液氨常用作制冷剂。
贮运商品氨中有一部分是以液态由制造厂运往外地。
此外，为保证制造厂内合成氨和氨加工车间之间的供需平衡，防止因短期事故而停产，需设置液氨库。
液氨库根据容量大小不同，有不冷冻、半冷冻和全冷冻三种类型。
液氨的运输方式有海运、驳船运、管道运、槽车运、卡车运合成氨是以碳氨为主要原料, 我司可承包的合成氨生成成套项目, 规模有 4×104 吨/年, 6×104 吨/年, 10×104 吨/年, 30×104 吨/年, 其产品质量符合中国国家标准.1. 工艺路线：以无烟煤为原料生成合成氨常见过程是:造气 -> 半水煤气脱硫 -> 压缩机1，2工段 -> 变换 -> 变换气脱硫 ->压缩机3段 -> 脱硫 ->压缩机4，5工段 -> 铜洗 -> 压缩机6段 -> 氨合成 -> 产品NH3采用甲烷化法脱硫除原料气中CO. CO2 时, 合成氨工艺流程图如下:造气 ->半水煤气脱硫 ->压缩机1,2段 ->变换 -> 变换气脱硫 -> 压缩机3段 ->脱碳 -> 精脱硫 ->甲烷化 ->压缩机4,5,6段 ->氨合成 ->产品NH32.技术指标:(1) 原料煤: 无烟煤: 粒度15-25mm 或25-100mm固定75%蒸汽: 压力0.4MPa, 1-3MPa(2) 产品: 合成氨：氨含量（99.8%）残留物含量（0.2%）3. 消耗定额: ( 以4×104 吨/年计算)(1) 无烟煤( 入炉) : 1,300kg(2) 电: 1,000KWH( 碳化流程), 1,300KWH( 脱碳流程)(3) 循环水: 100M3(4) 占地: 29,000M24. 主要设备:(1) 造气炉(2) 压缩机(3) 铜洗(4) 合成塔。
合成氨反应器及工艺流程的模拟计算
合成氨反应器及工艺流程的模拟计算本文旨在介绍合成氨反应器及工艺流程的模拟计算，包括反应器的设计参数、反应动力学模型、热力学模型、传质模型等方面。
同时，本文还将介绍如何利用模拟计算来优化合成氨反应器的工艺流程，提高合成氨的产率和质量。
合成氨反应器是合成氨工艺的核心设备，其设计和运行参数直接影响合成氨的产率和质量。
反应器的设计参数包括反应器的尺寸、反应物进料位置、反应物进料速率、反应物进料温度等。
反应动力学模型是指描述反应速率与反应物浓度、温度等变量之间关系的数学模型。
热力学模型是指描述反应热效应与温度、反应物浓度等变量之间关系的数学模型。
传质模型是指描述反应物在反应器内传输过程的数学模型。
利用模拟计算来优化合成氨反应器的工艺流程，可以通过调整反应器的设计参数、反应动力学模型、热力学模型、传质模型等方面，实现提高合成氨的产率和质量的目的。
具体来说，可以利用模拟计算来优化反应物的进料位置和速率、反应温度、反应物浓度、催化剂活性等方面，从而实现反应条件的最优化。
此外，还可以利用模拟计算来优化反应器的流动状态、溶液循环方式、冷却方式等方面，从而实现反应器的工艺流程的最优化。
总之，合成氨反应器及工艺流程的模拟计算是一项非常重要的工作，可以帮助工程师们优化反应器的设计和工艺流程，提高合成氨的产率和质量，实现工业生产的高效、节能、环保。
合成氨工艺流程及设备
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合成氨工艺流程
合成氨工艺流程在200MPa的高压和500℃的高温和催化剂作用下，N2+3H2====2NH3,经过压缩冷凝后，将余料在送回反应器进行反应，合成氨指由氮和氢在高温高压和催化剂存在下直接合成的氨。
世界上的氨除少量从焦炉气中回收副产外，绝大部分是合成的氨。
合成氨主要用作化肥、冷冻剂和化工原料生产方法生产合成氨的主要原料有天然气、石脑油、重质油和煤（或焦炭）等。
①天然气制氨。
天然气先经脱硫，然后通过二次转化，再分别经过一氧化碳变换、二氧化碳脱除等工序，得到的氮氢混合气，其中尚含有一氧化碳和二氧化碳约0.1％～0.3％（体积），经甲烷化作用除去后，制得氢氮摩尔比为3的纯净气，经压缩机压缩而进入氨合成回路，制得产品氨。
以石脑油为原料的合成氨生产流程与此流程相似。
②重质油制氨。
重质油包括各种深度加工所得的渣油，可用部分氧化法制得合成氨原料气，生产过程比天然气蒸气转化法简单，但需要有空气分离装置。
