簡(jiǎn)介

　　合成氨原料氣制取氨用的氮?dú)浠旌蠚?，工業(yè)上通常先在高溫下將這些原料與水蒸氣作用制得含氫、一氧化碳等組分的合成氣。

　　氫氣主要由天然氣、石腦油、重質(zhì)油、煤、焦炭、焦?fàn)t氣等原料制取(見圖)。工業(yè)上通常先在高溫下將這些原料與水蒸氣作用制得含氫、一氧化碳等組分的合成氣。這個(gè)過(guò)程稱為造氣。由合成氣制氫，是氮?dú)浠旌蠚庵袣涞闹饕獊?lái)源。合成氣中含有的硫化合物、碳的氧化物及水蒸氣等都對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中所用的催化劑有害，需在氨合成前除去，合成氣中的一氧化碳，可與水蒸氣作用生成氫和二氧化碳，這個(gè)過(guò)程稱一氧化碳變換。習(xí)慣上把脫除硫化合物的過(guò)程稱脫硫;脫除二氧化碳的過(guò)程稱脫碳。殘余的少量一氧化碳、二氧化碳和殘余水蒸氣則在最后除去。氨合成用氮的來(lái)源，是在制氫時(shí)直接加入空氣，或在合成前補(bǔ)加純氮?dú)狻Ｖ迫〖儍舻牡獨(dú)浠旌蠚鈺r(shí)，原料不同，原料氣凈化方法也不同。 造氣 上述各種制氫原料主要成分可由不同氫碳比的CmHn或元素碳代表，它們?cè)诟邷貤l件下分別與水蒸氣作用生成氫和一氧化碳: 這些反應(yīng)都是吸熱的，工業(yè)上要使反應(yīng)進(jìn)行，都要在高溫下提供熱量，根據(jù)不同熱源分為三種供熱方式:

　　蒸汽轉(zhuǎn)化法

　　或稱外部供熱，適用于以輕質(zhì)烴(天然氣、石腦油)為原料的合成氨廠。在鎳催化劑(見無(wú)機(jī)化工催化劑)存在下，含輕質(zhì)烴氣體于耐高溫的合金反應(yīng)管內(nèi)與水蒸氣進(jìn)行轉(zhuǎn)化反應(yīng)，管外用燃料氣燃燒加熱(通過(guò)管壁傳熱)，以天然氣為原料時(shí)，一次轉(zhuǎn)化后氣體中仍有未轉(zhuǎn)化的甲烷，殘余甲烷再在二段轉(zhuǎn)化爐內(nèi)加入空氣繼續(xù)反應(yīng)，最后制得的原料氣組成如下: 部分氧化 在高溫下利用氧氣或富氧空氣與燃料進(jìn)行反應(yīng)，一部分燃料與氧氣完全燃燒,生成二氧化碳,同時(shí)放出大量熱;另一部分燃料與二氧化碳、水蒸氣作用生成一氧化碳和氫氣，其反應(yīng)是吸熱的，所需熱量由完全燃燒反應(yīng)放出的熱提供，以重質(zhì)油為例的總反應(yīng)式是:該法原料廣泛，生產(chǎn)過(guò)程簡(jiǎn)單，也不需要昂貴的合金反應(yīng)管，但需由空氣分離裝置提供氧氣。

　　內(nèi)部蓄熱

　　生產(chǎn)過(guò)程分為吹風(fēng)階段和制氣階段，兩者形成一個(gè)循環(huán)，即先把空氣送入煤氣發(fā)生爐使固體燃料(焦炭或無(wú)煙煤)燃燒，放出的熱積蓄在燃料床層中，接著停送空氣而通入水蒸氣進(jìn)行吸熱的氣化反應(yīng)(見煤氣化)。隨后轉(zhuǎn)入下一循環(huán),繼續(xù)吹風(fēng)和制氣。因此,操作是間歇進(jìn)行的。以焦炭為原料(也是燃料)制得的水煤氣，其典型組成如下:不論采用何種供熱方式得到的原料氣都含有一氧化碳，可以利用水蒸氣將其變換得到等摩爾的氫氣。

　　一氧化碳變換

　　一氧化碳與水蒸氣作用，反應(yīng)式為:反應(yīng)前后的體積不變，但放出熱量，所以化學(xué)平衡不受壓力影響，但降低溫度、增加水蒸氣或減少二氧化碳的含量，都能使一氧化碳的平衡濃度降低。工業(yè)上采用催化劑加快反應(yīng)速度。一氧化碳變換催化劑(表1)視活性溫度和抗硫性能的不同分為鐵鉻系、銅鋅系和鈷鉬系(見金屬氧化物催化劑)三種。 鐵鉻系催化劑 由氧化鐵、氧化鉻的混合物組成，又稱高(中)溫變換催化劑?；钚越M分為四氧化三鐵，開工時(shí)需用氫氣或一氧化碳將三氧化二鐵還原成四氧化三鐵。在此催化劑作用下氣體中一氧化碳濃度可降到百分之幾，如要進(jìn)一步降低，需在更低溫度下完成。(見彩圖) 銅鋅系催化劑 由銅、鋅、鋁(或鉻)的氧化物組成，又稱低濁變換催化劑?；钚越M分為銅，開工時(shí)先用氫氣將氧化銅還原，還原時(shí)放出大量反應(yīng)熱，操作時(shí)必須嚴(yán)格控制氫氣濃度，以防催化劑燒結(jié)(見催化劑壽命)。采用此催化劑可把氣體中一氧化碳濃度降到 0.3%(體積)以下。高、低溫變換催化劑耐硫性能差，其中硫化氫對(duì)變換催化劑是常見的有害毒物。催化劑活性組分被硫毒化(見催化劑中毒)的反應(yīng)式對(duì)于高溫變換催化劑為:對(duì)于低溫變換催化劑為:低溫變換催化劑對(duì)硫特別敏感，而且其中毒是屬于永久性中毒。因此，在一氧化碳低溫變換前，原料氣必須經(jīng)過(guò)精細(xì)脫 硫，使總硫含量脫除到1ppm以下。