8.3　合成氨生产工艺原理

1913年,哈伯(Haber)与伯希(Bosch)采用高温高压和铁系催化剂工艺条件实现了由氮气和氢气直接工业化合成氨,并在德国奥堡投入生产,这就是著名的Haber-Bosch法。第一次世界大战结束后,德国因战败而被迫公开合成氨技术。在此基础上,陆续发展了不同压力的合成氨方法:低压法(10 MPa左右)、中压法(15～60 MPa)和高压法(70～100 MPa)。20世纪40年代末至50年代初,出现了以天然气和石脑油替代煤为原料的生产工艺,这促进了新的造气和净化技术的发展。20世纪60年代,大型离心压缩机的发展使合成氨生产规模空前提高,出现了日产合成氨1 000 t以上的大型装置。合成氨生产工艺包括以下三大步骤。

(1)造气　制备合成氨的原料气。原料氮气来源于空气,原料氢气主要来源于含氢气和一氧化碳的合成气,因此主要以天然气、石脑油、重质油和煤(或焦炭)等为原料。

(2)净化　将原料气进行净化处理。从燃料化工得到的原料气中含有硫化物和碳的氧化物,这些物质对合成氨的催化剂有毒性作用,在氨合成前要经过净化脱除。净化包括脱硫、变换及脱碳等三个过程。(https://www.daowen.com)

(3)合成　原料气化学合成氨。净化的氢氮混合气经压缩后,在适宜的条件下进行催化反应生成氨。反应后将分离出的氨作为产品,未反应的氢氮混合气经过分离后再循环使用。

本仿真操作以天然气、蒸汽、空气为原料。合成氨的生产过程可分为三大工段:转化工段、净化工段和合成工段。