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氨(NH_3)合成化工技术工艺分析

摘要:氨又称为氨气,其化学化学分子式主要为NH3。其在实际社会生产中得到了广泛的应用,现阶段氨的合成化工技术主要是在高温高压条件下,氮和氢在催化剂的作用下进行的合成反应。在实际管理过程中氨的合成受压力、温度及气体组成等方面的影响,本文根据结合热力学相关内容,对氨的化学合成装置及净化工艺进行了简单的分析,以便为氨合成工艺的合理应用提供有效的借鉴。

关键词:氨(NH3)合成化工技术;合成工艺

在现阶段氨合成工艺发展过程中,氨合成能源损耗的降低及合成工艺的简化是现阶段氨合成工艺的主要发展趋势。在低压非平衡化学的发展过程中,氨合成化工技术也呈现了不同的特点。即在以往高温高压催化合成的基础上,利用合成气装置可有效降低氨合成能量损耗。因此对于氨合成化工技术进行进一步优化分析具有非常重要的意义。

1氨化工合成工艺条件选择

在实际生产过程中氨合成工艺条件主要包括温度、空间速度、压力、惰性气体含量等相关影响因素。首先在实际生产过程中氨合成环境中进口气体主要包括惰性气体、氢气、氮气及极少部分的氨。在实际生产过程中为了保证整体氨合成效率,应尽量控制相关氨净值在一定限定区域内,可利用氨分离措施的应用,避免冷凝温度下降导致氨冷负荷上升。同时惰性气体的存在,在一定程度上影响了氨合成的效率;其次氨合成环境内空间速度与氨合成净值呈反比,在一定程度上增加了氨合成强度。因此为了保证氨合成效率,可控制整体氨合成环境内空速在15-30Mpa,10000-30000h-1之间;最后在压力和温度设置过程中,氨合成最佳温度在400.0-500.0℃之间。在氨合成过程中温度最高点又可称为热点,热点应低于催化剂的使用温度,保障生产后期氨的有效合成。而结合氨气合成过程中化学平衡及反应情况,在一定范围内压力上升会提供氨合成效率,但会在一定程度上降低催化剂使用性能。一般大型氨合成环境压力在15.0-23.9MPa之间,而小规模氨合成环境压力在20.0-31.9MPa之间。

2氨化工合成装置

在氨化工合成装置中,主要合成环境为高压合成塔,同时结合催化塔的应用,可为氨合成提供充足的压力、温度保证[1]。在氨合成过程中会产生大量的热量释放。为了有效提高氨合成产量在,在后续氨合成装置设置过程中,还可以进行合成气的合理配置,便于整体氨合成规模的有效拓展。在氨合成气配置过程中,主要通过天然气自热转化技术、非催化部分氧化技术的综合应用,在部分氧化催化剂的作用下,可促使天然气、水蒸气进行混合预热燃烧。随后通过控制整体反应温度到达1790.0℃到1920.0℃之间,结合催化剂床层的合理配置,可促使水蒸气与甲烷发生转化反应,便于大规模氨的合成制备。为了进一步提升氨合成化工工序的经济效益,可采用一定的节能施工工序。现阶段应用较普遍的氨节能合成装置主要以天然气为原材料,常用的基础为AMV技术、KBR技术等。其在实际应用中主要包括合成气制备、CO变换、CO2脱除、氨合成等几个环节,其中合成气制备主要是利用低水碳比转化、预热转化等基础实现一定的节能损耗;而CO变换工艺主要是利用等温CO变换为低水碳比变换反应进行一定的催化转化;CO2脱除主要是通过PSA装置的设置,实现CO2的有效脱离,并将CO、H2等作为排放燃料,提供整体装置热能利用效果;氨合成工艺主要是在氨合成环境的基础上,采用活性更高的催化剂,如钌基催化剂,实现等压环境合成。

3氨合成净化技术

氨合成工艺在实际社会生产中得到了大规模的应用,在实际氨合成过程中会产生一定的造气废水悬浮物质,如硫化物、氨氮、氰化物等,上述物质对周边环境具有一定的不利影响。因此在实际氨生产过程中需综合采用生化、冷却、沉淀等技术,进行相应的氨合成净化措施。依据《污水综合排放标准》的相关内容,在实际氨生产过程中,应在降低氨合成设备运行能耗的同时,对氨合成净化设备进行一定优化整合[2]。在以无烟煤为主的氨合成过程中主要包括造气、半水煤气脱离、压缩机变化、换气脱硫、压缩机脱硫、压缩机铜洗、氨合成等几个环节;而在以甲烷法为主的脱硫氨合成工艺中,主要在造气半水煤气脱硫的基础上,进行变换气脱硫及压缩机脱碳,最后经过一定的甲烷化处理,可有效提高氨净化效率。此外,在大型氨合成工艺运行过程中,可采用合成气净化技术进行低温净化。通过低温液氮洗、低温甲醇洗等工序,可达到有效的净化效果。

4结语

综上所述,在社会经济的发展过程中,氨合成工艺得到了迅速的发展。而随着社会工业生产对氨的需要不断增加,大规模氨生产合成技术获得了极大的发展机遇,在以往合成塔合成的基础上,合成气制备、优化装置得到了有效的开发应用。合成气氨生产装置在生产流程、工艺配置、系统变换率及能源节省方面都出现了良好的效力,对于整体氨化工合成技术经济效益的提升提供了保障。

参考文献:

[1]孙大雷,洪展鹏,叶嘉辉,等.CO_2、NH_3和醇“一步法”合成氨基甲酸酯的热力学分析[J].化学世界,2016,57(3):153-158.

[2]王杰,展晓元,丁建旭,等.有机无机杂化钙钛矿CH_3NH_3PbI_3晶体的合成及气敏性测试[J].山东科技大学学报(自然科学版),2018(2):88-92.

作者:张勇 单位:灵石中煤化工有限责任公司

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