合成氨生产工艺及其意义.pdf

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1、1 论文名称合成氨生产工艺及其意义2 摘要氨是重要的无机化工产品之一，合成氨工业在国民经济中占有重要地位。除液氨可直接作为肥料外，农业上使用的氮肥，例如尿素、硝酸铵、磷酸铵、氯化铵以及各种含氮复合肥，都是以氨为原料的。合成氨是大宗化工产品之一，世界每年合成氨产量已达到1 亿吨以上，其中约有80%的氨用来生产化学肥料，20%作为其它化工产品的原料。我国合成氨装置很多，但合成氨装置的控制水平都比较低，大部分厂家还停留在半自动化水平，靠人工控制的也不少，普遍存在的问题是：能耗大、成本高、流程长，自动控制水平低。这种生产状况下生产的产品成本高，市场竞争力差，因此大部分化肥行业处于低利润甚至处于亏损状态

2、。为了改变这种状态，除了改变比较落后的工艺流程外，实现装置生产过程优化控制是行之有效的方法。合成氨生产装置是我国化肥生产的基础，提高整个合成氨生产装置的自动化控制水平，对目前我国化肥行业状况，只有进一步稳定生产降低能耗，才能降低成本，增加效益。而实现合成氨装置的优化是投资少、见效快的有效措施之一。合成氨装置优化控制的意义是提高整个合成氨装置的自动化水平，在现有工艺条件下，发挥优化控制的优势，使整个生产长期运行在最佳状态下，同时，优化系统的应用还能节约原材料消耗，降低能源消耗，提高产品的合格率，增强产品的市场竞争能力。关键字合成氨农业化学肥料意义文档编码:CO6Q1L2U9P10 HX7A6Y6

3、G8G4 ZN1I6M8H3E8文档编码:CO6Q1L2U9P10 HX7A6Y6G8G4 ZN1I6M8H3E8文档编码:CO6Q1L2U9P10 HX7A6Y6G8G4 ZN1I6M8H3E8文档编码:CO6Q1L2U9P10 HX7A6Y6G8G4 ZN1I6M8H3E8文档编码:CO6Q1L2U9P10 HX7A6Y6G8G4 ZN1I6M8H3E8文档编码:CO6Q1L2U9P10 HX7A6Y6G8G4 ZN1I6M8H3E8文档编码:CO6Q1L2U9P10 HX7A6Y6G8G4 ZN1I6M8H3E8文档编码:CO6Q1L2U9P10 HX7A6Y6G8G4 ZN1I6M8H

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10、.4 氨合成.73.2 影响合成氨的因素.73.2.1 温度对氨合成反应的影响.73.2.2 压力对氨合成反应的影响.73.2.3 空速对氨合成反应的影响.73.2.4 氢氮比对氨合成反应的影响.8四.合成氨工艺流程图.8五研究现状.8六.发展趋势.96.1 原料路线的变化方向.96.2 节能和降耗.10 6.3 产品联合生产.10 7.1 合成氨对农业的意义.10 7.1.1 提高粮食产量.10 7.1.2 提高土壤肥力.10 7.1.3 发挥良种潜力.11 7.1.4 补偿耕地不足.11 7.2 合成氨对工业生产的意义.11 7.3 合成氨对其他行业的意义.12 致谢.13 参考文献.14

11、 文档编码:CO6Q1L2U9P10 HX7A6Y6G8G4 ZN1I6M8H3E8文档编码:CO6Q1L2U9P10 HX7A6Y6G8G4 ZN1I6M8H3E8文档编码:CO6Q1L2U9P10 HX7A6Y6G8G4 ZN1I6M8H3E8文档编码:CO6Q1L2U9P10 HX7A6Y6G8G4 ZN1I6M8H3E8文档编码:CO6Q1L2U9P10 HX7A6Y6G8G4 ZN1I6M8H3E8文档编码:CO6Q1L2U9P10 HX7A6Y6G8G4 ZN1I6M8H3E8文档编码:CO6Q1L2U9P10 HX7A6Y6G8G4 ZN1I6M8H3E8文档编码:CO6Q1L2

