合成氨的现状、反应及发展趋势

　　合成氨指由氮和氢在高温高压和催化剂存在下直接合成的氨，为一种基本无机化工流程。现代化学工业中，氨是化肥工业和基本有机化工的主要原料。可以说合成氨是化学工业的基础，也是我国化学工业发展的重要先驱。

合成氨的主要生产技术

　　1、传统工艺，利用合成法生产制造氨

　　①制备含氢和含氮的原料气体：氮气主要来源于空气，因此可以在制作过程中导入空气，除去氧气等可燃性气体，剩下即为氢氮混合气。氢气主要来源于水或碳氢化合物，如焦炭、煤、石油、天然气等。

　　②净化原料气：无论用何种原料生产出的氢氮原料气中都会存有硫化物、二氧化碳、一氧化碳都杂质，不仅会对设备造成腐蚀，还会合成出有毒气体。因此，在将原料气体导人合成装置以前必须列其加以净化除去杂质，才能得到纯净的原料气体。常用的手段是脱离沉淀硫化物，用一氧化碳与水反应将其置换为二氧化碳，然后脱离并清除二氧化碳。

　　③氨的合成：将纯净的原料混合气体压缩到一定高压，然后在高温和使用催化剂的条件下将其合成为氨。

　　2、新型节能工艺

　　新工艺体现在生产过程当中的能耗上和环保上，并大大提高了生产效率：

　　①提高对烟雾通气热量的回收率，降低排气管道的温度，可有效提高热能的利用率。减少对一氧化碳和二氧化碳的排放，减少对大气的污染。

　　②采用真空纤维法和深度冷却法，分离生产过程中产生的多余的氮气等，可以进行回收，提高利用率。

　　③新型合成氨工艺LCA的应用：这种技术的产量相对于传统工艺比较稳定，其核心部分大大简化，例如用气体加热转化器代替传统形式的转化炉，大大减少了能源耗费。另外，它将传统工艺中的高低温简化，而采用恒温，增加效率。并利用分子吸附来脱碳，也可以有效吸出其他不必要的气体。采用低压合成技术，与超高压合成技术相比耗能进一步降低。

合成氨的现状

　　目前我国合成氨企业数量较多，集中度较低、布局较为松散、整体技术水平较低，其发展现状并不容乐观，但是因为合成氨作为化肥生产不可或缺的组成部分，其与粮食的产量、居住环境和社会发展等都有着千丝万缕的联系，所以，它仍然是我国化学工业今后的发展ZD，不能被其它工业所代替。

　　我国现阶段合成氨企业的主要特点有以下几点：

　　1、现阶段国内合成氨的制气原料主要是煤，而将煤作为主要制气原料的合成氨企业又多是中小型企业，而且，因为我国煤碳储存量总数较大、分布较广，有些企业用煤作为制气原料又能够有效降低原料成本，有助于企业在一定程度上提高经济效益，因此，煤仍然是我国未来合成氨主要的制气原料。

　　2、我国合成氨产品大概分为两类：工业用氨和农业用氨，我国目前农业用氨的主要用途是生产碳铵和尿素，其越占市场农业用氨消费总额的四分之三，剩下的四分之一主要是用来生产硝铵和氯化铵等其它肥料，工业用氨则主要针对于各种化工产品，例如丙烯晴、酸纯碱等。

　　3、国内从事合成氨行业的企业数目庞大，且产业集中度不高，小型企业占合成氨企业总数份额极大，大约为 91%，产量则相对不高，占市场总产量的 43.6%左右。合成氨企业分散性较强，除了北京、青海、上海等个别地区没有合成氨生产厂意外，其它地区都有较多的合成氨生产厂，其中西南、华东、华北等地区合成氨企业数量更是突出，而未来我国合成氨厂还将会向资源更为丰富的地区转移，特别是煤炭储量较多、开采难度性不高的地区。

　　4、国内合成氨行业的发展越来越壮观，已经掌握了以天然气、焦炭、无烟煤等多种能源作为生产原料的先进技术，并逐渐发展成为了特有的以煤、石油、天然气三种生产原料共存生产格局以及大、中、小型生产企业共存的发展格局。

