李红涛等

摘要：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。别名氨气，化学分子式为NH3。本文综述了合成氨生产工艺的发展趋势，重点从装置大型化、节能降耗结构调整以及长周期运转和清洁生产技术等几个方面进行了论述。

关键词：合成氨 生产工艺 尿素 技术 节能 发展趋势

1 合成氨工艺净化

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。别名氨气，化学分子式为NH3。世界上的氨除少量从焦炉气中回收外，绝大部分是合成的氨。合成氨造气废水悬浮物高，含有氰化物、硫化物、挥发酚和氨氮等。其处理方法多采用沉淀、冷却、生化工艺。选用一体化净水器和双层曝气生物滤池处理造气废水，不但可提高回用水质，达到了《污水综合排放标准》（GB8978-1996）的一级标准；还能减少处理运行能耗和工程占地。为老企业合成氨造气废水的处理改造提供了新途径。

以无烟煤为原料生成合成氨常见过程是：

造气→半水煤气脱硫→压缩机1，2工段→变换→变换气脱硫→压缩机3段→脱硫→压缩机4，5工段→铜洗 →压缩机6段→氨合成→产品NH3

采用甲烷化法脱硫除原料气中CO、CO2时，合成氨工艺流程图如下：

造气→半水煤气脱硫→压缩机1，2段→变换→变换气脱硫→压缩机3段→脱碳→精脱硫→甲烷化→压缩机4，5，6段→氨合成→产品NH3

2 氨合成装置大型化技术

中国石油和化学工业联合会于2013年在北京组织专家对湖南安淳高新技术有限公司开发完成的“日产千吨级新型（ⅢJD）氨合成技术”项目进行科技成果鉴定。鉴定委员会的结果显示，该氨合成塔及系统是一项新的自主知识产权，具有优异的工业运行综合性能，已经打破了我国在这项技术上长期依赖国外技术的尴尬局面，不仅在我国处于领先地位，在世界上也是先进的水平，应该进行大力的推广应用。该系统不仅具有操作简单，装置运行安全稳定、年运转率高、能耗低等优势，还能够在高惰气情况下，保证其主要指标都优于设计值，这在国际上还是首例。有关专家指出，该技术的十大创新点都是原始创新，其中还包括计算方法、径向筐气分布装置等重大创新。

工业合成氨在高压合成塔中完成，由于合成氨需要加压、催化，所以合成塔中有催化室。

由于合成氨的过程释放大量热量，所以合成塔中还有热交换室，用于预热反应气体。未来，单系列合成氨装置生产能力将从2000t/d提高至4000～5000t/d，在合成氨装置大型化的技术开发过程中，其焦点主要集中在关键性的工序和设备。世界级合成氨、尿素装置的规模越来越大，采用斯塔米卡帮CO2汽提工艺新建尿素装置中规模最大已达3250t/d。

①合成气制备。天然气自热转化技术和非催化部分氧化技术将会在合成气制备工艺的大型化方面发挥重要的作用，而TopsΦe公司和Lurgi公司均认为ATR技术（天然气与水蒸汽在氧化催化剂作用下进行部分氧化。进料气与水蒸汽先混合预热、与氧化剂燃烧，然后在1790℃-1920℃反应温度下通过催化剂床层进行水蒸汽与甲烷转化生成合成气）是最适合大型化制氨工艺技术。Texaco、shell和中国工程公司则研发非催化部分氧化技术，为合成气制备工艺的大型化进行技术准备。

②合成气净化技术。目前广泛使用的BASF公司的MDEA工艺，完全适用于大型化装置；以低温甲醇洗、低温液氮洗为代表的低温净化工艺，也有可能在合成气净化大型化装置中得以应用。

3 低能耗合成氨工艺技术

合成氨典型的节能流程。目前新建的以天然气为原料的合成氨装置的综合能耗已降到29.3GJ/t氨以下。世界上具有竞争能力的低能耗合成氨技术有：KBR公司的技术、ICI公司的AMV技术、Uhde公司的技术和TopsΦe公司的技术。各公司依据其拥有的专利技术，组合了四种典型的节能流程。其中具有代表性的是KBR工艺。