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18、肥料，液氨含氮82.3%，一些国家已大规模直接施用液氨。可见，合成氨工业是氮肥工业的基础，对农业增产起着十分重要的作用。解放前中国只有两家规模不大的合成氨厂，解放后合成氨工业有了迅速发展。1949 年全国氮肥产量仅0.6 万吨，而 2009 年达到 7021.9 万吨，成为世界上产量最高的国家。中国引进了一批年产30 万吨氮肥的大型化肥厂设备。中国自行设计和建造的上海吴泾化工厂也是年产30 万吨氮肥的大型化肥厂。这些化肥厂以天然气、石油、炼油气等为原料，生产中能量损耗低、产量高，技术和设备都很先进。改革开放以来，我国合成氨工业发展很快，产量不断增加，在原料气制造方面，基本掌握了煤、油、气不同原

19、料的气化技术。为了满足我国社会主义建设发展的需要，在发展煤炭加工业的同时，还积极开发石油和天然气资源，开展综合利用，逐步扩大了合成氨工业的原料来源。近年来，由于透平式离心压缩机和电子计算机自动控制等新技术的应用，使我国合成氨工业朝现代化方向迈进了一步。但是，单位氨产量的能量消耗、劳动生产率等方面和工业发达国家相比仍有较大差距。但是人均的化肥产量（吨/人年）和单位种植面积施肥量仍然较低。合成氨的工业的迅速发展，也促进了高压、催化、特殊金属材料、固体燃料气化、低温等科学技术的发展。同时尿素的甲醇的合成、石油加氢、高压聚合等工业，也是在合成氨工业的基础上发展起来的。所以合成氨工业在国民经济中占有十分

20、重要的地位，氨及氨加工工业已成为现代化学工业的一个重要部门。1.1 物理性质无色气体,有刺激性恶臭味。分子式 NH3。分子量 17.03。相对密度 0.7714g/l。熔点-77.7。沸点-33.35。自燃点651.11。蒸气密度0.6。蒸气压1013.08kPa(25.7)。1.2 化学性质蒸气与空气混合物爆炸极限1625%(最易引燃浓度 17%)。氨在 20水中溶解度34%,25时,在无水乙醇中溶解度10%,在甲醇中溶解度 16%,溶于氯仿、乙醚,它是许多元素和化合物的良好溶剂1。水溶液呈碱性,0.1N 水溶液 PH值为 11.1。液态氨将侵蚀某些塑料制品,橡胶和涂层。文档编码:CO6Q1

21、L2U9P10 HX7A6Y6G8G4 ZN1I6M8H3E8文档编码:CO6Q1L2U9P10 HX7A6Y6G8G4 ZN1I6M8H3E8文档编码:CO6Q1L2U9P10 HX7A6Y6G8G4 ZN1I6M8H3E8文档编码:CO6Q1L2U9P10 HX7A6Y6G8G4 ZN1I6M8H3E8文档编码:CO6Q1L2U9P10 HX7A6Y6G8G4 ZN1I6M8H3E8文档编码:CO6Q1L2U9P10 HX7A6Y6G8G4 ZN1I6M8H3E8文档编码:CO6Q1L2U9P10 HX7A6Y6G8G4 ZN1I6M8H3E8文档编码:CO6Q1L2U9P10 HX7A6

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28、成氨工业产品的用途2.1 氨气用途工业上用氨气来通过氧化制造硝酸，而硝酸是重要的化工原料。还可以制造化肥。2.2 氨水用途a.氨水是实验室重要的试剂b.军事上作为一种碱性消毒剂，用于消毒沙林类毒剂。常用的是10%浓度的稀氨水（密度 0.960），冬季使用浓度则为20%。c.无机工业用于制选各种铁盐。d.毛纺、丝绸、印染等工业用于洗涤羊毛、呢绒、坯布，溶解和调整酸碱度，并作为助染剂等。e.有机工业用作胺化剂，生产热固性酚醛树脂的催化剂。f.医药上用稀氨水对呼吸和循环起反射性刺激，医治晕倒和昏厥，并作皮肤刺激药和消毒药。g.也用作洗涤剂、中和剂、生物碱浸出剂。还用于制药工业，纱罩业，晒图等。三合成

