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合成氨、尿素的生产工艺

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，分子式为

NH3，英文名：synthetcammna。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。目录

基本简介构成发现工艺流程催化机理研究现状基本简介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。天然气先经脱硫，

然后通过二次转化，再分别经过一氧化合成氨碳变换、二氧化碳脱除等工序，得到的

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的纯净气，经压缩机压缩而进入氨合成回路，制得产品氨。以

石脑油为原料的合成氨生产流程与此流程相似。②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气转化法简单，

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。③煤（焦炭）制氨。随着石油化工

和天然气化工的发展，以煤（焦炭）为原料制取氨的方式在世界上已很少采用。用途

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%。硝酸、各种含氮的无机盐及有机中间体、磺胺药、聚氨酯、聚酰胺纤维和丁腈橡胶

等都需直接以氨为原料。液氨常用作制冷剂。贮运商品氨中有一部分是以液态由制造厂

运往外地。此外，为保证制造厂内合成氨和氨加工车间之间的供需平衡，防止因短期事故

而停产，需设置液氨库。液氨库根据容量大小不同，有不冷冻、半冷冻和全冷冻三种类。

液氨的运输方式有海运、驳船运、管道运、槽车运、卡车运。

构成发现

德国化学家哈伯(F.Haber，1868-1934)从1902年开始研究由氮气和氢气

合成氨合成塔

直接合成氨。于1908年申请专利，即“循环法”，在此基础上，他继续研究，于

1909年改进了合成，氨的含量达到6%以上。这是目前工业普遍采用的直接合成法。反

应过程中为解决氢气和氮气合成转化率低的问题，将氨产品从合成反应后的气体中分离出

来，未反应气和新鲜氢氮气混合重新参与合成反应。

合成氨反应式如下：N2+3H2�P2NH3(该反应为可逆反应，等号上反应条件为：

“高温高压”，下为：“催化剂”)

合成氨的主要原料可分为固体原料、液体原料和气体原料。经过近百年的发展，合成

氨技术趋于成熟，形成了一大批各有特色的工艺流程，但都是由三个基本部分组成，即原

料气制备过程、净化过程以及氨合成过程。

氨是重要的无机化工产品之一，在国民经济中占有重要地位。除液氨可直接作为肥料

外，农业上使用的氮肥，例如尿素、硝酸铵、磷酸铵、氯化铵以及各种含氮复合肥，都是

以氨为原料的。合成氨是大宗化工产品之一，世界每年合成氨产量已达到1亿吨以上，其

中约有80%的氨用来生产化学肥料，20%作为其它化工产品的原料。

工艺流程(1)原料气制备将煤和天然气等原料制成含氢和氮的粗原料气。对于固体原

料煤和焦炭，通常采用气化的方法制取合成气；渣油可采用非催化部分氧化的方法获得合

成气；对气态烃类和石脑油，工业中利用二段蒸汽转化法制取合成气。

(2)净化对粗原料气进行净化处理，除去氢气和氮气以外的杂质，主

合成氨厂内部结构

要包括变换过程、脱硫脱碳过程以及气体精制过程。①一氧化碳变换过程

在合成氨生产中，各种方法制取的原料气都含有CO，其体积分数一般为12%~40%。

合成氨需要的两种组分是H2和N2，因此需要除去合成气中的CO。变换反应如下：

CO+H2O→H2+CO2=-41.2kJ/ml0298HΔ

由于CO变换过程是强放热过程，必须分段进行以利于回收反应热，并控制变换段出

口残余CO含量。第一步是高温变换，使大部分CO转变为CO2和H2；第二步是低温变

换，将CO含量降至0.3%左右。因此，CO变换反应既是原料气制造的继续，又是净化

的过程，为后续脱碳过程创造条件。②脱硫脱碳过程

各种原料制取的粗原料气，都含有一些硫和碳的氧化物，为了防止合成氨生产过程催

化剂的中毒，必须在氨合成工序前加以脱除，以天然气为原料的蒸汽转化法，第一道工序