合成氨原料气的制备方法
制氨气的化学方程式
制氨气的化学方程式
制取氨气有实验室制氨和工业制氨
一、实验室制取氨气的方程式
反应方程式：2NH4Cl+Ca(OH)2===2NH3↑+2H2O+CaCl2（加热条件）
二、氨气工业制备流程
1、哈伯法制氨：
N2+3H2⇌2NH3（反应条件为高温、高压、催化剂）
2、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。
3、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汽转化法简单，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，氮用于氨合成原料。
4、煤（焦炭）制氨：煤直接气化(见煤气化)有常压固定床间歇气化、加压氧－蒸汽连续气化等多种方法。
例如早期的哈伯－博施法合成氨流程，以空气和蒸汽为气化剂，在常压、
高温下与焦炭作用，制得含(CO+H2)/N2摩尔比为3.1～3.2的煤气，称为半水煤气。
半水
煤气经洗涤除尘后，去气柜，经过一氧化碳变换，并压缩到一定压力后，用加压水洗涤除
去二氧化碳，再进一步用压缩机压缩后用铜氨液进行洗涤，以除去少量一氧化碳、二氧化碳，然后送去合成氨。
合成氨生产原料气的制取
3. 蒸汽氧比 蒸汽与氧的比例，影响气化温度及煤气 的组成。蒸汽氧比增大，煤气中氢和一氧化 碳增加。但炉温下降，使甲烷含量提高。 一般控制在5～8kg/m3。
五、固定层连续气化岗位安全操作及环保措施
（1）.岗位特点 见任务一“五” （2）. 岗位物料的性质
主要物料性质见任务一第五点，还有氧气，氮气。氧气为助燃剂， 和氧化剂。
（3）、本岗位主要安全事故及处理方法
事故 炉内结渣，
炉顶出口煤气与灰 锁温度同时升高
现象
处理方法
（1）灰中渣块大
（1）提高汽氧比，与灰熔点相适应。
（2）炉箅电机电流超高或液压驱 （2）降低炉箅转速，加大负荷。
动的液压压力高
（3）CO2偏低
（1）出现沟流；出口煤气温度高， (1)降低负荷，增加汽氧比，短时增加炉箅转速来破坏风洞，检查气化炉
③炉箅。其作用是维持燃料层的 向下移动，均匀分布气化剂， 排灰入灰锁，破碎灰渣。
（2）煤锁和灰锁 气化炉顶设有煤锁，进行间歇 加煤 。 炉底设有灰锁，将灰渣 定期排入灰斗
图3-4 鲁奇炉 1、煤箱 2、分布器 3、水 夹槽4、灰箱 5、洗涤器
（3）灰锁膨胀冷凝器 灰锁膨胀 冷凝器的作用是灰锁泄压时将含有 的灰尘和水蒸气冷凝、洗涤下来， 使泄压气量大幅减少，同时保护 泄压阀门不被含有灰尘的水蒸气 冲刷磨损，延长阀门的使用寿命。
润滑油供油不足
煤锁温度正常而炉内缺煤，温度 高
灰锁下阀打不开，下灰少
降炉负荷，短时增加炉箅转速，若无效停车处理。
（1）降炉负荷，降汽氧比 （2）减小供气量，维持好煤气炉的压力。 （3）减少气化剂，转动炉箅。 （4）气化炉停车处理。
检查润滑油泵，注油点压力、管线是否通畅，调整油泵出口压力。
合成氨的工艺流程
合成氨的工艺流程1. 空气分离：首先，空气中的氮气和氧气需要被分离。
这可以通过空气压缩和冷却，然后用分子筛或液化分离技术将氮气和氧气分离出来。
2. 氮气制备：通过空气分离得到的氮气需要被进一步提纯。
这可以通过低温分馏或其他技术将氮气提纯到适当的纯度。
3. 氢气制备：氢气可以通过天然气蒸汽重整反应或者电解水得到。
4. 催化剂制备：制备出合成氨反应所需的催化剂，通常是以铁为主要成分的铁钼镍催化剂。
5. 合成氨反应：将氮气和氢气在高压高温的条件下通过催化剂进行反应，生成合成氨。
6. 分离纯化：将合成氨经过冷却和减压，然后通过吸收剂、冷却和压缩等工艺步骤来分离纯化合成氨。
7. 储存和运输：将合成氨储存于合适的储罐中，并通过管道或其他运输方式将其运输到需要的地点。
