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Ammonia and Urea
Chemical Engineering Design Communications
第47卷第4期
2021年4月
合成氨属于传统的基础化工业内容，当前石油价格不断提升，石油深加工技术不断进步，合成氨原料结构中主要以煤、重油、轻油及天然气为主，并构成了以天然气为主体的重要格局。当前，合成氨制作工艺不断调整，我国属于合成氨生产的重要国家，已经对液态烃、油田伴生气、天然气、焦炉气、无烟煤及焦炭等多原料合成氨的基础进行了掌握，随着我国科技水平的提升，合成氨生产工艺已经向着经济性方向转变，不断对产品结构及原料进行了调整，所以必须不断优化合成氨生产工艺，以KBR 合成氨工艺方式开展生产。1 合成氨工业发展情况 合成氨工业属于基础性化工的重要内容，其应用途径十分广泛，可用以进行碳酸氢铵、硝酸铵、硫酸铵 及尿素等氮肥物质的生产，也可应用于磷肥这一复合肥料的生产，合成氨也有化肥氨支撑。合成氨属于关键的工业原料，其可进行含氮无机盐、纯碱及硝酸等基础性化工材料的制备，在有机化工行业之中，其可应用于含氮中间体的制备。高分子工业生产中，合成氨可进行氨基塑料和橡胶等物质的制备，在制药领域，合成氨也可应用于磺胺类药物的制备，在国防领域之中，合成氨可应用于和三黄基甲苯的制备[1]。待合成氨步入工业化领域之后，合成氨的原材料不断变化，尤其在1920年以后，合成氨的主要生产原料已经变为煤炭和焦炭，自1950年以后，合成氨只有采用石脑油、石油及天然气作为主要原料，自1960年以后，制氨原材料开始选用重质油，合成氨工业的原始材料已经逐渐由固体向液体和气体转变，至1970—1980年以后，科技水平不断进步，大型氨厂建立主要依靠煤炭、重质油及石脑油为材料。自2000年以后，合成
氨的制作厂家数量已经超过600家，其中年产量较大的企业也已经接近20家。
当前，世界能源供应量日益紧张，直接增加了合成氨的生产成本，导致合成氨能源消耗量不断下降，对氨合成催化剂及中低压合成工艺进行深入研究，借助国外合成氨催化剂的应用及生产配套工艺情况，提出了KAAP 生产工艺，继而研究出了继铁系催化剂为生产形式的第二代合成氨催化剂，由于传统高温高压合成氨工艺设备应用形式复杂，原料气压缩过程中会消耗大量的能量，导致压力水平降低，所以自21世纪以后，合成氨生产技术已经取得了突破性的进展，其依靠高低压高活性合成催化剂进行合成氨的制作，可最大程度降低生产成本。当前，大型合成氨企业利用合成氨装置，将中压或者
低压综合进行合成氨生产，此生产过程中合成回路的操作压力被控制在8~22MPa 。在当前低能耗的大型合成氨工艺应用中，包括Uhde 生产工艺、Topsoe 工艺、低压氮合成工艺和KBR 等工艺[2]。2 合成氨生产工艺流程
工业上进行合成氨制备过程中，工艺流程存在差异性，操作方式不同，应用生产设备也不同，所以进行合成氨生产的工艺步骤也存在一定差异性。
2.1 除油与气体压缩
在合成氨生产过程中，气体压缩可依靠压缩机，将精制后的气体或者氢气和氮气的混合体进行压缩，使其满足合成氨制作中所需的操作压力，在气体压缩的过程中，润滑油属于压缩机应用的主要工具材料，润滑油在受到气缸高温因素的影响，会产生气化效果，逐渐随气体溢出。必须对润滑油进行清除，以减少润滑油导致氨合成催化剂中毒问题，减少其在热交换器上黏附，影响交换器热传导效率的情况发生[3]。在一般情况下，需要采用滤油器及油分离器形式对油气进行
摘 要：氨属于重要的化工原料，是生产化肥的关键物质，其由氮及氢两种物质组成，合成氨工业生产经营过程中，将氮肥工业作为基础，包括多种染料制备过程中，先制备含氢气和一氧化氮的煤气，完成后进行净化处理，对其中的二氧化碳、一氧化碳、有机硫化合物、硫化氢及灰尘等物质进行去除，依据氨合成的需求，依照1∶3的比例进行氮氢混合气体的制作，最终采用压缩，依靠催化剂作用
生产氨。在氨生产过程中，采用KBR 工艺进行生产，生产效率高，能源消耗量较低，且经济投入较少，就合成氨生产工艺及KBR 合成氨工艺展开研究分析。
关键词：合成氨；生产工艺；KBR 合成氨工艺中图分类号：TQ113.26 文献标志码：B 文章编号：1003–6490（2021）04–0005–02
Study on Synthetic Ammonia Production Process and
KBR Synthetic Ammonia Process舆情
Cui Jun-hui
