专利名称：一种用水和空气制造合成氨的工艺方法
技术领域：
本发明涉及一种制造合成氨的工艺方法，特别是一种用水和空气制造合成氨的工艺方法。
背景技术：
目前，世界绝大部分国家采用天然气、煤、油田气、炼厂气、轻油、重油、煤焦气、焦炉气等做为生产合成氨的原料。由于该生产工艺中所需用的氢气量比较大，为此，采用该合成氨的工艺既能降低生产成本，又能减轻农民生产资料的负担。依据可持续发展的需要，给后世诸多世纪提供了一条成本低廉的合成氨的途径。
发明内容
本发明的目的在于提供一种合成氨的方法。由于成本低廉，既能降低生产成本，又能增加广大农民对合成氨及与氨有关的所有生产资料的广泛利用率。
本发明的目的是这样实现的，一种用水和空气生产合成氨的工艺方法，其包括以下步骤(体积比)A首先.将1.2份水经过阳(阴)离子交换树脂的水提纯系统的转化，必须将水的纯度净化到高纯水的标准。尔后，将1份的高纯水通入蒸发量为每小时2.5吨的蒸汽锅炉中，并使该锅炉的过热蒸汽温度达到400℃至500℃之间，工作压力数值在0.01MPa——1MPa的条件下使该1份高纯水完全转化为汽化潜热等于零状态，待后备用。
B.将汽化潜热等于零状态下的蒸汽，封闭通过一台事先装有纯铝液，并且温度保持在980℃至1450℃之间的熔炉中部，也就是说，纯铝液必须淹没封闭多管式的连通器，使该蒸汽封闭通过该温度的熔铝炉内进行分解反应，分解的产物分别为氧气和氢气，氧气可以储存和销售，将氢气一少部分储存，另一大部分待后备用。
上述分解后的十分之一的氢气进行储存，将十分之九的氢气待后备用，A和B过程所须用的时间为3.5至5.5小时。
C.(1)将80份至85份的空气经过过滤器进入空气压缩机，压缩到每平方厘米为5至6公斤(表压)后，分成两路分别进入交替使用，即氧蓄冷器和氮蓄冷器中，当管内的氧和氮冷却到-160℃——-170℃后，分别从这两组蓄冷器中部抽出一部分约为25份空气送经二氧化碳吸附器，由吸附器和氧氮蓄冷器出来的一部分气体在管内混合后进入蒸汽涡轮机，由精馏塔上部入塔。
(2)分成两路的空气在交替使用时应注意走污氮时，不走空气；走空气不走污氮。
(3)由这两组蓄冷器出来的大部分空气在出口管道内混合后，一部分进入透平膨胀机，另一部分沿管线流入精馏塔下部，参与精馏程序。
(4)将精馏塔底部一部分空气，导入液化器后仍加入塔中。由塔底引出一部分液态空气经液空过滤器滤去其中的固体物质(如二氧化碳等)后入空气生冷器进一步冷却然后加入塔中。
(5)由精馏塔的主蒸发器下部出来的氧气，经辅助冷凝器及液体分离器使其中的液态空气，液态氮冷凝分离出来，随即沿氧气管线进入交替使用的氧蓄冷器的管内与管外的空气换热，被加热到常温，即作为成品氧气导出，此氧气的纯度为98％左右。
(6)由精馏塔塔顶出来的63份至67份的纯氮，经空气过冷气回收部分冷量后，沿氮气管进入交替使用的氮蓄冷器的管内，与管外的空气换热，被加热到常温，即作为成品氮气导出。将导出后的成品氮气，待后备用。此成品氮的纯度在99.8％左右。
(7)从分馏塔的主蒸发器上部引出的液氮，经辅助冷凝器与氧气换热，经液氮过冷器与冷氮换热后，加入塔中作喷淋使用。
(8)由精馏塔上部出来17份至25份的污氮(即含氮较多的空气)经液氮过冷器，液化器回收冷量后，沿污氮管流入交替使用的氮蓄冷器和氧蓄冷器(不走空气)而放空。
D.将B过程中备用的氢气与C过程备用的氮混合，并混合进入预热器预热到280℃至350℃。再将氢氮混合气通入氨合成的反应炉中。