现已开发成功的合成氨各工序的节能工艺还有许多，主要有：

①合成气制备工艺单元。节能降耗的主要技术有：预转化技术、低水碳比转化技术、换热式转化技术。

②CO变换工艺单元。等温CO变换技术，实现低水碳比变换反应。

③CO2脱除工艺单元。Linde公司LAC工艺的制氢单元中采用了简单的PSA装置，即可完成传统流程中氢气的精制和CO2脱除两个工序的任务。程控操作、没有转动设备，维护工作量少。含有CO、CH4和H2的排放气可以作为燃料，回收热量。

④氨合成工艺单元。采用新型氨合成塔和低压高活性催化剂，开发气体分布更均匀、阻力更小、结构更合理的合成塔及其内件，实现“等压合成”。其中以钌基催化剂为核心的KAAP工艺为代表。

4 结束语

随着石油化工和天然气化工的发展，氨合成工艺技术越来越先进，真正简化了流程、降低了系统阻力、提高了变换率和有效能的利用率、减少了系统投资，实现了变换工艺历史性的新突破，能满足大型化肥生产节能与环保的要求，推广应用社会经济效益显著。

参考文献：

[1]鲍卫娜，祝亚荣.新型四喷嘴气化炉技术的发展现状[J].广州化工，2011（18）.

[2]徐红东，门长贵.多元料浆气化工艺过程模拟[J].化肥设计，2008（02）.

[3]汪家铭.BGL碎煤熔渣气化技术及其工业应用[J].化学工业，2011（07）.endprint

摘要：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。别名氨气，化学分子式为NH3。本文综述了合成氨生产工艺的发展趋势，重点从装置大型化、节能降耗结构调整以及长周期运转和清洁生产技术等几个方面进行了论述。

关键词：合成氨 生产工艺 尿素 技术 节能 发展趋势

1 合成氨工艺净化

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。别名氨气，化学分子式为NH3。世界上的氨除少量从焦炉气中回收外，绝大部分是合成的氨。合成氨造气废水悬浮物高，含有氰化物、硫化物、挥发酚和氨氮等。其处理方法多采用沉淀、冷却、生化工艺。选用一体化净水器和双层曝气生物滤池处理造气废水，不但可提高回用水质，达到了《污水综合排放标准》（GB8978-1996）的一级标准；还能减少处理运行能耗和工程占地。为老企业合成氨造气废水的处理改造提供了新途径。

以无烟煤为原料生成合成氨常见过程是：

造气→半水煤气脱硫→压缩机1，2工段→变换→变换气脱硫→压缩机3段→脱硫→压缩机4，5工段→铜洗 →压缩机6段→氨合成→产品NH3

采用甲烷化法脱硫除原料气中CO、CO2时，合成氨工艺流程图如下：

造气→半水煤气脱硫→压缩机1，2段→变换→变换气脱硫→压缩机3段→脱碳→精脱硫→甲烷化→压缩机4，5，6段→氨合成→产品NH3

2 氨合成装置大型化技术

中国石油和化学工业联合会于2013年在北京组织专家对湖南安淳高新技术有限公司开发完成的“日产千吨级新型（ⅢJD）氨合成技术”项目进行科技成果鉴定。鉴定委员会的结果显示，该氨合成塔及系统是一项新的自主知识产权，具有优异的工业运行综合性能，已经打破了我国在这项技术上长期依赖国外技术的尴尬局面，不仅在我国处于领先地位，在世界上也是先进的水平，应该进行大力的推广应用。该系统不仅具有操作简单，装置运行安全稳定、年运转率高、能耗低等优势，还能够在高惰气情况下，保证其主要指标都优于设计值，这在国际上还是首例。有关专家指出，该技术的十大创新点都是原始创新，其中还包括计算方法、径向筐气分布装置等重大创新。

工业合成氨在高压合成塔中完成，由于合成氨需要加压、催化，所以合成塔中有催化室。

由于合成氨的过程释放大量热量，所以合成塔中还有热交换室，用于预热反应气体。未来，单系列合成氨装置生产能力将从2000t/d提高至4000～5000t/d，在合成氨装置大型化的技术开发过程中，其焦点主要集中在关键性的工序和设备。世界级合成氨、尿素装置的规模越来越大，采用斯塔米卡帮CO2汽提工艺新建尿素装置中规模最大已达3250t/d。

