第一節(jié)  合成氨工業(yè)的簡(jiǎn)介

基本無(wú)機(jī)化工之一。氨是化肥工業(yè)和基本有機(jī)化工的主要原料。從氨可加工成硝酸，現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)中，常將硝酸生產(chǎn)歸屬于合成氨工業(yè)范疇。合成氨工業(yè)在20世紀(jì)初期形成，開(kāi)始用氨作火炸藥工業(yè)的原料，為戰(zhàn)爭(zhēng)服務(wù)；第一次世界大戰(zhàn)結(jié)束后，轉(zhuǎn)向?yàn)檗r(nóng)業(yè)、工業(yè)服務(wù)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)氨的需要量日益增長(zhǎng)。50年代后氨的原料構(gòu)成發(fā)生重大變化，近30年來(lái)合成氨工業(yè)發(fā)展很快。（產(chǎn)業(yè) 規(guī)劃 ）

第二節(jié) 合成氨工業(yè)的合成方法

反應(yīng)特點(diǎn)

①可逆反應(yīng)；②正反應(yīng)是放熱反應(yīng)；③正反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)。

根據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率的知識(shí)，得知升溫、增大壓強(qiáng)、及使用催化劑都可以使合成氨的化學(xué)反應(yīng)速率增大；降溫、增大壓強(qiáng)可以提高平衡時(shí)混合物中氨氣的含量。

壓強(qiáng)

有 研究 表明，在400°C，壓強(qiáng)超過(guò)200MPa時(shí)，不使用催化劑，氨便可以順利合成，但實(shí)際生產(chǎn)中，太大的壓強(qiáng)需要的動(dòng)力就大，對(duì)材料要求也會(huì)增高，這就增加了生產(chǎn)成本，因此，受動(dòng)力材料設(shè)備影響，目前我國(guó)合成氨廠一般采用20MPa~50MPa.

溫度

從理想條件來(lái)看，氨的合成在較低溫度下進(jìn)行有利，但溫度過(guò)低，反應(yīng)速率會(huì)很小，并且在500°C時(shí)催化劑鐵觸媒的活性最大，故在實(shí)際生產(chǎn)中，一般選用500°C。

催化劑

采用鐵觸媒（以鐵為主，混合的催化劑），鐵觸媒在500°C時(shí)活性最大，這也是合成氨選在500°C的原因。

最后，制得的氨量也不算多，還可以采取迅速冷卻，使氣態(tài)氨變?yōu)橐簯B(tài)氨。也可原料重復(fù)利用。

但對(duì)于合成氨反應(yīng)中的鐵催化劑，O2、CO、CO2和水蒸氣等都能使催化劑中毒。但利用純凈的氫、氮混合氣體通過(guò)中毒的催化劑時(shí)，催化劑的活性又能恢復(fù)，因此這種中毒是暫時(shí)性中毒。相反，含P、S、As的化合物則可使鐵催化劑永久性中毒。催化劑中毒后，往往完全失去活性，這時(shí)即使再用純凈的氫、氮混合氣體處理，活性也很難恢復(fù)。催化劑中毒會(huì)嚴(yán)重影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行。工業(yè)上為了防止催化劑中毒，要把反應(yīng)物原料加以凈化，以除去毒物，這樣就要增加設(shè)備，提高成本。因此，研制具有較強(qiáng)抗毒能力的新型催化劑，是一個(gè)重要的課題。

工業(yè)制氨

①天然氣制氨。天然氣先經(jīng)脫硫，然后通過(guò)二次轉(zhuǎn)化，再分別經(jīng)過(guò)一氧化碳變換、二氧化碳脫除等工序，得到的氮?dú)浠旌蠚?，其中尚含有一氧化碳和二氧化碳約0.1%～0.3%（體積），經(jīng)甲烷化作用除去后，制得氫氮摩爾比為3的純凈氣，經(jīng)壓縮機(jī)壓縮而進(jìn)入氨合成回路，制得產(chǎn)品氨。以石腦油為原料的合成氨生產(chǎn)流程與此流程相似。

②重質(zhì)油制氨。重質(zhì)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(chǎn)過(guò)程比天然氣蒸氣轉(zhuǎn)化法簡(jiǎn)單，但需要有空氣分離裝置。空氣分離裝置制得的氧用于重質(zhì)油氣化，氮作為氨合成原料外，液態(tài)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(fā)展，以煤（焦炭）為原料制取氨的方式在世界上已很少采用。

