工业合成氨简易流程图 文档
合成氨工艺流程图
合成氨
合成氨指由氮和氢在高温高压和催化剂存在下直接合成的氨,世界上的氨除少量从焦炉气中回收副产外,绝大部分是合成的氨。
合成氨主要用作化肥、冷冻剂和化工原料。
①天然气制氨。
天然气先经脱硫，然后通过二次转化，再分别经过一氧化碳变换、二氧化碳脱除等工序，得到的氮氢混合气，其中尚含有一氧化碳和二氧化碳约0。
1%~0。
3％（体积)，经甲烷化作用除去后,制得氢氮摩尔比为3的纯净气，经压缩机压缩而进入氨合成回路,制得产品氨。
以石脑油为原料的合成氨生产流程与此流程相似。
②重质油制氨.重质油包括各种深度加工所得的渣油，可用部分氧化法制得合成氨原料气,生产过程比天然气蒸气转化法简单，但需要有空气分离装置。
空气分离装置制得的氧用于重质油气化，氮作为氨合成原料外，液态氮还用作脱除一氧化碳、甲烷及氩的洗涤剂.
③煤(焦炭）制氨.随着石油化工和天然气化工的发展,以煤（焦炭）为原料制取氨的方式在世界上已很少采用。
o合成氨工艺流程图
o合成氨的在线分析检测点。
合成氨的工艺流程图
合成氨的工艺流程图
合成氨是一种重要的工业原料，广泛用于生产化肥、塑料、合成纤维等领域。
以下是一种常见的合成氨工艺流程图:
1. 原料准备：合成氨的主要原料是氢气和氮气。
氢气可以由天然气通过蒸汽重整反应得到，氮气可以从空气中通过压缩、冷却和膜分离等方法获取。
2. 空气净化：通过空气压缩和冷却，将空气中的水分、二氧化碳等杂质去除，以保证后续步骤的顺利进行。
3. 储气罐：将氢气和氮气分别储存在不同的储气罐中，以保证气体供给的稳定性和可靠性。
4. 氮气压缩：将从空气中获取的氮气进行进一步的压缩，以提高反应过程中氮气的浓度和反应速率。
5. 高温炉：将压缩后的氮气和氢气通过管道引入高温炉中，经过催化剂的作用，在高温和高压的条件下进行反应。
6. 合成氨冷却：合成氨在高温炉中产生后，需要经过冷却器进行冷却，以降低氨的温度，方便后续步骤的进行。
7. 分离和纯化：经过冷却后的氨气进一步通过冷凝和洗涤等过程进行分离和纯化，以去除其中的其他杂质。
8. 储存和包装：将纯净的合成氨储存在专用的储罐中，以备后
续的使用。
在储存过程中，需要确保储罐的密封性和安全性。
以上就是合成氨的一种典型工艺流程图，通过适当的原料准备、空气净化、氮气压缩、高温反应、冷却分离和纯化等步骤，可以高效地生产出纯净的合成氨。
当然，实际的工艺流程可能因不同厂家的设备和工艺参数有所差异，但总体上这个流程图可以作为参考。
煤为原料的合成氨工艺流程简图
煤为原料的合成氨工艺流程简图Company Document number：WUUT-WUUY-WBBGB-BWYTT-1982GT以煤为原料的合成氨工艺煤合成氨工艺的核心问题是制备纯净的氢气，而制备纯净的氢气，就涉及到脱硫脱碳工序！含硫、含碳的气体，都是酸性气体！C+H2O(水蒸气)=CO+H2（水煤气法） CO+H2O=CO2+H2拥有氢气与氮气，即可制得氨。
氨与二氧化碳作用生成氨基甲酸铵（简称甲铵），进一步脱水生成尿素！2NH3+CO2==COONH2NH4（放热），COONH2NH4==CO(NH2)2+H2O（吸热）。
尿素加热分解可以制成三聚氰胺6CO(NH2)2==C3N3(NH2)3(三聚氰胺)+3CO2+6NH3。
工艺流程(1)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气。
(2)净化对粗原料气进行净化处理，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。
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12%到40%。
合成氨需要的两种组分是H2和N2，因此需要除去合成气中的CO。
变换反是：CO+H2O→H2+CO2=mol 0298HΔ由于CO变换过程是强放热过程，必须分段进行以利于回收反应热，并控制变换段出口残余CO含量。
第一步是高温变换，使大部分CO转变为CO2和H2；第二步是低温变换，将CO含量降至%左右。
因此，CO变换反应既是原料气制造的继续，又是净化的过程，为后续脱碳过程创造条件。