①合成气制备。天然气自热转化技术和非催化部分氧化技术将会在合成气制备工艺的大型化方面发挥重要的作用，而TopsΦe公司和Lurgi公司均认为ATR技术（天然气与水蒸汽在氧化催化剂作用下进行部分氧化。进料气与水蒸汽先混合预热、与氧化剂燃烧，然后在1790℃-1920℃反应温度下通过催化剂床层进行水蒸汽与甲烷转化生成合成气）是最适合大型化制氨工艺技术。Texaco、shell和中国工程公司则研发非催化部分氧化技术，为合成气制备工艺的大型化进行技术准备。

②合成气净化技术。目前广泛使用的BASF公司的MDEA工艺，完全适用于大型化装置；以低温甲醇洗、低温液氮洗为代表的低温净化工艺，也有可能在合成气净化大型化装置中得以应用。

3 低能耗合成氨工艺技术

合成氨典型的节能流程。目前新建的以天然气为原料的合成氨装置的综合能耗已降到29.3GJ/t氨以下。世界上具有竞争能力的低能耗合成氨技术有：KBR公司的技术、ICI公司的AMV技术、Uhde公司的技术和TopsΦe公司的技术。各公司依据其拥有的专利技术，组合了四种典型的节能流程。其中具有代表性的是KBR工艺。

现已开发成功的合成氨各工序的节能工艺还有许多，主要有：

①合成气制备工艺单元。节能降耗的主要技术有：预转化技术、低水碳比转化技术、换热式转化技术。

②CO变换工艺单元。等温CO变换技术，实现低水碳比变换反应。

③CO2脱除工艺单元。Linde公司LAC工艺的制氢单元中采用了简单的PSA装置，即可完成传统流程中氢气的精制和CO2脱除两个工序的任务。程控操作、没有转动设备，维护工作量少。含有CO、CH4和H2的排放气可以作为燃料，回收热量。

④氨合成工艺单元。采用新型氨合成塔和低压高活性催化剂，开发气体分布更均匀、阻力更小、结构更合理的合成塔及其内件，实现“等压合成”。其中以钌基催化剂为核心的KAAP工艺为代表。

4 结束语

随着石油化工和天然气化工的发展，氨合成工艺技术越来越先进，真正简化了流程、降低了系统阻力、提高了变换率和有效能的利用率、减少了系统投资，实现了变换工艺历史性的新突破，能满足大型化肥生产节能与环保的要求，推广应用社会经济效益显著。

参考文献：

[1]鲍卫娜，祝亚荣.新型四喷嘴气化炉技术的发展现状[J].广州化工，2011（18）.

[2]徐红东，门长贵.多元料浆气化工艺过程模拟[J].化肥设计，2008（02）.

[3]汪家铭.BGL碎煤熔渣气化技术及其工业应用[J].化学工业，2011（07）.endprint

摘要：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。别名氨气，化学分子式为NH3。本文综述了合成氨生产工艺的发展趋势，重点从装置大型化、节能降耗结构调整以及长周期运转和清洁生产技术等几个方面进行了论述。

关键词：合成氨 生产工艺 尿素 技术 节能 发展趋势

1 合成氨工艺净化

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。别名氨气，化学分子式为NH3。世界上的氨除少量从焦炉气中回收外，绝大部分是合成的氨。合成氨造气废水悬浮物高，含有氰化物、硫化物、挥发酚和氨氮等。其处理方法多采用沉淀、冷却、生化工艺。选用一体化净水器和双层曝气生物滤池处理造气废水，不但可提高回用水质，达到了《污水综合排放标准》（GB8978-1996）的一级标准；还能减少处理运行能耗和工程占地。为老企业合成氨造气废水的处理改造提供了新途径。

