?第八章 合成氨
合成氨工业
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合成氨 目录
第一节, 绪论
第二节, 固体燃料气化
第三节, 烃类蒸汽转化
第四节, 一氧化碳变换
第五节, 原料气净化 脱硫
第六节, 二氧化碳脱除
第七节, 原料气的最终净化
第八节, 氨的合成
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第一节, 绪论
? 一,氨的性质
? 二,氨的用途
? 三,生产方法
? 四,合成氨工业进展
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（一）、物理性质
? 标准状态下是无色气体，具有特殊的刺激性臭
味。。 20℃ 下将氨气加压 0.8MPa时，液化为无色
的液体。
? 液氨或干燥的氨对大部分物质不腐蚀，在有水
存在时，对铜、银、锌等金属有腐蚀。
? 氨与空气或氧的混合物在一定浓度范围能发生
爆炸，有饱和水蒸气存在时，氨－空气混合物的
爆炸界限较窄。
（二）、化学性质（略）
一、氨的性质
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?85％的氨用来制化学肥料,其余作为
生产其他化工产品的原料。
?氨在工业上主要用来制造炸药和各种
化学纤维及塑料。
?氨的其他工业用途也十分广泛，例如：
在制冰、空调、冷藏等系统的致冷剂。
二、氨的用途
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6
3322
2
1 0 0 0
22
2
2 0 0 0
23
3
o
NHC a C OOHC a C N
CC a C NNC a C
COC a CCC a O
C
C
o
?? ???
??? ???
??? ???
（一）氰化法
（二）直接法
此法是在高压、高温和有催化剂时，氮气和氢
气直接合成为氨的一种生产方法。目前工业上合成
氨基本上都用此法。
三、生产方法
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四、合成氨工业进展
1913年,在德国 Oppau建成第一个工业化的合成氨装置，日
产 30t.一次大战后，各国都在德国被迫公开的合成氨技术的基础
上，开发了一些其他方法。但氨产量增长缓慢。二战结束后，由
于技术的进步，高速发展。
在原料构成方面,由以固体燃料（焦炭，煤等）为原料
转化到了以气体或液体（天然气、石脑油、重油）为原
料来合成氨。
在生产规模上,实现了单系列全盛氨装置的大型化，现
在世界上规模最大的合成氨装置为日产 1800t氨，而 50
年代以前，只有 200t。
在能耗上,新工艺的开发，能耗的降低。计算机的应用
实现了自动化操作控制上。
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中国合成氨简介
?50年代,在恢复与扩建老厂的同时，从苏联引进
了三套年产 50kt的装置；
?60年代,又从英国引进了一套年产 100kt的装置，
且又在全国建设了一大批小型氨厂；
?70年代,我国又从西方国家引进多套大型装置
（年产 300 kt 以上）。
?80年代后,我国设计的装置开始用于生产。
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我国合成氨生产工艺技术现状
2004年 我国合成氨装置是大、中、小规模并存
的格局，总生产能力为 4260万 t/a。
? 大型合成氨装置有 30套，设计能力为 900万 t/a，
实际生产能力为 1000万 t/a；
?中型合成氨装置有 55套，生产能力为 460万 t/a；
?小型合成氨装置有 700多套，生产能力为 2800
万 t/a。
?2004年我国产量为 4222万吨,居世界第一。
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第二节、固体燃料气化
? 一、原料气制取的途径
? 二、煤气化原理
? 三、制取半水煤气的工业方法
? 四、氧 — 蒸汽连续气化法 *
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一、原料气制取的途径
? 现在工业上采用天然气、炼厂气，石脑油、焦炉
气、重油、焦炭和煤生产合成氨。其在高温下与
水蒸汽的作用，制取粗原料气，都可用下式,
? CnHm+nH2O(g)=nCO+(n+m/2)H2 (△ H>0)
? 或 C+H2O=CO+H2 (△ H>0)
? 按供热方式的不同，制取粗原料气有下述三法,
1、外部供热的蒸汽转化法
2、内部蓄热的间歇操作法
3、自热反应的部分氧化法
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二、煤气化原理
? 1、以空气为气化剂时，碳与氧之间的反应为,
? C+O2= CO2； △ H0298=-393.77kJ/mol
? C+1/2O2=CO； △ H0298=-110.59kJ/mol
? C+CO2=2CO； △ H0298=-172.284kJ/mol
? CO+1/2O2=CO2； △ H0298=-283.183kJ/mol
? 设 CO2平衡转化率为 α,总压为 P
? 则
076.476.3)
41( 2
3
???? ??
Kp
P
（一）、化学平衡
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2、以水蒸汽作气化剂时
碳与水蒸汽的反应为,
C+H2O(g)=CO+H2, △ H0298=131.390kJ/mol
C+2H2O(g)=CO2+2H2 △ H0298=90.196kJ/mol
通过有关计算知,0.1MPa下温度高于 900℃,
水蒸汽与碳反应的平衡产物中，含有等量的 H2及
CO,其它组分含量接近于零。随着温度的降低，
H2O,CO2及 CH4等平衡含量逐渐增加。 l
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（二）、反应速率
? 1、碳和氧的反应,
? 根据对 碳与氧反应 的研究表明，当反应温度在 775℃
以下时，反应属于 动力学控制 。高于 900℃ 时，反应
属于 扩散控制 。在两者之间，属 过渡阶段 。
? 2、碳和水蒸气的反应
? 碳和水蒸气的反应,在温度为 400～ 1100℃ 的范围内，
速度仍较慢，属于动力学控制。当温度超过 1100℃
时，反应速度较快，开始为扩散控制。
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三、制取半水煤气的工业方法
（一）、分类
以水蒸气为气化剂的蒸汽转化法
1、按气化性质分
以纯氧或富氧（有时也同时加入水 蒸 气）
空气作为气化剂的部分氧化法
2、按气化炉床层形式分,移动床（又称固定床）、流化床、
气流床、气流床和熔床；
3、按排渣的形态分为,固体排渣式和液体排渣式
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（二）、半水煤气生产的特点
? 1、（ CO+H2 ）与 N2的比例为 3.1～ 3.2,
? 2、以空气为气化剂时，得含 N2的吹风气，以
水蒸气为气化剂时，得到含 H2的水煤气。
? 3、以前者反应热为后者提供反应所需的热，
并能维持系统自热平衡的话，得不到合格的半
水煤气。
? 4、为维持自热平衡，并得到合格的半水煤气，
必须采用以下方法,
（ 1）间歇制气法；
（ 2）富氧空气（或纯氧）气化法；
（ 3）外热法
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（三）、间歇式制半水煤气的工作循环
? 间歇式气化过程在固定床煤气发生炉中进行的。（ 图 ）
? 五个阶段,气体流向（ 图及表 ）
? 1、吹风阶段,吹入空气，提高燃料层温度，吹风气放空。
? 2、一次上吹制气阶段,自下而上送入水蒸汽进行气化反
应，燃料层下部温度下降，上部升高。
? 3、下吹制气阶段,水蒸汽自上而下进行反应，使燃料层
温度趋下均衡。
? 4、二次上吹制气阶段,使底部下吹煤气排净，为吹入空
气做准备。
? 5、空气吹净阶段,此部分吹风气加以回收，作为半水煤
气中氮的主要来源。
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（四）、间歇式制半水煤气的工艺条件
?1、原料,工艺条件随燃料性能不同有很大差异。
其性能包括粒度、灰熔点、机械强度、热稳定性
以及反应活性等。
?2、设备,对制气过程影响较大的是风机和煤气
炉的炉篦。
?3、工艺条件,
? （ 1）温度,炉温应较熔点温度低 50℃
? （ 2）吹风速度,吹风 速度 直接决定放热。
? （ 3）蒸汽用量,是改善煤气质量和提高煤气产
量的重要手段之一。
? （ 4）循环时间及其分配,等于或略少于 3min,
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（五）、工艺流程和主要设备
?间歇式制气的工艺流程 是由 煤气发生炉、
余热回收装置、煤气的除尘、降温和贮存
等设备 所组成。
?工艺流程 见（ 图 ）
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第三节、烃类蒸气转化
?一、化学原理
?二、转化催化剂
?三、工业生产方法
?四 *、重油部分氧化
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一、化学原理
? （一）、气态烃原料是各种烃的混合物。主要成分为 CH4,
此外还有一些其他烷烃和少量烯烃。
烷烃,
或
烯烃,
或
但气态烃的蒸气转化可用甲烷蒸气转化表述。
24 144 1322 122 COCHOHHC nnnnn ???? ???
