合成氨工业hechengan gongye

由氢和氮直接合成的氨称为合成氨，生产过程主要由原料气的制造和氨的合成两部分组成。
原料气的制造 制造氢的原料有石油气、石油和煤等，制造方法因原料而异。我国大型合成氨厂多以天然气为原料，采用水蒸气转化法，其主反应为

CH₄+H₂OCO+3H₂-Q

制气流程见图1。
一段转化炉是管式炉，管内装有镍系催化剂。将天然气经压缩机增压至3.85MPa，与同压强的水蒸气按比例混合，通入反应管内。燃料 （重油或天然气） 在炉膛内燃烧把管内温度加热至650～800℃以维持管内的反应，CH₄的一段转化率为90%。把经一段转化的气体导入具有更高温度(1200℃)的二段转化炉，同时送入压缩空气，使未转化的甲烷通过二段催

图1 合成氨原料气制造流程示意图
1 中压废热锅炉 2 一段转化炉 3 二段转化炉4 高压废热锅炉 5 CO变换器 6 低压废热锅炉

化剂层彻底转化。二段转化后的气体经高压废热锅炉降温，导入CO变换器，使CO与水蒸气作用生成H₂，其反应为

变换后的气体送去脱碳(脱除CO₂)，大型厂采用的脱

图2 氨合成生产流程示意图
1 合成塔 2水冷凝器 3氨分离器4氨冷凝器 5离心式压缩机

碳法为碳酸钾-氨基乙酸法，其反应为

氨基乙酸起催化作用。被碳酸钾吸收的CO₂解吸后用来生产尿素。脱碳后的原料气中仍含有少量的CO₂,CO,O₂,CH₄和Ar，其中CO₂,CO,O₂对氨合成催化剂有毒，大型厂多采用甲烷化法进一步精制，反应式为

CO+3H₂CH₄+H₂O+Q
CO₂+4H₂
CH₄+2H₂O+Q
H₂+1/2O₂H₂O+Q

精制后的原料气便可送到合成工段。氨的合成 大型合成氨厂普遍采用的生产流程见图2。精制后的新鲜原料气经压缩机增压至约30MPa，导入装有铁系催化剂的氨合成塔，塔内温度控制在450～550℃范围内，进行氨合成反应，反应式如下：

N₂+3H₂2NH3+Q

反应后的气体依次导入水冷凝器和氨分离器，将大部分氨液化并分离出来。分离出液氨后，所剩气体经氨冷凝器再次冷凝，将液氨分离后返回合成塔循环使用。随着反应的进行，原料气中所含的CH₄,Ar等不参与反应的惰气越来越多，为了降低惰气的含量，要定时放出一部分循环气体。