空气分离装置制得的氧用于重质油气化，氮作为氨合成原料外，液态氮还用作脱除一氧化碳、甲烷及氩的洗涤剂。
③煤（焦炭）制氨。
随着石油化工和天然气化工的发展，以煤（焦炭）为原料制取氨的方式在世界上已很少采用。
用途氨主要用于制造氮肥和复合肥料，氨作为工业原料和氨化饲料，用量约占世界产量的12％。
硝酸、各种含氮的无机盐及有机中间体、磺胺药、聚氨酯、聚酰胺纤维和丁腈橡胶等都需直接以氨为原料。
液氨常用作制冷剂。
贮运商品氨中有一部分是以液态由制造厂运往外地。
此外，为保证制造厂内合成氨和氨加工车间之间的供需平衡，防止因短期事故而停产，需设置液氨库。
液氨库根据容量大小不同，有不冷冻、半冷冻和全冷冻三种类型。
液氨的运输方式有海运、驳船运、管道运、槽车运、卡车运合成氨是以碳氨为主要原料, 我司可承包的合成氨生成成套项目, 规模有4×104 吨/年,6×104 吨/年, 10×104 吨/年, 30×104 吨/年, 其产品质量符合中国国家标准.1. 工艺路线：以无烟煤为原料生成合成氨常见过程是:造气-> 半水煤气脱硫-> 压缩机1，2工段-> 变换-> 变换气脱硫->压缩机3段-> 脱硫->压缩机4，5工段-> 铜洗-> 压缩机6段-> 氨合成-> 产品NH3采用甲烷化法脱硫除原料气中CO. CO2 时, 合成氨工艺流程图如下:造气->半水煤气脱硫->压缩机1,2段->变换-> 变换气脱硫-> 压缩机3段->脱碳-> 精脱硫->甲烷化->压缩机4,5,6段->氨合成->产品NH32. 技术指标:(1) 原料煤: 无烟煤: 粒度15-25mm 或25-100mm固定75%蒸汽: 压力0.4MPa, 1-3MPa(2) 产品: 合成氨：氨含量（99.8%）残留物含量（0.2%）3. 消耗定额: ( 以4×104 吨/年计算)(1) 无烟煤( 入炉) : 1,300kg(2) 电: 1,000KWH( 碳化流程), 1,300KWH( 脱碳流程)(3) 循环水: 100M3(4) 占地: 29,000M24. 主要设备:(1) 造气炉(2) 压缩机(3) 铜洗(4) 合成塔。
合成氨工艺设计总流程及压缩机
合成氨工艺设计总流程及压缩机合成氨是一种重要的工业原料，广泛用于生产化肥、合成塑料、合成纤维等领域。
其工艺设计总流程包括制备氢气、制备氨合成气、氨合成和氨的压缩。
首先，制备氢气。
氢气是合成氨工艺的重要原料之一、传统的氢气制备方法是通过水蒸气重整反应制取，该反应将甲烷和水蒸气在催化剂的作用下反应生成氢气和一氧化碳。
制备氢气的其他方法还包括电解水法、重氮化法等。
制备好的氢气需要经过净化和压缩处理，以确保其质量和使用要求。
其次，制备氨合成气。
氨合成气是由氢气和氮气按一定比例混合制备而成。
制备氨合成气的主要方法有露点吸附法、交换吸附法和冷凝吸附法等。
其中，露点吸附法是最常用的方法之一、该方法通过在特定温度下，利用吸附剂对水蒸气进行吸附，从而使氢气和氮气按一定比例混合。
制备好的氨合成气需要经过净化、压缩和调节处理，以确保其质量和使用要求。
接下来是氨的合成。
氨的合成是通过氨合成反应实现的，该反应主要是在一定压力和温度下，将氢气和氮气经过催化剂的作用进行反应生成氨。
氨合成反应通常采用固定床反应器或浮动床反应器进行。
固定床反应器是将催化剂装填在反应器中，氨合成气通过催化剂层与催化剂发生反应。
浮动床反应器则是将催化剂浆料悬浮在反应器中，氨合成气通过催化剂浆料与催化剂发生反应。
氨的合成反应需要控制合适的压力、温度和催化剂的选择，以实现高效率的合成氨反应。
最后是氨的压缩。
合成氨在合成时会产生大量的废气，其中包括未反应的氢气和氮气以及一些氨合成反应的副产物。
为了提高氨反应的效率，并方便运输和储存，需要对合成氨进行压缩处理。
氨的压缩通常采用多级压缩的方式进行，通过多级压缩机将合成氨的压力提高到所需的工艺压力。
压缩机的选型需要根据氨的流量和压力要求进行，压缩机的排气温度需要进行控制，以避免催化剂受热而失效。
总之，合成氨工艺设计总流程包括制备氢气、制备氨合成气、氨的合成和氨的压缩。
其中制备氢气和制备氨合成气是提供合成氨原料的关键步骤，氨的合成是核心反应步骤，氨的压缩则是提高效率和方便运输的必要步骤。
合成氨工艺及设备说明书