2222 )12( Hnn C OOnHHC nn ????? 22222 )13( Hnn C OOnHHC nn ?????
222 2 nHn C OOnHHC nn ???
2222 32 nHn C OOnHHC nn ???
24443222 COCHOHHC nnnnn ???
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（二）、甲烷蒸气转化的化学反应
主反应,
CH4+H2O CO+3H2
CH4+2H2O CO2+4H2
CH4+CO2 2CO+2H2
CH4+2CO2 3CO+H2+H2O
CO+H2O CO2+H2
副反应,CH4 C+2H2
2CO C+CO2
CO+H2 C+H2O
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（三）、甲烷蒸汽转化反应热力学
? 1、根据可逆反应,
? CH4+H2O（ g) CO+3H2
? CO+H2O CO2+H2
)OH(p)CH(p
)H(p)CO(p
1 24 2
3Kp ?
)OH(p)CO(p
)H(p)CO(p
6 2 22Kp ?
平衡常数,
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（ 四）甲烷蒸气转化反应动力学
? 1、反应的机理,反应历程由 5步构成
（ 1） CH4+Z Z(CH2)+H2
(2)Z(CH2)+H2O(g) Z(CO)+2H2
(3)Z(CO)+Z Z+CO
(4)H2O(g)+Z Z(O)+H2
(5)CO+ZO CO2+Z
? 2、反应动力学方程
)CO(bp1
)CH(p
)2H(p
)O2H(p
4kr
???
?
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二、甲烷蒸汽转化催化剂
? 对催化剂的要求,①高活性②高强度③较好的热稳定
性和抗析碳能力
?1、催化剂的活性组分、助催化剂和载体
①活性组分,从性能和经济方面考虑，活性组分,镍 为最佳。
②助催化剂,提高镍的活性、延长寿命和增加抗析碳能力。
③ 镍催化剂的载体,使镍高度分散、晶料变细、抗老化和抗
析碳等作用。 常用的有氧化铝、氧化镁、氧化钾、氧化钙、
氧化铬、氧化钛、和氧化钡等。
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2、镍催化剂的制备和还原
? ① 共沉淀法
? （ 1）制备,②混合法
? ③浸渍法
? 为使 Cat有足够的强度，需高温培烧，为提高活性，
常将催化剂制成环状。
? （ 2）还原,①工业上常用 H2和水蒸汽来还原,T
高于转化温度即可。
? NiO+H2 Ni+H2O(g) △ H0298=-1026kJ/mol
? ② 经过还原 后的镍催化剂，在开停车以及发生操作事
故时都有可能被氧化剂氧化。
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三,烃类蒸气转化的工业方法
（一）、转化的分段
? 1、转化深度,
? 工业上采用了分段转化 的流程, 首先，在较低温度下，
在外热式一段转化炉风进行烃类蒸气转化反应，而后
在较高温度下，在二段转化炉中加入 空气，利用反应
热将甲烷转化反应进行到底。
? 2、二段转化的化学反应,
? 2H2+O2=2H2O(g),△ H0298=-482.99kJ/mol
? 2CO+O2=CO2,△ H0298=-565.95kJ/mol
? CH4+O2=CO+3H2
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（二）、工艺条件选择
1、压力,实际生产的操作压力为 3.5~5.0 Mpa,
原因 动耗 ↓ 热回收价值 ↑ ；设备容积 ↓ ； 投资费用 ↓ 。
2、温度,理论上，温度 ↑ 反应越有利。但一段转化炉
的受热程度受到管材耐温性肥的限制，其是决定转化出
口气组成的主要因素。二段转化炉的出口温度，按要求
以 15～ 30℃ 的平衡温距来选定。
3、水碳比,水碳比增大，对转化有利，但又受经济的
限制，工业上一般为 3.5～ 4。
4、空间速度,常用下面几种方法表示,
? （ 1）原料气空速；（ 2）碳空速；（ 3）理论氢空速；
（ 4）液空速；
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（三）、烃类蒸气转化工艺流程
?1、天然气蒸汽转化的 Kellogg工艺流程 （ 图 ）
?2、各种工艺流程的不同点,
（ 1）原料的预热温度,其高低应根据原料烃的
组成及催化剂的性能而定。
（ 2）对流段内各加热盘管的布置
(3) 转化系统的余热回收
? 现代大型氨最重要的特点是充分回收生产过程的余热，
产生高压蒸气作为动力 。
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（四）、烃类蒸气转化主要设备
顶部烧嘴炉（ 图 ）
炉型 侧壁烧嘴炉
梯台炉
冷底式（ 图 ）
按结构 套管式
炉管 热底式
单管式（图）
排管式（图）
2、二段转化炉, 为一立式圆筒，壳体材质
是碳钢，内衬耐火材料,
炉外有水夹套，凯洛格型
（图）和 ICI(图）分别见图。
1、一段转化炉
排管式
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第四节、一氧化碳的变换
一、基本原理
二、变换催化剂
三、工艺流程
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一,CO变换 基本原理
? 1、变换过程的反应,
? 主反应,CO+H2O CO2+H2 △ H0298=-41.19KJ/mol
? 副反应,CO+H2 C+H2O
? CO+3H2 CH4+H2O
? 2、平衡含量的计算,
? ya,ya’ — 分别为原料及变换气中
? 一氧化碳的摩尔分率（干 基 ）
100%x )'y1(y 'yy
aa
aa ??
?
?
