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合成氨工業
鎖定
- 中文名
- 合成氨工業
- 主要原料
- 氨
- 特 點
- 與能源工業關係密切
- 類 型
- 基本無機化工
合成氨工業概況
①生產能力和產量。合成氨是化學工業中產量很大的化工產品。1982年,世界合成氨的生產能力為125Mt氨,但因原料供應、市場需求的變化,合成氨的產量遠比生產能力要低。合成氨產量以俄羅斯、中國、美國、印度等十國最高,佔世界總產量的一半以上(表1[ 世界合成氨主要生產國產量(kt)])。
③原料。合成氨主要原料有天然氣、石腦油、重質油和煤等。1981年,世界以天然氣制氨的比例約佔71%,蘇聯為92.2%、美國為96%、荷蘭為100%;中國仍以煤、焦炭為主要原料制氨,天然氣制氨僅佔20%。70年代原油漲價後,一些採用石腦油為原料的合成氨老廠改用天然氣,新建廠絕大部分採用天然氣作原料。
合成氨工業特點介紹
①農業對化肥的需求是合成氨工業發展的持久推動力。世界人口不斷增長給糧食供應帶來壓力,而施用化學肥料是農業增產的有效途徑。氨水(即氨的水溶液)和液氨體本身就是一種氮肥;農業上廣泛採用的尿素、硝酸銨、硫酸銨等固體氮肥,和磷酸銨、硝酸磷肥等複合肥料,都是以合成氨加工生產為主。
②與能源工業關係密切。合成氨生產通常以各種燃料為原料,同時生產過程還需燃料供給能量,因此,合成氨是一種消耗大量能源的化工產品。每噸液氨的理論能耗為 21.28GJ,實際能耗遠比理論能耗多,隨着原料、工廠規模、流程與管理水平不同而有差異。日產 1000t氨的大型合成氨裝置生產液氨的實際能耗約為理論能耗的兩倍(表2[ 大型氨廠生產合成氨的實際能耗])。
③工藝複雜、技術密集。氨合成是在高壓高温和催化劑存在下進行的,為氣固相催化反應過程。由於氨合成催化劑(見無機化工催化劑)很易受硫的化合物、碳的氧化物和水蒸氣毒害(見催化劑中毒),而從各種燃料製取的原料氣中都含有不同數量的這些物質,故在原料氣送往氨合成前,需將有害物質除去。因此合成氨生產總流程長,工藝也比較複雜,根據不同原料及不同的淨化方法而有多種流程(見氨)。
合成氨工業發展趨勢
①原料路線的變化方向。從世界燃料儲量來看,煤的儲量約為石油、天然氣總和的10倍,自從70年代中東石油漲價後,從煤制氨路線重新受到重視,但因以天然氣為原料的合成氨裝置投資低、能耗低、成本低的緣故,預計到20世紀末,世界大多數合成氨廠仍將以氣體燃料為主要原料。
②節能和降耗。合成氨成本中能源費用佔較大比重,合成氨生產的技術改進重點放在採用低能耗工藝、充分回收及合理利用能量上,主要方向是研製性能更好的催化劑、降低氨合成壓力、開發新的原料氣淨化方法、降低燃料消耗、回收和合理利用低位熱能等。如今已提出以天然氣為原料的節能型合成氨新流程多種,每噸液氨的設計能耗可降低到約29.3GJ。
③與其他產品聯合生產。合成氨生產中副產大量的二氧化碳,不僅可用於冷凍、飲料、滅火,也是生產尿素、純鹼、碳酸氫銨的原料。如果在合成氨原料氣脱除二氧化碳過程中能聯合生產這些產品,則可以簡化流程、減少能耗、降低成本。中國開發的用氨水脱除二氧化碳直接制碳酸氫銨新工藝,以及中國、意大利等國開發的變換氣氣提法聯合生產尿素工藝,都有明顯的優點。
合成氨工業合成條件
合成氨工業反應特點
根據化學反應速率的知識,得知升温、增大壓強、及使用催化劑都可以使合成氨的化學反應速率增大;降温、增大壓強可以提高平衡時混合物中氨氣的含量。
合成氨工業壓強
有研究表明,在400°C,壓強超過200MPa時,不使用催化劑,氨便可以順利合成,但實際生產中,太大的壓強需要的動力就大,對材料要求也會增高,這就增加了生產成本,因此,受動力材料設備影響,我國合成氨廠一般採用20MPa~50MPa.
合成氨工業温度
合成氨工業催化劑
採用鐵觸媒(以鐵為主,混合的催化劑),鐵觸媒在500°C時活性最大,這也是合成氨選在500°C的原因。
但對於合成氨反應中的鐵催化劑,O2、CO、CO2和水蒸氣等都能使催化劑中毒。但利用純淨的氫、氮混合氣體通過中毒的催化劑時,催化劑的活性又能恢復,因此這種中毒是暫時性中毒。相反,含P、S、As的化合物則可使鐵催化劑永久性中毒。催化劑中毒後,往往完全失去活性,這時即使再用純淨的氫、氮混合氣體處理,活性也很難恢復。催化劑中毒會嚴重影響生產的正常進行。工業上為了防止催化劑中毒,要把反應物原料加以淨化,以除去毒物,這樣就要增加設備,提高成本。因此,研製具有較強抗毒能力的新型催化劑,是一個重要的課題。
合成氨工業工業制氨
①天然氣制氨。天然氣先經脱硫,然後通過二次轉化,再分別經過一氧化碳變換、二氧化碳脱除等工序,得到的氮氫混合氣,其中尚含有一氧化碳和二氧化碳約0.1%~0.3%(體積),經甲烷化作用除去後,製得氫氮摩爾比為3的純淨氣,經壓縮機壓縮而進入氨合成迴路,製得產品氨。以石腦油為原料的合成氨生產流程與此流程相似。
②重質油制氨。重質油包括各種深度加工所得的渣油,可用部分氧化法制得合成氨原料氣,生產過程比天然氣蒸氣轉化法簡單,但需要有空氣分離裝置。空氣分離裝置製得的氧用於重質油氣化,氮作為氨合成原料外,液態氮還用作脱除一氧化碳、甲烷及氬的洗滌劑。
合成氨工業用途
合成氨工業貯運
商品氨中有一部分是以液態由製造廠運往外地。此外,為保證製造廠內合成氨和氨加工車間之間的供需平衡,防止因短期事故而停產,需設置液氨庫。液氨庫根據容量大小不同,有不冷凍、半冷凍和全冷凍三種類型。液氨的運輸方式有海運、駁船運、管道運、槽車運、卡車運。
- 參考資料
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- 1. 化學反應條件的優化—工業合成氨 .豆丁.2011-11-05[引用日期2012-10-23]