第一章说明书1.1 概述1.1.1循环机位置本工段设置在氨分离系统后，合成塔之前，从而充分利用循环机压缩功，提高进合成塔温度，减少冷量消耗，降低氨冷器负荷，同时提高进塔压力，提高合成率，而进循环机的氨冷量较低，避免了塔后循环机流程容易带液氨而导致循环机泄漏。
1.1.2反应热回收的方式及利用这涉及到废热锅炉的热量利用及合成塔塔外换热器如何科学设置的问题，废热锅炉的配置实际上是如何提高反应热的回收率和获得高品位热的问题，本设计选择塔后换热器及后置锅炉的工艺路线，设置塔后换热器使废热锅炉出口气体与合成塔二进气体换热，充分提高合成塔二进温度，相应提高了合成塔二出温度，进废热锅炉的气体温360℃，副产1.3MPa的中压蒸汽，充分提高回收热量品位。
1.1.3采用“二进二出”合成流程全部冷气经合成塔环隙后进入热交换器，可使合成塔体个点温度分布均匀，出口气体保持较低温度，确保合成塔长期安全稳定运行，与循环机来的冷气直接进入热交换器相比，使热交换器出口温度增大。
进入水冷的气体温度降低意味着合成余热回收率高和水冷负荷低。
1.1.4水冷器、氨冷器的设置水冷后分离液氨再进行冷交，氨冷有利于降低后续氨冷的负荷，边冷却边分离液氨，即提高了液氨的分离效果，又避免了气液两相流的存在，通过设置两氨冷器的冷凝充分解决了低压下，水冷后很少有氨冷凝下来的矛盾，达到了进一步冷却，保证合成塔入口氨冷量的要求。
1.1.5补充气及放空点位置设置补充气设置在冷交的二次入口，以便减少系统阻力，并通过氨冷进一步洗脱微量二氧化碳和一氧化碳及氨基甲酸等杂质，有利于保护触媒防止管道和设备堵塞。
放空点设置在冷交换器和氨分离器之间，氨分后有效气体浓度较低，惰性气体含量较高，有利于降低新鲜气单耗。
1.1.6新型设备的使用离心式循环压缩机用于合成工段，能避免油污渗入循环气，提高合成气质量，从而可不设油分离器降低能耗，对于本工段选用冷激式内件，要求合成气质量较高，无油压缩机更为合适，离心式循环压缩机还具有运行时间长的特点，经XX化肥厂资料表明，无油压缩机与注油压缩机相比较平均使用寿命可延长十倍。
合成氨生产工艺流程
合成氨生产工艺流程合成氨是一种重要的化学原料，广泛应用于农业、医药、冶金、塑料等行业。
合成氨的工艺流程主要包括两个步骤：制备氢气和制备氮气。
以下是合成氨的详细工艺流程：1.制备氢气合成氨的生产需要大量的氢气。
目前常用的制备氢气的方法有水煤气转化法和重油加热法。
水煤气转化法是将煤炭和水蒸气在高温下进行催化反应，生成一氧化碳和氢气。
反应过程中产生的一氧化碳和氢气通过一系列的分离和净化步骤，得到纯净的氢气。
重油加热法是将重油和蒸汽在高温下进行催化反应，生成氢气和炭黑。
反应过程中的氢气经过冷却和净化，得到纯净的氢气。
制备氢气的方法还包括天然气蒸气重整法、煤气重整法等。
2.制备氮气制备氮气有很多方法，包括空分法、膜法和吸附法等。
其中，空分法是最常用的制备氮气的方法。
空分法是将空气通过冷凝和膜分离等步骤，将氧气和其他杂质去除，得到纯净的氮气。
3.合成氨反应合成氨反应是指将制备好的氢气和氮气进行催化反应，生成氨气。
合成氨反应一般采用哈布斯过程。
哈布斯过程是将氢气和氮气通过铁催化剂进行反应，在高温和高压下，生成氨气。
反应过程中，氮气和氢气经过多级催化剂反应器，进行一系列的反应和净化步骤，得到高浓度的氨气。
为了提高合成氨的产量和效率，可以采用以下措施：1.优化催化剂：改进催化剂的配方和制备工艺，提高催化剂的活性和稳定性。
2.调整反应条件：通过调整反应温度、压力和气体流量等参数，优化反应条件，提高反应效率。
3.循环气体：将反应后的气体进行回收和再利用，减少气体的浪费，提高氨气的产量。
4.节能减排：采用节能的加热和冷却设备，减少能量的消耗和二氧化碳的排放。
5.安全措施：建立完善的安全管理系统，确保生产过程中的安全。
总之，合成氨的生产工艺流程包括制备氢气和制备氮气两个步骤，通过优化反应条件和提高催化剂的活性，可以提高合成氨的产量和效率，从而满足农业、医药、冶金等行业对氨气的需求。
合成氨工艺与设备
设置清洗塔是为了除去从 脱硫塔出来半水煤气携带的脱 硫液等杂质。
3、各工段工艺及设备-脱硫工段
罗茨鼓风机
罗茨鼓风机主要起输送气体 的作用。并起一定的加压作用。 罗茨机在机体内通过同步齿 轮的作用使两叶轮呈反方向旋转， 腔体与叶轮构成相互隔绝的进气 腔与排气腔，借助于叶轮旋转将 机体内的气体由进气腔压缩推送 至排气腔，排出气体，达到强制 输送气体的目的。
