合成氨文献综述

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1、攀枝花学院Panzhihua University本科毕业设计（论文）文献综述 院（系）： 生物与化学工程学院 专 业： 化学工程与工艺 班 级： 2007级化工（2）班 学生姓名： 陈有源 学 号: 200710901006 2011 年 3 月 13 日本科生毕业设计（论文）文献综述评价表毕业设计（论文）题目年产10万吨合成氨厂合成工段设计综述名称合成氨工业综述评阅教师姓名王允威职称助教评 价 项 目优良合格不合格综述结构01文献综述结构完整、符合格式规范综述内容02能准确如实地阐述参考文献作者的论点和实验结果03文字通顺、精练、可读性和实用性强04反映题目所在知识领域内的新动态、新趋势、

2、新水平、新原理、新技术等参考文献05中、英文参考文献的类型和数量符合规定要求，格式符合规范06围绕所选毕业设计（论文）题目搜集文献成绩综合评语： 评阅教师（签字）： 年 月 日文献综述：合成氨工业综述1.氨的性质合成氨的化学名称为氨，氮含量为82.3%。氨是一种无色具有强烈刺激性、催泪性和特殊臭气的无色气体，比空气轻，相对密度0.596，熔点77.7，沸 点33.4。标准状况下，1米3气氨重0.771公斤；1米3液氨重638.6公斤。极易溶于水，常温（20）常压下，一体积的水能溶解600个体积的氨; 标准状况下，一体积水能溶解1300体积的氨的水溶液称为氨水，呈强碱性。因此，用水喷淋处理跑氨事

3、故，能收到较好的效果【1】。氨与酸或酸酐可以直接作用，生成各种铵盐；氨与二氧化碳作用可生成氨基甲铵，脱水成尿素；在铂催化剂存在的条件下，氨与氧作用生成一氧化氮，一氧 化氮继续氧化并与水作用，便能得到硝酸。氨在高温下(800以上)分解成氮和氢；氨具有易燃易爆和有毒的性质。氨的自燃点为630，氨在氧中易燃烧，燃烧时生成蓝色火焰。氨与空气或氧按一定比例混合后，遇明火能引起爆炸。常温下氨在空气中的爆炸范围为15.528，在氧气中为13.582。液氨或干燥的气氨，对大部分物质没有腐蚀性，但在有水的条件下，对铜、银、锌等有腐蚀作用【2】。 2.合成氨工艺2.1依据合成条件压力的不同的几种合成方法氨的合成是

4、合成氨生产的最后一道工序，其任务是将经过精制的氢氮混合气在催化剂的作用下多快好省地合成为氨。对于合成系统来说，液体氨即是它的产品。20世纪初先后实现了电弧法、氰化法和直接合成法生产合成氨的工业方法。工业上合成氨的各种工艺流程一般以压力的高低来分类【2】。(1)高压法操作压力70100MPa，温度为550650，这种方法的主要优点是氨合成效率高，混合气中的氨易被分离。故流程、设备都比较紧凑。但因为合成效率高，放出的热量多，催化剂温度高，易过热而失去活性，所以催化剂的使用寿命较短。又因为是高温高压操作，对设备制造、材质要求都较高，投资费用大。目前工业上很少采用此法生产。(2)中压法操作压力为206

5、0MPa，温度450550，其优缺点介于高压法与低压法之间，目前此法技术比较成熟，经济性比较好。因为合成压力的确定，不外乎从设备投资和压缩功耗这两方面来考虑。从动力消耗看，合成系统的功耗占全厂总功耗的比重最大。但功耗决不但取决于压力一项，还要看其它工艺指标和流程的布置情况。总的来看，在1530Pa的范围内，功耗的差别是不大的，因此世界上采用此法的很多。(3)低压法操作压力10MPa左右，温度400450。由于操作压力和温度都比较低，故对设备要求低，容易管理，且催化剂的活性较高，这是此法的优点。但此法所用催化剂对毒物很敏感，易中毒，使用寿命短，因此对原料气的精制纯度要求严格。又因操作压力低，氨的

