基本介紹
- 中文名：合成氨工業
- 屬於：基本無機化工之一
- 主要原料：氨
- 特點：與能源工業關係密切
概況,特點,發展趨勢,合成條件,反應特點,壓強,溫度,催化劑,工業制氨,用途,貯運,
概況
①生產能力和產量。合成氨是化學工業中產量很大的化工產品。1982年，世界合成氨的生產能力為125Mt氨,但因原料供應、市場需求的變化，合成氨的產量遠比生產能力要低。合成氨產量以俄羅斯、中國、美國、印度等十國最高，占世界總產量的一半以上(表1[ 世界合成氨主要生產國產量(kt)])。
合成氨工業
合成氨工業②消費和用途。合成氨主要消費部門為化肥工業，用於其他領域的（主要是高分子化工、火炸藥工業等）非化肥用氨，統稱為工業用氨。
③原料。合成氨主要原料有天然氣、石腦油、重質油和煤等。1981年，世界以天然氣制氨的比例約占71%,蘇聯為92.2%、美國為96%、荷蘭為100%；中國仍以煤、焦炭為主要原料制氨,天然氣制氨僅占20%。70年代原油漲價後，一些採用石腦油為原料的合成氨老廠改用天然氣，新建廠絕大部分採用天然氣作原料。
④生產方法。生產合成氨的方法主要區別在原料氣的製造，其中最廣泛採用的為蒸汽轉化法和部分氧化法（見合成氨原料氣）。
特點
①農業對化肥的需求是合成氨工業發展的持久推動力。世界人口不斷增長給糧食供應帶來壓力，而施用化學肥料是農業增產的有效途徑。氨水（即氨的水溶液）和液氨體本身就是一種氮肥；農業上廣泛採用的尿素、硝酸銨、硫酸銨等固體氮肥，和磷酸銨、硝酸磷肥等複合肥料，都是以合成氨加工生產為主。
②與能源工業關係密切。合成氨生產通常以各種燃料為原料，同時生產過程還需燃料供給能量,因此,合成氨是一種消耗大量能源的化工產品。每噸液氨的理論能耗為 21.28GJ,實際能耗遠比理論能耗多，隨著原料、工廠規模、流程與管理水平不同而有差異。日產 1000t氨的大型合成氨裝置生產液氨的實際能耗約為理論能耗的兩倍（表2[ 大型氨廠生產合成氨的實際能耗]）。
③工藝複雜、技術密集。氨合成是在高壓高溫和催化劑存在下進行的，為氣固相催化反應過程。由於氨合成催化劑（見無機化工催化劑）很易受硫的化合物、碳的氧化物和水蒸氣毒害（見催化劑中毒），而從各種燃料製取的原料氣中都含有不同數量的這些物質，故在原料氣送往氨合成前，需將有害物質除去。因此合成氨生產總流程長，工藝也比較複雜，根據不同原料及不同的淨化方法而有多種流程（見氨）。
發展趨勢
①原料路線的變化方向。從世界燃料儲量來看，煤的儲量約為石油、天然氣總和的10倍，自從70年代中東石油漲價後,從煤制氨路線重新受到重視,但因以天然氣為原料的合成氨裝置投資低、能耗低、成本低的緣故,預計到20世紀末,世界大多數合成氨廠仍將以氣體燃料為主要原料。
合成氨工業③與其他產品聯合生產。合成氨生產中副產大量的二氧化碳，不僅可用於冷凍、飲料、滅火，也是生產尿素、純鹼、碳酸氫銨的原料。如果在合成氨原料氣脫除二氧化碳過程中能聯合生產這些產品，則可以簡化流程、減少能耗、降低成本。中國開發的用氨水脫除二氧化碳直接制碳酸氫銨新工藝，以及中國、義大利等國開發的變換氣氣提法聯合生產尿素工藝，都有明顯的優點。
合成條件
反應特點
①可逆反應；②正反應是放熱反應；③正反應是氣體體積減小的反應。
壓強
有研究表明，在400°C，壓強超過200MPa時，不使用催化劑，氨便可以順利合成，但實際生產中，太大的壓強需要的動力就大，對材料要求也會增高，這就增加了生產成本，因此，受動力材料設備影響，目前我國合成氨廠一般採用20MPa~50MPa.
溫度
從理想條件來看，氨的合成在較低溫度下進行有利，但溫度過低，反應速率會很小，並且在500°C時催化劑鐵觸媒的活性最大，故在實際生產中，一般選用500°C。
催化劑
採用鐵觸媒（以鐵為主，混合的催化劑），鐵觸媒在500°C時活性最大，這也是合成氨選在500°C的原因。
最後，製得的氨量也不算多，還可以採取迅速冷卻，使氣態氨變為液態氨。也可原料重複利用。
但對於合成氨反應中的鐵催化劑，O2、CO、CO2和水蒸氣等都能使催化劑中毒。但利用純淨的氫、氮混合氣體通過中毒的催化劑時，催化劑的活性又能恢復，因此這種中毒是暫時性中毒。相反，含P、S、As的化合物則可使鐵催化劑永久性中毒。催化劑中毒後，往往完全失去活性，這時即使再用純淨的氫、氮混合氣體處理，活性也很難恢復。催化劑中毒會嚴重影響生產的正常進行。工業上為了防止催化劑中毒，要把反應物原料加以淨化，以除去毒物，這樣就要增加設備，提高成本。因此，研製具有較強抗毒能力的新型催化劑，是一個重要的課題。
工業制氨
①天然氣制氨。天然氣先經脫硫，然後通過二次轉化，再分別經過一氧化碳變換、二氧化碳脫除等工序，得到的氮氫混合氣，其中尚含有一氧化碳和二氧化碳約0.1%～0.3%（體積），經甲烷化作用除去後，製得氫氮摩爾比為3的純淨氣，經壓縮機壓縮而進入氨合成迴路，製得產品氨。以石腦油為原料的合成氨生產流程與此流程相似。
②重質油制氨。重質油包括各種深度加工所得的渣油，可用部分氧化法製得合成氨原料氣，生產過程比天然氣蒸氣轉化法簡單，但需要有空氣分離裝置。空氣分離裝置製得的氧用於重質油氣化，氮作為氨合成原料外，液態氮還用作脫除一氧化碳、甲烷及氬的洗滌劑。
③煤（焦炭）制氨。隨著石油化工和天然氣化工的發展，以煤（焦炭）為原料製取氨的方式在世界上已很少採用。