E.氢氮混合气在合成氨的反应炉中进行化学反应，其温度保持在400℃至520℃之间，反应压强为16MPa至25MPa。氢氮混合气在以铁为主的催化剂表面发生反应，其具有如下特征(1)气体向催化剂表面(外表面和内表面)扩散。
(2)气体在催化剂表面发生活性吸附。
N2(气)→2N(吸附)H2(气)→2H(吸附)(3)吸附的氮和吸附的氢发生反应生成氨。
(4)生成的氨从催化剂表面进行解吸。
NH3(吸附)→NH3(气)(5)解吸的氨从催化剂表面向气体主流扩散，控制扩散以MNH3＝υ.ρ式中M为反应速率，υ为扩散系数，ρ为反应物的总压。
F.合成氨反应炉必须具备以下特征(1)空速为15000-28000m3.m-3.n-1(2)塔阻力降压0.6-0.8MPa
(3)催化剂生产强度一般为50-60t(NH3).m-3(催化剂)·d-1(4)出口氨含量12-18％G.合成氨反应炉所选用的催化剂必须具备以下特征(1)采用以Fe为主体的催化剂经烧熔冷却后碎成不规则的颗粒，装在反应器内用原料气使铁的氧化物还原为铁，这种铁具有海棉状结构，内表面积很大。
(2)催化剂及其配料
(3)催化剂及配料的作用AL2O3可以提高催化剂的耐热性能。
K2O可以促使氮的活性吸附。
CaO可以降低反应炉熔炼时的物料的溶点和粘度。
(4)催化剂使用范围温度起燃温度为360℃-380℃耐热温度为400℃-520℃活性最佳温度为420℃-465℃H.合成氨反应过程氢氮比具有以下条件(1)氢氮比等于3∶1(2)氢氮比量约为162.5份∶62.5份，合成NH3有225份。
I.合成氨反应过程具有(1)分离氨的最佳温度(-20℃)(2)分离与合成反复循环。
上述所述的水天然水，地下水，海水，矿泉水等。
本发明所述的是一种用水和空气制造合成氨的工艺方法，利用高纯水蒸汽中所含的氢与液化空气后所制备的氮，在温度为400℃-520℃，压强为6MPa-15MPa的条件下发生吸附作用来进行合成氨的一种成本低廉的工艺方法。将原来采用天然气，煤，油田气，炼厂气，轻油，重油，煤焦气，焦炉气等原料作为合成氨的原料，进行进一步探索，从而研究发明的一种成本低廉的制造合成氨的工艺方法。其具有将生产资料成本降低到最低限度，且原料广泛易得，材料投资少等优点。
附图为本发明所述一种用水和空气制造合成氨的工艺方法中各阶段的化学反应方程式。
具体实施方案下面结合实施例对本发明做进一步的描述一种用水和空气制造合成氨的工艺方法，其包括以下步骤(体积比)。
A.首先，将1.2份水经过阳(阴)离子交换树脂的水提纯系统的转化，必须将水的纯度净化到高纯水的标准。尔后，将1份的高纯水通入蒸发量为每小时2.5吨的蒸汽锅炉中，并使该锅炉的过热蒸汽的温度达到400℃至500℃之间，工作压力数值在0.01MPa——1MPa的条件下使该1份水完全转化为汽化潜热等于零状态，待后备用。
B.将汽化潜热等于零状态下的蒸汽，封闭通过一台事先装有纯铝液，并且温度保持在980℃至1450℃之间的熔炉中部，也就是说，纯铝液必须淹没封闭多管式的连通器，使该蒸汽封闭通过该温度的熔铝炉内进行分解反应，分解的产物分别为氧气和氢气，氧气可以储存和销售，将氢气一少部分储存，另一大部分待后备用。
上述分解后的十分之一的氢气进行储存，将十分之九的氢气待后备用，A和B过程所须用的时间为3.5至5.5小时。