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二、变换催化剂
? 1、中（高）变催化剂,
? 以 三氧化二铁 为活性中心
? 铬、铜、锌、钴、钾等氧化物，可提高催化剂的活性
? 镁、铝等氧化物，可提高催化剂的耐热和耐毒性能。
? 目前常见的中（高）变换催化剂有,
? 铁铬系催化剂：以 FeO3加 Cr2O3为助催化剂。
? 钴钼系催化剂：针对重油含 S量高的耐高 S变换催化剂。
? 国内外几种中（高）变催化剂见 图 。
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2、低变催化剂
? 目前常用的低变催化剂有 铜锌铝系 和 铜锌铬系 两种。均以
氧化铜为主体，国产低变催化剂的化学组成及性能见 表 。
? （ 1）主要组分的作用,
? A,Cu：是催化剂的活性组分；
? B,ZnO,Cr2O3,Al2O3：分散于铜微晶的周围将微晶有
效的分隔开，提高其稳定性。
? （ 2）低变催化剂的还原,
? CuO+H2=Cu+H2O △ H0298=－ 86.7kJ/mol
? CuO+CO=Cu+CO2 △ H0298=－ 127.7kJ/mol
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3、耐硫变换催化剂
?组成,通常是将活性组分 Co—Mo,Ni—Mo等负载在载
体上组成，载体多为 Al2O3,Al2O3＋ Re2O3(Re代表稀土
元素）。
?国内外耐硫变换催化剂的化学组成及其性能见 表 。
?特点,
? （ 1）有很好低温活性
? （ 2）有突出的耐硫和抗毒性
? （ 3）强度高，遇水不粉化
? （ 4）可再硫化
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三、工艺流程
? 1、工艺流程设计依据为,
? （ 1）原料中的 CO含量；
? （ 2）变换催化剂的温度范围；
? （ 3）残余的 CO的要求。
? 2、两种典型的变换工艺流程,
? （ 1）中（高）变 — 低变串联流程（ 图 ）；
? （ 2）多段变换流程（ 图 ）。
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第五节：原料气脱硫
一、脱硫的方法
? 原料气中的硫化物,
主要是 硫化氢,其次是 二硫化碳、硫氧
化碳、硫醇、硫醚和噻吩 等有机硫。
? 脱硫的方法,
A,干法脱硫,氧化铁法、活性炭法、钴 —钼
加氢和氧化锌法等。
B,湿法脱硫,化学吸收法和物理吸收法。
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二、干法脱硫
（一）、钴 — 钼加氢转化
? 1、氢解反应,
? COS+H2 CO+H2S
? CS2+4H2 CH4+2H2S
? RSH+H2 RH+H2S
? RSR’+2H2 RH+R’H+H2S
? C4H4S+4H2 C4H10+H2S
? RSSR’+3H2+3H2 RH+R’H+2H2S
? 2、钴钼加氢转化催化剂
? 以 Al2O3作为载体，把 MoO,CoO载到载体上，载体
为氧化铝。新催化剂经活化后才能使用。
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（二）、氧化锌法
? 1、脱硫反应,
? ZnO+H2S=ZnS+H2O
ZnO+C2H5SH=ZnS+C2H5OH
? ZnO+C2H5SH=ZnS+C2H4+H2O
? 2、氧化锌脱硫剂,
? 以 ZnO为主体，其余为 Al2O3，还有的加入
CuO,MoO3,TiO2,MnO2,MgO等以增进
脱硫效果。
? 国内外几种氧化锌脱硫剂 见表 。
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三、湿法脱硫
? （一）、概述,
? 1、优点,
? （ 1）脱硫剂是便于输送的液体物料；
? （ 2）脱硫剂可以再生并能回收富有价值的化工原料硫磺；
? 2、分类,
? 化学吸收法和物理吸收法。具体方法及脱硫情况（ 表 ）。
? 3、直接氧化法脱硫过程,
? 载氧体（氧化态） +硫化氢 =载氧体（还原态） +S↓
? 载氧体（还原态） +1/2O2（空气） =载氧体（氧化态） +H2O
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（二）蒽醌二磺酸钠法
（又称 ADA法）
? 目前通用的 ADA法实为经过改良的方法，应当称之为
ADA-钒酸盐法（或 改良 ADA法 ）。
? 反应原理,
? （ 1）脱硫塔中的反应,
? Na2CO3+H2S→ NaHS+NaHCO3
? 2NaHS+4NaVO3+H2O→ Na2V4O9+4NaOH+2S
? Na2V4O9+2ADA(氧化态）
+2NaOH+H2O→ 4NaVO3+2ADA(还原态）
? （ 2）再生塔中反应,
? 2ADA（还原态） +O2→ 2ADA（氧化态） +H2O
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第六节、二氧化碳脱除
一、脱碳方法
二、物理吸收法脱碳
三、化学吸收法脱碳
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一,CO2脱除方法
? 原料气经 CO变换后都含有相当量的 CO2,CO2的存在
对下步的反应不利，但其又是制造尿素、碳酸氢铵、
纯碱等工业的原料,脱除方法有,
? 水洗法
? 物理吸收法,低温甲醇法
? 有机溶剂法
? 氨水法
? 化学吸收法 乙醇胺法
? 热碳酸钾法
? 物理－化学法 环丁砜法
? 聚乙二醇二甲 醚法
脱
二
氧
化
碳
方
法
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二、物理吸收法
? （一）基本原理
? 1、亨利定律,C=H·Pi
? 2、实际吸收能力,
? 气体饱和度用 φ表示 φ=C/C*
? 用溶剂量,
? 3、吸收溶剂,
? 常用的有水、甲醇、碳酸丙烯酯、磷酸三丁酯。
? 用水吸收，吸收能力低，用水量大，选择性不高。
PH
1
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yy
12
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? （二）低温甲醇洗涤法,
? 1、基本原理,
? （ 1）,CO2在甲醇中，溶解度与 T,P有关,P↑
溶解度 ↑ ； T↓,溶解度 ↑ 。
? （ 2）,H2,N2,CO气体在甲醇中溶解度很小。
? （ 3）,H2S在甲醇中溶解度大，吸收速度也较
CO2快，利用此性质，可分离出纯 H2S和 CO2。
? （ 4）、甲醇在吸收 CO2,H2S时，溶解热很大，
T↑,对反应不利，必须不断移走热量。
? 2、工艺流程,两步法（图）
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三、化学吸收脱碳
? 1、氨水法,
? 是最原始的一种方法，在我国小氮肥厂，用浓
氨水吸收二氧化碳生产碳酸氢铵，因工艺简单，
脱碳成本低，还有不少小化肥厂使用此法。
? 2、热碳酸钾法脱除 CO2
? CO2(g)
? ↓↑
? CO2(L)+K2CO3+H2O 2KHCO3
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? 热碳酸钾法 工艺流程,
? 分类：一段吸收一段再生流程
两段吸收两段再生流程（常用）
? 以天然气为原料的合成氨厂中脱除变换
气二氧化碳的工艺流程 （图） ；
? 低能耗本菲尔法脱碳
? 蒸汽压缩机的技术脱碳（图）
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第七节 原料气的最终净化
一、最终净化的方法
二、铜氨液吸收法
三、甲烷化法
四、深冷液氮洗涤法
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一、最终净化的方法
? 目的,防止 CO,CO2,O2和硫化物等对
氨合成催化剂的毒害作用。
? 方法,铜氨液吸收
甲烷化法
深冷液氮洗涤法
变压吸附法
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二、铜氨液吸收法
? 铜氨液种类, 氯化亚铜氨液、蚁酸亚铜
氨液、碳酸亚铜氨液,醋酸亚铜氨液 。
? Cu(NH3)++CO+NH3=Cu(NH3)3 CO+
? 酮洗法 工艺流程
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三、甲烷化法
（一）基本原理
1、化学反应,
? 主反应
? 副反应
OH2H2O
OH2CHH4CO
OHCHH3CO
222
2422
242
??
???
???
m o l/KJ99.2 4 1H
m o l/KJ08.1 6 5H
m o l/KJ16.2 0 6H
0
2 9 8
0
2 9 8
0
2 9 8
???
???
???
4
2
)CO(NiCO4Ni
COCCO2
??
??
