合成氨工艺技术的现状及其发展趋势

黄宪辉

摘要：如今，工业文明取得了非常大的进步，社会也在不断向前发展。其中，合成氨技术对人类发展所做出的贡献是不可忽视的。氨在化学上用NH3表示，常用于制作尿素、化肥等化工材料。此外，硝酸和铵态肥也可由氨制成，而一些氮肥和强氧化剂以硝酸为原料。由此可见，社会对氨的需求量是非常大的，需要努力推动合成氨工艺技术的发展。接下来笔者将简要介绍合成氨技术的应用和发展情况。

关键词：合成氨技术;基本现状;发展趋势

随着社会的发展和工业文明的进步，氨合成的产品对于人类的贡献越来越大氨是化工领域内最为重要的基础产品之一，其产量在各种化工产品中居于首位，氮主要用于农业，可以制成尿素，是重要的氮素肥料，用于制成氮肥的合成氨大约占70%，同时氨作为一种工业基础原料在胺、铵、制药染料炸药合成树脂以及合成纤维的生产中也被广泛地应用这部分的比例大约为30%，由此可以看出氨的用途广泛需求量非常大对于合成氨的工艺技术的要求也不断提高在这种大背景下合成氨的工艺技术得到了长足的发展。

1合成氨工艺技术

上世纪中后期我国原有的氮肥工业得到了长足的发展从其发展现状看我国合成氨的现有产出量已经占到了首位合成氨的原料主要为焦炭、油田内的伴生气独特的无烟煤以及焦炉气合成氨工艺技术比较复杂其中包含了物理、化学以及化工等多门综合技术

1.1半水煤气制取此法以煤为原料合成氨。此工艺的原理为将煤加入造气炉内然后通入空气使其燃烧升温之后间断地通入蒸汽和空气，使蒸汽与炙热的碳发生反应而生成氢气（H2）和一氧化碳（CO）当通入到造气炉内的空气中的氧气被消耗完时将会剩下氮气（N2）这一过程中将产生其他杂质性气体和粉尘将之除去并回收余热后得到半水煤气。

1.2半水煤气的净化半水煤气的净化过程主要是脱去其中的硫以及少量的一氧化碳（CO）和二氧化碳（CO2）

1.3氨的合成氨合成的典型工艺流程在合成塔中进行综合采用氨合成动力学和热力学工艺，遵从物料平衡而使氨的含量达到平衡。

2合成氨技术的基本现状

因受到原材料的限制，合成氨的生产装置具有较为明显的缺陷，下面对这些缺陷进行简单介绍：

（1）石油的价格昂贵，且市场需求量也比较大，将其作为制备氨的原材料会产生非常高的成本。随着经济的发展，汽车的数量越来越多，对石油的需求量也因此剧增。再考虑到其他领域对石油也有些较大的需求量石油的价格不断上涨。若将其作为制备氨气的原料，将带来难以负担的高昂成本，因此石油不能用作制备氨气。

（2）如今现代人们对技术水平提出了更高的要求。“轻油”和“重油”因为受到经济因素和生产装置的局限，应用的比较少，并且这两种材料的市场竞争力比较低，所以“轻油”和“重油”不是生产氨气的合适原材料。目前，大多使用“轻油”和“重油”来制备氨气的装置正在筹划如何改造和调整结构，甚至是处于停滞状态。因此制备氨气时越来越趋向于使用煤和天然气为原材料。

（3）使用煤来制备氨气具有两大鲜明的优势。首先：在自然界煤的储存量比石油更丰富大约是后者的十倍。正因为储量丰富所以价格相对比石油更加实惠，当使用煤制备氨气时，无需高昂的成本，从而有利于提高经济效益，降低生产成本。其次煤气化和煤液化也具有一定的优势。任何煤气化和液化都会产生一定的收益。从煤本身的性质来看，煤的气化和液化能够生成不同的化工原料。此外，一定程度上还能够调整我国的能源结构。因为煤燃烧时如果氧化得比较充分，会产生少量二氧化硫气体和煤灰，当这些物质进入空气就会污染空气。不仅如此，这部分热量在释放后没有被充分利用，煤中含有的具有高附加值的有机物由于被燃烧没有得到利用，从而就浪费了能源。而煤的气化燃烧的并不充分，会产生具有还原性的一氧化碳降低了生成二氧化硫等有毒气体的概率并且能量的释放过程分为两个步骤，既让煤中含有的高附加值的有机物得到利用，也提高了煤的利用率。