1、基本概念-合成氨
什么是合成氨？
发展简史： 世界上第一个合成氨厂于1913年在德国噢 堡建成，实现了工业化生产（30吨/天） 。 我国第一个合成氨厂上世纪三十年代在永 利公司（就是现在的吉化公司）建成，到194 9年我国合成氨年产量为0.6万吨，2008年产 量达到了4500万吨,占世界总产量的1/3.为世 界第一 。
3、各工段工艺及设备-压缩工段
活塞式压缩机的工作原理 根据气体状态方程：P·V=n·R·T （n——物质的量；R——常量） 当气体的温度（T）保持不变时，我们 可以通过压缩气体的体积（V）来提高气体的压 力（P）。利用气体的可压缩性，通过压缩机各 段活塞的往复动作而达到提高气体压力的目的。
3、各工段工艺及设备-压缩工段
3、各工段工艺及设备-变换工段
Co-Mo系宽温耐硫低变催化剂 1）催化剂种类：常用有B301、B303等 2）催化剂组成：CoO、MoO、K2O3、Al2O3是其主要成分，催化剂经过硫 化活化后形成的CoS、MoS2是催化剂的活性组分。 3）催化剂硫化：由于未经硫化的催化剂不具备催化活性，因此在生产 前用加CS2的半水煤气对催化剂进行硫化，使其具备催化活性。 CS2+4H2=2H2S +CH4+240.6kJ MoO3+2H2S+H2=MoS2 +3H2O+48.1kJ CoO+H2S=CoS +H2O+13.4kJ 硫化反应为放热反应，为避免超温，气体中硫化物浓度不宜过高。硫 化时CS2用量一般按1m3催化剂150kg准备。 4）催化剂反硫化： Co-Mo系催化剂反硫化主要是指MoS2的放硫现象。 MoS2+2H2O=MoO2+2H2S 放硫现象会生成不具备催化活性的MoO2，降低催 化剂催化活性。为防止反硫化，进低变的反应气体中H2S不能过低，H2S 含量有一个最低值。从化学平衡来看，汽气比越低，最低H2S含量越低， 催化剂越不易反硫化。
合成氨工艺设计总流程及压缩机
合成氨工艺总流程本装置以中原油田天然气为原料，采用传统流程的一二段烃类水蒸气转化，上下变，脱碳及甲烷化法。
1、原料气压缩和脱硫来自界区，压力2.25巴〔绝〕、温度30℃，含总硫50p.p.m的天然气，经别离器(01-F001)别离掉所带油水后，进入原料气压缩机(01-K001),经四段压缩至52.5巴〔绝〕、温度114℃。
出原料气压缩机的气体与来自合成压缩机〔07-K001〕的少量合成气相集合，控制含2-5%H2，作为予脱硫钴-钼加氢转化用。
一二段烃类水蒸汽转化是在镍催化剂上进展，硫及其化合物对镍催化剂毒害极大，要求进入转化的原料气中含硫量在0.1p.p.m以下，因此转化前必须脱硫。
经压缩和返氢后的原料气，入对流段盘管〔03-B002E04〕加热至370℃，于钴-钼加氢反响器〔01-R001〕中反响，将有机硫转化为无机硫。
然后在氧化锌脱硫槽〔01-R002A/B〕里硫被脱除，控制含硫小于0.1p.p.m。
2、转化经脱硫的原料气与来自工艺冷凝液汽提塔〔05-C003〕的水蒸汽和来自冰机的蒸汽透平〔09-MT01〕或发电机蒸汽透平〔85-MT01〕的背压蒸汽，按比例调节进展混合，控制水碳比为2.75左右、温度在372℃。
此原料-水蒸汽混合气相继进入一段转化炉对流段盘管〔03-B002E01A〕和〔03-B002E01B〕换热，在两盘管间还设置喷雾温度调节器〔03-B002E08〕用它来调节出盘管〔03-B002E01B〕的混合气加热至580℃。
此混合气从转化炉管顶部进入，在镍催化剂作用下进展转化反响。
出一段炉的转化气压力43.5巴、温度804℃，含16.3%CH4。
含CH416.3%的一段转化气自二段炉〔03-R001〕底部进入，经中心管至炉顶，与来自空压机〔02-K001〕，压缩至45巴，途径加热盘管〔03-B002E03〕加热至500℃的工艺空气相混合，于炉中上部空间进展燃烧反响，反响后气体温升至1250℃左右。
合成氨生产工艺
合成氨生产工艺一、工艺简介合成氨是一种重要的化学原料，广泛应用于农业、医药、化工等领域。
其生产工艺主要包括制氢、合成气制备、合成反应和分离纯化四个步骤。
二、制氢制氢是合成氨生产的第一步，主要通过蒸汽重整和部分氧化两种方法实现。