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（二）甲烷化催化剂
? 要求,①高活性②适用温度范围宽
? 组成,由耐火材料载体上的 氧化镍 组成。形状多
为压片、挤条或球形，粒度为 1/4英寸。
? 催化剂的还原,
皆为放热反应，应控制温度不要太高。
? 工艺流程 （图）
2
22
CONiCON i O
OHNiHN i O
???
???
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四、深冷液氮洗涤法
? 1、原理,因 CO的冷凝温度比氮高 6℃,当用液氮
洗涤时，原料气中的 CO就冷凝液化，好像, 溶解,
在液体氮中一样；原料气中的少量氧和甲烷冷凝
温度比 CO还高。 故用液体氮作洗涤剂来脱除少量
CO及少量氧和甲烷。
? 2,氮洗流程
? 3、氮的作用,
? ①是除去 CO,CH4,O2、氩气的洗涤剂。
? ②是配制氢氮混合气的原料
? ③是获得冷量的主要来源
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第八节 氨的合成
?一、基本原理
?二、氨合成催化剂
?三、工艺条件选择
?四、氨的分离
?五、氨合成塔
?六、生产总流程
?七、我国合成氨生产 装置现状
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一、基本原理
? 0.5N2+1.5H2 NH3+46.22kJ/mol
? 氨合成反应为 气固非均相反应 。当气流速度
较大、催化剂粒度足够小时，整个过程速度
为动力学控制。
2
3
2
2
3
2
23
H
3NH
2
3NH
H
N1NH
P
P
K
P
P
PKr ??
合成氨工业
56
二、氨合成催化剂
（一）化学组成和结构
? 1、铁催化剂还原前组成,
? 促进剂,Al2O3,K2O,CaO,SiO2,BaO,CoO等。
? 国内 Fe-Cat常用的有 A106,A109,A110、
A201型,（表）
FeO 24～ 38% K2O 0.5～ 0.8%
Fe2O3 54～ 68% CaO 1.2～ 2.5%
Al2O3 1.7～ 2.7% SiO2 0.4～ 1.2%
合成氨工业
57
（二）催化剂的还原和使用
? 1、还原反应式,
? 确定还原条件的原则,①使完全还原为 a-Fe。②
保持还原铁晶粒具有大的表面积、大的活性中心 。
? 2、平衡常数,
? 4、使用, Fe-Cat在使用时活性逐渐下降，原因：
①中毒②细粒晶长大，催化剂结构发生变化③机械
杂质等覆盖晶粒。引起中毒的物质硫、氧、磷、砷
及其化合物、润滑油、铜氨液等。
m o l/KJ9.1 4 9H),g(OH4Fe3H4OFe 02 9 82243 ?????
89.4T5 5 0 0PPlgKlg 4
H
4
OH
P
2
2 ????
合成氨工业
58
三、工艺条件选择
（一）温度
? 最佳温度,（ 400~500℃ ）
? 最佳温度随氨浓度增加而下降，随压力降低，惰
气含量的增加而降低。同时，催化剂活性也显著
影响最佳温度。
? 合成反应为放热反应 。
1
2
12
e
e
m
E
E
ln
EE
RT
1
T
T
?
?
?
合成氨工业
59
（二）压力
1,从化学平衡和反应速度来看，高压对反
应是在利的。 （ 中小型厂 20~32MPa；
大型厂 15MPa）
2,P高对生产的影响,
? 优点,高压下，生产能力提高，且使合成氨流
程简化，设备紧凑，占地少，水冷即分离出氨。
? 缺点,对设备材质、加工要求提高，且高压下，
温度升高使催化剂使用寿命下降。
合成氨工业
60
（三）空间速度
? 与 生产强度、氨净值、循环气量、系统压降、
系统反应热多少 等有关。
? 中压法空速（ 30MPa） 20000~30000h-1;
? 低压法空速（ 15MPa） 10000h-1
? 空速 ↑优点：空速增加，净氨值下降，且生产
强度提高。
? 缺点：使系统气压阻力提高，循环功耗
增加氨分离冷冻负荷增加单位循环气量的氨量
下降，循环气反应热降低。
合成氨工业
61
四、氨的分离
1、冷凝法,把含氨混合气冷却，使其中大部分氨
冷凝与循环气分开。目前工业上常用此法。
2、水吸收法,此法利用氨易溶于水得到浓氨水，
氨水经蒸馏、冷凝成为液氨。缺点：能耗较大，
工厂用之较少。
3、有机溶剂吸收法 （三甘醇等）：溶剂易挥发
至混合器中分离不净对催化剂有影响，用之较少 。
合成氨工业
62
五、氨合成塔
（一）结构和形式
? 1、结构和形式
? 结构,(a) 外筒 (b)内件。合成塔内件应具备之条件,
? ①半塔生产能力高 ②操作便于调节、控制
? ③能较好地回收利用反应热，作为系统的能源
? ④结构坚固、可靠，操作维修方便
? 形式,①连续换热式
? ② 多段间接换热式
? ③多段冷激式
合成氨工业
63
（二）冷管式氨合成塔
? 冷管设在催化剂床层中，用冷管中未反应气体带走反应热，
使反应在最佳温度线附近进行。开始用的是双管并流式冷
管氨合成塔，发展成并流三套管式，以出现了管并流式。
目前我国最常用的是单管并流式合成塔。
? 并流三套管式 优点：床层温度分布合理，催化剂生产
强度高，操作稳定、可靠。缺点：结构复杂，冷管分气盒
占空间大。还原时升温困难。
? 单管并流式 优点：塔内部件紧凑，催化剂筐与换热
器间距小，塔有效利用率高。缺点：结构不够牢固，升气
管、冷管焊缝易裂开。
合成氨工业
64
（三）冷激式氨合成塔
? 1、立式轴向四段冷激式氨合成塔 （凯洛格型 ）
? 内件包括：四层催化剂、层间气体混合装置、裂管式换
热器。
? 优点：用冷激式调节反应温度、操作压力方便，结构简
单，内件可靠性好，装卸催化剂方便。缺点：瓶式结构，
内件先装入再焊瓶嘴。检修、损坏更换不方便。
? 2、径向二段冷激式合成塔 （托普索型）
? 优点：①气体径向流动，压降小，催化剂生产强度较大。
②催化剂装 量小，塔直径较小，投资少。③采用大盖密
封，运输、安装检修方便。缺点：气体流过催化剂层时，
易出现偏流。
合成氨工业
65
六,生产总流程
? 中小型合成氨厂 合成工段工艺流程
? 1,以块状焦碳或无烟煤为原料 图
? 2,以气体为原料制合成氨 图
? 3,以重油为原料制合成氨 图
合成氨工业
66
本章内容全部结束！
合成氨工业
67
国 别
型 号
化
学
组
成
,%
德 国 丹 麦 美 国 中 国
物
理
性
能
尺寸,mm
颜色
堆密度㎏ /L
比表面 m2/g
比孔容 ml/g
CoO
MoO3
K2O
其它
Al2O3
～ 3.0
～ 8.0
－
－
专用载体
φ4× 10条
绿
