合成氨生产工艺讲义

组成 59.2 4.0
3.2
0.8 7.5 22.3 3.0
微 量
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（2）杂质（焦炉气杂质较多）
项目 H2S NH3 粗苯 焦油+尘
萘
HCN
有机 硫
总硫
含量
(mg/N 1000 100 4000
156
300 500 500 1500
m3)
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❖ 五、本装置生产规模（设计值）
❖ 合成氨产能 12万吨/年 （日产量360.36吨）
❖ 压力3.75Mpa（G）焦炉气送入转化工序，先进 入饱和塔被工艺水饱和增湿，然后经加热炉，再 进入转化炉，在此引入来自空分的氧气。氧气在 炉内燃烧掉一部分CH4，放出热量供转化反应。 出转化炉的焦炉气中残余的CH4已经很少了。
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接下去的中温变换和低温变换（简称中变
和低变），各自在不同的温度下使气体中的
❖ 氨不仅对发展农业有着重要的意义，而且也 是重要的工业原料，广泛用于制药、炼油、 合成纤维、合成树脂等工业部门。
❖ 将氨硝化可制成硝酸。硝酸用来制造氮肥， 也是生产炸药、染料等产品的化工原料。
❖ 液氨是常用的冷冻剂。 ❖ 所以，氨是基本化工的产品之一，在国民经
济中占有十分重要的地位。
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三、合成氨的生产过程
合成氨生产工艺及 其试车和开车
吴云龙
2010年3月
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讲课内容目录
第一部分 合成氨生产工艺流程和操作原理简介 第二部分 合成氨装置化工试车 第三部分 合成氨装置原始开车
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第一部分
合成氨生产工艺流程和操作原理简介
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第一节 概 述
一、氨的生产简史
世界上第一个研究成功合成氨技术的科学 家是德国巴斯夫荷技术大学的哈伯教授，他在 1901年开始研究氢与氮直接合成氨的研究， 1908年在实验室研究取得成功。
哈伯完成了合成氨的基础研发工作，布什 实现了合成氨的工业化。两人密切合作， 1913年9月9日世界上第一座工业化的合成氨 工厂在德国建成投产，氨厂的生产能力为 30t/d。所以，合成氨工业的发展史迄今将近 100年。
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二、氨的性质和用途
1、氨的性质
氨为无色透明、有强烈刺激臭味的气体， 能灼伤皮肤、眼睛、呼吸器官粘膜。
来自脱碳的工艺气，首先按氢氮比约为3：1
配入来自空分的氮气，然后进入甲烷化工序，把
工艺气中残余的少量CO2和CO经甲烷化反应变 成水蒸气和CH4。水蒸气经过冷凝排出，而CH4 对后续工序是无害的惰性气体。
脱碳和甲烷化合称净化，即把粗原料气净化
为合成氨所需要的纯净的氢氮混合气。
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氢氮混合气用合成气压缩机压缩到 14.1Mpa（G），送入合成塔进行合成氨反应。 由于气体一次通过合成塔后只能有10～20%的 氢氮气反应，因此需要将出塔气冷却，使产品 氨冷凝分离出。未反应的气体重新送回合成塔。
❖ 1、包括三个主要步骤
⑴造气 ⑵净化 ⑶合成
❖ 2、氨合成化学反应式：
3H2+N2 = 2NH3 无论以煤、天然气、轻油等为原料，制备的 粗合成气都必须要经过净化，除去H2、N2外 的其他杂质气体，获得纯净的氢氮混合气。
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四、以焦炉气为原料制氨
1、焦炉气定义：焦炉气是在煤炼焦过程中进行干 馏所产生的煤气。
CO与水蒸气反应，生成等量的CO2和H2,从 而提供了更多的作为合成氨原料的氢气。这
个反应叫做变换反应。
以上转化工序和变换工序构成了合成氨装 置的造气系统，制出了合成氨所用的粗原料 气，主要成分是H2和CO2
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粗原料气进入脱碳工序，在这里用一种
MDEA溶液把气体中的CO2吸收掉，随后又使溶 液加热并减压，把CO2释放出作为副产品。溶液 循环使用。
❖ 年操作时间 333天
❖ 年操作时数 8000小时
（小时产量15吨）
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第二节
❖ 本装置合成氨工艺全流程、装置特点和催化 剂知识简介
❖ 一、本装置合成氨工艺全流程方块示意图如 下：
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❖ 说明：
❖ 来自焦化装置的焦炉气送入合成氨装置界区后， 首先经过电捕焦油器和脱硫工序，脱除焦炉气中 的焦油、尘及硫化物后，送至转化工序。在这过 程中，焦炉气用焦炉气压缩机压缩3.75Mp（G）。
哈伯经研究发现：氨的合成转化率非常小， 只有把高压的气体进行循环并将生成的氨在高 压下除去，氨合成的技术方法是可行的。哈伯 的这一著名的“循环法”专利一直被应用到现 今的合成氨厂。
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德国的巴斯夫（BASF）公司对哈伯的氨 合成研究很感兴趣，购买了哈伯的专利，并 授予布什伟氨合成工业化项目的负责人。
❖ 干 馏：在隔绝空气的条件下，将煤、木材、 油母页岩等固体加热至高温，使其分解的过程， 叫做干馏。
❖ 如煤的干馏，得到焦炭、煤焦油、焦炉气、粗 氨水和粗苯等，因此，干馏是一个伴随物理变 化和化学变化的复杂过程。是固体燃料的热化 学加工方法。
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2、本装置原料焦炉气的主要成分
（1）组成
项目 H2 CO2 CmHn O2 N2 CH4 CO Ar
氨的密度为0.771Kg/Nm3 ，液氨的比重 0.667（20℃），液氨挥发性很强、气化热较 大。
氨极易溶于水，可生产含氨15～30% （重量）的商品氨水，氨溶解时放出大量的 热。氨的水溶液呈弱碱性，易挥发。
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液氨或干燥的氨气对大部分物质没有腐 蚀性，但在有水的条件下，对铜、银、锌等 金属有腐蚀作用。
氨的自燃点630℃，在空气中燃烧分解 为氮和水。氨与空气遇火能爆炸，在常压常 温下氨的爆炸范围为15.5～28%，或13.5～ 82%（在氧气中）。
氨是活泼性化合物，与酸作用生成盐
类。例如，氨与硝酸作用生成硝酸铵，与二
氧化碳作用生成氨基甲酸铵，然后脱水生成
尿素。
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❖ 2、氨的用途
❖ 氨主要用于农业。除氨本身就可作为化肥外， 几乎所有的氮肥、复合肥料都离不开氨。
为提供分离产品氨所需要的冷源，专门设有 冷冻工序，以氨作为冷冻介质循环使用。
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以上所述工艺流程大体上可分为造气、净 化和合成三个部分。此外，但凡有生产余热 可利用之处，都安排有热回收设备，构成了 全厂的热回收系统，穿插于各个工艺工序之 内。
另外，为合成氨主体装置正常运行配套的 空分、循环冷却水、除盐水、仪表空气等公 用工程设施，都未画入合成氨装置全流程方 块示意图内。
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❖ 二、本装置的特点
❖ 1.单系列生产。关键的设备基本上都是只有一台。 这样就节省了投资，简化了操作。