合成氨生产工艺

合成氨的工艺流程主要包括原料气制备、净化处理、压缩与合成三个核心步骤，具体如下：

一、原料气制备

气化过程

以煤、焦炭、天然气等为原料，通过气化反应生成含氢（H₂）和氮（N₂）的合成气。 - 固体原料（如煤、焦炭）采用常压固定层气化技术，渣油则通过非催化部分氧化或二段蒸汽转化法制取。

- 气化反应式：$C + H_2O \rightarrow CO + H_2$（半水煤气生成）。

原料气组成

初步制得的合成气通常含CO、CO₂、H₂S、CO₂等杂质，需进一步处理。

二、净化处理

脱硫脱碳

- 脱硫：

采用DDS脱硫剂或低温甲醇洗技术，去除H₂S、CO₂等腐蚀性气体。

- 脱碳：通过变换反应（$CO + H_2O \rightarrow CO_2 + H_2$）将CO转化为CO₂，同时回收热量。

气体精制

- 采用铜碱洗法或碳酸丙烯酯法进一步去除残留CO₂，确保氮氢混合气达到1:3的理想比例。

三、压缩与合成

压缩

将净化后的氮氢混合气压缩至200-300 MPa，为氨合成创造条件。

氨合成反应

- 哈伯法：

在400-500°C、100-300 atm条件下，以铁基催化剂（如铁-铁酸钾）促进N₂与H₂反应生成氨，反应式为：

$$N_2 + 3H_2 \rightarrow 2NH_3$$

转化率约为15-25%，通过循环未反应气体实现97%的总转化率。

- 其他工艺：如加压空气法（200-450°C、10-30 atm）和Ru基催化剂工艺（300-450°C、4-15 MPa），但哈伯法因经济性和成熟度更高，仍是主流。

四、后续处理

分离与液氨生产：合成后的氨与氢气通过分离塔分离，液氨通过冷凝收集。

副产品回收：部分CO、CO₂可进一步转化为甲醇、二甲醚等燃料。

总结

合成氨工艺以哈伯法为核心，通过多步净化和精确控制，实现高效氨生产。随着技术发展，新型催化剂（如Ru基催化剂）和工艺优化（如双甲工艺）不断提升产能与环保性。