0.75
150
0.5
国内外耐硫变换催化剂
～ 1.5
～ 10.0
适量
－
余量
3.0
12.0
适量
加有稀土元素
余量
φ 3× 5球
墨绿
1.0
79
0.27
Φ3× 10条
黑
0.70
122
0.5
25
611
适量
－
余量
Φ5× 5条
蓝灰
1.2～ 1.3
148
0.18
＞ 1
＞ 7
适量
－
余量
φ 3× 5球
墨绿
1.0 ± 0.1
173
0.21
K8－ 11 SSK C25－ 2－ 02 B301 B302Q
使用温度,℃ 280～ 500 200～ 475 270～ 500 210～ 500 180～ 500
合成氨工业
68
方 法 脱 硫 剂 脱 硫 情 况 适 用 情 况
1、化学吸收法
①醇胺法
一乙醇胺法（ MEA）
二乙醇胺法（ DEA）
二异丙醇胺法
（ ADIP）
②热钾碱法
热钾碱法
15%一乙醇胺水溶液
能脱除硫化氢、二氧化碳，当与
有机硫反应时会使溶剂降解，不能
两再生
适用于天然气
22～ 27%二乙醇胺水
溶液
能脱除硫化氢、二氧化碳，与有
机硫反应慢，再生时可分解，回收
胺
适用于原料气中有机硫
高的场合
15～ 30%二乙醇胺水
溶液 能脱硫化氢、有机硫
25～ 30%碳酸钾溶液 主要脱二氧化碳兼脱 硫化氢
碳酸钾水溶液中加
烷基醇胺、硼酸盐作
催化剂，加偏钒酸钠
作能缓蚀剂
能脱硫化氢、有机硫
与二氧化碳
碳酸钠水溶液中加 ADA，偏钒酸钠、酒
石酸钾钠
氨水中加对苯二酚
栲胶代替 ADA作载
氧体
氨水或碳酸钠水溶液
中加 PDS脱硫催化剂
脱硫化氢，副产硫磺
同上
同上
能脱硫化氢和一部分有
机硫
中型化肥厂使用较多
小化肥厂使用较多
效果与 ADA法相近
PDS价格高，但用量少,
损失不多
催化热钾碱法
（ Catacarb)
③ 直接氧化法
蒽醌法（ ADA）
氨水催化法
栲胶法
PDS法
再生蒸汽消耗少
湿法脱硫
续表
合成氨工业
69
方 法 脱 硫 剂 脱 硫 情 况 适 用 情 况
2.物理吸收法
环丁砜法
（ Sulfinol)
聚乙二醇二甲醚法
(Selexol)
碳酸丙烯酯法
(Fluor)
N-甲基吡咯烷酮法
(Purisol)
低温甲醇洗涤法
(Rectisol)
磷酸三丁酯法
(Rectisol)
环丁砜、二异丙醇
胺水溶液
能脱硫化氢、有机硫、二氧化
碳，在含高二氧化碳气体中选择
脱除硫化氢
适用于含二氧化碳高的原料
气，兼脱硫化氢
适用于天然气、合成气
适有于脱硫化氢及二氧化碳
能脱除硫化氢与二氧化碳
能脱除硫化氢、有机硫与二氧
化碳
适用于以煤、重油为原料的合
成氨原料气
同上
同上
同上
能脱硫化氢、有机硫、三氧化
面碳
聚乙二醇二甲醚
碳酸丙烯酯
N-基吡咯烷酮
甲醇
磷酸三丁酯
续表
合成氨工业
70
型 号 T302Q T(T)303 C7-2 T304 T305
化
学
组
成,
%
ZnO
MgO
MnO2
SiO2
Al2O3
80～ 85
6～ 8
3～ 5
≥99 ≥90
6～ 8
＞ 95 75～ 80
10～ 12
8～ 10
外观
尺寸,mm
堆密度,kg/L
比表面,m2/g
孔容,ml/g
平均孔半径,?
可使 S含量
降到 0.1ppm
以下，可单
独使用，也
可与加氢转
化催化剂串
联使用
深灰色球
Φ3.5～ 4.5
0.8～ 1.0
40～ 60
0.43
215
白色条状
Φ4× 4～ 6
1.30～ 1.45
6～ 9
≥0.235
770
白色条状
Φ5× 5～ 10
1.15～ 1.35
10～ 20
0.30～ 0.36
320
白色条状
Φ4× 4～ 10
1.10～ 1.30
28
0.40
284
白色条状
Φ4× 4～ 6
1.1～ 1.2
20～ 35
0.3
200
备 注
用于脱除微
量 H2S和“反应
性”有机硫以保
护低温变换催
化剂
只用于在石
脑油为原料的
大型氨厂加氢
转化之后
用于气、液
态烃高温脱硫,
对不含复杂有
机硫的天然气
亦可单独使用
可与加氢转
化催化剂串联
使用，也可用
作低温变换保
护剂
氧化锌脱硫剂的化学组成和物理性质
合成氨工业
71
蒽醌二磺酸钠 改良种碱法 氨水催化法 萘醌法 栲胶法
吸收剂
g/L
催化剂
g/L
溶液的 pH值
吸收溶
液温度,℃
吸收压力,MPa
净化气 H2S
浓度 mg/Nm3
溶液硫容
量,gH2S/L
消
耗
定
额
吸收剂,
㎏ /kgH2S
催化剂,
g/ ㎏ H2S
蒸汽,
㎏ /kgH2S
电
MJ
(KWh) /㎏ H2S
Na2CO3 21.2
ADA 7.8
NaVO3 5
KNaC4H4O6 2
8.5～ 9.2
40
1.75
0.17
～ 1
Na2CO3 0.024
ADA 4.7
NaVO3 1.4
KNaC4H4O6 1
20
9.36
(2.6)
Na2CO3 10
As2O3 60
7.5
40
1.8
2～ 3
4～ 5
Na2CO3
0.12
As2O3
2.0
4.4
5.4
(1.5)
NH3 0.34
对苯二酚
2.18
—
2.99
(0.83)
Na2CO3
0.3
1,4萘醌
32.3
—
—
Na2CO3
0.22
栲胶 0.016
NaVO3 0.94
—
—
NH3 16.5 Na2CO3 30 Na2CO3 21
对二苯酚 0.2 1,4萘醌 0.7
8.8
22
常压
8.4
常温
常压
栲胶 2～ 3
NaVO31～ 2
8.5～ 9
35～ 45
常压
10 30 ＜ 50
0.15 ～ 0.1 0.2～ 0.3
方 法
项 目
常用的氧化法脱硫比较
合成氨工业
72
国 别 型 号 组 成 外 形 堆密度，㎏ /L 使用温度,℃ 主要性能
中
国
丹
麦
英
国
美
国
不规则
颗 粒 还原温度 350℃
同上
易还原，低温活性高
低温、低压、高活性，
还原温度 280～ 300℃,
极易还原
370℃ 还原明显，耐热
及抗毒性比 KMⅠ 稍差
530℃ 以下活性稳定
570℃ 以下活性稳定
500℃ 以下活性稳定
Fe3O4,Al2O3,
K2O,CaO,
MgO,SiO2
同上，加 BaO
Fe3O4,Al2O3
Co3O4,CaO
K2O
A109
A110
A201
A301
KMⅠ
KMⅡ
KMR
ICI35-4
C73-1
C73-2-03
Fe3O4,Al2O3,
K2O,CaO,
MgO,SiO2
同上
KM预还原型
Fe3O4,Al2O3,
K2O,CaO,
MgO,SiO2
Fe3O4,Al2O3,
K2O,CaO,
MgO,SiO2
Fe3O4,Al2O3,
Co3O4,CaO
K2O
2.7～ 2.8
2.7～ 2.8
2.6～ 2.9
3.0～ 3.25