工业合成氨

　　1、原料气的制备

　　在合成氨生产的时候，首先要做的事对原料气的制备，其实主要是需要工作人员将煤炭和天然气等一些制造氨的原料加以制作，使之成为含有氢和氮的一种粗原料气。对煤炭的制作主要是采用企划的方法，在煤炭进行加工制作的过程中，提取其中的气体作为合成气。

　　2、净化过程

　　在diyi个步骤是主要对合成氨的原料气进行了粗略的制作，然后就要对粗原料气进行净化处理，让经过净化的粗原料气将其他的气体排出去只留下氢气和氮气。

　　3、转换过程

　　在合成氨的生产过程中，首先是对制作合成氨的基本原料即粗原料气进行制作，然后是对粗原料气体进行净化，之后要对要进行转换，这主要是由于在制作合成氨的过程中，利用各种各样的方法所制作的原料气体中都是含有一氧化碳的，并且由于在合成氨的时候是需要两种组分是H₂和N₂，所以在合成氨的过程中就需要将一氧化碳排除掉。

　　要对一氧化碳进行转换的过程中，一氧化碳会放出大量的热量，所以就需要对一氧化碳的转换过程进行分段处理，这样做主要是为了回收一氧化碳转化过程中所放出的热量。然后，还要进行低温转换，应该在转换的过程中将一氧化碳的含量降低到0.3%左右。

　　4、脱硫脱碳过程

　　对合成氨的原料气体进行脱硫脱碳其实主要是由于之前对粗原料气体进行制作的过程中，虽然对粗原料气体进行了净化和转换，但原料气体中还存在着硫和碳的氧化物，所以要将这些含有硫和碳的氧化物从原料气体中去除出去，这主要是因为如果不将这些氧化物去除出去，就会使合成氨在生产的过程中是催化剂就有了毒性。

　　5、气体精制过程

　　在对合成氨进行制作的过程中，虽然经过以上的四个步骤对合成氨的原料气体进行了处理，但是在经过脱硫脱碳过程之后，合成氨的原料气中还是会含有一些少量的一氧化碳和二氧化碳，所以要进行气体的精制过程，这样做的主要目的是为了防止对氨合成催化剂的毒害。并且国家还规定一氧化碳和二氧化碳的加在一起的体积分数不能超过10cm³。

合成氨反应

　　1、合成氨流程

　　2、合成氨原料气的制取

　　N₂：将空气液化、蒸发分离出N₂或将空气中的O₂与碳作用生成CO₂，除去CO₂后得N₂。

　　H₂：用水和燃料(煤、焦炭、石油、天然气)在高温下制取。用煤和水制H₂的主要反应为：

　　3、制得的H₂、N₂需净化、除杂质，再用压缩机制高压。

　　4、氨的合成：在适宜条件下，在合成塔中进行。

　　合成氨反应的特点：合成氨反应是一个放热的、气体总体积缩小的可逆反应。

　　5、氨的分离：经冷凝使氨液化，将氨分离出来，提高原料的利用率，并将没有完全反应的N₂和H₂循坏送入合成塔，使之充分利用。

合成氨技术的发展趋势

　　根据目前合成氨工业发展的状态可以预测到，其未来的发展不会集中在生产原理的改变上，因为其生产和需求总值是不会改变的。其技术发展将会以调整产业结构、降低能耗、发展清洁生产、降低生产成本和提高经济利益为主要目标。具体体现在以下几个方面：

　　1、调整和优化产业结构。促使整个产业向集体化、规模化方向发展;淘汰那些能耗高、环保技术落后的企业;优化原料结构，拓宽可用资源范围。

　　2、发展低能耗技术。优化工艺流程，合理利用能源，研制性能较好的催化剂，开发出新的原料气体的净化方法，降低燃料消耗，合理利用次级热能。另外，以推进设备的集中化、自动化、大型化为ZX，能源的消耗才会降到Z低。

　　3、重视清洁生产。实施环境友好型生产是未来合成氨工业的必然选择，努力做到在生产过程中使用洁净能源，减少不必要的废物、废水、废气的排放，将清洁生产做到Z好。

　　4、提高设备生产率，尽可能延长其运转周期。这样既可以提高劳动生产率，又能节省成本，增加企业效率和利益。

　　5、做到与其他产品的联合生产。合成氨生产过程中产生的大量二氧化碳等，既可以用于生产冷冻剂、碳酸饮料，也可以生产纯碱和碳酸氢铵等重要化学原料，对效益的提高有明显作用。