C.(1)将80份至85份的空气经过过滤器进入空气压缩机，压缩到每平方厘米为5至6公斤(表压)后，分成两路分别进入交替使用，即氧蓄冷器和氮蓄冷器中，当管内的氧和氮冷却到-160℃——-170℃时，分别从这两组蓄冷器中部抽出一部分约为25份空气送经二氧化碳吸附器，由吸附器和氧氮蓄冷器出来的一部分气体在管内混合后进入蒸汽涡轮机，由精馏塔上部入塔。
(2)分成两路的空气在交替使用时应注意走污氮时，不走空气；走空气时，不走污氮。
(3)由这两组蓄冷器出来的大部分空气在出口管道内混合后，一部分进入透平膨胀器，另一部分沿管线流入精馏塔下部，参与精馏程序。
(4)将精馏塔底部一部分空气，导入液化器后仍加入塔中。由塔底引出一部分液态空气经液空过滤器滤去其中的固体物质(如二氧化碳等)后入空气生冷器进一步冷却然后加入塔中。
(5)由精馏塔的主蒸发器下部出来的氧气，经辅助冷凝器及液体分离器使其中的液态空气，液态氮冷凝分离出来，随即沿氧气管线进入交替使用的氧蓄冷器的管内与管外的空气换热，被加热到常温，即作为成品氧气导出，此氧气的纯度为98％左右。
(6)由精馏塔塔顶出来的63份至67份的纯氮，经空气过冷气回收部分冷量后，沿氮气管进入交替使用的氮蓄冷器的管内，与管外的空气换热，被加热到常温，即作为成品氮气导出。将导出的成品氮气，待后备用。此成品氮的纯度在99.8％左右。
(7)从分馏塔的主蒸发器上部引出的液氮，经辅助冷凝器与氧气换热，经液氮过冷器与冷氮换热后，加入塔中作喷淋使用。
(8)由精馏塔上部出来的17份至25份的污氮(即含氮较多的空气)经液氮过冷器，液化器回收冷量后，沿污氮管流入交替使用的氮蓄冷器和氧蓄冷器(不走空气)而放空。
D.将B过程中备用的氢气与C过程备用的氮混合，并混合进入预热器预热到280℃至350℃。尔后，氢氮混合气进入氨合成的反应炉中。
E.氢氮混合气在合成氨的反应炉中进行化学反应，其温度保持在400℃至520℃之间，反应压强为16MPa至25MPa。氢氮混合气在以铁为主的催化剂表面上发生反应，其具有如下特征(1)气体向催化剂表面(外表面和内表面)扩散。
(2)气体在催化剂表面发生活性吸附。
N2(气)→2N(吸附)H2(气)→2H(吸附)(3)吸附的氮和吸附的氢发生反应生成氨。
(4)生成氨从催化剂表面进行解吸。
NH3(吸附)→NH3(气)(5)解吸的氨从催化剂表面向气体主流扩散，控制扩散以MNH3＝υ.ρ式中M为反应速率，υ为扩散系数，ρ为反应物的总压。
F.合成氨反应炉必须具备以下特征(1)空速为15000-28000m3.m-3.n-1(2)塔阻力降压0.6-0.8MPa(3)催化剂生产强度一般为50-60t(NH3).m-3(催化剂)·d-1(4)出口氨含量12-18％G.合成氨反应炉所选用的催化剂必须具备以下特征(1)采用以Fe为主体的催化剂经烧熔冷却后碎成不规则的颗粒，装在反应器内用原料气使铁的氧化物还原为铁，这种铁具有海棉状结构，内表面积很大。
(2)催化剂及其配料
(3)催化剂及配料的作用AL2O3可以提高催化剂的耐热性能。
K2O可以促使氮的活性吸附。
CaO可以降低反应炉熔炼时的物料的溶点和粘度。
(4)催化剂使用范围温度起燃温度为360℃-380℃耐热温度为400℃-520℃活性最佳温度为420℃-465℃H.合成氨反应过程氢氮比具有以下条件(1)氢氮比等于3∶1(2)氢氮气量约为162.5份∶62.5份，合成NH3有225份。
I.合成氨反应过程具有(1)分离氨的最佳温度(-20℃)(2)分离与合成往复循环。