Abstract ：Ammonia is an important chemical raw material ，which is the key material for the production of chemical fertilizer.It is composed of nitrogen and hydrogen.In the process of production and operation of synthetic ammonia industry ，the nitrogen fertilizer industry is taken as the basis for the production of ammonia.The types of raw materials are complex ，including a variety of dyes.In the production process ，the gas containing hydrogen and nitric oxide is produced first ，and then the purification treatment is carried out The carbon dioxide ，carbon monoxide ，organic sulfur compounds ，hydrogen sulfide ，dust and other substances are used in the initial stage.According t
o the demand of ammonia synthesis ，the nitrogen hydrogen mixture gas is produced in the ratio of 1∶3，and finally the ammonia is produced by compression and catalyst.In the process of ammonia production ，KBr process is used for production ，with high production efficiency ，low energy consumption and less economic investment.
Key words ：synthetic ammonia ；production process ；KBr synthetic ammonia process 合成氨生产工艺及KBR合成氨工艺研究
崔俊辉
（大庆油田化工有限公司甲醇分公司合成氨车间，黑龙江大庆 163411）
收稿日期：2021–01–01作者简介： 崔俊辉（1974—），男，黑龙江大庆人，助理工程师，主
要研究方向为液氨生产操作、工艺。
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合成氨与尿素
阳性克隆化 工 设 计 通 讯网络营销理论
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去除，若是采用无润滑油往复式压缩机或者离心压缩机，则无须分析气体带油问题，可缩减这一工序的应用。
2.2 气体预热与合成工序
合成氨制作中，催化剂属于必不可少的材料，但是由于催化剂存在活性温度，在压缩完成氢气与氮气的混合体以后，必须将催化剂进行预热，使之达到预热温度水平以后，降低向催化剂层输送，使之与其反应。在开展混合气体预热工作中，氨合成过程中所产生的反应热量属于最主要的热源来源，热换气反应后，高温气体的热量就是其升温的主要方式，若是反应热量较少，无法保障塔内的自热平衡，可以借助加热炉和电加热器满足气体预热需求[4]。
无为县工商局2.3 氨分离
混合气体自合成塔内部分离以后，其中所包含的氨气含量极低，此情况下的氨气含量大都在10%~20%之间，必须采用分离措施进行干预才可获取液氮，当前，合成氨生产企业大都应用冷凝方式从混合气体中进行氨气的分离，并应用水冷器对液氨进行分离，此过程必须依靠氨冷气进行配合，减压处理完成后，将其输送至液氨贮槽进行存储。
2.4 未反应氢氮气循环
混合气体自合成塔分离以后，必须采用氨分离方式进行干预，由于剩余气体之内未发生反应的氨气和氢气数量还比较多，所以应采用循环法合成氨对这些气体进行收集，确保未发生反应的氢气与氮气混合体在进行氨分离后，能够重新与原料气融合，依靠循环压缩机，将其向氨合成塔中输送。
2.5 惰性气体排放
合成氨原料应用中，大都由于净化方式差异及原料差异性诱发，在一般情况下，会产生氩气和甲烷等惰性气体，在循环法合成氨的制作过程中，氢气与氮气会不断生成合成氨，惰性气体会少量在液氮中溶解并随之带出，但是大部分情况下存在循环气体，严重影响合成氨的生产过程[5]。