3生产合成氨的典型工艺流程

3.1天然气生产合成氨

天然气通过脱硫工序脱出气体中的硫组分，再通过一段转化与二段转化，经过CO高、低温变换、脱除CO2等工序，制得N2、H2混合气体（其中含CO和CO2约0.1%～0.3%（体积分数）），经过甲烷转化工序后制取N2、H2摩尔体积比为3的合成气，通过合成气压缩机加压后进入氨合成系统制取合成氨。

3.2重油生产合成氨

原油提取产品油后剩余的重质油称为重油，重油部分氧化、再经过清除炭黑、经过煤气变换、通过低温甲醇洗和液氮洗脱除杂质气体制得合成氨工序所需的原料气，再经过合成气压缩机提压后进入氨合成系统生产合成氨。此生产合成氨工艺过程还需要空分装置提供氧气和液氮。

3.3煤生产合成氨

由于世界能源格局的变化，导致全球石油价格的飞涨，使得以煤为原料生产合成氨工艺技术再次被人们多重视。建于石家庄化工园区的晋煤金石集团藁城分公司便采用了近年来国内外较为先进的煤制取合成氨技术。我公司采用晋煤15#无烟煤为原料，按照节能环保设计理念，选用了国际国内最先进的工艺和设备，在合成氨核心工艺技术及装备上选用德国鲁奇炉碎煤加压气化、低温甲醇洗净化、低温液氮洗精制、克劳斯硫回收、瑞士卡萨利合成工艺等多项国际国内先进技术，极大提高了合成氨的装置水平。

4合成氨工艺技术发展趋势探讨

合成氨技术的发展趋势将围绕“降低成本、延长设备运转周期、增加经济效益”的基本目标努力，生產工艺以及设备的大型化、低能耗、清洁生产等将作为重点的研究和开发方向。

4.1合成氨装置未来的发展方向

由于合成氨技术的不断发展，单系列合成氨装置的产能在不断提高，天然气、煤为原料制取合成氨的发展空间还很大，势必将成为制取合成氨的主要发展方向。大型合成氨装置技术的发展过程中，工艺技术和设备的改进是关键性的，即合成氨原料气的制备、合成氨原料气的净化、合成气压缩机、氨合成工艺技术。合成氨原料气制备方面：煤的气化与煤的液化将作为合成氨技术发展的重点，鲁奇公司与托普索公司已经推出了煤制氨适合的大型化工艺技术;合成氨原料气的净化：低温甲醇洗技术、低温液氮洗技术必将成为净化合成气的主要工艺流程被行业所接受、所认可;氨合成工艺技术：双压法氨合成工艺以及基于钌基催化剂KAAP工艺等有可能成为氨合成的主流工艺。

4.2天然气制合成氨、煤制合成氨未来发挥的作用

由于全球原油开采速度过快，原油的供应量逐渐降低，石油时代即将过去，导致原油的加工产品价格也是持续升高，重油为原料制氨的成本也随之增高，已经不具备市场竞争力。在此市场经济条件下，合成氨原料结构势必发生调整，以天然气制合成氨、煤制合成氨在未来发展中必定会占据主导地位。另外，洁净煤气化技术、天然气制合成气技术在合成氨装置大型化和低能耗两个方面取得了重大进展和突破，也为天然气制合成氨、煤制合成氨的未来发展奠定了基础。

结语

随着工业化社会的不断发展，资源逐渐变得匮乏。我们应当采取适当的措施以控制这种现状。例如采用低能源降低污染物排放，在最大限度的提高经济效益的同时，也不忘保护环境。本文提出要从环保的角度出发并发挥新能源的作用对合成氨装置进行改善，对国民都有极大益处。笔者也希望能够尽早完善这项大业，实现社会的可持续发展。

参考文献

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