合成氨工藝流程主講教師：王靜AmmoniaSynthesisProcessCONTENTS氨的分離方法01.氨合成工藝流程02.01氨的分離方法

因受到氨合成反映平衡溫度的限制，氨合成時只能有一部分氮氣和氫氣合成為氨。所以出氨合成塔氣體中有氨、氮氣、氫氣和惰性氣體（甲烷、氬氣），如何將氨從氣體混合中分離呢？工業(yè)生產(chǎn)上有兩種方法：水吸收法、冷凝法。01氨的分離方法⑴水吸收法

氨在水中溶解度很大，與溶液呈平衡的氣相氨分壓很小。因此，用水吸收法分離氨效果良好。但氣相亦為水蒸氣飽和，為防止催化劑中毒，循環(huán)氣需嚴格脫除水分后才能進入合成塔。水吸收法得到的產(chǎn)品是濃氨水。從濃氨水制取液氨尚需經(jīng)過氨水蒸餾及氣氨冷凝等步驟，消耗一定的熱量，故工業(yè)上采用此法者很少。01氨的分離方法

用水或氨間接冷卻含氨混合氣，使其中大部分氨冷凝，并與不凝的氫氮氣分開。加壓下：氣相中飽和氨含量與溫度、壓力的關(guān)系為：（2）冷凝法P↑，T↓，飽和氨含量↓01氨的分離方法壓力對分離效果的影響：45MPa以上時，僅采用水冷卻能使氨分離。20~30MPa時，水冷卻只能分離部分氨，還含有7~9%的氨，需進一步以液氨作冷凍劑冷卻到0℃以下，才能使氣相中氨含量降到2~4%。實際生產(chǎn)中，含氨混合氣的冷卻是在水冷器和氨冷器中實現(xiàn)的，而冷凍用的液氨由冷凍系統(tǒng)提供，或是液氨產(chǎn)品的一部分，液氨在氨分離器中與氣體分開減壓送入貯槽，其壓力一般為1.6~1.8MPa，液氨冷凝過程中，部分氫氮氣及惰性氣體溶解其中，溶解氣體大部分在液氨貯槽中減壓釋放出來，叫做“貯槽氣”或“弛放氣”。氨合成工藝流程02合成與分離包括以下幾個步驟：（1）H、N原料氣的壓縮并補入循環(huán)系統(tǒng)（2）循環(huán)氣的預(yù)熱與氨的合成（3）氨的分離（4）熱能的回收利用（5）未反應(yīng)氣體補充壓力并循環(huán)使用（6）排放部分循環(huán)氣以維持循環(huán)氣中惰性氣體的平衡——構(gòu)成回路流程，需要合理配置上述步驟，即需要合理確定循環(huán)壓縮機的位置；新鮮氣的補入；惰性氣體的放空位置，氨分離的冷凝級數(shù)，冷熱交換的安排和熱能回收方式等。氨合成工藝流程02氨合成工藝流程02⑴中小型氨廠流程氨合成工藝流程02

如上圖所示。合成塔出口氣經(jīng)水冷器冷卻至常溫，其中部分氨被冷凝，液氨在氨分離器中分出。為降低惰性氣體含量，循環(huán)氣在氨分離后部分放空，大部分循環(huán)氣進循環(huán)壓縮機補充壓力后進濾油器，新鮮原料氣也在此處補入。而后氣體進冷凝塔的上部熱交換器與分離液氨后的低溫循環(huán)氣換熱降溫，經(jīng)氨冷器冷卻到0～-8℃，使氣體中絕大部分氨冷凝下來，在氨冷凝塔的下部將氣液分開。分離出液氨的低溫循環(huán)氣經(jīng)冷凝塔上部熱交換器與來自循環(huán)壓縮機的氣體換熱，被加熱到10～30℃進氨合成塔，從而完成循環(huán)過程。氨合成工藝流程02氨合成工藝流程02A.放空氣位置設(shè)在惰性氣體含量最高、氨含量較低的部位以減少氨損失和原料氣消耗；B.循環(huán)壓縮機位于第一、第二氨分離之間，循環(huán)氣溫度較低有利于壓縮作業(yè)；C.新鮮氣在濾油器中補入，在第二次氨分離時可以進一步達到凈化目的，可除去油污以及帶入的微量CO2和水分。對15MPa下操作的小型合成氨廠，因為操作壓力低，水冷后很少有氨冷凝下來，為保證合成塔入口氨含量的要求，設(shè)置有兩個串聯(lián)的氨冷器和氨分離器。該流程的特點：氨合成工藝流程02⑵大型氨廠流程在該類流程中采用蒸汽透平驅(qū)動的帶循環(huán)段的離心式壓縮機，氣體中不含油污可以直接把它配置于氨合成塔之前。氨合成反應(yīng)熱除預(yù)熱進塔氣體外，還用于加熱鍋爐給水或副產(chǎn)高壓蒸汽，熱量回收較好。氨合成工藝流程02氨合成工藝流程02

上圖為凱洛格傳統(tǒng)流程，反應(yīng)熱用于加熱鍋爐給水。新鮮氣在離心壓縮機的第一缸中壓縮，經(jīng)新鮮氣甲烷化氣換熱器、水冷卻器及氨冷卻器逐步冷卻到8℃。除去水分后信息拿起進入壓縮機第二缸繼續(xù)壓縮并與循環(huán)氣在缸內(nèi)混合，壓力升到15.3MPa，溫度為69℃經(jīng)過水冷卻器，氣體溫度降至38℃。而后，氣體分為兩路，一路約50％的氣體經(jīng)過兩級串聯(lián)的氨冷器6和7。氨合成工藝流程02

一級氨冷器6中液氨在13℃下蒸發(fā)，將氣體進一步冷卻到1℃。另一路氣體與高壓氨分離器來的-23℃的氣體在冷熱換熱器內(nèi)換型，降溫至-9℃，而來自氨分離器的冷氣體則升溫到24℃，兩路氣體匯合后溫度為-4℃，再經(jīng)過第三級氨冷器，利用-33℃下蒸發(fā)的液氨進一步冷卻到-23℃，然后送往高壓氨分離器。分離液氨后的含氨2％的循環(huán)氣經(jīng)冷熱交換器和熱熱換熱器預(yù)熱至141℃進軸向冷激式氨合成塔。氨合成工藝流程0