2.5～ 2.85
1.95～ 2.20
2.65～ 2.85
2.88
2.88
2.5～ 2.85
380～ 500
380～ 490
360～ 490
320～ 500
380～ 550
360～ 480
350～ 530
370～ 540
360～ 500
FeO,Al2O3,
K2O,CaO
390℃ 还原明显，耐毒
及抗毒性较好
全部性能与相应的 KM
型催化剂相同
同上
同上
同上
同上
同上
同上
同上
同上
国内外氨合成催化剂的组成和主要性能
合成氨工业
73
国内外几种中（高）变催化剂
国别 中国
英国
（ I C I ）
德国
（ B A S F )
美国
（ U C I ）
型号 B
109
B
110 — 2
B
111
B
113
I C I
15 — 4
K
6 — 10
C
12 — 1
Fe
2
O
3
≥ 75 ≥ 79 67 ～ 69 78 ± 2 89 ± 2
Cr
2
O
3
≥ 9 ≥ 8 7,6 ～ 9 9± 2 9± 2
K
2
O 0,3 ～ 0,4
S O 4
=
≤ 0,7 ＜ 0,06
1 ～
20 0p pm,
0,1
S ＜
0,05
化学
组成
%
M nO3 5
外观 棕褐片剂 棕褐片剂 棕褐片剂 棕褐片剂
尺寸,mm
φ 9 ～ 95 × 5 ～
7
φ 9 ～ 9,5× 5 ～
7
φ 9× 5 ～ 7 φ 9× 5
φ
8,5× 10, 5
φ 6× 6 9,5× 6
堆密度,kg / L 1,3 ～ 1,5 1,4 ～ 1,6 1,5 ～ 1,6 1,3 ～ 1,4 1,1 1,0 ～ 1,5 1,13
比表面,m
2
/g 36 74
物理
性质
孔隙率,% 40 35 45
备注
低温活性好，
蒸汽消耗低
还原后强度
好，放硫快活
性高，适用
K e l l og g 型氨
厂
耐硫性能
好，适用于
重油制氨流
程
在无硫条
件下，高
变串低变
流程中使
用
高变串低
变流程中
使用
还原态
强度好
合成氨工业
74
合成氨工业
75
煤气
干燥区
干馏区
还原层
氧化层
灰渣区
气化区
焦炭或煤
空气
间歇式固定床煤气发生炉
燃料 层分区示意图
合成氨工业
76
合成氨工业
77
燃料
放空
蒸汽
氮空气
冷却水
半水煤气
去气柜
入
下
水
道
空气来自
鼓风机
固定层煤气发生炉 型）制半水煤气工艺流程
煤气发生炉；2-燃 烧恋；3 -水 封槽；4 -废 热锅炉；5-洗 气塔；6 -燃 料贮仓；7-烟 囱
合成氨工业
78
煤
回炉碳
蒸汽
煤气
蒸汽, 氧
鲁
奇
炉
结
构
示
意
图
1-煤 箱；
2-分 布器；
3-水 夹套；
4-灰 箱；
5-洗 涤器
合成氨工业
79
煤
氧气+蒸 汽
煤气
后气化
区
沸腾层
灰渣
温克勒煤气化炉
合成氨工业
80
灰渣
水
煤气
蒸汽
氧气
水煤气
反应室
灰渣锁斗
德士古煤气化炉
合成氨工业
81
氧气+蒸 汽
煤
氧气 蒸汽
煤
水封
下灰管
水激冷
辐射锅炉
对流锅炉
熔渣
K-T煤气化炉
合成氨工业
82
燃料用天然气
蒸汽
空气
原料天然气
锅炉给水
氢氮气来自合成
转化气去变换
过
热
蒸
汽
1
2
3
9
4
5
67
8
10
11
1,钴钼加氢反应器；2,氧化锌脱硫槽；3,对流段；4,辐射段（一段炉）；5,二段转化炉；6,第一废热锅炉；7,批二废热
锅炉；8,汽包；9,辅助锅炉；1 0,排风机；1 1,烟囱
天然气蒸汽转化工艺流程
合成氨工业
83
德士古冷激工艺流程
氧气
水
返回到发生器
过程的原料
预热器
合成气
水
洗
涤
塔
气
化
炉
预热器
分离器
分离器
石脑油-
炭
蒸
汽
水
汽
提
塔
油
分
离
器
油和炭
重油
石脑油
石脑油
合成氨工业
84
谢尔废热锅炉工艺流程
废热锅炉
炭黑
捕集器
冷凝
洗涤塔
粗气
高压蒸汽去透平
气化炉
透平来蒸
汽
重
油 氧
冷凝
水
锅炉给水
新鲜水
循环
回水
炭黑水
合成氨工业
85
石脑油萃取炭黑流程
石脑油炭黑液
冷凝石脑油
萃取分离器 脱水器
分离器
混
合
器
燃料重油
炭黑重油
重油
石脑油
蒸馏塔
火炬
回水 炭黑水
软水
石脑 油
H 2 S、C O 2
合成氨工业
86
转
化
器
水
蒸
汽
软水
变换气
一氧化碳中 ( 高 ) 变 低变 串联流程
废热锅炉 ；2- 高变炉；3 -高 变废热锅炉；4 -甲 烷化
炉进气预热器；5-低 变炉；6 -饱 和器；7- 贫液再沸器
转
化
气
合成氨工业
87
小型氨厂一氧化碳多段变换流程
空气来自脱硫 段
蒸汽来自锅炉房
软水来自锅炉房
半水煤气来自高压机Ⅱ段
变换气去碳化Ⅰ段
软水至锅炉房
冷却水
去排水沟
1-冷 却水泵；2-冷 凝塔；3 -软水 泵；4- 饱和热水塔；5 -第二 加热器（锅炉给水预热器）；6-
热水泵；7 -第一 水加热器；8- 蒸汽混合器；9 -热 交换器；1 0-变 换炉；1 2-水 封；13 -燃 烧炉
合成氨工业
88
精制气
分
离
器
吸
收
塔
煤气
反应罐
进料泵
氧化器
喷射器
风机
悬浮液
槽
悬
浮
液
泵
过滤器
蒸
发
器
预
热
器
常压下ADA法 脱硫工艺流程图
合成氨工业
89
高塔再生的加压 法脱硫工艺流程图
1-吸 收塔；2 -分 离器；3 -再 生塔；4 -液 位调节器；5-硫 泡沫槽；6 -温 水槽；7-反 应槽；
8-循 环槽；9-溶 液过滤器；10- 循环泵；1 1-原 料泵；12- 地下槽；13- 溶碱槽；1 4-过 滤
器；15-空压机；16-空 气冷却器；17-缓冲 罐；18-空 气过滤器
合成氨工业
90
项目
物理吸收法 化学吸收法
水洗法 低温甲醇
洗涤法 改良砷碱法
改良热碱法 氨基乙酸法 一乙醇胺法
水
－
－
甲醇
－
－
K2CO323%
As2O3
As2O3
K2CO323～ 30%
DEA1～ 6%
V2O5
K2CO3
RNH2
V2O5,H3BO2
MEA15～ 20% 溶 剂 活化剂
缓蚀剂
压力,Mpa
温度,℃
原料气中
CO2,%
净化气中
CO2,%
1.8
常温
28
1～ 1.5
3.2
-30～ -70
33
10(ppm)
2.7
60～ 70
20
0.1
2.7
70～ 110
20
0.2
1.5～ 1.8
70～ 90
20～ 28
0.2～ 0.4
2.7
43
20
0.2
溶液吸
收能力,
Nm3/m3 2 130～ 150 25 20～ 23
20 18～ 25
蒸汽,t/
1000Nm3CO2
电,kWh/
1000Nm3CO2
水,m3/
100Nm3CO2
210
0.33
78
28
2.13
60.4
149
1.7～ 2.1
44～ 70
45～ 85
2.5～ 3.0
4.8
235
