合成氨

目录

前言 (2)

第一章总论 (4)

1.1生产方法论述 (5)

1.2氨合成催化剂的使用 (7)

第二章氨合成工艺 (8)

2.1氨合成工艺流程叙述 (8)

2.2主要设备特点 (9)

2.2.1氨合成塔(R1801) (9)

第三章冷冻工艺流程说明 (10)

3.1冷冻工艺流程叙述及简图 (11)

第四章自动控制 (12)

4.1控制原则 (12)

4.2 仪表选型..................................................... .. (12)

第五章安全技术与节能 (13)

5.1 生产性质及消防措施 (13)

5.1.1生产性质............................................................................... .13 5.1.2消防措施. (14)

5.2节能措施 (15)

参考文献 (16)

致谢 (17)

前言

在常温常压下，氨是有强烈刺激臭味的无色气体，氨有毒，且易燃易爆，空气中含氨0.5％，在很短时间内即能使人窒息而死，含氨0.2％，在几秒钟内灼烧皮肤起泡，含氨0.07％，即会损伤眼睛。氨的燃点150℃，在空气中的爆炸范围为16％～25％（体积）。

在标准状态下氨的密度0.771克/升，沸点－33.35℃，熔点（三相点）－77.75℃，气态氨加热到132.4℃以上时，在任何压力下都不会变成液态，此温度称为氨的临界温度。

氨极易溶于水，在常温常压下1升水约可溶解700升氨，氨溶于水时放出大量的热氨易与许多物质发生反应，例如：在催化剂的作用下能与氧反应生成NO与CO2反应生成氨基甲酸铵，然后脱水生成尿素。

氨还可与一些无机酸（如硫酸、硝酸、磷酸）反应，生成硫酸铵、硝酸铵、磷酸铵等。除了化肥工业以外，氨在工业上主要用来制造炸药和化学纤维及塑料。氨还可以用作制冷剂，在冶金工业中用来提炼矿石中的铜、镍等金属，在医药工业中用做生产磺胺类药物、维生素、蛋氨酸和其他氨基酸等。

氨是在1754年由普利斯特里（Priestly）加热氯化铵与石灰而制得。氯化铵又名卤砂（Sal Ammoniac），故新物质因而命名为Ammoniac（阿摩尼亚）。1784年伯索雷特（C.L.Berthollet）证实氨是由氮与氢所组成，并确定了这两种元素的大致比例。19世纪的后半期，由于物理化学的全面发展，使得氨的生成反应得以系统研究。世界上第一个研究成功合成氨技术并付诸实施的是哈伯（Fritz Haber）教授，他完成了合成氨的基础开发工作。而巴斯夫公司

的布什（Carl Bosch）实现了合成氨的工业化。所以这一生产方法被称之为“哈伯—布什法”1913年9月9日世界上第一座工业化的合成氨工厂建成投产。合成氨工业已有九十多年的历史，但氨合成基本方法没有原则的改变，通常在高压10～100MPa，高温（300～500℃）及熔铁催化剂作用下将氢、氮气合成为氨。由于氢氮气一次通过合成塔的反应过程只有少部分（约20％）合成为氨，因此反应后的气体混合物经过水冷、氨冷、冷凝出产品液氨后，再补充一部分新鲜氢氮气，经加压又送回合成塔，构成循环回路。

目前国内外合成氨装置工业化生产中，具有代表性的氨合成回路有：凯洛格、托普索、卡萨利、布朗、AMV流程。各流程主要区别于合成塔的内件设计结构有所差异和热量回收方式不同。锦疆化工有限公司氨合成装置采用的是卡萨利专利技术，氨合成塔内件由卡萨利公司设计制造，塔外筒由国内南京化学工业公司化机械厂制造。装置生产能力为日产1350吨循环利用。

第一章总论

奎屯锦疆化工有限公司煤化工项目，已经新疆生产建设兵团发改委、国家环保部批准，项目总投资人民币23亿元，注册资本金6.9亿元，杭州锦江集团和农七师各出资50％。项目投产后将达到年产30万吨合成氨、52万吨尿素的生产规模，项目力争2011年10月投产。