上述用水和空气制造合成氨的方法中所用的水指天然水，地下水，海水，矿泉水等。
实施列用地下水和空气制造合成氨的工艺方法其包括以下步骤(体积比)A.首先，将1.2份地下水引入阳(阴)离子交换树脂系统，地下水中带有正电荷的钠离子取代了阳离子交换树脂中的氢而释放出氢离子，这时地下水变化成酸性很强的盐酸，再将该溶液通过阴离子交换树脂。同样，溶液中带负电荷的氯离子取代了阴离子交换树脂，且释放出来的羟基而释放出羟基阴离子。这时地下水被净化成高纯水。尔后，将1份的高纯水通入蒸发量为每小时0.5吨的蒸汽锅炉中，并使该锅炉的过热蒸汽温度达到400℃至500℃之间，工作压力数值在0.01Mpa——1MPa的条件下使该1份水完全转化为汽化潜热等于零状态，待后备用。
B.将汽化潜热等于零状态下的高纯水的蒸汽，封闭通过一台事先装有纯铝液，并且温度保持在980℃至1450℃之间的熔炉中部，也就是说，纯铝液必须淹没封闭多管式的连通器，使该蒸汽封闭通过该温度的熔铝炉内进行分解反应，分解的产物分别为氧气和氢气，氧气可以储存和放空，将氢气一少部分储存，另一大部分待后备用。
上述分解后的十分之一的氢气进行储存，十分之九的氢气待后备用，A和B过程所须用的时间为3.5至5.5小时。
C.(1)将80份至85份的空气经过过滤器进入空气压缩机，压缩到每平方厘米为5至6公斤(表压)后，分成两路分别进入交替使用，即氧蓄冷器和氮蓄冷器中，当管内的氧和氮冷却到-160℃——-170℃时，分别从这两组蓄冷器中部抽出一部分约为25份空气送经二氧化碳吸附器，由吸附器和氧氮蓄冷器出来的一部分气体在管内混合后进入蒸汽涡轮机，由精馏塔上部入塔。
(2)分成两路的空气在交替使用时应注意走污氮时，不走空气；走空气时，不走污氮。
(3)由这两组蓄冷器出来的大部分空气在出口管道内混合后，一部分进入透平膨胀机，另一部分沿管线流入精馏塔下部，参与精馏程序。
(4)将精馏塔底部一部分空气，导入液化器液化后仍加入塔中。由塔底引出一部分液态空气经液空过滤器滤去其中的固体物质(如二氧化碳等)后入空气生冷器进一步冷却，然后加入塔中。
(5)由精馏塔的主蒸发器下部出来的氧气，经辅助冷凝器及液体分离器使其中的液态空气，液态氮冷凝分离出来，随即沿氧气管线进入交替使用的氧蓄冷器的管内与管外的空气换热，被加热到常温，即作为成品氧气导出，此氧气的纯度为98％左右。
(6)由精馏塔塔顶出来的63份至67份的纯氮，经空气过冷气回收部分冷量后，沿氮气管进入交替使用的氮蓄冷器的管内，与管外的空气换热，被加热到常温，即作为成品氮气导出。将导出的成品氮气，待后备用。此成品氮的纯度在99.8％左右。
(7)从分馏塔的主蒸发器上部引出的液氮，经辅助冷凝器与氧气换热，经液氮过冷器与冷氮换热后，加入塔中作喷淋使用。
(8)由精馏塔上部出来17份至25份的污氮(即含氮较多的空气)经液氮过冷器，液化器回收冷量后，沿污氮管流入交替使用的氮蓄冷器和氧蓄冷器(不走空气)而放空。
D.将B过程中备用的用地下水生产的氢气与C过程备用的氮混合进入预热器预热到280℃至350℃。尔后，氢氮混合气通入氨合成的反应炉中。
E.氢氮混合气在合成氨的反应炉中进行化学反应，其温度保持在400℃至520℃之间，反应压强为16MPa至25MPa。氢氮混合气在以铁为主的催化剂的表面上发生反应，其具有如下特征(1)气体向催化剂表面(外表面和内表面)扩散。
(2)气体在催化剂表面发生活性吸附。