4.6
48
113
溶剂，㎏ /
1000Nm3CO2 450 0.35
K2CO30.2
As2O30.1
K2CO30.12
DEA0.012
V2O50.002
K2CO33.49㎏ /t
RNH20.214㎏ /t 0.07～ 0.22
脱碳方法的技术经济指标
合成氨工业
91
项目
物理吸收法
化学吸收法
水洗法
低温甲醇
洗涤法
改良砷碱法
改良热碱法
氨基乙酸法 一乙醇胺法
水
－
－
甲醇
－
－
K
2
CO
3
23%
As
2
O
3
As
2
O
3
K
2
CO
3
23 ～ 30%
DEA 1 ～ 6%
V
2
O
5
K
2
CO
3
R NH
2
V
2
O
5
,H
3
BO
2
MEA 1 5 ～ 20%
溶 剂
活化剂
缓蚀剂
压力,Mpa
温度，℃
原料气中
C O2, %
净化气中
C O2, %
1,8
常温
28
1 ～ 1,5
3,2
- 30 ～ - 70
33
10( ppm )
2,7
60 ～ 70
20
0,1
2,7
70 ～ 110
20
0,2
1,5 ～ 1,8
70 ～ 90
20 ～ 28
0,2 ～ 0,4
2,7
43
20
0,2
压力，
温度，℃
原料气中
，
净化气中
，
常温
～
～
～ ～
～
～
～
～
溶液吸
收能力，
Nm
3
/m
3
2 130 ～ 150 25 20 ～ 23
20
18 ～ 25
溶液吸
收能力，
～ ～ ～
蒸汽,t/
1 0 0 0 Nm
3
CO
2
电,kW h /
1 0 0 0 Nm
3
CO
2
水,m
3
/
1 0 0 Nm
3
CO
2
210
0,3 3
78
28
2,1 3
6 0,4
149
1,7 ～ 2,1
44 ～ 70
45 ～ 85
2,5 ～ 3,0
4,8
235
4,6
48
113
蒸汽，
电，
水，
～
～
～
～
溶剂，㎏ /
1000 Nm
3
CO
2
450 0,3 5
K
2
CO
3
0,2
As
2
O
3
0,1
K
2
CO
3
0,1 2
DEA 0,0 1 2
V
2
O
5
0,0 0 2
K
2
CO
3
3,4 9 ㎏ /t
R NH
2
0,2 1 4 ㎏ /t 0,0 7 ～ 0,2 2
脱碳方法的技术经济指标
合成氨工业
92
组分
范围
碳化流程
水洗流程
总铜 低价铜 高价铜 铜比 总氨 醋酸 二氧化碳 一氧化碳
2,0 ～
2,6
1,8 ～
2,2
0,3 ～ 0,4 5 ～ 7 9 ～ 11
2,2 ～
3,5
＜ 1,5 ＜ 0,05 1
2,37 2,04 0,33 6,2 9,14 2,27 0,96 －
2,37 2,04 0,33 6,2 10,1 2,27
1,74 －
醋酸氨液的组成
合成氨工业
93
颗 粒 平 均 直 径, mm
30.4MPa,某催化剂内表面利用率与温度, 粒度, 氨含量的关系
400
3 6
9
12
15
0.4041 0.6578
0.7958
0.8696
0.9112
0.2865 0.5048
0.6587
0.7606
0.8272
0.2214 0.4043
0.5497
0.6599
0.7406
0.1802 0.3358
0.4675
0.5755
0.6613
425
3 6
9
12
15
0.3522 0.5945
0.7425
0.8285
0.8796
0.2470 0.4448
0.5946
0.7017
0.7759
0.1899 0.3520
0.4867
0.5945
0.6778
0.1451 0.2905
0.4093
0.5104
0.5939
450
3 6
9
12
15
0.3086 0.5351
0.6863
0.7812
0.8399
0.2146 0.3925
0.5337
0.6403
0.7175
0.1644 0.3078
0.4302
0.5313
0.6116
0.1331 0.2527
0.3586
0.4502
0.5270
475
3 6
9
12
15
0.2714 0.4801
0.6283
0.7268
0.7898
0.1876 0.3467
0.4763
0.5769
0.6510
0.1433 0.2700
0.3792
0.4700
0.5420
0.1158 0.2208
0.3139
0.3942
0.4603
500
3 6
9
12
15
0.2398 0.4297
0.4594
0.6650
0.7266
0.1650 0.3064
0.4224
0.5120
0.5767
0.1257 0.2373
0.3329
0.4107
0.4699
0.1014 0.1935
0.2741
0.3414
0.3940
氨含量
%
温 度
℃ 4 6 8 10
合成氨工业
94
原料
净化气
硫
高塔再生的加压 法脱硫工艺流程图15
2
16 17
18
8 9 10 11
12
13 14
1
2 3
4
5
6
7
合成氨工业
95
原料气
送
甲
醇
水
分
离
蒸汽
净化气
送甲醇
水分离
尾气
变换
两步法吸收H 2 S和CO 2 的流程
第一吸收塔；2-第二 吸收塔；3 -H2 S再 生塔；5、9- 压缩机；6,7,8,10,11- 泵
合成氨工业
96
传统的脱碳流程
吸收塔；2-再 生塔；3-再沸 器；4 -分离 器；5 -冷却 器；
6-过滤器；7-水 力透平；8-冷 凝器
合成氨工业
97
采用蒸汽压缩机的脱碳流程
泵
减压阀
分离罐
CO 2 再
生塔
CO 2 冷却器送
出界区
压缩机
闪
蒸
槽
再沸器
CO 2
吸
收
塔
净化工艺气
冷却器
工艺冷凝
液汽提塔
分离罐
泵
泵
泵
送脱盐
处理
减压阀
减压阀
合成氨工业
98
脱除CO 2 工艺流程
去甲烷化
工艺蒸汽
蒸汽
去尿素装置
放大气
冷凝液去处
理
蒸汽
脱盐水
低变来气体
溶液
去锅炉给水系统
冷凝液
经气提的
冷凝液
去烟囱
去溶液罐
来自
锅炉
给水
系统
合成氨工业
99
气相
液相
浓度
气膜
液膜
界 面
（反 应区）
铜液吸收CO机 理示意图
Hpco
CO ?CO)NH(Cu 33
?23)NH(Cu
合成氨工业
100
铜氨液吸收和再生流程
1-铜 液泵；2- 铜洗塔；3-铜 液分离器；4- 再生塔；5-化 铜桶；
6-水冷却器 ；7-过滤器 ；8-氨冷却 器
蒸汽
精炼气至压缩工段
压
缩
机
来
氢
氨
混
合
气
再生气去回收
气氨至冷冻工段
液氨至冷冻工段
冷却水
去废铜液地下槽
空气来自空压机 气氨来自液氨计量瓶
合成氨工业
101
高变气
冷却水
甲烷
化反
应器
冷却水
高变气
高变气
锅炉给水
甲烷化工艺流程
合成氨工业
102