29、氨的生产工艺及影响因素3.1 原料气制备将煤和天然气等原料制成含氢和氮的粗原料气。对于固体原料煤和焦炭，通常采用气化的方法制取合成气；渣油可采用非催化部分氧化的方法获得合成气；对气态烃类和石脑油，工业中利用二段蒸汽转化法制取合成气。净化，对粗原料气进行净化处理，除去氢气和氮气以外的杂质，主要包括变换过程、脱硫脱碳过程以及气体精制过程。文档编码:CO6Q1L2U9P10 HX7A6Y6G8G4 ZN1I6M8H3E8文档编码:CO6Q1L2U9P10 HX7A6Y6G8G4 ZN1I6M8H3E8文档编码:CO6Q1L2U9P10 HX7A6Y6G8G4 ZN1I6M8H3E8文档编码:CO6Q

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34、7A6Y6G8G4 ZN1I6M8H3E8文档编码:CO6Q1L2U9P10 HX7A6Y6G8G4 ZN1I6M8H3E8文档编码:CO6Q1L2U9P10 HX7A6Y6G8G4 ZN1I6M8H3E8文档编码:CO6Q1L2U9P10 HX7A6Y6G8G4 ZN1I6M8H3E8文档编码:CO6Q1L2U9P10 HX7A6Y6G8G4 ZN1I6M8H3E8文档编码:CO6Q1L2U9P10 HX7A6Y6G8G4 ZN1I6M8H3E8文档编码:CO6Q1L2U9P10 HX7A6Y6G8G4 ZN1I6M8H3E8文档编码:CO6Q1L2U9P10 HX7A6Y6G8G4 ZN1

35、I6M8H3E8文档编码:CO6Q1L2U9P10 HX7A6Y6G8G4 ZN1I6M8H3E8文档编码:CO6Q1L2U9P10 HX7A6Y6G8G4 ZN1I6M8H3E8文档编码:CO6Q1L2U9P10 HX7A6Y6G8G4 ZN1I6M8H3E8文档编码:CO6Q1L2U9P10 HX7A6Y6G8G4 ZN1I6M8H3E8文档编码:CO6Q1L2U9P10 HX7A6Y6G8G4 ZN1I6M8H3E8文档编码:CO6Q1L2U9P10 HX7A6Y6G8G4 ZN1I6M8H3E8文档编码:CO6Q1L2U9P10 HX7A6Y6G8G4 ZN1I6M8H3E8文档编码:

36、CO6Q1L2U9P10 HX7A6Y6G8G4 ZN1I6M8H3E86 3.1.1 一氧化碳变换过程在合成氨生产中，各种方法制取的原料气都含有CO，其体积分数一般为12%40%。合成氨需要的两种组分是H2和 N2，因此需要除去合成气中的CO。变换反应如下：CO+H2OH2+CO2=-41.2kJ/mol 0298H 2由于 CO变换过程是强放热过程，必须分段进行以利于回收反应热，并控制变换段出口残余CO含量。第一步是高温变换，使大部分CO转变为 CO2和 H2；第二步是低温变换，将 CO 含量降至 0.3%左右。因此，CO变换反应既是原料气制造的继续，又是净化的过程，为后续脱碳过程创造条件

37、。3.1.2 脱硫脱碳过程各种原料制取的粗原料气，都含有一些硫和碳的氧化物，为了防止合成氨生产过程催化剂的中毒，必须在氨合成工序前加以脱除，以天然气为原料的蒸汽转化法，第一道工序是脱硫，用以保护转化催化剂，以重油和煤为原料的部分氧化法，根据一氧化碳变换是否采用耐硫的催化剂而确定脱硫的位置。3工业脱硫方法种类很多，通常是 采用物 理 或化学 吸收的方法，常用 的有低温甲醇洗(Rectisol)、聚乙二醇二甲醚法(Selexol)等。原料气经 CO变换以后，变换气中除H2外，还有 CO2、CO 和 CH4等组分，其中以 CO2含量最多。CO2 既是氨合成催化剂的毒物，又是制造尿素、碳酸氢铵等氮肥的

