合成氨的生产工艺主要包括以下几个步骤:
原料的生产
使用天然气、煤、重油、轻油等碳或碳氢化合物作为原料。
通过气化或重整反应生成含有一定比例的氮气(N₂)和氢气(H₂)的混合气。例如,天然气与水蒸气进行重整反应生成水煤气,然后水煤气再与水蒸气进行变换反应生成CO₂和H₂。
原料气的净化
去除原料气中的硫化物、一氧化碳、二氧化碳等杂质,以提高催化剂的活性和寿命。
常用的净化方法包括脱硫(去除H₂S)、脱碳(去除CO和CO₂)、低温甲醇洗等。
原料气的压缩和氨的合成
将净化后的原料气压缩到高压(一般为150-300 atm)。
将高压混合气送入合成塔,在高温高压和催化剂的作用下进行逆向哈伯-博斯法反应,生成氨(NH₃)。
氨的分离
合成后的混合气体经过冷凝器,利用氨气与氮气、氢气沸点的差异,通过冷却将氨液化,从而将氨从混合气体中分离出来。
未反应的氮气和氢气混合气体则通过压缩机再次送入合成塔,形成循环利用,以节省原料。
此外,还可以采用其他方法来生产氨,例如:
空气分离制氮:通过压缩空气并利用吸附剂分离出氮气。
电解水制氢:利用可再生能源产生的电力将水分解为氢气和氧气。
合成氨的生产工艺可以根据不同的原料和需求进行优化和调整,以提高效率和降低成本。