以上就是合成氨的工艺流程，通过这个工艺流程可以高效地制备出高纯度的合成氨，供给各种化工生产需要。
合成氨的工艺流程是一个复杂而精细的过程，其中的每一步都需要严格控制，以确保产出的合成氨的纯度和质量能够满足工业需求。
在合成氨的工艺中，采用了一系列先进的化工技术和设备，以下将进一步细说合成氨的工艺流程过程。
8. 催化剂再生：在合成氨反应中使用的催化剂需要不断地被再生。
随着反应进行，催化剂表面会积聚一定量的杂质物质，从而影响催化剂的活性和选择性。
因此，通过热气流或蒸汽来清洁催化剂表面，以恢复催化剂的活性和选择性。
9. 热力学控制：合成氨的反应是放热反应，因此需保持适宜的温度。
以确保反应不至于过热，影响产品的选择性及催化剂的稳定性。
使用适当的冷却系统来维持反应温度，是非常关键的。
10. 蒸汽重整制氢：氢气是合成氨反应的一种重要原料。
而氢气通常是通过天然气蒸汽重整反应得到的。
在这个过程中，通过加热天然气并与水蒸气反应，生成氢气和二氧化碳。
11. 压缩系统：由于合成氨反应需要高压，所以需要使用高效的压缩系统，来将氮气和氢气压缩至合适的反应压力。
一般情况下，合成氨反应的压力约为100至200大气压。
工业合成氨资料讲解
1. 合成氨工业(1)简要流程(2)原料气的制取N2：将空气液化、蒸发分离出N2或将空气中的O2与碳作用生成CO2，除去CO2后得N2。
H2：用水和燃料(煤、焦炭、石油、天然气)在高温下制取。
用煤和水制H2的主要反应为：(3)制得的H2、N2需净化、除杂质，再用压缩机制高压。
(4)氨的合成：在适宜条件下，在合成塔中进行。
(5)氨的分离：经冷凝使氨液化，将氨分离出来，提高原料的利用率，并将没有完全反应的N2和H2循坏送入合成塔，使之充分利用。
2.合成氨条件的选择(1)合成氨反应的特点：合成氨反应是一个放热的、气体总体积缩小的可逆反应：(2)合成氨生产的要求：合成氨工业要求：○1反应要有较大的反应速率；○2要最大限度的提高平衡混合物中氨气的含量。
(3)合成氨条件选择的依据:运用化学反应速率和化学平衡原理的有关知识，同时考虑合成氨生产中的动力、材料、设备等因素来选择合成氨的适宜生产条件。
反应条件对化学反应速率的影响对平衡混合物中NH3的含量的影响合成氨条件的选择增大压强有利于增大化学反应速率有利于提高平衡混合物中NH3的产量压强增大，有利于氨的合成，但需要的动力大，对材料、设备等的要求高，因此，工业上一般采用20MPa—50MPa的压强升高温度有利于增大化学反应速率不利于提高平衡混合物中NH3的产量温度升高，化学反应速率增大，但不利于提高平衡混合物中NH3的含量，因此合成氨时温度要适宜，工业上一般采用500℃左右的温度(因该温度时，催化剂的活性最强)使用催化剂有利于增大化学反应速率没有影响催化剂的使用不能使平衡发生移动，但能缩短反应达到平衡的时间，工业上一般选用铁触媒作催化剂，使反应在尽可能低的温度下进行。
○1温度：500℃左右○2压强：20MPa—50MPa ○3催化剂：铁触媒除此之外，还应及时将生成的氨分离出来，并不断地补充原料气，以有利合成氨反应。
(6)合成氨生产示意图3.解化学平衡题的几种思维方式(1)平衡模式思维法(三段思维法)化学平衡计算中，依据化学方程式列出“起始”“变化”“平衡”时三段各物质的量(或体积、或浓度)，然后根据已知条件建立代数式等式而进行解题的一种方法。
合成氨原料气的制备方法
合成氨原料气的制备方法合成氨是一种重要的化工原料，广泛应用于合成尿素、硫酸铵、硝酸铵等农业肥料的生产中，同时也是用于生产合成纤维、合成塑料、合成染料等化工产品的重要原料。
合成氨的制备方法主要有两种，分别是哈伯－玻苏曼法和氮氢氧化物还原法。
1.哈伯－玻苏曼法哈伯－玻苏曼法是最常用的工业合成氨的方法，其主要反应是氮气和氢气在高温高压条件下通过催化剂合成氨。
具体步骤如下：(1)空气的预处理：将气源空气经过压缩、过滤、去除水分和二氧化碳等处理后，进入空气分离机，将氮气与氧气分离。