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，为了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，第一道工序是脱硫，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采用耐硫的催化剂而确定脱硫的位置。
合成氨工艺流程图
合成氨工艺流程图合成氨合成氨指由氮和氢在高温高压和催化剂存在下直接合成的氨，世界上的氨除少量从焦炉气中回收副产外，绝大部分是合成的氨。
合成氨主要用作化肥、冷冻剂和化工原料。
? 天然气制氨。
天然气先经脱硫，然后通过二次转化，再分别经过一氧化碳变换、二氧化碳脱除等工序，得到的氮氢混合气，其中尚含有一氧化碳和二氧化碳约0.1,,0.3,(体积)，经甲烷化作用除去后，制得氢氮摩尔比为3的纯净气，经压缩机压缩而进入氨合成回路，制得产品氨。
以石脑油为原料的合成氨生产流程与此流程相似。
? 重质油制氨。
重质油包括各种深度加工所得的渣油，可用部分氧化法制得合成氨原料气，生产过程比天然气蒸气转化法简单，但需要有空气分离装置。
空气分离装置制得的氧用于重质油气化，氮作为氨合成原料外，液态氮还用作脱除一氧化碳、甲烷及氩的洗涤剂。
? 煤(焦炭)制氨。
随着石油化工和天然气化工的发展，以煤(焦炭)为原料制取氨的方式在世界上已很少采用。
o 合成氨工艺流程图1o 合成氨的在线分析检测点序检测点被测组分典型量程备注号A1 半水煤气 O2 0~1% A2 脱硫 H2S、SO2 0~5% A3 中变出口 CO 0~5% A4 低变出口 CO 0~1% A5 脱碳出口 CO2 0~2% A6 再生CO2(入口) O2 0~15% A7 精练气(甲烷化)出口 CO2+CO2 0~50ppm A8 合成塔入口新鲜气 H2 50~80% CH4 0~15% A9 合成循环气 H2 40~70% A10 天然气制氢一段炉 CH4 0~15% A11 天然气制氢二段炉 CH4 0~1% A12 重油制氢汽化炉 CH4 0~10%23。
合成氨工艺流程图
合成氨工艺流程图合成氨合成氨指由氮和氢在高温高压和催化剂存在下直接合成的氨，世界上的氨除少量从焦炉气中回收副产外，绝大部分是合成的氨。
合成氨主要用作化肥、冷冻剂和化工原料。
? 天然气制氨。
天然气先经脱硫，然后通过二次转化，再分别经过一氧化碳变换、二氧化碳脱除等工序，得到的氮氢混合气，其中尚含有一氧化碳和二氧化碳约0.1,,0.3,(体积)，经甲烷化作用除去后，制得氢氮摩尔比为3的纯净气，经压缩机压缩而进入氨合成回路，制得产品氨。
以石脑油为原料的合成氨生产流程与此流程相似。
? 重质油制氨。
重质油包括各种深度加工所得的渣油，可用部分氧化法制得合成氨原料气，生产过程比天然气蒸气转化法简单，但需要有空气分离装置。
空气分离装置制得的氧用于重质油气化，氮作为氨合成原料外，液态氮还用作脱除一氧化碳、甲烷及氩的洗涤剂。
? 煤(焦炭)制氨。
随着石油化工和天然气化工的发展，以煤(焦炭)为原料制取氨的方式在世界上已很少采用。
o 合成氨工艺流程图1o 合成氨的在线分析检测点序检测点被测组分典型量程备注号A1 半水煤气 O2 0~1% A2 脱硫 H2S、SO2 0~5% A3 中变出口 CO 0~5% A4 低变出口 CO 0~1% A5 脱碳出口 CO2 0~2% A6 再生CO2(入口) O2 0~15% A7 精练气(甲烷化)出口 CO2+CO2 0~50ppm A8 合成塔入口新鲜气 H2 50~80% CH4 0~15% A9 合成循环气 H2 40~70% A10 天然气制氢一段炉 CH4 0~15% A11 天然气制氢二段炉 CH4 0~1% A12 重油制氢汽化炉 CH4 0~10%23。
工业合成氨简易流程图-
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结论： 提高平衡氨含量 升高压力、降低温度和减少惰气含量。
硫及其化合物 氯及其化合物 磷及其化合物
催化剂的改进： ①降低活性温度 ②改变外形降低 催化剂床层阻 力，节省功耗。
砷及其化合物
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第三节 氨合成的工艺条件
前面讨论过氨合成的热力学、动力学及催化剂，实际生产 过程中，反应不可能达到平衡，合成工艺参数的选择除了 考虑平衡氨含量外，还要综合考虑反应速率、催化剂使用 特性以及系统的生产能力、原料和能量消耗等，以期达到 良好的技术经济指标。需要选择氨合成的工艺参数。