其中，蒸汽重整法是最常用的方法，其基本流程包括：1. 原料准备：将天然气或石油燃料送入加热炉中加热至800℃以上。
2. 蒸汽重整：将加热后的原料与水蒸汽混合进入催化剂床层，在高温高压下进行催化反应，生成含有H2和CO的合成气。
3. 纯化分离：通过多级冷却器和吸收器将含有H2和CO的合成气进行纯化分离，得到高纯度的H2。
三、合成气制备在制得高纯度H2后，需要将其与空气或纯O2混合以得到所需比例的合成气。
主要有以下两种方法：1. 高温空气法：将高纯度H2与空气按一定比例混合后，送入燃烧室进行燃烧，生成含有N2、H2和CO的合成气。
2. 纯氧法：将高纯度H2与纯O2按一定比例混合后，送入燃烧室进行燃烧，生成含有N2、H2和CO的合成气。
四、合成反应在得到所需比例的合成气后，需要将其送入催化剂床层进行催化反应。
主要包括以下两个步骤：1. 吸附：将NH3前体分子（如N2和H2）吸附到催化剂表面。
2. 反应：通过催化剂表面上的反应作用，将吸附在表面上的NH3前体分子转化为NH3。
五、分离纯化在完成合成反应后，还需要对产生的NH3进行分离纯化。
主要包括以下几个步骤：1. 压缩：将产生的NH3气体压缩至液态。
2. 分离：通过冷凝器和分离器对液态NH3进行分离。
3. 纯化：通过蒸馏塔或吸收塔等工艺对NH3进一步纯化。
六、工艺优化为了提高合成氨生产的效率和降低成本，需要对工艺进行优化。
主要包括以下几个方面：1. 催化剂的选择和制备：选择适合反应条件的催化剂，并采用先进的制备方法提高催化剂活性和稳定性。
2. 生产过程控制：通过自动控制系统对生产过程进行实时监测和调整，以保证生产效率和产品质量。
3. 能源利用：采用先进的节能技术，如余热回收、废气回收等，降低能耗和成本。
国内典型合成氨装置工艺介绍
国内典型合成氨装置工艺介绍合成氨是一种重要的化工原料，广泛应用于农业、化工、石油、医药等行业。
典型的合成氨装置工艺是通过氮气与氢气在一定的温度和压力下，经过催化剂的作用，进行反应生成合成氨。
合成氨装置的主要工艺包括氮气净化、氢气净化、气体压缩、催化反应、分离和制氨副产物处理等步骤。
接下来是氢气净化，氢气通常通过石油或天然气的催化重整制得。
但催化重整产物中会含有一些有毒物质（如硫化氢、甲基硫醇、二甲硫醚等），这些物质对反应催化剂具有毒害作用，会降低反应效率。
因此，氢气需要经过净化处理去除其中的有毒物质。
然后是气体压缩，氮气和氢气净化后分别通过压缩机进行压缩，提高其压力。
高压氮气和氢气经过压缩后，进入反应器进行合成氨反应。
催化反应是合成氨装置的核心工艺。
合成氨的生成反应是一个放热反应，通常在高温高压条件下进行。
反应通常采用铁助剂的铁氧体催化剂，通过将氮气和氢气在催化剂上进行反应，生成合成氨。
反应温度通常在350-550摄氏度之间，压力在100-300大气压之间。
分离是合成氨装置中的另一个重要工艺。
反应器中生成的气体包括合成氨、未反应的氮气和氢气，还有少量的惰性气体如氩气、氦气等。
分离工艺主要是将合成氨从未反应的气体和惰性气体中分离出来。
常用的分离方法是通过升降管和吸附塔来进行。
在升降管中，分别利用合成氨和未反应气体的密度差，将两者分离。
而在吸附塔中，主要通过吸附剂对合成氨进行吸附和脱附的操作来实现分离。
最后是制氨副产物处理，合成氨装置在生成合成氨的过程中，会产生一定的副产品。
其中一个重要的副产品是甲醇，甲醇是合成氨反应中产生的一种中间物质，通常通过脱水和脱碳过程得到纯化的甲醇。
其他副产品还包括过量的氢气、未反应的氮气、水蒸汽等。
总之，合成氨装置的工艺是一个复杂的过程，包括氮气净化、氢气净化、气体压缩、催化反应、分离和制氨副产物处理等步骤。
每个步骤都需要严格的控制和操作，才能高效地生产合成氨。
合成氨工艺的优化和改进，对于提高合成氨的产量和质量，减少能耗和废弃物的排放，具有重要的意义。
合成氨生产工艺简介
合成氨生产工艺简介目前国内生产合成氨的工艺大同小异，忽略各自的设备差异和工艺上的微小不同，我们可以将氨的生产过程，粗略的讲可分成一下几步：造气；脱硫；变换；变换后脱硫；铜洗；氨合成几个步骤，如下是此类流程的一个极简示意图：图1合成氨的极简化流程1造气工段造气实质上是碳与氧气和蒸汽的反应，原料煤间歇送入固定层煤气发生炉内，先鼓入空气，提高炉温，然后加入水蒸气与加氮空气进行制气。
