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合成氨生产 合成氨生产 氨(NH3)是一种重要的含氮化合物，是基本化工产品之一，用途很广。氨为主要原料可以制造各种氮素肥料，如尿素、硝酸铵、硫酸铵、氯化铵、碳酸氢铵等。 氨也是重要的工业原料，广泛用于制药、炼油、纯碱、合成纤维、合成树脂、含氮无机盐等工业部门。 氨氧化可以制成硝酸，而硝酸又是生产炸药、染料等产品的重要原料。火箭的推进剂和氧化剂，同样也离不开氨。 氨还是常用的冷冻剂。 氨及氨加工工业已成为现代化学工业的一个重要部门。 氨的化学性质 氨与酸或酸酐可以直接作用，生成各种铵盐： 合成氨 工业上采用氮（N2）和氢（H2）直接合成的方法生产氨，用合成方法生产的氨称为合成氨。 合成氨的生产过程包括三个主要步骤。 第一步是原料气的制备； 第二步是原料气的净化 ； 第三步是原料气的压缩和氨的合成。 主要生产工艺流程如下图所示。 合成氨生产 氢气、氮气在催化剂存在下合成氨： 操作压力在31.5MPa(200~350公斤力/厘米2) 温度525℃左右。 催化剂为还原铁：Fe。 氮气来源于空气。氢气通过燃料燃烧，在高温下与水蒸汽反应的方法获得。 原料气的制备 —造气 将空气中的氧与可燃性物质反应，这个过程中氮不参与反应，获得。 氢气来源于水和含有碳氢化合物的燃料（工业上普遍采用焦炭、煤、天然气、轻油、重油等），在高温下与水蒸汽反应的方法制氢。 用焦炭、煤造气生产半水煤气成分： CO2（8%），CO1（30%），H2（40%）， N2（20%），CH4（0.5~0.8%）， O2（0.2~0.3%），（以及H2S） 固体燃料气化主要反应 碳与氧的反应 碳与蒸汽的反应 脱 硫 固体燃料中除了碳氢化合物外，还含有其它杂质，最主要的是硫化物，主要是硫化氢(H2S)，还有少量有机硫化物，如硫氧化碳(COS)、二硫化碳(CS2)等。硫化物不仅能腐蚀设备和管道，而且能使催化剂中毒。 因此必须将原料气中的硫化物脱除干净。 脱硫主要是清除硫化氢，有不同的工艺。 氨水中和法脱硫的反应方式如下： 变 换 脱硫后，造气所产生的原料气主要成分为：N2、H2、CO2、 CO1（30%）、CH4。 利用一氧化碳同水蒸汽作用，生成二氧化碳和氢气的反应过程，在合成氨生产中称变换。其反应式如下： 反应的特点是：①反应前后体积没有变化；②反应是放热的；③反应是可逆的；并且反应速度比较慢。 变 换 一氧化碳变换过程中，可能发生的副反应有： 变换反应的催化剂为Fe3O4。硫化氢与催化剂的反应如下： 脱 碳 半水煤气经变换后，除含有氨合成所需要的氢气和氮气外，还含有大量的二氧化碳（18~35%）（和少量的一氧化碳、硫化氢等）。 脱除气体中的二氧化碳的过程称为“脱碳”。 小合成氨厂均采用浓氨水吸收的方法来脱除变换气中绝大部分的二氧化碳，氨水与二氧化碳反应生成碳酸氢铵，而碳酸氢铵便是最终产品——氮肥。 清 洗 经变换和脱碳工序后，原料气中尚含有少量的一氧化碳和二氧化碳，以及氧和微量的硫化氢等有害气体。这些有害气体如不彻底清除，就会使氨合成催化剂中毒。因此，原料气送往合成之前，还需要有一个最后净化的步骤。合成氨厂要求入合成工序的原料气中一氧化碳和二氧化碳总量(通常称为微量)小于10ppm，中、小型厂要求小于25ppm。 压缩+合成 经清洗后原料气中只剩H2和N2，称为合成气。 氨合成要求有一定的压力和温度条件。 合成气通过压缩机，将压力提升到31.6MPa（表压），送合成塔。 造 气 碳与氧的反应 碳与蒸汽的反应 造 气 间歇法制造半水煤气，需向煤气炉内交替送入空气和蒸汽。每个工作循环包括以下5个阶段： 吹风：为制气阶段碳与蒸汽的反应提供热量。吹风阶段产气的主要成分是氮和二氧化碳，也含有较少的一氧化碳。 上吹制气：为合成氨反应提供合格原料。从煤气炉底部通入混有适量空气的蒸汽，与碳反应生成半水煤气由炉顶引出，加空气的目的一是提供炉的温度，二是混配一定氮气。 造 气 3. 下吹制气：节约能量。将蒸汽和空气自炉顶送入，生成的半水煤气由炉底引出，这一过程称为下吹制气阶段。 4. 二次上吹制气：安全。下吹制气以后，燃料层的温度大幅度下降。需要再送入空气提高炉温，但下吹制气刚结束时，煤气炉下部及燃料层内残留着半水煤气，如果立即吹风，空气和半水煤气在炉底部相遇，会发生爆炸。 5. 空气吹净：从炉底吹入空气，所产生的煤气与原来残留的半水煤气一起送入气柜，加以回收 间歇法半水煤气流程示意图 脱硫—氨水中和法 氨水中和法脱硫的反