(2)硝氧化：对分离出来的氮气进行硝化反应，将氮气转化为二氧化氮。
通过将氮气与氧气在高温高压条件下经过氧化催化剂的催化作用，生成二氧化氮。
(3)合成氨反应：将已经生成的二氧化氮与氢气混合，并通过冷凝和压缩等操作，将混合气体送入空气反应器中。
在高温高压条件下，通过铁-铁-铁铬催化剂的作用，二氧化氮与氢气发生反应，生成氨气。
2.氮氢氧化物还原法氮氢氧化物还原法是一种相对新的合成氨方法，其原理是将氮气和氢气通过一系列反应和催化作用转化为合成氨。
(1)氮气的预处理：与哈伯－玻苏曼法相似，将气源空气经过处理，将氮气与氧气分离。
(2)硝化反应：将分离出来的氮气与氧气在高温高压条件下经过氧化催化剂的催化作用，生成二氧化氮。
(3)氮氧化物的催化还原：将二氧化氮经过一系列反应步骤，包括氧化、还原和催化等多个阶段的循环反应。
氧化阶段是将二氧化氮与空气中的氧气经过催化剂的作用，部分转化为三氧化二氮。
还原阶段是将三氧化二氮与氢气在高温高压条件下反应，生成亚氮化合物。
催化阶段则是将亚氮化合物经过合适的催化剂作用，转化为氨气。
这两种方法中，哈伯－玻苏曼法是目前工业上最常用的方法，其具有规模大、成本低的优势。
氮氢氧化物还原法则相对较新，其具有可持续发展的潜力，在节能减排、降低工艺复杂度等方面具有一定优势。
随着科技的不断进步，相信合成氨制备方法将会得到更多的改进和创新。
合成氨工艺
合成氨工艺————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：合成氨工艺流程(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%~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。
变换反应如下：CO+H2OH→2+CO2 =-41.2kJ/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0.3%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。
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，常用的有低温甲醇洗法(Rectisol)、聚乙二醇二甲醚法(Selexol)等。
粗原料气经CO变换以后，变换气中除H2外，还有CO2、CO和CH4等组分，其中以CO2含量最多。
CO2既是氨合成催化剂的毒物，又是制造尿素、碳酸氢铵等氮肥的重要原料。
因此变换气中CO2的脱除必须兼顾这两方面的要求。
一般采用溶液吸收法脱除CO2。
工业制氨气的方法
工业制氨气的方法
工业合成氨生产工艺基本过程如下：
1.造气
合成氨原料气中的氮气一般来自空气，氢气则需要制备。
制氢的原料有天然气、石脑油、重质油、煤等。
2.脱硫
制氢的原料中，一般含有少量的硫化氢或硫化物，它们会进入原料气中，这些含硫物质，极易使后续阶段使用的催化剂中毒，必须首先将其除去，这个过程称为脱硫。
脱硫主要有物理吸收（用甲醇、聚乙二醇二甲醚作吸收剂）和化学吸收两种，后者常用的有氨水催化法和改良蒽醌二磺酸法等。
3.变换
经脱硫后的原料气中，除氢气外，还含有一定量的一氧化碳。
为提高氢气产量，利用水蒸气和一氧化碳反应，使之转化成氢气，该过程称为变换。
4.精炼
经过上述几个过程得到的氮、氢原料气中还含有少量的一氧化碳和二氧化碳，而合成反应使用的催化剂要求碳的氧化物总量不能大于10ppm，必须进一步脱去;少量水分对催化剂的活性等也有影响，同样要除去。
除去这些微量有害物质的过程，称为精炼。
合成
经过上述处理并经过多级压缩后达到指定高压（一般为32MPa）的氮、氢混合气，送到合成塔中在一定温度（～500℃）范围内，经催化剂（Fe2O3为主体）作用，进行合成反应。