N2(气)→2N(吸附)H2(气)→2H(吸附)(3)吸附的氮和吸附的氢发生反应生成氨。
(4)生成氨从催化剂表面进行解吸。
NH2(吸附)→NH3(气)(5)解吸的氨从催化剂表面向气体主流扩散，控制扩散以MNH3＝υ.ρ式中M为反应速率，υ为扩散系数，ρ为反应物的总压。
F.合成氨反应炉必须具备以下特征(1)空速为15000-28000m3.m-3.n-1(2)塔阻力降压0.6-0.8MPa(3)催化剂生产强度一般为50-60t(NH3).m-3(催化剂)·d-1(4)出口氨含量12-18％G.合成氨反应炉所选用的催化剂必须具备以下特征(1)采用以Fe为主体的催化剂经烧熔冷却后碎成不规则的颗粒，装在反应器内用原料气使铁的氧化物还原为铁，这种铁具有海棉状结构，内表面积很大。
(2)催化剂及其配料
(3)催化剂及配料的作用AL2O3可以提高催化剂的耐热性能。
K2O可以促使氮的活性吸附。
CaO可以降低反应炉熔炼时的物料的溶点和粘度。
(4)催化剂使用范围温度起燃温度为360℃-380℃耐热温度为400℃-520℃活性最佳温度为420℃-465℃H.合成氨反应过程氢氮比具有以下条件(1)氢氮比等于3∶1(2)氢氮比量约为162.5份∶62.5份，合成NH3有225份。
1.合成氨反应过程具有(1)分离氨的最佳温度(-20℃)(2)分离与合成往复。
权利要求
1.一种用水和空气制造合成氨的工艺方法，其特征在于其包括以下步骤(体积比)。a.首先，将1.2份水经过阳(阴)离子交换树脂的水提纯系统的转化，必须将水的纯度净化到高纯水的标准。尔后，将1份的高纯水通入蒸发量为每小时2.5吨的蒸汽锅炉中，并使该锅炉的过热蒸汽的温度达到400℃至500℃之间，工作压力数值在0.01MPa-1MPa的条件下，使该1份高纯水完全转化为汽化潜热等于零状态，待后备用。b.将汽化潜热等于零状态下的蒸汽，封闭通过一台事先装有纯铝液，并且温度保持在980℃至1450℃之间的熔炉中部，也就是说，纯铝液必须淹没封闭多管式的连通器，使该蒸汽封闭通过该温度的熔铝炉内进行分解反应，分解的产物分别为氧气和氢气，氧气可以储存和放空，将氢气一少部分储存，另一大部分待后备用。上述分解后的十分之一的氢气进行储存，将十分之九的氢气待后备用，a和b过程所须用的时间为3.5至5.5小时。c.(1)将80份至85份的空气经过过滤器进入空气压缩机，压缩到每平方厘米为5至6公斤(表压)后，分成两路分别进入交替使用，即氧蓄冷器和氮蓄冷器中，当管内的氧和氮冷却到-160℃--170℃时，分别从这两组蓄冷器中部抽出一部分约为25份空气送经二氧化碳吸附器，由吸附器和氮氧蓄冷器出来的一部分气体在管内混合后进入蒸汽涡轮机，由精馏塔上部入塔。(2)分成两路的空气在交替使用时应注意走污氮时，不走空气；走空气时，不走污氮。(3)由这两组蓄冷器出来的大部分空气在出口管道内混合后一部分进入透平膨胀机，另一部分沿管线流入精馏塔下部，参与精馏程序。(4)将精馏塔底部一部分空气，导入液化器后仍加入塔中。由塔底引出一部分液态空气经液空过滤器滤去其中的固体物质(如二氧化碳等)后入空气生冷器进一步冷却然后加入塔中。(5)由精馏塔的主蒸发器下部出来的氧气，经辅助冷凝器及液体分离器使其中的液态空气，液态氮冷凝分离出来，随即沿氧气管线进入交替使用的氧蓄冷器的管内与管外的空气换热，被加热到常温，即作为成品氧气导出，此氧气的纯度为98％左右。