合成氨的概述

关于合成氨的概述教学目标氨的性质和用途合成氨的原料合成氨原料气的生产与净化第2页,共17页，2024年2月25日，星期天教学重难点合成氨的原料难点：合成氨原料气的生产与净化第3页,共17页，2024年2月25日，星期天学习导言氨的合成是典型高温、高压反应和化学平衡移动理论研究对象。合成氨工业是典型的耗能大户，节能降耗是现代合成氨工业的重要课题之一。第4页,共17页，2024年2月25日，星期天氨的性质和用途氨的性质1、氨在常温、常压下为无色气体，具有刺激性气味，能灼伤皮肤、眼睛，刺激呼吸器官黏膜。2、氨的相对分子质量为17.03，沸点为-33.35℃，液氨挥发性很强，汽化热较大。氨极易溶于水，溶解产生大量的热。氨的水溶液呈弱碱性，易挥发。3、氨化学性质较活泼，与酸反应生成盐，如与磷酸反应生成磷酸铵、与硝酸反应生成硝酸铵、与二氧化碳反应生成碳酸氢铵等，其中许多为化学肥料。第5页,共17页，2024年2月25日，星期天氨的性质和用途氨的用途1、氨主要用来制造化学肥料。农业使用的氮肥如尿素、硝酸铵、磷酸铵、硫酸铵、氯化铵、氨水以及各种含氮混肥和复肥，都是以氨为原料生产的。2、氨也作为其他化工产品的生产原料。3、氨还可作冷冻、冷藏系统的制冷剂。第6页,共17页，2024年2月25日，星期天合成氨的原料空气和水到处都有，取之容易，故一般合成氨生产原料不包括空气和水，主要有：（1）固体原料（2）气体原料（3）液体原料常用的合成氨原料有焦炭、煤、焦炉气、天然气、石脑油和重油。第7页,共17页，2024年2月25日，星期天合成氨原料气的生产与净化不同合成氨厂，生产工艺流程不尽相同，但基本生产过程都包括以下工序。（1）原料气制备工序制备合成氨用的氢、氮原料气。（2）脱硫工序除去原料中的硫化物。（3）变换工序利用一氧化碳与蒸汽作用生成氢和二氧化碳，除去原料气中的大部分一氧化碳。（4）脱碳工序脱碳是除去原料气中的大部分二氧化碳。（5）精制工序需进一步脱除以制取纯净的氢、氮混合气。（6）压缩工序将原料气压缩到净化所需要的压力，分别进行气体净化，得到纯净的氢、氮混合气，然后将纯净的氢、氮混合气压缩到氨合成反应要求的压力。（7）氨合成工序在高温、高压和有催化剂存在的条件下，氢气、氮气合称为氨。

可以说，合成氨生产是由原料气的制备、净化及氨的合成等步骤组成的。第8页,共17页，2024年2月25日，星期天合成氨原料气的生产与净化原料气的制备

目前，制氨的原料主要有煤、焦炭、天然气、石脑油、重油。生产方法主要有固体燃料气化法（煤或焦炭的气化）、烃类蒸汽转化法（天然气、石脑油）、重油部分氧化法。由于合成氨原料气中的氮气容易制得，所以原料气的制备主要是制取氢气，而CO在变换过程能产生同体积的氢气，因此，把原料气中CO和H2看作是有效气成分。

氨的合成是需要H2：N2为3：1的原料气，要求造气制得的煤气中有效成分与氮气比例为3.1~3.2，这就是通常所说的半水煤气。

第9页,共17页，2024年2月25日，星期天合成氨原料气的生产与净化原料气的制备（1）固体燃料气化法煤或焦炭中主要是碳元素，与水蒸气反应生成的有效成分是CO和H2。气化过程中的主要反应有：（2）烃类蒸汽转化法烃类主要是指天然气、石脑油，一般采用蒸汽转化法。天然气的主要成分为CH4。以天然气为原料的蒸汽转化反应为：（3）重油部分氧化法重油是350℃以上馏程的石油炼制产品。重油先与氧气进行部分燃烧反应，放出的热量使碳氢化合物热裂解，在水蒸气作用下，裂解产物发生转化反应，制得以H2和CO为主要成分的合成氨原料气。第10页,共17页，2024年2月25日，星期天合成氨原料气的生产与净化原料气的脱硫