日产 氨的氨洗空分联合流程
1、3,4、5,14-换热 器；2-氮洗 塔；6、15-蒸 汽透平；7、16-离 心压缩机；8-透 平膨胀机；9-低
压精馏塔；10,11-液氧 泵；12-蒸发 器；13-中压 精馏塔；17-氨冷 却器；18-吸 附器
高压氧
废气 0.09M Pa
氢氮气 7.6MP a
原料气
蒸汽
废氮
空气
蒸汽
合成氨工业
103
日产1000 t氨的 Brau n深冷 净化工艺流程
水
蒸
汽
冷箱废气去
一段转化炉
去
烟
囱
过剩氢去燃料系统
净化气去氨合成
气体来自甲
烷化系统
1 1
2
3
4
5
6
7 8
合成氨工业
104
并流三套管示意图 单管并流示意图
外
冷
管
内
冷
管
催
化
剂
分气盒
冷
管
升
气
管
催
化
剂
合成氨工业
105
轴
向
冷
激
式
氨
合
成
塔
1-塔 底封头接管；
2-氧 化铝球；
3-筛 板；
4-人 孔；
5-冷 激气接管；
6-冷 激管；
7-下 筒体；
8-卸 料管；
9-中 心管；
10- 催化剂筐；
11- 换热器；
12- 上筒体；
13- 波纹连接管
合成氨工业
106
冷激
气体出囗
气体进口
冷气旁路
径
向
冷
激
式
氨
合
成
塔
合成氨工业
107
凯洛格卧式合成塔
进
口
出口
床2 床2 床
床间换热器
副线
合成氨工业
108
天然气制氨物料流程示意图
天然气 空
气
脱 硫 一段转化 二段转化
高温变换
低温变换
脱 碳甲烷化
压 缩合 成
弛
放
气
1t 氨
O 2
Ar
N 2
CH 4
CO 2
CO
H 2
%
%
0
0 0 0
%
%
%
%
%
2280 NM
3
865 NM
3
3.04
3240 NM
3
MPa
3640
NM
3
CO 2
6702970
2.79
2920
290
NM
3
NM
3
NM
3
NM
3
MPa
10.9
9,8
67,5
2,2
9,6
8,3
12,6
56,2
22,3
0,3
18,3
60,9
19,9
0,1
0,4
74,5
24,2
74,0
24,7
0,9
0,40,4
0,4
0,3
0,3
0,3
0
0,3
0
合成氨工业
109
重油制氨物料流程示意图
H 2
CO
CO 2
CH 4
N 2
Ar
O 2
%
%
%
%
%
%
%
0
0
0
0
0
0
0
0
0
95,0 0 0 0
5,0
43,8
48,6
4,2
0,9
0,5
60.
0,4
33,6
3,0
61,0
重油
炭黑清除
部分氧化
炭黑
一氧化碳变换
锅炉
空气分离
甲醇洗
液氮洗涤
合成
空气
H 2 O
MPa
MPa
NM
3
CO 2 1140
COS+H 2 S
NM
3
可燃气
NM
3
NM
3
NM
3
NM
3
NM
3
NM
3
MPa
MPa
NM
3
最大15
2)最大1
3)最大150
4)最大50
O 2
NM
3
氨
75
2)
1)
25
3) 3)
4)
100
90.
0,6
NM
3
合成氨工业
110
煤制氨物料流程示意图
O 2
Ar
N 2
CH 4
CO 2
CO
H 2
%
%
%
%
%
%
0
%
1)
2)
0000
0
0
40
10
0
97,5
1,50,2
00
40
10
00 0
1)
39
4
54,8
1
1
75
25 1.
0
0 0
99,98
锅炉
洗涤冷却
气化
空气分离
煤处理
变换
甲醇洗
液氨洗涤
合成
煤 空气
1tNH 3
1)150PPm
2)50PPm
8.58 10 KJ
6
33.6 10 KJ
6
? ? ?? ? MPa
368 0
750
20.27
110
2656
0.1
350
MPa
MPa
NM
3
3
NM
3
NM
3
NM
3
NM
3
NM500
H 2 S
CO 2
废气
N 2
O 2
合成氨工业
111
天然气蒸汽转化、热法净化制氨工艺流程
天然气
一段转化 二段转化
变换
二
段
转
化
炉
燃料气
一
段
转
化
炉
空气
燃料
空气压缩机
二氧化碳气甲烷化合成
水
高
温
炉
低
温
炉
吸
收
塔
脱碳
再
生
塔
甲
烷
化
塔
合
成
塔
压缩机
分离器
氨
水
合成氨工业
112
凯洛格公司低能耗工艺制氨示意图
蒸汽
脱硫
辅助
锅炉
一段炉
二段炉
废热
回收
高低温变换
废热
锅炉
脱 CO 2 甲烷化
分子筛干燥
废热
回收
冷冻
空气压缩机
合成压缩机
合成系统
13, 79-20.68MPa
NH 3
Psig
天 然气
或石脑油
燃料
蒸汽
蒸汽
预 热
816℃
合成氨工业
113
合成氨工业
114
凯洛格氨合成回路流程
1-新 鲜气甲烷化气换热器；2,5- 水冷却器；3,6,7,8-氨 冷却器；4-冷 凝液分离器；9 -冷 热换热
器；1 0- 热热换热器；1 1-低 压氨分离器；1 2- 高压氨分离器；1 3- 氨合成塔：14 -锅 炉给水预热器；15 -离 心压缩机；16 -开 工加热炉；7- 放空气氨冷却器；18 -放 空气分离器
过热
高压
蒸汽
新
鲜
气
放空气
弛放气
液氨去冷冻系
统
合成氨工业
115
石脑油萃取炭黑流程
石脑油炭黑液
冷凝石脑油
萃取分离器 脱水器
分离器
混
合
器
燃料重油
炭黑重油
重油
石脑油
蒸馏塔
火炬
回水 炭黑水
软水
石 脑油
H 2 S、C O 2
合成氨工业
116
烧嘴
炉管
炉管
烧嘴
烟道气
烧嘴
烧嘴
炉管
炉管
炉管
（ a) 顶部烧嘴炉 (b) 侧壁烧嘴炉
（ c) 梯台炉
合成氨工业
117
上分气管
分气管 集气管
炉膛
下集气管
上
升
管
分气管
炉膛
集气管
炉管的形式
冷激式 热底式 套管式
合成氨工业
118
德士古冷激工艺流程
氧气
水
返回到发生器
过程的原料
预热器
合成气
水
洗
涤
塔
气
化
炉
预热器
分离器
分离器
石脑油-
炭
蒸
汽
水
汽
提
塔
油
分
离
器
油和炭
重油
石脑油
石脑油
合成氨工业
119
日产1000 t氨的 Brau n深冷 净化工艺流程
水
蒸
汽
冷箱废气去
一段转化炉
去
烟
囱
过剩氢去燃料系统
净化气去氨合成
气体来自甲
烷化系统
1 1
2
3
4
5
6
7 8
合成氨工业
120
以焦炭为原料的流程
脱一氧化碳 脱二氧化碳
造气
除尘
脱硫
变换
压缩
合成
焦炭（无烟煤） 蒸汽 空气
氨
合成氨工业
121
以天然气为原料的流程
氨
二氧化碳
空气
蒸汽
天燃气
压缩 脱硫
二段转化 压缩
高温变换
低温变换 脱碳 甲烷化
压缩 合成
一
段
转
化
合成氨工业
122
以重油为原料的流程
炭黑清除
部分氧化 分离
变换
甲醇洗
氮洗
压缩
合成
重油 空气
氧气
蒸汽
炭黑
H2S,COS
CO2 氮气
氨
