石油化工知识——合成氨

合成氨工业的发展  
　　氮对植物生长的作用很早就已了解。 空气中氮占78％，但是，除豆科植物外，空气中的氮不能被固定、吸收。1898年，利用炭化钙吸收氮制氨获得成功，1905年建成工厂。1909年又实现了在催化剂存在下，氮和氢直接合成氨，并于1912年建成日产30吨的装置，此后，直接合成氨的方法发展迅速，而利用碳化钙的方法因成本高在30年代被淘汰。几十年来，合成氨在技术上发生了很大变化.  
　　一.是生产原料由煤转向气态的天然气和液态的石油产品（合称烃类原料），大型厂绝大多数采用烃类原料，以煤为原料仅在中国和德国有应用  
　　二.是装置大型化，60年代日产500吨氨，近20年来，新建装置大部分为日产1000～1500吨。由于高压设备、离心式压缩机及生产控制系统的成功使用，生产装置的规模得以大型化，从而使合成氨的原材料和能量消耗下降。1993年，世界合成氨的产量为8930万吨，1995年我国为2765万吨。 
原料气的制取 
　　由于氨中氮和氢的原子数以1：3 的比例组成，因此，制备的原料气需氮和氢比例适当，无反应有害杂质。 
　　煤和烃类原料的基本组成均为碳和氢。在高温下，它们和水起化学反应后生成的产物以氢、一氧化碳为主， 另有少量二氧化碳、甲烷以及原料中带入的硫生成的各类硫化物。反应过程要不断补充热量，也可采用通人空气或氧，靠部分原料的燃烧热来供热。这一过程称为造气。以天然气、汽油为原料的合成氨厂造气时，以镍为催化剂，反应器为耐热合金钢管。制成气的组成为：氢58.2％，一氧化碳8.5％，二氧化碳11.5％， 氮21.3％，其余为甲烷、氩和硫化物。 
　　1）一氧化碳的变换  
　　一氧化碳和水反应可以生成二氧化碳合氢。采用这个反应一是为了增加氢气；二是为了除去化学活性差，不易除去的一氧化碳（二氧化碳比较容易脱除，现在又可用于生产尿素）。根据对一氧化碳转化要求，以及原料中硫含量的多少，可以选用不同的催化剂及相应的反应温度。 
　　2）脱二氧化碳（脱碳） 
　　二氧化碳的脱除办法很多。大型合成氨厂采用碳酸钾将二氧化碳吸收，供生产尿素用。 
　　3）甲烷化 
　　少量一氧化碳的脱除经一氧化碳变换工序后，仍有少量一氧化碳残存在原料气中，可采用低温的甲醇洗去，也可通过与原料气中的氢反应生成对合成氨无害处的甲烷，达到除去一氧化碳的目的。这一操作被称为甲烷化。生成的甲烷需在反应原料循环时加以排放， 以防止甲烷的积累。