所制的半水煤气（主要成分为CO 和H 2，另有其他杂质气体）进入洗涤塔进行除尘降温，最后送入半水煤气气柜。
造气工段脱硫工段变换工段煤块 水蒸汽CO, N 2, H 2 H 2S 等其他杂质 CO, N 2, H 2变换气脱硫工段CO 2, N 2, H 2H 2S 等其他杂质 甲醇合成工段少量CO, CO 2, N 2, H 2精炼工段N 2, H 2 极少量CO X 等其他杂质 氨合成工段N 2, H 2冷冻工段NH 3 液氨图2 造气工艺流程示意图2脱硫工段煤中的硫在造气过程中大多以H2S的形式进入气相，它不仅会腐蚀工艺管道和设备，而且会使变换催化剂和合成催化剂中毒，因此脱硫工段的主要目的就是利用DDS脱硫剂脱出气体中的硫。
气柜中的半水煤气经过静电除焦、罗茨风机增压冷却降温后进入半水煤气脱硫塔，脱除硫化氢后经过二次除焦、清洗降温送往压缩机一段入口。
脱硫液再生后循环使用。
图3 脱硫工艺流程图3变换工段气体从脱硫工艺中处理过后，已不含H2S等有毒气体。
变换工段的主要任务是将半水煤气中的CO在催化剂的作用下与水蒸气发生放热反应，生成CO2和H2。
经过两段压缩后的半水煤气进入饱和塔升温增湿，并补充蒸汽后，经水分离器、预腐蚀器、热交换器升温后进入中变炉回收热量并降温后，进入低变炉，反应后的工艺气体经回收热量和冷却降温后作为变换气送往压缩机三段入口。
说明：合成气的中的CO（一氧化碳）经蒸汽转换成CO2（二氧化碳）与H2，转换后气体称为“变换气”。
合成氨工艺与设备解读
1、基本概念-合成氨
什么是合成氨？
发展简史： 世界上第一个合成氨厂于1913年在德国噢 堡建成，实现了工业化生产（30吨/天） 。 我国第一个合成氨厂上世纪三十年代在永 利公司（就是现在的吉化公司）建成，到194 9年我国合成氨年产量为0.6万吨，2008年产 量达到了4500万吨,占世界总产量的1/3.为世 界第一 。
3、各工段工艺及设备-造气工段
以空气为气化剂制取的空气煤气—粉煤直接气化：荷兰 壳牌技术（鲁奇炉）： C+O2 CO2+Q ； 2C+O2 2CO ； C+CO2 2CO-Q ； CO+O2 CO2-Q 以蒸汽为气化剂制取的半水煤气：型煤、间歇式制气 C+O2 CO2+Q （吹风气）供热； C+H2O（g） 2CO+H2 ； 2 C+H2O（g） 2CO2+2H2 ； CO+ H2O（g） CO2+H2
3、各工段工艺及设备-变换工段
Co-Mo系宽温耐硫低变催化剂 1）催化剂种类：常用有B301、B303等 2）催化剂组成：CoO、MoO、K2O3、Al2O3是其主要成分，催化剂经过硫 化活化后形成的CoS、MoS2是催化剂的活性组分。 3）催化剂硫化：由于未经硫化的催化剂不具备催化活性，因此在生产 前用加CS2的半水煤气对催化剂进行硫化，使其具备催化活性。 CS2+4H2=2H2S +CH4+240.6kJ MoO3+2H2S+H2=MoS2 +3H2O+48.1kJ CoO+H2S=CoS +H2O+13.4kJ 硫化反应为放热反应，为避免超温，气体中硫化物浓度不宜过高。硫 化时CS2用量一般按1m3催化剂150kg准备。 4）催化剂反硫化： Co-Mo系催化剂反硫化主要是指MoS2的放硫现象。 MoS2+2H2O=MoO2+2H2S 放硫现象会生成不具备催化活性的MoO2，降低催 化剂催化活性。为防止反硫化，进低变的反应气体中H2S不能过低，H2S 含量有一个最低值。从化学平衡来看，汽气比越低，最低H2S含量越低， 催化剂越不易反硫化。
合成氨的工艺流程
合成氨的工艺流程
合成氨是一种重要的化工原料，广泛应用于化肥、合成树脂、
医药等领域。
其工艺流程主要包括氮气和氢气的合成反应，以及合
成氨的分离和提纯过程。
下面将详细介绍合成氨的工艺流程。
首先，氮气和氢气通过压缩机分别被压缩至一定压力，然后经
过冷凝器降温至所需温度。
接着，氮气和氢气进入合成反应器，在
催化剂的作用下发生合成反应，生成氨气。
合成反应的温度、压力
和催化剂的选择对反应效果有着至关重要的影响，需要严格控制。
随后，合成氨气通过冷凝器冷却至液态，然后进入分离塔进行
分离。
在分离塔内，通过控制温度和压力，将未反应的氮气和氢气
重新回收利用，而将得到的合成氨气进行提纯。
提纯过程主要包括
吸附、脱附和冷凝等步骤，最终得到高纯度的合成氨。
