合成氨热量利用汪兴志08 化工①班摘 要：合成氨工业是一项基础化学工业，在化学工业中占有很重要的地位合成氨工 业的发展也经历了几个漫长的世纪，直至今天，合成氨工业迅猛发展已如雨后春笋般逐步普 遍应用于各个行业所以掌握其工艺基础对于我们来讲非常重要本文就合成氨工业的发展、 其工业生产方法及流程作简要的展开论述因为合成氨工业是一个传统的能耗大户，所以合 理的利用和控制其热量便具有极其重要的意义本文就此问题作重点讨论关键词：合成氨；合成氨工艺；热量利用；引言合成氨工业在化工行业中占有重要地位，氨主要用于制造氮肥和复合肥料，氨作为工业 原料和氨化饲料，用量约占世界产量的12％，足以可见合成氨工业的重要性但同时合成 氨工业也是能耗大户，合成氨生产从造气开始直到氨的合成都伴随着热的过程，这些热量的 白白浪费是非常可惜的而如果合理利用和控制合成氨生产放出的热量，不仅可以节约生产 中的能耗，降低成本，还可以提高co变换率及氨的合成率所以我们就要想尽办法从各种 角度将这些热量加以利用和控制1 正文1．1 合成氨工业的发展N +3H =2NH2 2 3 合成氨的化学原理，写出来，不过这样一个方程式；但就是这样一个简单的化学方程式，从 最初实验室研究到最终成功、实现工业生产，却经历了约150 年的艰难探索。
在此期间，无 数的科学家为此做出了卓越的贡献从18世纪末到20世纪，合成氨都一直处在实验阶段，但 这些实验阶段却为之后的成功实现工业化奠定了基础到20世纪30年代初，合成氨已经成为 世界上广泛采用的制氨方法 20世纪70年代以来，合成氨工业的发展更加迅猛1.2 合成氨工业概述1.2．1 合成氨工艺流程合成氨的化学方程式为： N2+3H2=2NH3此反应是由N和H在200MPa的高压、500°C的高温和催化剂作用下，经过压缩冷凝后， 将余料再送回反应器进行反应直接合成氨工业上的氨除少量从焦炉气中回收副产品外，绝 大部分是合成的氨目前生产合成氨的主要原料有天然气、石脑油、重质油和煤（或焦炭）等① 天然气制氨：天然气首先经过脱硫，然后通过二次转化，再分别经过一氧化碳变换、二氧 化碳脱除等工序，得到氮氢混合气,其中尚含有一氧化碳和二氧化碳约0.1%〜0.3%（体积）， 经甲烷化作用除去后，制得氢氮摩尔比为 3： 1 的纯净气，经压缩机压缩而进入氨合成回路， 制得产品氨② 石脑油制氨:以石脑油为原料的合成氨生产工艺流程与天然气制氨工艺流程相似石脑油 先经脱硫，然后通过二次转化，再分别经过一氧化碳变换、二氧化碳脱除等工序，得到氮氢 混合气，其中尚含有一氧化碳和二氧化碳约0.1%〜0.3%（体积），经甲烷化作用除去后, 制得氢氮摩尔比为3： 1的纯净气，经压缩机压缩而进入氨合成回路，制得产品氨。
③ 重质油制氨:重质油包括各种深度加工所得的渣油，可用部分氧化法制得合成氨原料气， 生产过程比天然气蒸汽转化法简单，但需要有空气分离装置空气分离装置制得的氧用于重 质油气化，氮作为氨合成原料外，液态氮还用作脱除一氧化碳、甲烷及氩的洗涤剂④ 煤（焦炭）制氨:随着石油化工和天然气化工的发展，以煤（焦炭）为原料制氨的方法在 工业上已很少采用但是无论采取什么方法制氨，其总体的流程都是一样的大体流程如下:1.2. 2 合成氨生产工艺条件的控制 浓度：不断增大反应物的浓度有利于反应速率的提高，减小产物的浓度有利于平衡的条 件控制，使反应不断向正反应方向进行故在反应中不断的补充反应物，及时的分离出产物 对合成氨生产有利温度：由于合成氨反应正方向为放热反应，故选择低温有利于反应的进行，而考虑温度 反应速率的影响，宜选择高温以提高反应速率，而高温势必会加大生产投资，兼顾以上，本 反应应选择适宜的温度工业上一般采用500 C左右的温度压强：由于合成氨反应正方向为体积减小的反应，故选择高压有利于反应的进行，高压又有利于增大反应速率，而压强要过高的话，会使生产投资大大增加故应选择一个工业上 比较适宜的压强工业上一般采用20MPa—50MPa的压强。