6、合成效率低，分离较困难，流程复杂。实际工业生产上此法已不采用了。2.2合成氨生产工艺流程 工业上由于制造粗原料气的方法与气体净化方法的不同，而导致生产合成氨的工艺流程也不尽相同。现将我国目前以煤、天然气和重油为原料，生产合成氨的常用流程介绍如下。（1）以煤为原料生产合成氨的工艺流程 我国以煤为原料的中型合成氨厂多数采用20世纪60年代开发的三催化剂净化流程，即采用脱硫、变换及甲醇化三种催化剂来净化气体，以代替传统的铜氨液洗涤工艺。以煤为原料的小型氨厂则采用碳化工艺，用浓氨水吸收二氧化碳，得到碳酸氢铵产品，将脱碳过程与产品生产过程结合起来。 以无烟煤为原料的中型合成氨厂，将粒度为25100mm的

7、无烟煤（或焦炭）加到固定床煤气发生炉中，交替地向炉内通入空气和蒸汽，气化所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后，通过风机送到半水煤气脱硫塔中，用栲胶（或其他脱硫剂）脱硫，以除去气体中硫化氢；依次进入原料气压缩机的前三段，加压到1.92.0MPa，然后气体进入饱和塔，用热水使气体变成饱和水蒸汽，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，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栲胶溶液脱硫，以脱除变换时有机硫转化而成的硫化氢。此后，气体进入原料气压缩机的后两

8、段，加压到1213MPa，依次进入铜洗塔和碱洗塔中，使气体中的CO和CO2的含量降至2010-6以下。净化后的氢氮混合气进入原料气压缩机最后一段，压缩到3032MPa，进入油分离器，在此与循环气压缩机来的循环气混合并除去其中油雾后，进入冷凝塔和氨冷器的管内，再进入冷凝塔上部的管间3.国内外合成氨工业发展状况和发展趋势3.1国外合成氨工业发展状况和发展趋势3.1.1 国外合成氨工业发展状况合成氨是化学工业中产量很大的化工产品。20世纪50年代，由于北美成功开发了天然气资源，从此天然气作为制氨的原料开始盛行。到了20世纪60年代末，国外主要产氨国都已先后停止用焦炭、煤为原料，取而代之的是以天然气、

9、重油等为原料，天然气所占的比重不断上升。 1982年，世界合成氨的生产能力为125Mt氨,但因原料供应、市场需求的变化，合成氨的产量远比生产能力要低。近年，合成氨产量以苏联、中国、美国、印度等十国最高，占世界总产量的一半以上。合成氨主要消费部门为化肥工业，用于其他领域的（主要是高分子化工、火炸药工业等）非化肥用氨，统称为工业用氨。目前,合成氨年总消费量(以N计)约为78.2Mt，其中工业用氨量约为10Mt，约占总氨消费量的12。合成氨主要原料有天然气、石脑油、重质油和煤等。1981年，世界以天然气制氨的比例约占71,苏联为92.2、美国为96、荷兰为100；中国仍以煤、焦炭为主要原料制氨,天然

10、气制氨仅占20%。70年代原油涨价后，一些采用石脑油为原料的合成氨老厂改用天然气，新建厂绝大部分采用天然气作原料。生产合成氨的方法主要区别在原料气的制造，其中最广泛采用的为蒸汽转化法和部分氧化法【3】。 3.1.2 国外合成氨工业发展趋势 从世界燃料储量来看，煤的储量约为石油、天然气总和的10倍，自从70年代中东石油涨价后,从煤制氨路线重新受到重视,但因以天然气为原料的合成氨装置投资低、能耗低、成本低的缘故,预计到20世纪末,世界大多数合成氨厂仍将以气体燃料为主要原料。合成氨成本中能源费用占较大比重，合成氨生产的技术改进重点放在采用低能耗工艺、充分回收及合理利用能量上，主要方向是研制性能更好的