在整个工艺流程中，需要严格控制反应温度、压力和催化剂的
选择，以确保合成氨的产率和纯度。
同时，还需要对氮气和氢气进
行预处理，去除其中的杂质和水分，以保证反应的顺利进行。
此外，对于合成氨的分离和提纯过程，也需要精密的设备和严格的操作，
确保产品的质量符合要求。
总的来说，合成氨的工艺流程包括氮气和氢气的合成反应，以及合成氨的分离和提纯过程。
在整个过程中，需要严格控制各项操作参数，保证反应的高效进行，最终得到高品质的合成氨产品。
这些工艺流程的细节和技术要点，对于合成氨生产工艺的优化和改进具有重要的指导意义。
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1、基本概念-合成氨 NH3
什么是合成氨？
性质：无色有辛辣臭味气体，化学式为NH3,分 子量为17.03，沸点-33.35℃ ,熔点-77.7℃ , 比重(液态)0.597。气氨常温加压液化为液氨 （ 25℃— 1.0MPa）,易溶于水,酒精等,溶解 时放出大量的热，氨是一种可燃性气体，氨 与空气混合可以形成爆炸性气体，爆炸极限 为15.5 ～27%。
主要设备:煤气发生炉、旋风除尘器、显热回收器、洗气 塔、蒸汽缓冲罐、夹套汽包、空气鼓风机、煤气气柜 等。
工艺原理：在固体燃料气化过程中，分别通入空气和水 蒸汽制得空气煤气和水煤气,并成为具有一定比例的混 合气体。这种混合气体称之为半水煤气，它是生产合 成氨的基本原料气。
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3、各工段工艺及设备-造气工段
干法是用固体脱硫剂(如氧化铁、活性炭、分子筛 等)将气体中的硫化物吸收除掉；
湿法用碱性物质或氧化剂的水溶液即液体脱硫剂 (如氨水法、碳酸盐法、乙醇胺法、腐酸二磺酸 钠法及砷碱法等)吸收气体中的硫化物。
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3、各工段工艺及设备-脱硫工段
反应原理： 1）吸收：半水煤气中的酸性气体H2S被碱性溶液（Na2CO3）吸收生
③ 液氨作为制冷剂在冷冻行a业也得到广泛应用。 6
1、基本概念-合成氨
怎样合成氨？
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1、基本概念-合成氨
怎样合成氨？
N2+3H2=2NH3+Q
2NH3（液）+CO2（气）CO（NH2）2（液）+H2O（液）+Q
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2、工艺流程-氨的生产过程
合成氨生产的三个过程： ① 原料气的制造（制气），包括原料工段和造 气工段； ② 原料气的净化，包括脱硫、变换、变脱、脱 碳、精炼等工段； ③ 气体的压缩和合成，主要是压缩和合成工段。
硫的危害：
硫化物对合成氨生产有着严重的危害，它对设备和管道有腐蚀作用， 可使变换、甲醇及合成系统的催化剂中毒，还可使铜洗系统的低价铜生成 硫化亚铜沉淀，使操作恶化，增加铜耗。对产品质量产生影响（硫脲-红 尿素；FeS-黑碳铵；黑重碱）
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3、各工段工艺及设备-脱硫工段
脱硫方法的分类： 按脱硫剂的状态可分为干法和湿法两种。
合成氨工艺与设备
宜化化机 崔娟 2016年3月
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❖目 录
1 基本概念
2
合成氨工艺流程简述
3
各工段工艺与设备
4 结束语
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1、基本概念-合成氨 NH3
什么是合成氨？
氮是自然界分布较广的一种元素，氮是植 物生长的第一需要，由于植物只能吸收化合 物中固定状态的氮，因而必须把空气中游离 的氮转变为氮的化合物。
四段 五段
CO2气
PSA脱碳
CO2压缩
煤
原料制棒 脱硫
煤棒 空气
造气
气柜
蒸汽
煤气
一段 二段
4M20-75/31.4压缩机 a
变换
蒸汽