催化剂：应选择一种合适催化剂以提高反应速率工业上一般采用铁触媒作为合成氨的 催化剂1.3 合成氨热量分析合成氨反应本身是一个放热反应，反应过程中放出大量的热量再加上合成氨生产从造 气开始直到氨的合成都伴随着热的过程，合成氨过程中不断有蒸汽的散失，蒸汽散失的同时 会携带出一部分热量还有该过程中产生的高温余热和低温余热等等……如果这些热量不能 加以利用让它白白浪费的话，不仅造成资源和能源的极大浪费，而且加大了生产成本所以 我们要想办法将这些热量合理地利用起来，起到一石二鸟的作用不仅可以节约生产中的能 耗，降低成本，还可以提高CO变换率及氨的合成率正如流程图所示，将合成氨之后的N、H分离出来，又以一定的比例循环至合成炉中进行反应这样做的目的有两个：第一，实现原料的循环利用以最大限度地利用原料;第二， 原料的循环必定会携带一定的热量进反应炉，不仅实现了热量的循环利用，而且携带进的热 量会加速反应速率而对高温余热和低温余热的合理利用可以通过热管来实现热管的形状如下：执管热管散热原理热管是利用蒸发制冷，使得热管两端温度差很大，使热量快速传导一般热管由 管壳、吸液芯和端盖组成热管内部是被抽成负压状态，充入适当的液体，这种液体 沸点低，容易挥发。
管壁有吸液芯，其由毛细多孔材料构成热管一段为蒸发端，另 外一段为冷凝端，当热管一段受热时，毛细管中的液体迅速蒸发，蒸气在微小的压力 差下流向另外一端，并且释放出热量，重新凝结成液体，液体再沿多孔材料靠毛细力 的作用流回蒸发段，如此循环不止，热量由热管一端传至另外一端这种循环是快速 进行的，热量可以被源源不断地传导开来热管对低温余热的回收利用：回收低温余热预热助燃空气或产生低压蒸汽作为生产原料 汽热管对高温余热的回收利用：回收高温余热产生中压蒸汽作为原料蒸汽的补充热管回收余热的优点：可以控制固定床催化反应器的化学反应温度，使其走向最佳反应， 从而提高 CO 变换率和氨的合成率热管回收余热的意义：我国小化肥厂遍布全国，蒸汽是小化肥生产的原料之一，历来都 是锅炉房供给的，另一方面小化肥生产又有大量的余热白白放空回收小化肥厂放空的余热 将其变为蒸汽不仅可以满足自身工艺生产的需要，而且可以有多余外供2 结 束 语合成氨工业不管是在我国的化工行业还是在药用行业以及农业行业都占有举足轻重的 地位再加上科技的不断进步，任何一个化工工艺的过程都在不断进步，不断显现其优越性 的一面这不仅体现在工艺过程本身的优越性，还体现在资源能源利用、环境保护方面的优 越性。
这就要求我们在设计一个工艺流程的时候要在满足其自身的工艺要求前提下，实现资 源能源的最大限度利用，实现环境的最大保护逐步使化工行业趋向绿色化化工工艺趋向 完美化参考文献：[1] 《化工设计》，娄爱娟等编，华东理工大学出版社[2] 《化工工艺学》，第二版，米镇涛主编，化学工业出版社[3] 《化工生产与技术》，2002年第5 期[4] 《合成氨生产工艺》，赵育祥，化学工业出版社[5] 《合成氨热量利用》，化学工业出版社。