合成氨生产工艺简介

2．氨合成理论基础
从化学工艺的角度看其核心是反应过程工艺条件的 确定，而确定反应的最佳工艺条件，需先从事反应热 力学和动力学的研究。 （1）氨合成反应的热效应 氢气和氮气合成氨是放热，体积缩小的可逆反应， 反应式如下：
0.5N2＋1.5H2==NH3
ΔHӨ298=－46.22 kJ·mol-1
其反应热不仅与温度有关，还与压力和组成有关。合 成塔内压力一般都在30MPa左右。
西北工程部兰州工程中心
姓名：葸国隆 工号：040908 2012年6月

简要介绍氨的用途及合成氨的一些理 论基础。 重点介绍氨的生产过程及合成氨的工 艺流程。
简要介绍HOLLiAS-MACS针对合成氨 工业集散控制的解决方案。



氨的用途及合成氨 的理论基础
1．概述
一. 合成氨简介
（1）合成氨工业的重要性 合成氨工业是基础化学工业的重要组成部分，有十 分广泛的用途。 氨可生产多种氮肥,如尿素、硫酸铵、硝酸铵、碳酸 氢铵等；还可生产多种复合肥，如磷肥等。 氨也是重要的工业原料。基本化学工业中的硝酸、 纯碱及各种含氮无机盐; 有机工业各种中间体，制药中 磺胺药物，高分子中聚纤维、氨基塑料、丁腈橡胶、 冷却剂等。 国防工业中三硝基甲苯、硝化甘油、硝化纤维等
（2）催化剂 以铁为主的催化剂(铁系催化剂)有催化
活性高、寿命长、活性温度范围大、价廉易得、抗毒
性好等特点，广泛地被国内外合成氨厂家采用。 催化剂的活性成分是金属铁，而不是铁氧化物。
使用前用氢氮混合气对催化剂还原，使铁氧化物还
原为具有较高活性的a型纯铁。还原反应方程式为：
FeO·Fe2O3＋4H2==3Fe＋4H2O
（2）变换 用煤或烃生产出的气体都含有相当量的 CO ，如固体燃料制得的半水煤气含 28 ％－ 31 ％，气
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体烃蒸汽转化法含 15％～18％，重油气化法含46％左
右。 CO 对氨合成催化剂有毒害，必须除去。变换利 用水蒸气把 CO 变换为 H2 和易清除的 CO2 ，同时又制 得了所需的原料气H2。其反应为： CO + H2O(g)= CO2 + H2 Δ H0= -41 kJ·mol-1 温度、反应物组成及催化剂性能都是影响平衡 转化率的因素。
…… …
IO 模 块
管理站 管理站 操作站
操作站 操作站
工程师站 历史站和 系统服务器
MNET管理 网（可选）
冗余双星型网络
网关
HSIE－HollySys Industrial Ethernet 和利时工业以太网
SNET系统网
CNET控制网
……
PA 现场总线仪表 直接接入系统
MAX 15个
网桥模块
A12O3在催化剂中能起到保持原结构骨架作用，从而
防止活性铁的微晶长大，增加了催化剂的表面积， 提高了活性。

氨的生产过程及合 成氨的工艺流程 。
二. 氨的生产过程
1.造气
固体燃料气化法 把煤或焦炭中的可燃物质转变 为 H2 、 CO 和 CO2 ，这一过程叫做固体燃料气化， 简称造气。 气化所得的气体统称煤气，进行气化的设备叫煤 气发生炉。 采用间歇法造气时，空气和蒸汽交替通入煤气发 生炉。通入空气的过程称为吹风，制得的煤气叫 空气煤气；通入水蒸气的过程称为制气，制得的 煤气叫水煤气；空气煤气与水煤气的混合物称为 半水煤气。
PA/DP
其他现场总线仪表通过网桥接入系统
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（2）合成氨的原料及原则流程 合成氨的原料是氢气和氮气。氮气来源于空气，可 以在制氢过程中直接加入空气，或在低温下将空气
液化、分离而得；氢气来源于水或含有烃的各种燃
料。工业上普遍采用的是以焦炭、煤、天然气、重
油等燃料与水蒸气作用的气化方法。 （3）合成氨生产的原则流程如图示。
合成氨过程由许多环节构成，氨合成反应过程是整 个工艺过程的核心。
粉煤 漏斗
中间 储煤 槽
储煤槽
发生炉
上部储灰槽
下部储灰槽
低温分离器
脱气槽
2.净化
脱硫，变换，脱碳, 气体的精制（甲烷化）. （1）脱硫 主要是H2S,其次是CS2,COS,还有一些 有机硫。其含量取决于原料的含硫量及加工方法.
以煤为原料，原料气中H2S含量一般为2～3g·m3，有的高达20～30g·m-3。
温度85～100℃时，气体中的 CO2可从 20～28%降至 0.2%～0.4％；解吸压强为10～30kPa，温度105～ 110℃,用热碱脱除CO2时，也脱除了微量的H2S。
（4）甲烷化 是把 CO、CO2转化为对氨合成无害的 CH4，主要反应是
CO + 3H2＝CH4 + H2O
CO2 + 4H2=CH4 + 2H2O
甲烷化法镍为主的催化剂作用下，在 280～ 380℃及压强 0.6～3MPa下进行甲烷化反应。此法将
气体中碳化物总量降低到10μ g·g-1。
3.压缩
4.合成
5.提氢
6.蒸氨
7.冷冻
8.成品

HOLLiAS-MACS针对 合成氨工业集散控制 的解决方案
HOLLiAS-MACS控制网络框架
化学吸收是用氨水、有机胺或碳酸钾的碱性溶
液为吸收剂，利用CO2能与溶液中的碱性物质进行化 学反应而将其吸收。大中型厂多采用改良热碱法， 此法以K2CO3水溶液为吸收液，并添加少量活化剂如 氨基乙酸或乙二醇胺。吸收解吸反应如下： K2CO3 + CO2 + H2O = 2KHCO3
当吸收液中添加氨基乙酸，吸收压强2～3MPa、
脱气槽
（3）脱碳 变换气中含有大量的CO2(15％一35％)， 对原料气的精制及氨合成不利。
脱除CO2的方法很多，工业上常用的是溶液吸
收法，分为物理吸收和化学吸收两种。
物理吸收是利用 CO2 能溶于水和有机溶剂的特
点。常用的有加压水洗、低温甲醇洗涤等。如在 3MPa 、 -30— -70℃下，甲醇洗涤气体后气体中的 CO2可以从 33％降到10μ g·g-1，脱碳十分彻底。
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IO 模 块
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…
IO 模 块
二级总线
系 统 总 线
IO 模 块
通 讯 卡 件
IO IO 模 模 块 块
二级总线
传统的设计 其他厂家也只做到 主控到机笼通讯卡 双DP，模块级没有 双DP。
…… …
IO IO 模 模 块 块
和利时的设计 每个I/O模块是一个独立的冗 余DP从站通讯单元，无需通 讯卡转换，不仅系统总线冗余， 背板上总线也是冗余的，
0＃域 空分 1＃域 气化 2＃域 脱硫、除尘 3＃域 脱碳
送 管 理 网
调度 中心
4＃域 压缩
8个子工程构成的母工程
网 关
7＃域 污水
5＃域 合成
6＃域 循环水
冗余DP是 和利时的创新: 和利时每个I/O 模块都具有双 DP收发器。是 模块级的冗余 DP
系 统 总 线
通 讯 卡 件
IO IO 模 模 块 块