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合成氨工艺的现状及发展
作者：蒙根花
来源：《科学与财富》2017年第32期
摘要：本文通过对合成氨技术应用现状的分析，确定工艺技术的发展历程和发展趋势，为工艺技术应用实践生产过程提供可以参考的信息，提高工艺生产质量。 关键词：合成氨；工艺技术；现状；发展趋势
氨是最为重要的基础化工产品之一，每年的产量都非常高。通过研究人员的不断试验，合成氨已经可以大面积应用在农业产业中，是氨肥工业生产的基础原料。 一 、合成氨装量的结构调整
（一 ）“油改气 ”天然气制氨装置一般采用蒸汽转化技术，但采用此技术来改造基于部分氧化工艺的重油气化装置，则远不如采用天然气部分氧化技术更为合理。采用天然气部分氧化技术，不仅可以利用现有的气化炉调整操作，改造烧嘴，而且投资少，改造难度小，改造周期短，总体经济性好，另外，天然气部分氧化技术易于实现大型化，逐渐为行业所公认。 （二）“油改煤 ”煤气化技术的成功商业化为合成氨装置的原料结构调整奠定了坚实的技术基础。相关的改造内部包括：新建煤气化部分和新建合成气净化部分。
（三 ）”煤气化 ”。成熟且有竞争力的煤气化工艺主要为水煤气浆气化煤煤气化工艺，这两类煤气化工艺均是成熟的，都有大型专利工厂。水煤浆气化工艺生产的粗合成气己用于循环联合发电。化肥，甲醇等生产，粉煤气化工艺仅用于循环联合发电，两者各具特色。 （四）”合成气净化 ”。本部分的关键问题在于确定CO变换，酸性气体脱除，气体精制等工序的合理流程组合形式。其中CO变换 工艺的选择是合成气净化工艺技术选择的问题，CO变换工艺技术全为非耐硫挛我和耐硫变换 2种 ，而这 2种变换工 艺的选择将直接影响后续酸性气体脱除工序，气体精制工序的流程组合。煤气化的变换气具有硫，CO 含量高，分压大的特点，根据变换气的工艺条件，采用物理吸收法比较有利。 二、合成氨的工艺流程
（一 ）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氮。
（二 ） 净化。对粗原料进行净化处理，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。
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（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 l 2%一 40%，合成氮需要的两种组分是 H和 N，因此 需要除去合成气中的CO。 （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，第一道工序是脱疏，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彩和耐硫的催化剂而确定脱硫的位置，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，常用的低温甲醇洗法，聚乙二醇二甲醚法等。
（3）气体精制过程。经 CO变换和 CO 脱除去的原料气中尚含少量残余的 CO和 CO ，为了防止对氨合成催化剂的毒害，规定 CO 和 CO 总量不得大于 10CMs/Ma（体积 分数 ）。因此，原料气在进入合成工序前，必须进行原料和原料气的最终净化，即精制过程。 （三 ）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。氨的合成是提供液氮产品工序，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，由于反应后气体中氨含量不高，一般只有 10%一20%，故采用未反应氢氮气循环的流程。 三、合成氯的值化机理
热学力计算表明，低温，高压对合成氨反应是有利的，但无催化剂时，反应的活化能很高，反应几乎不发生，当采用铁催化剂时，由于改变了反应历程，降低了反应的活化能，使反应以显著的速率进行。目前认为，合成氮反应的一种可能机理，首先是氮分子在铁催化剂表面上进行化学吸咐，使氮原子间的化学键减弱，接着是化学吸收的氢原子不为导表面上的氮分子作用。在催化剂表面上逐步生成一 NH、NH 、NH，最后 氨分子在表面上脱吸而生成气态的氨。
四、催化剂的中毒
催化剂的催化能力一般称为催化活性，有人认为，由于催化剂在反应前后的化学性质和质量不变，一旦制成一批催化剂之后，便可以永远使用下去，实际上许多催化剂在使用过程中，其活性从小到大，逐渐达到正常水平，这就是催化剂的成熟期，接着，催化剂活性在一段时间里保持稳定，然后再下降，一直到衰老而不能再使用，活性保持稳定的时间即为催化剂的寿命，其长短因催化剂的制备方法和使用条件而异。
五、工艺技术改造新建煤气化工序，采用煤气化工艺，生产合成气。新建空气分离工序。采用全低压，内压缩空气工艺，为煤气化工序提供工艺氧气和高，中，低压氮气。新建耐疏变换工序。采用三段耐硫变换工艺，进行合成气的高浓度 CO变换 。新建酸性气体脱除工序，采有低温甲醇洗净化工艺，进行变换气的脱硫脱碳净化，以脱除变换气中的 H S、CO 等，继而处理低温甲醇洗工序中的 H2S尾气 ，改造和利用甲烷化工序。
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六、 我国合成氨技术的基本状况目前合成氨总生产能力为 4500万 吨/年左右，氮肥工业已基本满足了国内需求，在与国际接轨后，具备与国际合成氨产品竞争的能力，今后发展重点是调整原料和产品结构，进一步改善经济性。
（ 一 ）大型氮肥装置。我国目前有大型合成氨装置共计 34套，生产能力约 1000万 吨/年，其下游产品除 1套装置生产硝酸磷肥之外，均为尿素。按照原料类型分，以天然气为原料的 17套 ，以轻油为原料的 6 套，以重油为原料的 9套 ，以煤为原料的 2 套。
（二 ）中、小型氮肥装置。我国目前有中型合成氨装置 55套，生产能力约为 500万 吨/年，其下游产品主要是尿素和硝酸铵，其中以煤、焦为原料的装置有 34套 ，以渣油为原料的装置有 9套 ，以气为原料的装置有 l2套 ，目前有小型合成氨装置 700多套 ，生产能力约为3000万吨/年，其下游产品原来主要是碳酸氢铵，现有 112套经过改造生产尿素，原料以煤，焦为主，其中以煤，焦为原料的占96%，以气为原料的仅占 4%。 （三 ）合成氨技术未来的发展趋势。
3.1大型化、集成化、自动化。形成经济规模的生产中心，低能耗与环境更友好将是未来合成氨装置的主流发展方向。单系列合成氨装置生产能力将从 2000T/D提高至 4000—5000T/D，以天燃气为原料制氨吨氨能耗已经接近一理论水平。今后难以有较大幅度的降低，但以油，煤为原料制氨，降低能耗还可以有所作为。
3.2以 “油改气 ”和 “油改煤 ”为核心的原料结构调整和以 “多联产 ”和再加工为核心的产品结构调整 ，是合成氨装置 “改善经济性 ”，增强竞争力的有效途径，全球原油供应处于减递模式，正处于总递减曲线的中点，预计到 2010的原油将 出现自然短缺，需用其他能源补充。 3.3实施与环境友好的清洁生产是未来合成氨装置的必然和惟 一的选择。生产过程中不生成或很少生成副产物，废物，实现或接近 “零排放 ”的清洁生产技 术将日趋生成熟和不断完善。
3.4提高生产运转的可靠性，延长运行周期是未来合成氨装置 “改善经济性，增强竞争力”的必要保证。有利于 “提高装置生产运转率，延长运行周期的技术，包括工艺优化技术，先进控制技术等将越来越受到重视。 参考文献：
[1]刘化章.合成氨工业节能减排的分析【J】.化工进展，2011，06：1147-1157. [2]李建强.合成氨工艺流程的系统分析与节能措施【J】.科技与企业，2012，08：302.