Kp
pNH 3
p p 1.5 H2
0.5 N2
1 yNH 3
p
y y 1.5 H2
0.5 N2
压力较低时，气体混合物视为理想气体。
Kp值仅与温度 有关
lK g 2 p . 6 0 / T 2 . 0 6l1 9 T g 5 . 5 1 1 1 1 5 T 0 9 1 . 83 1 4 7 T 2 0 8 3 . 6 9 8
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(5)产物自催化剂表面解吸； (6)解吸后的产物从催化剂毛细孔向外表面扩散； (7)产物由催化剂外表面扩散至气相主流。
以上七个步骤中，(1)、(7)为外扩散过程；(2)、 (6)为内 扩散过程；(3)、4)和（5）总称为化学动力学的过程。
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2.影响反应速率的因素
反应速度--是以单位时间内反应物质浓度的减少量或生成 物质浓度的增加量表示。
合成氨工艺流程图
合成氨
合成氨指由氮和氢在高温高压和催化剂存在下直接合成的氨，世界上的氨除少量从焦炉气中回收副产外，绝大部分是合成的氨。
合成氨主要用作化肥、冷冻剂和化工原料。
①天然气制氨。
天然气先经脱硫,然后通过二次转化，再分别经过一氧化碳变换、二氧化碳脱除等工序，得到的氮氢混合气,其中尚含有一氧化碳和二氧化碳约0.1％～0。
3％（体积），经甲烷化作用除去后，制得氢氮摩尔比为3的纯净气，经压缩机压缩而进入氨合成回路,制得产品氨。
以石脑油为原料的合成氨生产流程与此流程相似。
②重质油制氨。
重质油包括各种深度加工所得的渣油，可用部分氧化法制得合成氨原料气,生产过程比天然气蒸气转化法简单，但需要有空气分离装置。
空气分离装置制得的氧用于重质油气化，氮作为氨合成原料外，液态氮还用作脱除一氧化碳、甲烷及氩的洗涤剂。
③煤（焦炭）制氨.随着石油化工和天然气化工的发展，以煤(焦炭）为原料制取氨的方式在世界上已很少采用。
o合成氨工艺流程图
o合成氨的在线分析检测点。
合成氨生产流程简图
水蒸汽 Ｈ２等其他杂质 Ｈ２Ｓ等其他杂质
少量ＣＯ和ＣＯ２ Ｎ２,Ｈ２和极少 Ｎ２,Ｈ２ＮＨ３液氨
Ｎ２,Ｈ２量ＣＯＸ等其他杂质
图１ 合成氨的极简化流程
燃烧尾气放空
合ห้องสมุดไป่ตู้系统放空气
合成系统弛放气
煤 吹风气 氨库大槽减压
蒸汽
图２ 造气工艺流程示意图
煤气柜来半水煤气
经水封水封 水封
水封
硫泡沫去融硫釜
脱硫后的半水煤气送至压缩机一段
图３ 脱硫工艺流程图
压缩机三段
出口来变换气
净化气去
压缩机四段入口富 贫
闪蒸气放空 液
液
二氧化碳
去尿素
空气放空
空气风机 真空泵
图５ 变换与脱硫工艺流程图
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1
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y ? y 1.5 0.5
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yNH 3 yi ? yNH 3
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(r ? 1)2 ? p ?r 1.5
(1 ?
y NH 3 yi ? y NH 3 )2
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r 1.5
Kp
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p
? (r
?
2
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影响平衡氨含量的因素
a．压力和温度的影响
当r＝3时， yi =0时，不同温度、
压力下的平衡氨含量值如下表：
T/℃
360 384 424 464 504 552
10 35.10 29.00 20.63 14.48 10.15 6.71
15 43.35 36.84 27.39 19.94 14.39 9.75
压力/MPa
20 49.62 43.00
Kp ?
p NH 3
p ? p 1 . 5
0 .5
H2
N2
?
1 p
?