以无烟煤为原料生成合成氨常见过程是：

造气→半水煤气脱硫→压缩机1，2工段→变换→变换气脱硫→压缩机3段→脱硫→压缩机4，5工段→铜洗 →压缩机6段→氨合成→产品NH3

采用甲烷化法脱硫除原料气中CO、CO2时，合成氨工艺流程图如下：

造气→半水煤气脱硫→压缩机1，2段→变换→变换气脱硫→压缩机3段→脱碳→精脱硫→甲烷化→压缩机4，5，6段→氨合成→产品NH3

2 氨合成装置大型化技术

中国石油和化学工业联合会于2013年在北京组织专家对湖南安淳高新技术有限公司开发完成的“日产千吨级新型（ⅢJD）氨合成技术”项目进行科技成果鉴定。鉴定委员会的结果显示，该氨合成塔及系统是一项新的自主知识产权，具有优异的工业运行综合性能，已经打破了我国在这项技术上长期依赖国外技术的尴尬局面，不仅在我国处于领先地位，在世界上也是先进的水平，应该进行大力的推广应用。该系统不仅具有操作简单，装置运行安全稳定、年运转率高、能耗低等优势，还能够在高惰气情况下，保证其主要指标都优于设计值，这在国际上还是首例。有关专家指出，该技术的十大创新点都是原始创新，其中还包括计算方法、径向筐气分布装置等重大创新。

工业合成氨在高压合成塔中完成，由于合成氨需要加压、催化，所以合成塔中有催化室。

由于合成氨的过程释放大量热量，所以合成塔中还有热交换室，用于预热反应气体。未来，单系列合成氨装置生产能力将从2000t/d提高至4000～5000t/d，在合成氨装置大型化的技术开发过程中，其焦点主要集中在关键性的工序和设备。世界级合成氨、尿素装置的规模越来越大，采用斯塔米卡帮CO2汽提工艺新建尿素装置中规模最大已达3250t/d。

①合成气制备。天然气自热转化技术和非催化部分氧化技术将会在合成气制备工艺的大型化方面发挥重要的作用，而TopsΦe公司和Lurgi公司均认为ATR技术（天然气与水蒸汽在氧化催化剂作用下进行部分氧化。进料气与水蒸汽先混合预热、与氧化剂燃烧，然后在1790℃-1920℃反应温度下通过催化剂床层进行水蒸汽与甲烷转化生成合成气）是最适合大型化制氨工艺技术。Texaco、shell和中国工程公司则研发非催化部分氧化技术，为合成气制备工艺的大型化进行技术准备。

②合成气净化技术。目前广泛使用的BASF公司的MDEA工艺，完全适用于大型化装置；以低温甲醇洗、低温液氮洗为代表的低温净化工艺，也有可能在合成气净化大型化装置中得以应用。

3 低能耗合成氨工艺技术

合成氨典型的节能流程。目前新建的以天然气为原料的合成氨装置的综合能耗已降到29.3GJ/t氨以下。世界上具有竞争能力的低能耗合成氨技术有：KBR公司的技术、ICI公司的AMV技术、Uhde公司的技术和TopsΦe公司的技术。各公司依据其拥有的专利技术，组合了四种典型的节能流程。其中具有代表性的是KBR工艺。

现已开发成功的合成氨各工序的节能工艺还有许多，主要有：

①合成气制备工艺单元。节能降耗的主要技术有：预转化技术、低水碳比转化技术、换热式转化技术。

②CO变换工艺单元。等温CO变换技术，实现低水碳比变换反应。

③CO2脱除工艺单元。Linde公司LAC工艺的制氢单元中采用了简单的PSA装置，即可完成传统流程中氢气的精制和CO2脱除两个工序的任务。程控操作、没有转动设备，维护工作量少。含有CO、CH4和H2的排放气可以作为燃料，回收热量。

④氨合成工艺单元。采用新型氨合成塔和低压高活性催化剂，开发气体分布更均匀、阻力更小、结构更合理的合成塔及其内件，实现“等压合成”。其中以钌基催化剂为核心的KAAP工艺为代表。

4 结束语

随着石油化工和天然气化工的发展，氨合成工艺技术越来越先进，真正简化了流程、降低了系统阻力、提高了变换率和有效能的利用率、减少了系统投资，实现了变换工艺历史性的新突破，能满足大型化肥生产节能与环保的要求，推广应用社会经济效益显著。

参考文献：

[1]鲍卫娜，祝亚荣.新型四喷嘴气化炉技术的发展现状[J].广州化工，2011（18）.

[2]徐红东，门长贵.多元料浆气化工艺过程模拟[J].化肥设计，2008（02）.

[3]汪家铭.BGL碎煤熔渣气化技术及其工业应用[J].化学工业，2011（07）.endprint