2.6 回收反应热
合成氨在生产过程中，存在较大的反应热，必须对反应热进行回收，以实现节能效果，当前，进行合
成氨生产过程中，反应热回收方式主要包括以下几种：第一，在反应后，将高温气体进行预热，产生预热反应前的氢氮混合气其活性温度可与催化剂存在相似性。第二，在加热后，热水会进入铜液再生塔内部，在加热完成后，热水能够攻击铜液再生塔应用。第三，预热锅炉给水，其会为汽轮机提供满足条件的高压蒸汽。第四，副产蒸汽，当前，大型氨厂应用中，其回收热能形式主要以热锅炉加热给水方式为主，中型氨厂进行合成氨生产中，大都将其应用于副产蒸汽，小型氨厂进行生产中，主要将其用于副产蒸汽和加热热水之中。其会应用氢氮混合气进行反应热预热反应。3 KBR 合成氨工艺
KBR 合成工艺属于美国研究的合成氨生产工艺，由凯洛格企业及布朗路特工程企业组合形成，属于合成氨制作新型工艺的一种，其属于先进技术的主要代表性技术，能源消耗量比较低，操作方式简单，且运行稳定性高，工艺制作中，具有较短的开车时间。KBR 合成氨工艺已经广泛应用于大型合成氨厂，天然气属于应用的主要原料，在煤化工企业中应用也十分广泛。
KBR 合成氨工艺应用中，净化氢气以后，将其与高纯氮气混合应用，可将其在合成器压缩机中进行压缩处理，压力为15.5MPa ，采取预热措施进行干预后，会将其向塔内输送。合成氨自合成塔内分离后，其体积分数大约为1/5，回收反应
热以后，依靠冷水器进行冷却，并连同组合式氨冷器对其进行冷却处理，依靠氨分离器对液氮进行分离处理。混合气体在完成氨分离工作后，氢气与氮气的混合气体在进行氨气分离以后，会进入循环压
缩机中循环应用，并将其向氨合成塔中输送，使之与原料气共同混合应用。液氨在分离以后，会从氨分离器中分离出来，向闪蒸槽内部进行溶解气体的蒸出，最终进入冷冻工序进行冷冻处理。
3.1 KBR 合成氨工艺技术3.1.1 KRES 技术
KBR 合成氨工艺主要应用KRES 技术进行合成氨的生产，其主要由KLG 公司研发，可降低断路设备中转化热换气系统应用成本，取代转换热换气系统功能，其主要包括换热式转化炉、自热式转换路两种，可依靠出口气体的高温热能效用，对天然气染料的损耗进行缩减，简化工艺生产设备，促进KBR 合成氨工艺应用安全性的提升。
3.1.2 净化器技术
该技术主要由Brown Root 企业开发应用，应用中主要技术为二段炉过量空气的汇入，其会降低出口的温度，对一段炉负荷值产生降低效果，依靠深冷装置，可对合成气中包含的氮气、氩气及CH 4等气体进行去除，可保持氢气与氮气的比例为3∶1，以此进行合成氨生产过程中，减少KBR 合成氨工艺应用的能源消耗量，减少成本投入，提升其可靠性能。
3.1.3 KAAP 技术
这一技术主要由美国KLG 公司开发应用，主要对铁系催化剂技术应用钌基合成氨催化剂进行取代，可
最大程度缩减合成氨的成本消耗量。
3.2 KBR 合成氨工艺特征
首先，KBR 合成氨工艺由德国巴斯夫三段aMDEA 这一吸收工艺开展脱氮处理，该工艺具有先进性和创新性，可有效进行合成氨的脱氮处理，aMDEA 工艺可对二氧化碳进行吸收，其对溶液的吸收能力会依据二氧化碳分压水平的升高而变化，可促进物理吸收比例的提升。其次，KBR 合成氨工艺应用过程中，可依靠组合式氨冷器对闪蒸槽和换热器进行替换，可缩减系统阻力值，对设备投资成本进行缩减。最后，KBR 合成氨工艺采用了三段中间换热式卧式合成塔机械能干预，促进了氨合成效率的提升，对合成中的循环气量产生了降低效果，可缩减合成器压缩机循环段的能源消耗量，减少冰机的功耗量。4 结束语
KBR 合成氨工艺的应用，能够最大程度提升合成氨制作效率，降低成本消耗，促进企业经济效益的提升，在热回收及燃气利用效率提升方面的应用效率均尤为显著。
参考文献
[1] 叶万杰.基于数据挖掘技术的合成氨生产工艺参数的优化[J].化工管理，2019（8）：195-196.
[2] 田小芳.新时期合成氨生产危险因素的分析与辨识[J].化工管理，2019（7）：50.
[3] 王亚军，刘韶东，何勇.合成氨工艺分析及节能改造研究[J].化工管理，2020（30）：179-180.
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iec标准[5] 康玉林.合成氨工艺及节能改造分析[J].化工管理，2019（32）：179-180.
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