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“氨”全检测，精准赋能｜四方仪器激光拉曼技术助力合成氨工艺升级

【蜂耘网  智能安防】一、氨的生产和主要用途
 
　　氨是世界上生产及应用最广泛的基础化学品之一，目前全球年产量约2.5亿吨，主要通过哈伯—博世法以化石能源为原料生产。全球产能集中在中、印、俄和美四国，其中中国产能居全球首位，2023年占全球、亚洲和东亚产能的比例分别为32%、54%和79%。全球80%以上的合成氨用于生产化肥，而在中国，合成氨主要用于农业(占比71%)、工业(占比29%)和储能(占比不足1%)。此外，合成氨还用于生产塑料、纤维、炸药、硝酸，以及作为染料和药品制造的中间体。
 
　　二、合成氨生产工艺
 
　　在以天然气为原料的典型氨生产厂中，蒸汽甲烷重整器(SMR)首先将天然气转化为合成气，合成气主要由H2和CO组成。随后，通过水煤气高低温变换转化器将CO转化为H2和CO2。接下来，合成气经过CO2吸收器去除CO2，并对剩余的CO2进行甲烷化处理(CO2会导致氨合成催化剂中毒)。来自空气分离装置的N2与H2结合，进入氨转化反应器，通过哈伯—博世工艺合成氨(NH3)。由于H2和N2生成NH3的过程是可逆反应，为了促使氨的连续合成，需要通过持续液化并移除部分氨，使反应平衡向氨产品一侧倾斜。
 

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        涉及到相关反应如下：
 
　　一次重整：CH4+ H2O → CO + H2+ CO2
 
　　二次重整：CH4+ 空气+ H2O → H2+ N2+ CO2+ CO
 
　　CO转化反应(高低温)： CO + H2O → CO2+H2
 
　　CO2去除：CO2 + NH4+ + H2O→ NH3 + H2O
 
　　甲烷转化：CO + H2 → CH4+ H2O CO2+ H2 → CH4+H2O
 
　　NH3合成：N2+3H2 → 2NH3
 
　　三、测量难点
 
　　以天然气为原料的合成氨装置的样品具有高压(几个兆帕)、高温(几百度)、高湿(饱和水蒸气)以及高危(含有爆炸性、毒性和腐蚀性气体)等“四高”显著特点。其次，蒸汽甲烷重整器是一种快速且剧烈的氧化反应装置，工艺人员需要及时了解SMR反应生成的物料质量状况，以便迅速调整工艺。同时，合成气成分复杂，主要包含H2、CO、CH4、CO2、N2、H2S等成分。这些特性给传统分析仪表带来了巨大挑战。
 

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　　四、解决方案
 
　　传统的色谱、红外、热导或质谱分析仪只能部分解决“四高一快一复杂”的问题，且对水蒸气极为敏感，遇水易损坏。而拉曼光谱分析仪不仅能在高压、高温、高湿和高危环境下稳定运行，还能快速、准确地分析复杂合成气成分，且对水蒸气具有免疫性。这使得拉曼光谱分析仪在应对高湿环境时更具优势，能够为合成氨装置的工艺优化提供可靠的分析数据。
 

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　　四方仪器激光拉曼分析仪(LRGA-3200EX)能够分析双原子气体H2和N2，并可测量下表取样点中显示的所有参数。该仪器无需载气、色谱柱等辅材，即可对样品进行定性定量的分析。其通过长距离光纤电缆将气体探头连接到分析仪，不仅避免了使用高温伴热传输管线，显著提高了系统分析速度，而且工作人员可以在分析小屋内直接操作仪器，无需接触爆炸性气体、毒性气体和腐蚀性气体等危险因素。
 

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　　五、产品优势
 
　　在合成氨工艺流程中，气体浓度的精准监测对于工艺安全、效率及产品质量至关重要。一氧化碳(CO)和氢气(H₂)等气体不仅具有易燃易爆的特性，还对合成氨反应的进行和产物质量产生深远影响。因此，准确监测这些气体在合成氨工艺中的浓度，是保障工艺稳定运行的关键环节。
 
　　四方仪器激光拉曼分析仪(LRGA-3200EX)在这一过程中发挥着不可或缺的作用。其通过高精度的传感器和先进的分析技术，能够实时监测气体成分及浓度，为工艺控制提供可靠的数据支持。
 

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　　综上所述，四方仪器激光拉曼技术凭借其在复杂工况下的适应性、秒级响应速度、低维护量、高安全性、多组分、多点位测量以及不受水蒸气干扰等优势，相比传统分析技术更适合用于合成氨工艺气体的在线检测。 其应用于合成氨工业生产，将有效提高蒸汽重整反应的控制精准度，提升合成气及成品氨的产率，从而整体提升合成氨工艺的生产水平。
 
　　四方仪器自2012年起便依托其母公司核心气体传感技术平台，牵头承担国家重大科学仪器设备开发专项“激光拉曼光谱气体分析仪器的研发与应用”项目。针对激光拉曼光谱法的特征信号较弱等业界技术难题，四方仪器深耕十余年，持续钻研激光拉曼光谱气体分析技术，最终成功开发出国内首家具有自主知识产权的商业化产品——LRGA系列激光拉曼光谱气体分析仪，填补了国内相关领域的技术空白。同时，凭借深厚的技术底蕴和卓越的产品性能，四方仪器在行业内崭露头角，积极投身于行业标准的制定工作，以引领行业技术发展，推动产业升级。


（蜂耘仪器仪表网 责任编辑：似也）

2025-03-11 09:56
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来源：四方仪器
传统的色谱、红外、热导或质谱分析仪只能部分解决“四高一快一复杂”的问题，且对水蒸气极为敏感，遇水易损坏。而拉曼光谱分析仪不仅能在高压、高温、高湿和高危环境下稳定运行，还能快速、准确地分析复杂合成气成分，且对水蒸气具有免疫性。

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