y
y
1 .5 H2
NH 3
?y
0 .5 N2
压力较低时，气体混合物视为理想气体。
Kp 值仅与温度 有关
lg Kp ? 2001.6 / T ? 2.6911lg T ? 5.5193? 10?5T ? 1.8489 ? 10?7T 2 ? 3.68
当压力较高时，气体混合物视为非理想气体，Kp 不仅与温
度有关，还与压力、气体在组成有关，当压力在1.0-
100MPa 下，Kp可用以下经验公式计算：
lg Kp ? 2074.8 /T ? 2.4943lgT ? BT ? 1.856 ? 10?7T 2 ? I
8
其中β和 I 为与压力有关的系数，见下表：
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2. 影响反应速率的因素
反应速度--是以单位时间内反应物质浓度的减少量或生成 物质浓度的增加量表示。
影响氨合成反应速度因素： ①压力的影响 当温度和气体组成一定时，提高压力，正反应速率增大， 逆反应速率减小。提高压力净反应速率提高。 ②氢氮比的影响 反应初期的最佳氢氮比为1，随着反应的进行，氨含量不 断增加，欲使rNH3 保持最大值，最佳氢氮比应随之增大。
p,MPa
β ×104
I
1 0 1.933
3 0.34 2.021
5 1.256 2.090
10 1.256 2.113
30 1.256 2.206
60 10.856 3.059
100 26.833 4.473
9
不同温度、压力下H2/N2＝3纯氢氮混合气体反应的Kp值
合成氨时，当原料组成一定时，平衡常数Kp值随温度 降低、压力升高而增大。
6
? 合成氨反应特点： ? (1)可逆反应。即在氢气和氮气反应生成氨的同时，氨也分
解成氢气和氮气。 ? (2)放热反应。在生成氨的同时放出热量，反应热与温度、
压力有关。 ? (3)体积缩小的反应。
? (4)反应需要有催化剂才能较快的进行。
7
二、氨合成反应的化学平衡
? 反应达到平衡时的平衡常数可表示为：
32 60.43 54.00
33.00 43.60
24.71 34.24 18.24 30.90
12.62 18.99
60 80 75.32 81.80 69.94 77.24 60.35 68.68 50.62 59.42 41.44 50.13 31.81 39.78
温度越低，压力越高，平衡氨含量 yNH3 越高
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结论： 提高平衡氨含量 升高压力、降低温度和减少惰气含量。
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四、氨合成反应速率
? 1.反应机理 ? 在催化剂的作用下，氢与氮生成氨的反应是一气固相催
化反应。由以下几个步骤所组成： (1)气体反应物扩散到催化剂外表面； (2)反应物自催化剂外表面扩散到毛细孔内表面； (3)气体被催化剂表面 (主要是内表面 )活性吸附(与普通吸附
一、 氨合成反应的热效应
氨合成反应为： N 2＋3H2
2NH 3
Δ
H
? 298
=-92.4kJ/mol
不同温度、压力下，纯氢氮混合气完全转化为氨的反应热： Δ HF=38338.9+[22.5304+3474.4/T+1.89963 ×1010/T 3]p +22.3864T+10.5717 ×10-4T2 -7.08281 ×10-6T3 Δ HF—纯氢氮混合气完全转化为氨的反应热， kJ/mol ； p—压力，MPa; T—温度，K。
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b. 氢氮比r的影响
若不考虑 r对Kp的影响，
知r=3时， yNH3 为最大值； 高压下，气体偏离理想状
态， Kp将随 r而变， 具有
最大 yNH3 时的 r略小于 3， 约在 2.68～2.90之间， 如 图所示：
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c. 惰性气体含量的影响
惰性气体指不参加合成氨反应的甲烷和氩气
◆ 由图3-2知，惰性气体含量增加，平衡氨含量减小，因 为增加惰性气体含量相当于降低了反应物的分压，即惰性 气体对氨合成不利。 ◆ 另外，氨合成为不完全反应，未反应原料气体需要循环利 用，必然造成惰性气体的富集，最终采取部分放空的办法 减少惰性气体，造成原料气的浪费。
的区别在于有化学力参与在内，并放出热量)； (4)吸附状态的气体在催化剂表面上起化学反应，生成产物；
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(5)产物自催化剂表面解吸； (6)解吸后的产物从催化剂毛细孔向外表面扩散； (7)产物由催化剂外表面扩散至气相主流。
以上七个步骤中，(1)、(7)为外扩散过程；(2)、 (6)为内 扩散过程；(3)、4)和（5）总称为化学动力学的过程。
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三、平衡氨含量及其影响因素
平 衡
氨合成反应达到化学平衡时，混合气体中氨的含 量称为平衡氨含量，又可称为氨的平衡产率。
氨
有了平衡常数Kp，计算平衡氨含量就比较容易。
含 量
设进口氢氮比为r，平衡混合气中NH3的平衡含量为 yNH3，惰性气体组成为yi，则：
1
r
yN2
?
(1 ?
yi
?
y NH
3
)
? r
3
4
?学习目标：
掌握氨合成反应的基本原理及氨的合成工艺条件的选择及 工艺流程分析；
熟悉氨合成塔结构特点，并流双套管氨合成塔的结构及其 它塔型的分析;
了解氨合成反应机理、合成氨催化剂、动力学方程及二气 回收的处理方法;
了解物料衡算和热量衡算及氨合成过程中的能量分析和余 热回收;
5
第一节 氨合成反应的基本原理
工业合成氨简易流程图
除去杂质气体、粉 尘等，防止催化剂
“中毒”
N2和H2(循环 )
制取 净 压 合 冷 分 原料 化 缩 成 凝 离
气
(循环操作过程 )
液氨
1
第三章 氨的合成
?氨的合成 ?氨的合成是整个合成氨生产过程中的 核心部分，任
务是在适当的温度、压力和有催化剂存在的条件下， 将经过精制的 H2、N2组成约为3:1的原料气 直接加 入合成塔，催化剂作用下合成为氨。