用途

氨主要用于制造氮肥和復(fù)合肥料，氨作為工業(yè)原料和氨化飼料，用量約占世界產(chǎn)量的12%。硝酸、各種含氮的無(wú)機(jī)鹽及有機(jī)中間體、磺胺藥、聚氨酯、聚酰胺纖維和丁腈橡膠等都需直接以氨為原料。液氨常用作制冷劑。

貯運(yùn)

商品氨中有一部分是以液態(tài)由制造廠運(yùn)往外地。此外，為保證制造廠內(nèi)合成氨和氨加工車間之間的供需平衡，防止因短期事故而停產(chǎn)，需設(shè)置液氨庫(kù)。液氨庫(kù)根據(jù)容量大小不同，有不冷凍、半冷凍和全冷凍三種類型。液氨的運(yùn)輸方式有海運(yùn)、駁船運(yùn)、管道運(yùn)、槽車運(yùn)、卡車運(yùn)。

第三節(jié) 合成氨工業(yè)的特點(diǎn)

①農(nóng)業(yè)對(duì)化肥的需求是合成氨工業(yè)發(fā)展的持久推動(dòng)力。世界人口不斷增長(zhǎng)給糧食供應(yīng)帶來(lái)壓力，而施用化學(xué)肥料是農(nóng)業(yè)增產(chǎn)的有效途徑。氨水（即氨的水溶液）和液氨體本身就是一種氮肥；農(nóng)業(yè)上廣泛采用的尿素、硝酸銨、硫酸銨等固體氮肥，和磷酸銨、硝酸磷肥等復(fù)合肥料，都是以合成氨加工生產(chǎn)為主。

②與能源工業(yè)關(guān)系密切。合成氨生產(chǎn)通常以各種燃料為原料，同時(shí)生產(chǎn)過(guò)程還需燃料供給能量,因此,合成氨是一種消耗大量能源的化工產(chǎn)品。每噸液氨的理論能耗為 21.28GJ,實(shí)際能耗遠(yuǎn)比理論能耗多，隨著原料、工廠規(guī)模、流程與管理水平不同而有差異。日產(chǎn) 1000t氨的大型合成氨裝置生產(chǎn)液氨的實(shí)際能耗約為理論能耗的兩倍。

③工藝復(fù)雜、技術(shù)密集。氨合成是在高壓高溫和催化劑存在下進(jìn)行的，為氣固相催化反應(yīng)過(guò)程。由于氨合成催化劑很易受硫的化合物、碳的氧化物和水蒸氣毒害（見(jiàn)催化劑中毒），而從各種燃料制取的原料氣中都含有不同數(shù)量的這些物質(zhì)，故在原料氣送往氨合成前，需將有害物質(zhì)除去。因此合成氨生產(chǎn)總流程長(zhǎng)，工藝也比較復(fù)雜，根據(jù)不同原料及不同的凈化方法而有多種流程。

第四節(jié) 合成氨工業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)

①原料路線的變化方向。從世界燃料儲(chǔ)量來(lái)看，煤的儲(chǔ)量約為石油、天然氣總和的10倍，自從70年代中東石油漲價(jià)后,從煤制氨路線重新受到重視,但因以天然氣為原料的合成氨裝置投資低、能耗低、成本低的緣故,預(yù)計(jì)到20世紀(jì)末,世界大多數(shù)合成氨廠仍將以氣體燃料為主要原料。

②節(jié)能和降耗。合成氨成本中能源費(fèi)用占較大比重，合成氨生產(chǎn)的技術(shù)改進(jìn)重點(diǎn)放在采用低能耗工藝、充分回收及合理利用能量上，主要方向是研制性能更好的催化劑、降低氨合成壓力、開(kāi)發(fā)新的原料氣凈化方法、降低燃料消耗、回收和合理利用低位熱能等。如今已提出以天然氣為原料的節(jié)能型合成氨新流程多種，每噸液氨的設(shè)計(jì)能耗可降低到約29.3GJ。

③與其他產(chǎn)品聯(lián)合生產(chǎn)。合成氨生產(chǎn)中副產(chǎn)大量的二氧化碳，不僅可用于冷凍、飲料、滅火，也是生產(chǎn)尿素、純堿、碳酸氫銨的原料。如果在合成氨原料氣脫除二氧化碳過(guò)程中能聯(lián)合生產(chǎn)這些產(chǎn)品，則可以簡(jiǎn)化流程、減少能耗、降低成本。中國(guó)開(kāi)發(fā)的用氨水脫除二氧化碳直接制碳酸氫銨新工藝，以及中國(guó)、意大利等國(guó)開(kāi)發(fā)的變換氣氣提法聯(lián)合生產(chǎn)尿素工藝，都有明顯的優(yōu)點(diǎn)。

 

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