合成氨工艺流程

合成氨工艺流程

This model paper was revised by the Standardization Office on December 10, 2020

将无烟煤（或焦炭）由炉顶加入固定床层煤气发生炉中，并交替向炉内通入空气和水蒸汽，燃料气化所生成的半水煤气经燃烧室、废热锅炉回收热量后送入气柜。

半水煤气由气柜进入电除尘器，除去固体颗粒后依次进入压缩机的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段，加压到~，送入脱硫塔，用溶液或其他脱硫溶液洗涤,以除去硫化氢，随后，气体经饱和塔进入热交换器，加热升温后进入一氧化碳变换炉，用水蒸汽使气体中的一氧化碳变为氢。变换后的气体，返回热交换器进行降温，并经热水塔的进一步降温后，进入变换器脱硫塔，以除去变换时产生的硫化氢。然后，气体进入二氧化碳吸收塔，用水洗法除去大部分二氧化碳。脱碳后的原料进入压缩机Ⅳ、Ⅴ段，升压到压缩机~后，依次进入铜洗塔和碱洗塔，使气体中残余的一氧化碳和二氧化碳含量进一步降至20（ppm）以下，以满足合成氨的要求。

净化后的原料气进入压缩机的最后一段，升压到~MPa进入滤油器，在此与循环压缩机来的循环气混合，经除油后，进入冷凝塔和氨冷器的管内，再进入冷凝塔的下部，分离出液氨。分离出液氨后的气体进入冷凝塔上部的管间，与管内的气体换热升温后进入氨合成塔。在高温高压并有催化剂存在的条件下，将氮氢气合成氨。出合成塔的气体中，约含氨10~20%，经水冷器与氨冷器将氨液化并分离后，其气体进入循环压缩机循环使用。分离出的液氨进入液氨贮槽。

原料气的制备:制备氢氮比为3:1的半水煤气

即造气。将无烟煤（或焦炭）由炉顶加入固定床层煤气发生炉中，并交替向炉内通入空气和水蒸汽，燃料气化后生成氢氮比为3:1的半水煤气。整个生产过程由煤气发生炉、燃烧室、废热锅炉、气柜等设备组成。

固定床半水煤气制造过程由吹风、上吹制气、下吹制气、二次上吹、空气吹净等5个阶段构成，为了调节氢氮比，在吹风末端要将部分吹风气吹入煤气，这个过程通常称为吹风回收。

吹风阶段：空气从煤气炉的底部吹入，使燃料燃烧，热量贮存于燃料中，为制气阶段碳与水蒸汽的反应提供热量。吹风气经过燃烧室和废热锅炉后放空。上吹制气阶段：从煤气炉的底部通入混有适量空气的水蒸汽，和碳反应生成的半水煤气经过炉的顶部引出。向水蒸汽中加入的空气称为加氮空气。

下吹制气阶段：将水蒸汽和加氮空气由炉顶送入，生成的半水煤气由炉底引出。二次上吹制气阶段：水蒸汽和加氮空气自下而上通过燃料层，将炉底残留的半水煤气排净，为下一步送入空气创造安全条件。

空气吹净阶段：从炉底部吹入空气，所得吹风气为半水煤气中氮的主要来源，并将残留的半水煤气加以回收。

以上五个阶段完成了制造半水煤气的主过程，然后重新转入吹风阶段，进入下一个循环。原料气的净化：除去原料气中的硫化氢、二氧化碳等杂质，将一氧化碳转化为氢气本阶段由原料气脱硫、一氧化碳变换、水洗（脱除二氧化碳）、铜洗（脱除一氧化碳）、碱洗（脱除残余二氧化碳）等几个工段构成，主要设备有除尘器、压缩机、脱硫塔、饱和塔、热水塔、一氧化碳变换炉、二氧化碳吸收塔、铜洗塔、碱洗塔等。

脱硫：原料气中硫化物的存在加剧了管道及设备的腐蚀，而且能引起催化剂中毒，必须予以除去。脱硫方法可分为干法脱硫和湿法脱硫两大类。干法脱硫是用固体硫化剂，当气体通过脱硫剂时硫化物被固体脱硫剂吸附，脱除原料气中的少量硫化氢和有机硫化物。一