全厂工艺流程框图

1.气化装置

采用的美国GEGP公司的水煤浆气化工艺技术，将制备好的水煤浆和来自空分装置的

纯氧送入气化炉内反应，生成粗合成气（H2、CO、CO2及水蒸汽等的混合物）。

2、一氧化碳变换

采用耐硫变换流程，脱除粗合成气中的一氧化碳

CO +H2O↑≒CO2+H2 △H0298=-41.19KJ/mol

3、低温甲醇洗

一氧化碳变换后的变换气中除了含有氨合成反应所需的氢气、氮气外，还有一氧化碳、二氧化碳、硫化氢、硫氧化碳等成份。这些氧化物和硫化物既是氨合成触媒的毒物，同时二氧化碳又是生产尿素的原料，而一氧化碳、硫化物又可进一步回收利用，所以需要对它们分别进行脱除和回收。

本装置采用的大连理工大学六塔工艺流程。经甲醇洗涤塔、CO2解析塔、H2S浓缩塔、热再生塔、甲醇/水份离塔、尾气水洗塔回收硫化物及为尿素装置输送合格的原料气二氧化碳。

4、液氮洗

低温甲醇洗装置来的净化气中还含有对氨合成反应不利的一氧化碳及微量的二氧化碳、水、甲醇等杂质。本单元需要对他们分别进行脱除，完成合成气的最终精制。

5、氨合成及冷冻

氨合成装置采用的是卡萨利专利技术，从液氮洗装置来的新鲜合成气在氨合成塔中部分合成，再通过冷冻装置使出合成塔气体中的氨与未反应的氢氮气分离（1）向氨合成回路一、二级氨冷器提供所需冷冻液氨。（2）向低温甲醇洗装置氨冷器提供所需冷冻液氨。（3）向尿素装置输送产品液氨（热氨20℃）。（4）向氨贮存装置输送产品液氨（冷氨-33℃）

6、尿素装置

1.1生产方法论述

从液氮洗装置来的新鲜合成气在氨合成塔中部分合成。但是，此反应是一个可逆反应，有其固有的特点，即反应达到化学平衡时，在合成塔中也不能将原料一次全部转化为氨，也就是说，在实际生产中，每次反应只有部分原料转化为氨，因此从氨合成塔出来的物料中，除了合成得到的氨外，还有H2、N2与氨留在工艺气中。为了回收利用未反应的H2与N2，同时能顺利地得到产品液氨，必须将未反应的氢氮送入合成塔。围绕着如何高效率地在氨合成塔合成氨，选择好的合成氨催化剂和合成塔。

1.2氨合成催化剂的使用

氨合成催化剂粒度大小对活性和床层阻力均有影响，小粒度催化剂的使用正受到工业上的注意，它的主要优点是活性高，亦即对于同样生产规模，可减少用量，其原因之一是粒度愈大，反应物分子（N2、H2）不易深入到核心部分，因此这部分催化剂的作用不能发挥，平均表观活性降低了，这种现象叫做催化剂的内扩散。另一个原因是，催化剂在使用前的还原是从外往里的，而还原时释放出来的水份对已还原的催化剂是一种毒物，这样一来，一个颗粒的已还原的外壳反复受到从内部逸出的水份的冲刷，自然也使其固有活性下降，小颗粒催化剂在这方面受影响也轻。

小颗粒催化剂的活性虽高，但气体流过床层的阻力降增大了，解决这一矛盾的一个有效是用径向合成塔或轴、径向合成塔，由于气体径向流动气体流通面积较大，气速减慢，路程变短，从而弥补了阻力降较大的缺点。

预还原型合成氨催化剂正日益受到人们的重视，这种催化剂在制造厂就进行了还原，然后再经稳定处理，即在颗粒之外形成一薄层氧化铁膜，吸收的