38、重要原料。因此变换气中CO2的脱除必须兼顾这两方面的要求。一般采用溶液吸收法脱除CO2。根据吸收剂性能的不同，可分为两大类。一类是物理吸收法，如低温甲醇洗法(Rectisol)，聚乙二醇二甲醚法(Selexol)，碳酸丙烯酯法。一类是化学吸收法，如热钾碱法，低热耗本菲尔法，活化MDEA法，MEA 法等。3.1.3 气体精制过程经 CO变换和 CO2脱除后的原料气中尚含有少量残余的CO和 CO2。为了防止对氨合成催化剂的毒害，规定CO和 CO2总含量不得大于 10cm3/m3(体积分数)。因此，原料气在进入合成工序前，必须进行原料气的最终净化，即精制过程。目前在工业生产中，最终净化方法分为深冷分

39、离法和甲烷化法。深冷分离法主要是液氮洗法，是在深度冷冻(-100)条件下用液氮吸收分离少量CO，而且也能脱除甲烷和大部分氩，这样可以获得只含有惰性气体100cm3/m3以下的氢氮混合气，深冷净化法通常与空分以及低温甲醇洗结合。甲烷化法是在催化剂存在下使少量 CO、CO2与 H2反应生成 CH4和 H2O的一种净化工艺，要求入口原料气中碳的氧化物含量(体积分数)一般应小于0.7%。甲烷化法可以将气体中碳的氧化物(CO+CO2)含量脱除到 10cm3/m3以下，但是需要消耗有效成分H2，并且增加了惰性气体 CH4的含量。甲烷化反应如下：CO+3H2 CH4+H2O=-206.2kJ/mol 029

40、8H CO2+4H2 CH4+2H2O=-165.1 kJ/mol 0298H 文档编码:CO6Q1L2U9P10 HX7A6Y6G8G4 ZN1I6M8H3E8文档编码:CO6Q1L2U9P10 HX7A6Y6G8G4 ZN1I6M8H3E8文档编码:CO6Q1L2U9P10 HX7A6Y6G8G4 ZN1I6M8H3E8文档编码:CO6Q1L2U9P10 HX7A6Y6G8G4 ZN1I6M8H3E8文档编码:CO6Q1L2U9P10 HX7A6Y6G8G4 ZN1I6M8H3E8文档编码:CO6Q1L2U9P10 HX7A6Y6G8G4 ZN1I6M8H3E8文档编码:CO6Q1L2U9

41、P10 HX7A6Y6G8G4 ZN1I6M8H3E8文档编码:CO6Q1L2U9P10 HX7A6Y6G8G4 ZN1I6M8H3E8文档编码:CO6Q1L2U9P10 HX7A6Y6G8G4 ZN1I6M8H3E8文档编码:CO6Q1L2U9P10 HX7A6Y6G8G4 ZN1I6M8H3E8文档编码:CO6Q1L2U9P10 HX7A6Y6G8G4 ZN1I6M8H3E8文档编码:CO6Q1L2U9P10 HX7A6Y6G8G4 ZN1I6M8H3E8文档编码:CO6Q1L2U9P10 HX7A6Y6G8G4 ZN1I6M8H3E8文档编码:CO6Q1L2U9P10 HX7A6Y6G8

42、G4 ZN1I6M8H3E8文档编码:CO6Q1L2U9P10 HX7A6Y6G8G4 ZN1I6M8H3E8文档编码:CO6Q1L2U9P10 HX7A6Y6G8G4 ZN1I6M8H3E8文档编码:CO6Q1L2U9P10 HX7A6Y6G8G4 ZN1I6M8H3E8文档编码:CO6Q1L2U9P10 HX7A6Y6G8G4 ZN1I6M8H3E8文档编码:CO6Q1L2U9P10 HX7A6Y6G8G4 ZN1I6M8H3E8文档编码:CO6Q1L2U9P10 HX7A6Y6G8G4 ZN1I6M8H3E8文档编码:CO6Q1L2U9P10 HX7A6Y6G8G4 ZN1I6M8H3E

43、8文档编码:CO6Q1L2U9P10 HX7A6Y6G8G4 ZN1I6M8H3E8文档编码:CO6Q1L2U9P10 HX7A6Y6G8G4 ZN1I6M8H3E8文档编码:CO6Q1L2U9P10 HX7A6Y6G8G4 ZN1I6M8H3E8文档编码:CO6Q1L2U9P10 HX7A6Y6G8G4 ZN1I6M8H3E8文档编码:CO6Q1L2U9P10 HX7A6Y6G8G4 ZN1I6M8H3E8文档编码:CO6Q1L2U9P10 HX7A6Y6G8G4 ZN1I6M8H3E8文档编码:CO6Q1L2U9P10 HX7A6Y6G8G4 ZN1I6M8H3E8文档编码:CO6Q1L2

