化工工艺论文

氨合成工艺综述

摘要：合成氨在化工行业的重要作用和地位，世界合成氨的历史发展状况和今后的发展趋势。我国的合成氨的起步和发展。

合成氨的地位

合成氨工业是基础化工行业的重要组成部分，有十分广泛的用途。是生产硫酸铵，硝酸铵，碳酸氢铵，氯化铵，尿素等化学肥料主要原料.也是生产生产硝酸染料，炸药，医药，有机合成，塑料，合成纤维，石油化工等工业产品的重要原料，合成氨在国民经济中占据十分重要的地位。

合成氨的历史发展

1900年法国化学家勒夏特列在平衡移动基础上理论计算，认为氮气和氢气可以在高压条件下直接合成氨气，但是实验过程发生爆炸，放弃了这个合成研究工作。

德国化学家哈伯知难而进，经过了全面的研究和实验，在1908年在实验室用氮气和氢气在600℃，200个大气压的条件下合成氨，产率只有8%。这个是合成氨工业的重大突破。

哈勃于1909年提出了工业氨合成方法，即“循环法”，这是目前工业普遍采用的直接合成法。经过近百年的发展，合成氨技术趋于成熟，形成了一大批各有特色的工艺流程，但都是由三个基本部分组成，即原料气制备过程、净化过程以及氨合成过程反应过程中为解决氢气和氮气合成转化率低的问题，将氨产品从合成反应后的气体中分离出来，未反应气和新鲜氢氮气混合重新参与合成反应。合成氨反应式如下：

N2+3H2=2NH3

根据哈伯的工艺流程，德国当时最大的化工企业——巴登苯胺和纯碱制造公司，组织了以化工专家波施为首的工程技术人员将哈伯的设计付诸实施。工程师们改进了哈伯所使用的催化剂，两年间，他们进行了多达6500次试验，测试了2500种不同的配方，最后选定了含铅镁促进剂的铁催化剂。开发适用的高压设备也是工艺的关键，当时能受得住200个大气压的低碳钢，却害怕氢气的脱碳腐蚀。波施想了许多办法，最后决定在低碳钢的反应管子里加一层熟铁的衬里，熟铁虽没有强度，却不怕氢气的腐蚀，这样总算解决了难题。哈伯的合成氨设想终于在1913年得以实现，一个日产30吨的合成氨工厂建成并投产。合成氨生产方法的创立不仅开辟了获取固定氮的途径，更重要的是这一生产工艺的实现对整个化学工艺的发展产生了重大的影响。鉴于合成氨工业生产的实现和它的研究对化学理论发展的推动，1918年诺贝尔化学奖授予了德国化学家哈伯。

到20世纪30年代初，合成氨已经成为世界上广泛采用的制氨

方法。20世纪70年代以来，合成氨的生产不仅促进了如高压、低温、原料气制造、气体净化、特殊金属冶炼以及催化剂研制等方面的发展，还对一些化学合成工业，如尿素、甲醇和高级醇、石油加氢精制、高压聚合等起了巨大的推动作用

50年代，天然气、石油资源得到大量开采，由于以甲烷为主要组分的天然气便于输送，适于加压操作，能降低氨厂投资和制氨成本，在性能较好的转化催化剂、耐高温的合金钢管相继出现后，以天然气为原料的制氨方法得到广泛应用。接着，抗积炭的石脑油蒸汽转化催化剂研制成功，缺乏天然气的国家采用了石脑油为原料。60年代以后，又开发了重质油部分氧化法制氢。到1965年，焦、煤在世界合成氨原料中的比例仅占 5.8％。从此，合成氨工业的原料构成由固体燃料转向以气、液态烃类燃料为主的时期。由于高压设备尺寸的限制，50年代以前，最大的氨合成塔能力不超过日产200t氨，60年代初不超过日产400t氨。随着由汽轮机驱动的大型、高压离心式压缩机研制成功，为合成氨装置大型化提供了条件，大型合成氨厂的数目也逐年增多。合成氨厂大型化通常指规模

