什麼是合成氨合成氨的工藝流程

　　合成氨指由氮和氫在高溫高壓和催化劑存在下直接合成的氨，為一種基本無機化工流程。那麼你對合成氨瞭解多少呢?以下是由小編整理關於什麼是合成氨的內容，希望大家喜歡!

　　合成氨的工藝流程

　　***1***原料氣製備將煤和天然氣等原料製成含氫和氮的粗原料氣。對於固體原料煤和焦炭，通常採用氣化的方法制取合成氣;渣油可採用非催化部分氧化的方法獲得合成氣;對氣態烴類和石腦油，工業中利用二段蒸汽轉化法制取合成氣。

　　***2***淨化對粗原料氣進行淨化處理，除去氫氣和氮氣以外的雜質，主要包括變換過程、脫硫脫碳過程以及氣體精製過程。

　　①一氧化碳變換過程在合成氨生產中，各種方法制取的原料氣都含有CO，其體積分數一般為120合成氨需要的兩種組分是H2和N2，因此需要除去合成氣中的CO。變換反應如下：CO+H2O→H2+CO2 ΔH=-41.2kJ/mol

　　由於CO變換過程是強放熱過程，必須分段進行以利於回收反應熱，並控制變換段出口殘餘CO含量。第一步是高溫變換，使大部分CO轉變為CO2和H2;第二步是低溫變換，將CO含量降至0.3右。因此，CO變換反應既是原料氣製造的繼續，又是淨化的過程，為後續脫碳過程創造條件。

　　②脫硫脫碳過程各種原料製取的粗原料氣，都含有一些硫和碳的氧化物，為了防止合成氨生產過程催化劑的中毒，必須在氨合成工序前加以脫除，以天然氣為原料的蒸汽轉化法，第一道工序是脫硫，用以保護轉化催化劑，以重油和煤為原料的部分氧化法，根據一氧化碳變換是否採用耐硫的催化劑而確定脫硫的位置。工業脫硫方法種類很多，通常是採用物理或化學吸收的方法，常用的有低溫甲醇洗法***Rectisol***、聚乙二醇二甲醚法***Selexol***等。

　　粗原料氣經CO變換以後，變換氣中除H2外，還有CO2、CO和CH4等組分，其中以CO2含量最多。CO2既是氨合成催化劑的毒物，又是製造尿素、碳酸氫銨等氮肥的重要原料。因此變換氣中CO2的脫除必須兼顧這兩方面的要求。

　　一般採用溶液吸收法脫除CO2。根據吸收劑效能的不同，可分為兩大類。一類是物理吸收法，如低溫甲醇洗法***Rectisol***，聚乙二醇二甲醚法***Selexol***，碳酸丙烯酯法。一類是化學吸收法，如熱鉀鹼法，低熱耗本菲爾法，活化MDEA法，MEA法等。

　　③氣體精製過程經CO變換和CO2脫除後的原料氣中尚含有少量殘餘的CO和CO2。為了防止對氨合成催化劑的毒害，規定CO和CO2總含量不得大於10cm3/m3***體積分數***。因此，原料氣在進入合成工序前，必須進行原料氣的最終淨化，即精製過程。

　　在工業生產中，最終淨化方法分為深冷分離法和甲烷化法。深冷分離法主要是液氮洗法，是在深度冷凍***<-100℃***條件下用液氮吸收分離少量CO，而且也能脫除甲烷和大部分氬，這樣可以獲得只含有惰性氣體100cm3/m3以下的氫氮混合氣，深冷淨化法通常與空分以及低溫甲醇洗結合。甲烷化法是在催化劑存在下使少量CO、CO2與H2反應生成CH4和H2O的一種淨化工藝，要求***原料氣中碳的氧化物含量***體積分數***一般應小於0.7甲烷化法可以將氣體中碳的氧化物***CO+CO2***含量脫除到10cm3/m3以下，但是需要消耗有效成分H2，並且增加了惰性氣體CH4的含量。甲烷化反應如下：

　　CO+3H2→CH4+H2O=-206.2kJ/mol0298HΔ

　　CO2+4H2→CH4+2H2O=-165.1kJ/mol0298HΔ

　　***3***氨合成將純淨的氫、氮混合氣壓縮到高壓，在催化劑的作用下合成氨。氨的合成是提供液氨產品的工序，是整個合成氨生產過程的核心部分。氨合成反應在較高壓力和催化劑存在的條件下進行，由於反應後氣體中氨含量不高，一般只有100故採用未反應氫氮氣迴圈的流程。氨合成反應式如下：

　　N2+3H2→2NH3***g***=-92.4kJ/mol

　　合成氨的原料組成

　　合成氨的主要初始原料可分為固體原料、液體原料和氣體原料。如天然氣、石腦油、重質油和煤***或焦炭***等。

　　①天然氣制氨。天然氣先經脫硫，然後通過二次轉化，再分別經過一氧化碳變換、二氧化碳脫除等工序，得到的氮氫混合氣，其中尚含有一氧化碳和二氧化碳約0.10.3體積***，經甲烷化作用除去後，製得氫氮摩爾比為3的純淨氣，經壓縮機壓縮而進入氨合成迴路，製得產品氨。以石腦油為原料的合成氨生產流程與此流程相似。

　　②重質油制氨。重質油包括各種深度加工所得的渣油，可用部分氧化法制得合成氨原料氣，生產過程比天然氣蒸氣轉化法簡單，但需要有空氣分離裝置。空氣分離裝置製得的氧用於重質油氣化，氮作為氨合成原料外，液態氮還用作脫除一氧化碳、甲烷及氬的洗滌劑。

　　③煤***焦炭***制氨。隨著石油化工和天然氣化工的發展，以煤***焦炭***為原料製取氨的方式在世界上已很少採用。中國能源結構上存在多煤缺油少氣的特點，煤炭成為主要的合成氨原料，天然氣制氨工藝則受到嚴格限制。

合成氨的工藝流程