11、催化剂、降低氨合成压力、开发新的原料气净化方法、降低燃料消耗、回收和合理利用低位热能等。现在已提出以天然气为原料的节能型合成氨新流程多种，每吨液氨的设计能耗可降低到约29.3GJ。合成氨生产中副产大量的二氧化碳，不仅可用于冷冻、饮料、灭火，也是生产尿素、纯碱、碳酸氢铵的原料。如果在合成氨原料气脱除二氧化碳过程中能联合生产这些产品，则可以简化流程、减少能耗、降低成本。中国开发的用氨水脱除二氧化碳直接制碳酸氢铵新工艺，以及中国、意大利等国开发的变换气气提法联合生产尿素工艺，都有明显的优点。3.2国内合成氨工业发展状况和发展趋势3.2.1国内合成氨工业发展状况建国前，国内的合成氨工业基础非常薄弱，规

12、模小，厂家少，并且技术落后。建国后，合成氨工业发展很快，产量也不断增加。中国的合成氨工业是在20世纪30年代开始的，当时仅在南京和大连两地建有规模不大的两个合成氨工厂，此外在上海还有 一个电解水制氢生产合成氨的小型车间，全国年产量不到1万吨。建国以来，基于农业的迫切需要，我国的合成氨工业得到了快速发展。在原料方面，由单一的焦炭发展到煤、天然气、焦炉气、石油炼厂气、轻油和重油等多种原料制氢。研制并生产多种合成氨工艺所需的催化剂，在品种、产量和质量上都能满足工业生产的要求，一些品种的质量已达到国际先进水平；我国已完成大型合成氨厂的设计及关键设备的制造。具有因地制宜特点的我国小型合成氨工业，经过多年

13、的改进，工艺日趋完善，能耗也有明显降低。经过50多年的努力，我国已拥有多种原料、不同流程的大、中、小型合成氨工厂550余个。在技术力量方面，我国已拥有一支能从事合成氨生产的科研、设计、制造和施工的高素质技术队伍。在生产能力方面，1980年中国合成氨产量为1498万吨，到1990年上升至2129万吨，仅次于前苏联名列世界第二。1994年中国氨产量达到2442万吨，2005年中国氨产量为4596万吨，2006年中国合成氨产量为4937.9万吨，2007年中国合成氨产量已超过5000万吨，从1994年后中国合成氨产量位列世界第一。2006年8月国务院下发了关于加强节能工作的决定，要求将“十一五”节能

14、目标逐级分解，落实责任，重点行业主要产品能耗总体要达到或接近本世纪初国际先进水品。为了落实“十一五”节能目标，国家发改委还制定发布了千家企业节能行动实施方案，千家企业是指钢铁、有色、煤炭、电力、石油石化、化工、建材、纺织、造纸等九个重点耗能行业规模以上独立核算企业，其中有16.4%的是氮肥企业【4】。3.2.2 国内合成氨工业的发展趋势合成氨工业的迅速发展促进了一系列科学技术和近代化学合成工业的发展。随着科学技术的进步和生产能力的不断发展，合成氨工业在国民经济中的基础作用必将日益显著。展望21世纪，合成氨装置将继续朝着大型化、集中化、自动化、低能耗与环境友好型方向发展，并形成具有一定规模的生产中心，单系列合成氨装置的能力将从10001350t/d提高至15002000t/d【4】。合成氨生产包括三个主要步骤。第一步是制造含氮和氢的原料气；第二步是将原料气进行净化处理，以除去各种杂质和有毒成分，从而获得纯净的氮氢混合气体；第三步是氨的合成。目前工业上采用的原料气主要分为三种：固体原料（焦炭、无烟煤、褐煤等）、液体原料（重油、原油、轻油等）、气体原料（天然气、油田气、焦炉气、炼厂气等）【5】。21世纪，由于能源危机、清洁环保因素的制约，而且近年来提倡的低碳生活，根据合成氨技术发展的情况分析, 未来合成氨的基本生产原理将不