现代氨合成流程采用离心式压缩机。出塔气体先经过锅炉给水预热器，回收一部分热能后再通过换热器，将进塔的气体加热到130～140℃。出塔气体进一步通过水冷却器，冷交换器，第一、第二氨冷凝器,冷却到0℃以下，大部分氨冷凝下来。在氨分离器中将液氨分离后，循环气经冷交换器进入压缩机，与新鲜气混合，再经换热，最后进入氨合成塔。如此循环操作，进行生产。为了回收循环气中弛放的氢气，近年来工业上开发了膜分离、变压吸附和深冷分离三种方法，有的氨厂已经采用

合成氨的主要步骤

氨气是是由氮气和氯气在高温高压条件下催化反应合成的。合成氨的主要是三个步骤。

（1）造气：即制备含有氢，氮的原料气。

（2）净化：不论采用何种原料和何种方法造气，原料气中对合成氨反应过程的有害的各种杂质，必须采用适当的方法去

除这些杂质。

（3）压缩和合成：将合格的氮，氢混合气压缩到高压，在铁催化剂的存在下合成氨。

氢气常用含有烃类的焦炭，无烟煤，天然气，重油等各种燃料与水蒸气作用的方法来制取。氮气则可将空气液化分离而得，或使空气通过燃烧，除去氧气及其燃烧生成而制得。

合成氨的主要设备

造气机，压缩机，铜洗，合成塔，转化炉，锅炉，反应器。

而一段转化炉，二段转化炉，整个转化炉约占全厂投资的30%。

我国合成氨发展

我国的合成氨工业起步的相对比较晚。我国的合成氨工业起步于20世纪30年代。我国化学工业的发展是从建设中型

氮肥厂开始的一个是由著名爱国实业家范旭东先生创办的南京永利化学工业公司铔厂——永利宁厂，现南京化学工业公司的前身；另一个是日本占领东北后在大连开办的满洲化学工业株式会社。其最高年产量不过50KT。另外，上海吴蕴初的天原还有一套电解水制氢生产合成氨、硝酸的小型车间(32年吴蕴初访问Du pont购买的一套日产4t液氨的合成氨中试装置)。整个合成氨生产从业人员约3400人，技术人员150人。解放后，

新中国成立以后，经过数十年的努力，己形成了遍及全国的、完整的合成氨工业布局。我国拥有多种原料、不同流程的大、中、小型合成氨厂1000多个。1999年我国合成氨产量为34.5Mt，列世界第一。

20世纪70年代是世界合成氨工业大发展时期。由于大型合成氨的优越性，1972年我国作出了引进大型合成氨装置的决定。73年开始，首批引进了13套年产30万吨大型合成氨成套装置(其中10套为天然气为原料，建在川化、泸天化、云南、贵州等地)。为了扩大原料范围，78年又第二批引进了4套年产30万吨合成氨装置。20世纪90年代，又先后引进了14套具有20世纪90年代先进水平的大型合成氨成套装置，从而掌握了世界上几乎所有的先进工艺和技术。

同时从20世纪70年代起，我国开始了大型合成氨成套装置的自行设计、自行制造工作，第一套年产30万吨的合成氨装置于80年在上海建成投产。特别是于90年代初在川化建成投产的年产20万吨合成氨装置达到了当时的国际先进水平。2005年中国氨产量为4596万吨，2006年中国合成氨产量为4937.9万吨，2007年中国合成氨产量已超过5000万吨，从1994年后中国合成氨产量位列世界第一。

合成氨工艺的发展前景

根据合成氨技术发展的情况分析估计未来合成氨的基本生产原理将不会出现原则性的改变其技术发展将会继续紧密围绕降低生产成本,提高运行周期改善经济性的基本目标进一步集中在“大型化低能耗结构调整、清洁生产、长周期运行等方面进行技术的研究开发。

大型化、集成化、自动化,形成经济规模的生产中心、低能耗与环境更友好将是未来合成氨装置的主流发展方向。

实施和环境友好的清洁生产时未来合成氨装置的必须和唯一的选择。生产过程中不生产或很少生产副产品、废物,实现或接近"零排放"的清洁生产技术将日趋成熟和不断完善。

提高生产运转的可靠性,延长运行周期是未来合成氨装置“

改善经济性、增强竞争力”的必要保证。有利于“提高装置生产运转率、