合成氨原料气的精制
一 、 甲烷化法流程
甲烷化的流程主要有两种类型，即外加热与自热型。
一般流程如下：先用甲烷化反应后出口气体来换热使进 口温度上升，余下的温差再用一氧化碳变换工序来的热气体 或电加热器加热到催化反应所需要的入口气体温度。
脱碳气 脱碳气气水分离器
甲烷化换热器
来自变换气
脱碳气加热器
甲烷化气 甲烷化气水分离器
2、认真操作，做到勤观察、勤调节、优化运行，监控入 口净化气中（CO+ CO2)％的变化情况及脱碳岗位是否有带液 情况，保证甲烷化炉气中（CO+ CO2)％≤10PPm。
3、严密监控系统阻力变化情况。 4、仔细检查合成气分离器的排放情况。
由金属壳体或钢架各种配件组合的炉体结构，要求能承受相当 高的温度、各种介质的腐蚀以及承受一定的压力和荷载，由于气 体中氢分压较大，且气温较高，使氢腐蚀较严重，因此甲烷化炉 采用低合金钢制作。炉内催化剂一般不分层，也可分两层装填。 催化剂层的最低高度与直径之比一般为1：1。催化剂层和气体进 出口都设有热电偶，以测定炉温。
3．原料气成分
C
原料气中水蒸汽含量增加，对甲烷
化反应是不利的，并对催化剂的活性
有一定的影响，所以原料气中水蒸汽
含量越少越好。一般要求小于0.7％。
五、甲烷化法生产操作要点及异常现象处理
（一）装置原始开车及操作
A
1、开车前的准备工作： （1）各相关阀门检查完毕，开启灵活； （2）各相关管道已进行检查，无泄漏、无积水； （3）CO、CO2微量分析仪、温度、压力、流量等 监测、控制仪表安装完毕，调试合格。
升温期间由升温加热炉的燃烧烟气通过气/气换热 器提供的热量加热升温介质。
（1）氮、氢气升温 （2）净化气升温 （3）催化剂升温还原
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年产五十万吨合成氨的原料气制备工艺筛选
合成氨生产工艺流程简介
合成氨因采用的工艺不同其生产流程也有一定的差别，但基本的生产过程都大同小异，基本上由原料气的生产、原料气的净化、合成气的压缩以及氨合成四个部分组成。
●原料气的合成
固体燃料生产原料气：焦炭、煤
液体燃料生产原料气：石脑油、重油
气体燃料生产原料气：天然气
●原料气的净化
脱硫
CO变换
脱碳
●合成气的压缩
●氨的合成
工业上因所用原料制备与净化方法不同，而组成不同的工艺流程，各种原料制氨的典型流程如下：
1)以焦炭（无烟煤）为原料的流程
50年代以前，世界上大多数合成氨厂采用哈伯-博施法流程。
以焦炭为原料的吨氨能耗为88GJ，比理论能耗高4倍多。
我国在哈伯-博施流程基础上于50年代末60年代初开发了碳化工艺和三催化剂净化流程：
◆碳化工艺流程将加压水洗改用氨水脱除CO2得到的碳酸氢铵经结晶，分离后作为产品。
所
以，流程的特点是气体净化与氨加工结合起来。
◆三催化剂净化流程采用脱硫、低温变换及甲烷化三种催化剂来净化气体，以替代传统的铜
氨液洗涤工艺。
2)以天然气为原料的流程
天然气先要经过钴钼加氢催化剂将有机硫化物转化成无机硫，再用脱硫剂将硫含量脱除到0.1ppm以下，这样不仅保护了转化催化剂的正常使用，也为易受硫毒害的低温变换催化剂应用提供了条件。
3)以重油为原料的流程
以重油作为制氨原料时，采用部分氧化法造气。
从气化炉出来的原料气先清除炭黑，经CO耐硫变换，低温甲醇洗和氮洗，再压缩和合成而得氨。
二、合成氨原料气的制备方法简述
天然气、油田气、炼厂气、焦炉气、石脑油、重油、焦炭和煤，都是生产合成氨的原料。
除焦炭成分用C表示外，其他原料均可用C n H m来表示。
它们呢在高温下与蒸汽作用生成以H2和CO 为主要组分的粗原料气，
这些反应都应在高温条件下发生，而且为强吸热反应，工业生产中必须供给热量才能使其进行。
按原料不同分为如下几种制备方法：
●以煤为原料的合成氨工艺
各种工艺流程的区别主要在煤气化过程。