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46、3E8文档编码:CO6Q1L2U9P10 HX7A6Y6G8G4 ZN1I6M8H3E8文档编码:CO6Q1L2U9P10 HX7A6Y6G8G4 ZN1I6M8H3E8文档编码:CO6Q1L2U9P10 HX7A6Y6G8G4 ZN1I6M8H3E8文档编码:CO6Q1L2U9P10 HX7A6Y6G8G4 ZN1I6M8H3E8文档编码:CO6Q1L2U9P10 HX7A6Y6G8G4 ZN1I6M8H3E87 3.1.4 氨合成将纯净的氢、氮混合气压缩到高压，在催化剂的作用下合成氨。氨的合成是提供液氨产品的工序，是整个合成氨生产过程的核心部分。氨合成反应在较高压力和催化剂存在的条件下进行

47、，由于反应后气体中氨含量不高，一般只有10%20%，故采用未反应氢氮气循环的流程。氨合成反应式如下：N2+3H2 2NH3(g)=-92.4kJ/mol 3.2 影响合成氨的因素3.2.1 温度对氨合成反应的影响氨合成反应是一个可逆放热反应。当反应温度升高时，平衡向着氨的分解方向移动；温度降低反应向着氨的生成方向移动。因此，从平衡观点来看，要使氨的平衡产率高，应该采取较低的反应温度。但是从化学反应速度的观点来看，提高温度总能使反应的速度加快，这是因为温度升高分子的运动加快，分子间碰撞的机率增加，同时又使化合时分子克服阻力的能力加大，从而增加分子有效结合的机率4总之，温度低时，反应有利于向合成氨

48、的方向进行，但是氨合成的反应速度较低；提高温度不利于向氨的合成方向移动，但反应速度可以增加。在实际生产中反应温度的选择主要决定于氨合成催化剂的性能。3.2.2 压力对氨合成反应的影响氨的合成反应是一个分子的氮与三个分子的氢结合生成两个分子的氨，即氨合成反应是分子数目减少、体积缩小的反应，提高压力，可使反应向着生成氨的方向进行。对于氨合成反应来说，提高压力就是提高反应气体的浓度，从而增加反应分子间碰撞的机会，加快了反应的速率。总之，增加压力对氨的合成反应是有利的，既能增大平衡转化率，又能加快反应速率。但压力也不宜过高，否则，不仅增加动力的消耗，而且对设备和材料的要求也较高。根据我国具体情况，目前

49、在小型合成氨厂，设计压力一般为31.4MPa。53.2.3 空速对氨合成反应的影响 F&e%W0 q9|/C气体与催化剂接触时间的长短，通常用空速来表示。它的物理意义是：在标准状况下，单位时间内在 1m3的催化剂上所通过的气体体积。其单位为 m3(标)气体/（m3催化剂 h）,或简写为 h-1。在一定的合成条件下，空速增加，气体与催化剂接触时间减少，出合成塔气体氨含量降低。例如：在 29.4MPa、475下反应，空速由 10000h-1 增加到 20000h-1、40000h-1,出塔气体氨含量由25%降至 21.5%、16.2%。这看来对生产不利，但由于空速的提高，单位时间内通过催化剂的气体

50、增加，则氨的实际产量增加。在一定条件下，文档编码:CO6Q1L2U9P10 HX7A6Y6G8G4 ZN1I6M8H3E8文档编码:CO6Q1L2U9P10 HX7A6Y6G8G4 ZN1I6M8H3E8文档编码:CO6Q1L2U9P10 HX7A6Y6G8G4 ZN1I6M8H3E8文档编码:CO6Q1L2U9P10 HX7A6Y6G8G4 ZN1I6M8H3E8文档编码:CO6Q1L2U9P10 HX7A6Y6G8G4 ZN1I6M8H3E8文档编码:CO6Q1L2U9P10 HX7A6Y6G8G4 ZN1I6M8H3E8文档编码:CO6Q1L2U9P10 HX7A6Y6G8G4 ZN1I