合成氨工艺简介

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1、摘要煤气化法是我国合成氨的主要制气方法，也是未来更替天然气和石油资源所必将采用的制气方法。即利用无烟煤、蒸汽和空气在碳发生炉内生产合成氨所需要的气体，俗称半水煤气。在已制得的半水煤气中，除了含有按合成工艺所需要的氮气和氢气外，还含有许多杂质和有害气体。由于这些杂质和有害气体很容易使合成触媒中毒而降低触媒效能。为保护触媒，延长其使用寿命，保证合成氨生产的正常进行，半水煤气中的杂质和有害气体必须在合成之前得以及时清除，这就需要对混合气体进行净化处理，并且要求连续性作业，以达到化学反应稳定进行，从而构成了合成氨工艺流程错综复杂和连续性强的生产特点。一合成氨的生产

2、方法简介氨的合成，必须制备合成氨的氢、氮原料气。氮可取之于空气或将空气液化分离而制得，氮气或使空气通过燃料层汽化将产生CO或CO2转化为原料气。氢气一般常用含有烃类的各种燃料制取，亦通过焦碳，无烟煤，重油等为原料与水作用的方法制取。由于我国煤储量丰富，所以以煤为原料制氨在我国工业生产中广泛使用。合成氨的过程一般可分为四个步骤：1．造气：即制备出含有氮一定比例的原料气。2．净化：任何制气方法所得的粗原料气，除含有氢和氮外，还含有硫化氢、有机硫、一氧化碳、二氧化碳和少量氧，这些物质对氨合成催化剂均有害，需进行脱除，直至百万分之几的数量级为止。在间歇式煤气炉制气

3、流程中，脱硫置于变换之前，以保护变换催化剂的活性。3．精炼：原料气的最终精炼包括清除微量一氧化碳、二氧化碳、氧、甲烷和过量氮，以确保氨合成催化剂活性和氨合成过程的经济运行。4．合成：将合格的氢氮混合气体压缩到高压，在催化剂作用下合成氨气。二合成氨反应的基本原理1.造气：合成氨的原料——氢氮可以用下列两种方法取得（1）以焦碳与空气、水蒸气作用（2）将空气分离制取氮，由焦炉气分离制氢采用煤焦固定床间歇式汽化法。反应方程如下：C+H2O=CO+H2(1)CO+O2=CO2(2)2．脱硫：无论以固体煤作原料还是以天然气、石油为原料制备氢氮原料气都含有一定成分的硫元

4、素，无机硫主要含有硫化氢；有机硫主要含有二硫化碳、硫化氧碳等等。硫化氢对合成氨生产有着严重危害，但不能与铁反应生成硫化亚铁，而且进入变换及合成系统能使铁催化剂中毒，进入铜洗系统使铜液的低价铜生成硫化亚铜的低价沉淀，使操作恶化，铜耗增加。所以半水煤气总的无机碳化物和有机硫化物必须在进入变换、合成系统前除去。以煤为原料采用间歇式造气炉制半水煤气时，通常先将煤气进行湿法氧化法脱硫，使硫化氢含量降低至30～50毫克/立方米以下，然后经中温变换，使有机硫转化为硫化氢。然后，在脱除二氧化碳过程中和铜氨液洗涤过程中进行更精细的除净。下面介绍螯合铁法脱硫螯合铁法是采用为氧

5、化催化剂，完成的析硫过程。由于铁离子在碱性脱硫溶液中不稳定极易生成沉淀而从溶液中析出，为此，必须添加螯合剂以使和稳定存在于液相。HS—+3Fe3+（络）——>2Fe2+(络)+S+H＋再生塔中再汽化为（络），即4Fe2+（络）+O2+2H2O——>4Fe3+（络）+4OH—3.变换变换方法：CO（g）+H2O(g)==CO2+H2(g)工艺流程：半水煤气进入变换炉反应前，先混合蒸汽预热到673K，为此由脱硫塔的半水煤气加压后首先进入饱和塔的底部，与塔内自上而下的热水逆流接触，使气体温度升高，并被水蒸气所饱和然后由塔顶引出，在管道内与外供之高压蒸汽混合后主热

6、交换器和中间热交换器进入炉内一般，此时约80%的CO被交换为H2，反应热使温度升至420度左右进入交换炉二段，此时气体CO含量降至3.5%以下，液体温度为430度由炉底逸出依次经过水加热器、热水塔、冷凝塔降温后进行二次脱硫。4.脱碳经变换二次脱硫后气体中含有大量CO2，还有少量的CO等其它有害气体，它们会使氨的合成催化剂中毒，必须除去。工业上脱碳的方法很多，通常用碳酸丙烯酯（PC）法脱CO2。含有一定浓度的原料气进入吸收塔内，气体CO2被逆流下的丙碳（PC）吸收。净化气中CO2脱至所要求的浓度由塔顶排出，成为可使用的工艺气。吸收CO2后的PC富液经涡轮机回

7、收能量，在后一级闪蒸槽内闪蒸，再到常压闪蒸槽进行常压闪蒸，常压闪蒸液在气提塔内经空气气体提再生。再生后的PC贫液经循环液泵送回吸收塔循环使用，气提空气由通风机从气提塔底送入。一级闪蒸气中含有CO2及部分工艺气，对于合成氨变换气脱碳，一级闪蒸气可全部或部分返回压缩与原料气汇合，以吸收N2与H2气。为减少PC的损失，各排放气排出系统先经过水洗回收PC。问题：吸收需要高压低温，如何实现：压缩机产生高压，换热器产生低温。PC的回收：解吸，还可以回收CO2解吸需要高温和低压，如何实现。物料在此过程中如何流动？5.铜洗变换气经过净化后仍含有少量的CO、CO2、O2、H

8、2S等有害气体，工业上常用铜洗法精制原料气。铜洗法的溶液醋酸铜氨溶