1.氨的基本知识

1.1氨的性质

分子式：NH3；分子量：17.03；无色气体，有强烈的刺激臭味；  熔点-77．7℃；沸点-33．5℃；

易溶于水，溶于醇和乙醚；燃点：630℃，在空气中燃烧生成 N2 和 H2O， NH3与空气或氧按一定比例混合后，遇火能爆炸；爆炸极限：空气中 15.5％～28％，O2气中 13.5％～82％。

1.2.氨的用途

制冷剂；氮肥原料（如尿素、碳铵等）；化工原料（如纯碱、农药等）

1.3合成氨生产用原料

天然气、石脑油、重质油和煤（或焦炭）。

1.4合成氨生产方法

天然气（石脑油）制氨；重质油制氨；煤（焦炭）制氨。

2.煤制合成氨工艺

2.1煤制合成氨的工艺方法比较

2.2煤制合成氨工艺

煤制合成氨由造气（半水煤气制备）、脱硫、变换、脱碳、压缩、合成等工序组成。

2.2.1 半水煤气制备

将无烟煤加到固定层煤气发生炉中，向炉内通入空气和蒸汽，汽化产生的半水煤气经燃烧室，废热锅炉回收热量后，送到气柜储存，半水煤气经电除尘器除去其中固体小颗粒。

2.2.2脱硫

半水煤气进入原料气压缩机的前段，加压到1.9～2.0MPa，送到半水煤气脱硫塔中，用ADA脱硫溶液洗涤除去气体中硫化氢。

变换后的气体返回换热器与半水煤气换热后，再经热水塔使气体冷却，进入变换气脱硫塔用ＡＤＡ溶液洗涤，以脱除变换时有机硫转化而成的硫化氢。

2.2.3变换

经脱硫的气体进入饱和塔，用热水使气体变成饱和水蒸气，经热交换器被由变换炉来的变换气加热后，进入变换炉，用蒸汽使气体中一氧化碳变换成氢气。

2.2.4 脱碳

变换脱硫后的气体进入原料气压缩机的后两段，加压到12～13MPa，依次进入铜洗塔和碱洗塔中，使气体中一氧化碳和二氧化碳含量降低到20ppm以下。

2.2.5合成

经脱碳后的气体经压缩提压后送至合成氨工序生产氨，氨净值一般为10~16 ﹪。

2.3煤制合成氨工艺流程

3.天然气制合成氨工艺

3.1天然气制合成氨的工艺方法比较

3.2天然气制合成氨工艺

天然气制合成氨由脱硫、造气、变换、脱碳、甲烷化、压缩、合成、氢氨回收装置等工序组成。

3.2.1脱硫工艺

原料天然气经压缩机压缩至工艺要求压力后，经预热到工艺需求温度至脱硫工序脱硫槽将天然气的硫除去，使天然气中的总硫降至0.01ppm及以下。

3.2.2造气工艺

脱硫的原料天然气经与蒸汽以一定的水碳比混合加热到转化炉入口温度后进入一段转化炉，在镍催化剂作用下进行一段转化，一段转化反应式：

CnHm+nH2O=CO+(m/2+n)H2-Q

CH4+3H2O =CO+3H2-Q

一段转化出口气与经加热至规定温度的工艺空气混合燃烧在二段炉内蒸汽转化反应，在催化剂作用下，出口气温度999℃左右，出口甲烷,0.35﹪（V干基），送废热锅炉回收热能产生中压蒸汽。

二段转化反应式

甲烷的燃烧

CH4+3H2O =CO+3H2-Q

CH4+CO2 =2CO+2H2-Q

可燃气体燃烧

H2+O2 =H2O+Q

CH4+2O2 =CO2+ 2H2O+Q

2CO+O2=2CO2+Q

3.2.3变换工艺

转化工艺气温度降为370℃左右进入铁铬系催化剂的高温变换炉顶部，从底部流出高变气温度降为200℃左右再入低温变换炉。低温变换在铜锌系催化剂中进行反应，CO含量降到0.3％及以下。

反应式

催化剂：CO+H2O =CO2+H2+Q

3.2.4脱碳工艺

低变气经冷却进入吸收塔下部，经吸收气体中CO2含量降到0.4％，再经上塔吸收，从塔顶逸出的脱碳后的CO2含量0.1％工艺气去甲烷化工序。

吸收塔底流出富液，经富液泵送至再生塔顶部，溶液减压闪蒸出水蒸汽和CO2，然后向下流经再生塔填料。

再生溶液（贫液）从再生塔底部流出，经溶液泵升压后分两路（顶部和中部）送入吸收塔。

3.2.5甲烷化工艺

来自吸收塔顶的脱碳气，进入甲烷化炉反应，从炉底流出进入热交换器冷却，甲烷化气中（CO + CO2）小于10ppm。

反应式：

CO+3H2=CH4+H20+Q

CO2+4H2=CH4+2H2O+Q

1/2O2+H2=H2O+Q

3.2.6合成工艺

甲烷化后的工艺气经压缩后在高压(10～100MPa)，高温(300～500℃)及铁催化剂作用下使氢气和氮气合成为氨。

反应式：

3H2+N2＝2NH3+Q

3.2.7氢气回收装置

为提高合成塔进出口氨的净值，需降低循环气中的惰性气体和甲烷含量，将约10﹪的循环气抽出即驰放气，采用膜回收技术分离回收驰放气中的氢气用于系统产氨，膜非渗透气用于一段转化炉作燃料，以降低产氨能耗。

3.3 天然气制氨工艺流程

4.我国合成氨现状

4.1 产能及装置现状

2010年，我国合成氨产能达6300万吨/年

我国有中型合成氨装置有55 套，生产能力为600 万吨/年， 小型合成氨装置有700 多套，生产能力为2800 万吨/年，约占我国合成氨总生产能力的45 %。

4.2 合成氨的理论能耗

吨氨产品理论能耗为21.87GJ。

4.3我国合成氨的能耗现状

合成氨按能量使用量大小排序依次为：转化工序、蒸汽动力系统、合成工序 。

我国中、小型合成氨厂吨氨能耗情况： 采用蒸汽自给节能技术，以天然气、煤、重油为原料生产合成氨的能耗目前平均分别为：39GJ/吨氨左右、 45GJ/吨氨左右、 54GJ/吨氨左右。

5.合成氨节能技术

我国合成氨能耗水平和国外存在很大差距，国内厂家之间能耗水平参差不齐，在能源日渐紧缺的当今，引进先进技术和进行技术改造以降低能耗水平是企业生存的法宝，也是我国产业政策的要求。

我公司拥有低热耗转化、深冷净化、变压吸附、分子筛合成、三废流化混燃炉、余热回收等成熟工艺技术，针对不同工艺的合成氨装置提供专用的成套成熟的综合节能技术，按EPC模式为用户提供优质的节能服务。