一般合成氨原料气都含有少量的硫化物，主要是无机硫、硫化氢，其次为二硫化碳、硫氧化碳、硫醇、硫醚和噻吩等有机硫。硫化物是各种催化剂的毒物。脱硫方法有很多，按脱硫剂状态分，分为干法脱硫和湿法脱硫两大类。

干法脱硫：是以固体吸收剂或吸附剂脱除硫化氢或有机硫，常用的有氧化锌法、钴钼加氢-氧化锌法、活性炭法、分子筛法等。干法脱硫效率高且净化度高，但是其为周期性操作，设备庞大，劳动强度高，脱硫剂不可再生或再生困难。因此，干法脱硫适用于硫含量较低、净化度要求较高的情况。第11页,共17页，2024年2月25日，星期天合成氨原料气的生产与净化湿法脱硫：是采用液态脱硫剂吸收硫化物的脱硫方法。根据吸收的特点，湿法脱硫分为物理法、化学法和物理化学法。物理法是利用脱硫剂对硫化物的溶解作用将其吸收；化学法是用碱性溶液吸收酸性气体硫化氢，吸收；物理化学法是脱硫剂对硫化物的吸收既有物理溶解又有化学吸收。生产中广泛应用的是改良ADA法和氧化锌法。湿法脱硫的脱硫剂为液体，便于输送，易于再生和回收硫黄，适用于硫含量高的场合；但因其脱硫净化度低，在净化度要求高的场合，不能单独使用。（1）改良ADA法脱硫化学吸收中的湿式氧化法（2）氧化锌法脱硫属干法脱硫，广泛用于精细脱硫。氧化锌可直接吸收硫化氢和硫醇。第12页,共17页，2024年2月25日，星期天合成氨原料气的生产与净化一氧化碳的变换

一般合成氨原料气中均含有一氧化碳。一氧化碳不是合成氨的直接原料，而且能使氨合成催化剂中毒，因此在送往合成工序前必须脱除。一氧化碳的脱除分两步。首先进行一氧化碳的变换，即用一氧化碳与水蒸气作用，生成氢气和二氧化碳。经变换，大部分一氧化碳转化为易于除去的二氧化碳，并获得氢气。因此，一氧化碳变换既是原料气的净化过程，又是原料气制造的继续。少量的一氧化碳将在后继工序中除掉。第13页,共17页，2024年2月25日，星期天合成氨原料气的生产与净化二氧化碳的脱除

经变换的原料气含有大量的二氧化碳，二氧化碳是制造尿素、碳酸氢铵和纯碱的重要原料。原料气在进合成工序前，必须将二氧化碳清除干净。因此，合成氨生产中，二氧化碳的脱除及其回收利用具有双重目的，习惯上，将二氧化碳的脱除过程称为脱碳。

目前，脱碳多采用溶液吸收法。根据吸收剂性能的不同，分为化学吸收法和物理吸收法两类。第14页,共17页，2024年2月25日，星期天合成氨原料气的生产与净化（1）改良热钾碱法改良热钾碱法也称本菲尔法，该法采用热碳酸钾吸收二氧化碳。（2）聚乙二醇二甲醚法也称谢列克索法，属于物理吸收。聚乙二醇二甲醚能选择性脱除气体中的CO2和H2S，无毒，能耗较低。第15页,共17页，2024年2月25日，星期天合成氨原料气的生产与净化原料气的精制

经变换和脱碳的原料气中尚有少量残余的一氧化碳和二氧化碳，为防止对氨合成催化剂的毒害，原料气在送往合成工序以前，还需要进一步净化，精制后的气体中一氧化碳和二氧化碳总量要求小于10mg/L（大型厂）或小于30mg/L（中小型厂），此过程称为“精制”。常用的精制方法有三种。（1）铜氨液洗涤法常用溶液为醋酸铜氨液，简称铜液。（2）甲烷化法甲烷化法是在催化剂作用下，少量一氧化碳和二氧化碳加氢生成对催化剂无害的甲烷，而使气体得到精制。（3）液氮洗涤法属物理吸收过程。液氮洗涤法在脱除一氧化碳的