(6)由精馏塔塔顶出来的63份至67份的纯氮，经空气过冷气回收部分冷量后，沿氮气管进入交替使用的氮蓄冷器的管内，与管外的空气换热，被加热到常温，即作为成品氮气导出。将导出后的成品氮气，待后备用。此成品氮的纯度在99.8％左右。(7)从分馏塔的主蒸发器上部引出的液氮，经辅助冷凝器与氧气换热，经液氮过冷器与冷氮换热后，加入塔中作喷淋使用。(8)由精馏塔上部出来的17份至25份的污氮(即含氮较多的空气)经液氮过冷器，液化器回收冷量后，沿污氮管流入交替使用的氮蓄冷器和氧蓄冷器(不走空气)而放空。d.将b过程中备用的氢气与c过程备用的氮气混合，并混合进入预热器预热到280℃至350℃。尔后氢氮混合物进入氨合成的反应炉中。e.氢氮混合气在合成氨的反应炉中进行化学反应，其温度保持在400℃至520℃之间，反应压强为16MPa至25MPa。氢氮混合气在以铁为主的催化剂表面发生反应，其具有如下特征(1)气体向催化剂表面(外表面和内表面)扩散。(2)气体在催化剂表面发生活性吸附。(3)吸附的氮和吸附的氢发生反应生成氨。(4)生成氨从催化剂表面进行解吸。(5)解吸的氨从催化剂表面向气体主流扩散，控制扩散以MNH3＝υ.ρ式中M为反应速率，υ为扩散系数，ρ为反应物的总压。f.合成氨反应炉必须具备以下特征(1)空速为15000-28000m3.m-3.n-1(2)塔阻力降压0.6-0.8MPa(3)催化剂生产强度一般为50-60t(NH3).m-3(催化剂)·d-1(4)出口氨含量12-18％g.合成氨反应炉所选用的催化剂必须具备以下特征(1)采用以Fe为主体的催化剂经烧熔冷却后碎成不规则的颗粒，装在反应器内用原料气使铁的氧化物还原为铁，这种铁具有海棉状结构，内表面积很大。(2)催化剂及其配料
(3)催化剂及配料的作用AL2O3可以提高催化剂的耐热性能。K2O可以促使氮的活性吸附。CaO可以降低反应炉熔炼时的物料的溶点和粘度。(4)催化剂使用范围温度起燃温度为360℃-380℃耐热温度为400℃-520℃活性最佳温度为420℃-465℃h.合成氨反应过程氢氮比具有以下条件(1)氢氮比等于3∶1(2)氢氮气含量比约为162.5份∶62.5份，合成的NH3有225份。i.合成氨反应过程具有(1)分离氨的最佳温度(-20℃)(2)分离与合成往复循环。
2.根据权利要求1所述的一种用水和空气制造合成氨的工艺方法，其特征在于(a)蒸汽的汽化潜热绝对等于零。(b)通过熔铝炉的连通器一般分为两种，(1)平面状连通器。(2)球面状连通器。(c)所述的水指天然水，地下水，海水，矿泉水等。(d)高纯水的纯度标准99.8％以上。(e)体积比的标准1份等于12立方米。
全文摘要
本发明是一种用水和空气制造合成氨的工艺方法，首先将液态水通过阳(阴)离子交换树脂系统转化为高纯水。尔后，将高纯水转化为蒸汽，再将蒸汽分解为氢气和氧气，其次将氢与经液化的空气中的氮进行吸附反应而合成氨。所述的水原料为天然水、地下水、海水、矿泉水。本发明所述的是一种用水和空气制造合成氨的工艺方法，与众多合成氨工艺相比较具备突出的优点(1)降低与氨有关的所有产品的成本。(2)降低农业生产资料的成本，不仅降低农民对生产资料的开支，又相应增加农民收入。并且，该工艺具有成本低廉，原料广泛易得，设备投资少等诸多优点。
文档编号C01C1/04GK1760128SQ20041007938
公开日2006年4月19日 申请日期2004年10月14日 优先权日2004年10月14日
发明者马发军, 孙旖浓 申请人:马发军, 孙旖浓