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3、各工段工艺及设备-造气工段
岗位任务：就是将空气和水蒸汽通入固定层煤气发生炉 中,在高温下将固体燃料进行气化制得合格的半水煤气 。（ CO 29%、H2 40%、CO2 8%、N2 21%、 CH41.5%、 O2 0.4%、H2S 0.5-2.0g/m3）
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2、工艺流程-氨的生产原料
合成氨生产的原料： 氮气来自空气，氢气来自原料气制取，原
料有固体（煤、焦炭等）、液体（石脑油、重 质油等）和气体（天然气、焦炉气等）三种。 小氮肥一般以煤为原料。
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2、工艺流程-小氮肥工艺流程
液氨
氨 氨库
合成
精炼
粗甲醇
PC脱碳
醇产 品 粗
素产 尿素 品
尿
电机
六六段段 三段
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1、基本概念-合成氨 NH3
什么是合成氨？
发展简史：
世界上第一个合成氨厂于1913年在德国噢 堡建成，实现了工业化生产（30吨/天） 。
我国第一个合成氨厂上世纪三十年代在永
利公司（就是现在的吉化公司）建成，到
1949年我国合成氨年产量为0.6万吨，2008年
产量达到了4500万吨,占世界总产量的1/3.为
成NaHS和NaHCO3,其反应方程式如下： 碱的溶解 (Na2CO3+H2O→NaHCO3+NaOH/NaHCO3+H2O→NaOH+H2 O+CO2 ） Na2CO3＋H2S→NaHS+NaHCO3 /H2S+NaOH→NaHS+H2O NH3+H2S→NH4HS（氨水脱硫） 2）再生：溶液中的HS-被氧化析出硫(催化剂作用下)：
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3、各工段工艺及设备-造气工段
以空气为气化剂制取的空气煤气—粉煤直接气化：荷兰 壳牌技术（鲁奇炉）：
C+O2 CO2+Q ； 2C+O2 2CO ；
C+CO2 2CO-Q ； CO+O2 CO2-Q
以蒸汽为气化剂制取的半水煤气：型煤、间歇式制气 C+O2 CO2+Q （吹风气）供热； C+H2O（g） 2CO+H2 ；
2 C+H2O（g） 2CO2+2H2 ； CO+ H2O（g） CO2+H2
aLeabharlann 153、各工段工艺及设备-脱硫工段
为什么脱硫？
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3、各工段工艺及设备-脱硫工段
为什么脱硫？
不论是以固体原料，还是以天然气、重油为原料制备的氢氮原料
气中，都含有一定成分的硫化物。煤气化半水煤气中硫化物主要 是H2S（90%）,其次是CS2,COS,RSH等有机硫。其含量取决于原料 的含硫量及其加工方法，以煤为原料时，所得原料气中H2S含量一 般为 1～3g/m3，有的高达 8～15g/m3。
煤气发生炉
壳牌炉
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3、各工段工艺及设备-造气工段
流程简述： 向煤气发生炉内交替通入空气和 蒸汽，与炉内灼热的炭进行气化反应，吹风阶 段生成的吹风气根据要求送三气岗位回收热量 或直接由烟囱放空，并根据需要回收一少部分 入气柜，用以调节循环氢，煤气炉出来的煤气 经显热回收、洗气塔冷却和除尘后，在气柜中 混合，然后去脱硫，
世界第一 。
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1、基本概念-合成氨
为什么要合成氨？
① 制造氮肥和复合肥料（化肥加工）：占80～90%，主 要品种有尿素、碳铵、硝酸铵、硫酸铵、氯化铵等 氮肥，以及磷酸一铵、磷酸二铵和NPK复合肥等含氮 复合肥。
② 作为工业原料和氨化饲料：用量约占世界产量的10 ％。各种含氮的无机盐及有机中间体、磺胺药、聚 氨酯、聚酰胺纤维和丁腈橡胶等都需直接以氨为原 料生产。其他如纯碱、硝酸、甲铵、冶金、医药、 石油加工等；