典型的大型煤气化工艺主要包括固定床碎煤加压气化工艺、德士古水煤浆加压气化工艺以及壳牌干煤粉加压气化工艺。
①固定床碎煤气化
②德士古水煤浆加压气化工艺
③干煤粉加压气化工艺
●以渣油为原料的合成氨工艺
按照热能回收方式的不同，分为德士古(Texaco)公司开发的激冷工艺与壳牌(Shell)公司开发的废热锅炉工艺。
这两种工艺的基本流程相同，只是在操作压力和热能回收方式上有所不同。
●以天然气为原料的合成氨工艺
针对以天然气为原料的合成氨提出了一系列节能型工艺，有代表性的四种是：Kellogg公司的MEAP工艺，Topsoe公司的节能工艺，Braun公司的深冷净化工艺以及ICI公司的AMV工艺。
三、烃类蒸汽转化法
目前合成氨生产工艺中原料气的制备以天然气作原料为主，国外几家大公司针对天然气流程开发了很多新型工艺，国内外合成氨装置也大多是以天然气为原料。
早在1913年，德国BASF公司就已经提出了第一个蒸汽转化催化剂的专利。
30年代初期，工业上已经用甲烷作为原料与蒸汽进行催化转化反应制取氢气。
二次大战期间，合成氨工业开始采用天然气，与焦炭，煤原料相比，它显示出种种优越性。
因此，天然气蒸汽转化法制氨得到广泛应用。
1954年以后，英国ICI公司先后开发成功抗析碳的系列石脑油蒸汽转化催化剂，60年代合成氨原料又开始扩大到石脑油。
蒸汽转化法制得的粗原料气应满足下述要求：
●残余甲烷含量不超过0.5%（体积）
●（H2+CO）/N2比在2.8-3.1（摩尔比）
因此，合成氨厂的转化工序一般分为两段进行。
一段炉中，大部分烃类与蒸汽于催化剂作用下转化成H2、CO和CO2；接着一段转化气进入二段炉，在此加入空气，有一部分H2燃烧放出热量，催化剂床层温度升高到1200-1250℃，并继续进行甲烷的转化反应；二段炉出口气体温度约为950-1000℃，残余甲烷含量和（H2+CO）/N2比均可达到上述指标。
气态烃原料是各种烃的混合物，除了主要成分甲烷外，还有一些其它烷烃，有的甚至还有少量烯烃。
此外，当烃与蒸汽作用时，可以有几个反应同时产生。
因此，研究烃类转化反应首先应该讨论气态烃类蒸汽转化过程的化学反应表达形式。
（二）烃类蒸汽转化的工业生产方法
工业上含烃原料采用蒸汽催化转化法制取转化气可以分为一段和二段转化。
对合成氨生产，都采用二段转化流程。
工艺流程
与采用重油或煤为原料生产合成氨相比较，以轻质烃类为原料时，由于基建投资省，能源消耗低，环境污染小，建设进度快，因此工厂数量多，所占氨产量比重最大。
各公司开发的蒸汽转化法流程，除一段转化炉炉型、烧嘴结构、是否与燃气透平匹配等方面各具特点外，在工艺流程上均大同小异，都包括有一、二段转化炉，原料气预热，余热回收与利用。
四、重油气化法（部分氧化法）
重油是石油炼制过程中的一种产品，根据炼制方法不同，分为常压重油（馏分350℃以上）、减压重油（馏分520℃以上）、裂化重油。
由于原油产地及炼制方法不同，重油的化学组成与物理性质有很大差别，但以烷烃、环烷烃和芳香族为主。
除碳、氢外，重油中还有硫、氧、氮等组分，还有微量的钠、镁、钒、镍、铁和硅等成分。
重油部分氧化是指重质烃类和氧气进行部分燃烧，由于反应放出的热量，使部分碳氢化合物发生热裂解以及裂解产物的转化反应，最终获得了以H2和CO为主体，含有少量CO2和CH4（CH4通常在0.5%以下）的合成气。
（三）、重油气化的工艺流程
重油部分氧化制取合成气（CO+H2）的工艺流程由四个部分组成：
原料油和气化剂（O2+H2O）的预热
油的气化
出口高温合成气的热能回收
炭黑清除与回收
按照热能回收方式的不同，可以分为两类：
德士古公司（Texaco）开发的激冷流程
谢尔公司（Shell）开发的废热锅炉流程
这两种方法的基本流程相同，只是在操作压力和热能回收方式上有所不同。
也有以清除合成气中炭黑工艺不同而分为水洗、油洗河石脑油、重油萃取等多种流程。