般先进行湿法脱硫，再采用干法脱硫除去有机物和残余硫化氢。湿法脱硫所用的硫化剂为溶液，当含硫气体通过脱硫剂时，硫化物被液体剂吸收，除去气体中的绝大部分硫化氢。

CO变换：一氧化碳对氨催化剂有毒害，因此在原料气进入合成氨工序之前必须将一氧化碳彻底清除。除去一氧化碳的方法，工业上采用两段法。第一步是把一氧化碳与水蒸汽作用生成氢和二氧化碳；第二步采用铜氨液洗涤法，液氨洗涤法或甲烷化法除去变换中残余的少量一氧化碳。一氧化碳变换反应是在催化剂存在条件下进行的.以三氯化二铁为主体的催化剂,使用温度在350℃~550℃称为中温变换;使用活性高的氯化铜作催化剂,操作温度控制在180℃~260℃之间时称为低温变换.采用铜氨液洗涤法或液氨洗涤法除去残余一氧化碳要求一氧化碳的含量小于4%,只采用中温变换即可达到要求。而甲烷化法要求变换气中的一氧化碳含量小于%,应采用中温变换串联低温变换方法。工业中，变换过程都有中温变换而并非所有过程都有低温变换。

水洗：脱除二氧化碳。经过一氧化碳变换后的气体中一般含有15~18%的二氧化碳，二氧化碳的存在会使氨合成的催化剂中毒，并且对进一步脱除少量的一氧化碳过程带来许多困难，因此必须脱除中变气中的二氧化碳。另一方面，二氧化碳又是生产尿素、纯碱、碳酸氢铵等的重要原料，应完全回收利用。工业上把脱除中变气中二氧化碳的过程称为脱碳。脱除二氧化碳的方法分为物理吸收法、化学吸收法和物理化学吸收法三种，它们均属于溶液吸收过程，利用了各种成分在溶剂中的溶解度不同或化学反应特性不同这一基本原理。工业生产中以水洗法和有机胺催化热钾碱法应用最为广泛。少量一氧化碳及二氧化碳的脱除：脱除残余一氧化碳和二氧化碳。经过脱碳后的合成氨原料气中尚含3%左右的一氧化碳、~%左右的二氧化碳、~%左右的氧和微量的硫化氢等有害气体。进一步清除这些有害气体，防止氨合成催化剂中毒，是原料气最后的净化步骤。一般大型合成氨厂要求合成工序

的原料气一氧化碳和二氧化碳总量应小于10ppm，中、小型厂要求不大于25ppm。用含有铜盐的氨溶液吸收原料气中的一氧化碳、二氧化碳、硫化氢和氧的工艺过程，通常称为铜洗或精炼，净化后的气体成为铜洗气或精炼气，铜洗气含一氧化碳量应小于10ppm。在适当的温度和催化剂存在的条件下，一氧化碳、二氧化碳与氢作用生成甲烷，称为甲烷化法。与铜洗方法相比，它具有工艺简单、操作方便、费用低的优点。另外，原料气的最后净化方法还有液氨洗涤法。详细资料请看帮助氨的合成:

氨的合成是合成氨生产的最后一道工序，其任务是将经过精制的氢氮混合气合成为氨。工业上合成氨的各种工艺流程一般以压力的高低来分类。

高压法：操作压力70~100MPa，温度为550~650度。这种方法的主要优点是氨合成效率高，混合气中的氨易被分离。故流程、设备都比较紧凑。但因为合成效率高，放出的热量多，催化剂温度高，易过热而失去活性，所以催化剂的使用寿命较短。又因为是高温高压操作，对设备制造、材质要求都比较高，投资费用大。目前工业上很少采用此法生产。低压法：操作压力10MPa左右，温度为400~450度。由于操作压力和温度都比较低，故对设备要求低，容易管理，且催化剂活性较高，这是此法的优点。但此法所用催化剂对毒物很敏感，易中毒，使用寿命短，因此对原料气的精制纯度要求严格。又因操作压力低，氨的合成效率低，分离较困难，流程复杂。实际工业生产上此法已不采用了。中压法：操作压力20~60MPa，温度为450~550度。其优缺点介于高压法与低压法之间，目前此法技术比较成熟，经济性比较好。因为合成压力的确定，不外乎从设备投资和压缩功耗这两方面来考虑。从动力消耗看，合成系统的功耗占全厂总功耗的比重最大。但功耗决不取决于压力一项，还要看其它工艺指标和流程的布置情况。总的看来，在15~30MPa的范围内，功耗的差别是不大的，因此世界上采用此法的很多。