“氨”全檢測，精準賦能｜四方儀器激光拉曼技術助力合成氨工藝升級（一）

一、氨的生產(chan) 和主要用途

氨是世界上生產(chan) 及應用zuiguang泛的基礎化學品之一，目前全球年產(chan) 量約2.5億(yi) 噸，主要通過哈伯—博世法以化石能源為(wei) 原料生產(chan) 。全球產(chan) 能集中在中、印、俄和美四國，其中中國產(chan) 能居quanqiushou位，2023年占全球、亞(ya) 洲和東(dong) 亞(ya) 產(chan) 能的比例分別為(wei) 32%、54%和79%。全球80%以上的合成氨用於(yu) 生產(chan) 化肥，而在中國，合成氨主要用於(yu) 農(nong) 業(ye) （占比71%）、工業(ye) （占比29%）和儲(chu) 能（占比不足1%）。此外，合成氨還用於(yu) 生產(chan) 塑料、纖維、zhayao、硝酸，以及作為(wei) 染料和藥品製造的中間體(ti) 。

二、合成氨生產(chan) 工藝

在以天然氣為(wei) 原料的典型氨生產(chan) 廠中，蒸汽甲烷重整器（SMR）首先將天然氣轉化為(wei) 合成氣，合成氣主要由H2和CO組成。隨後，通過水煤氣高低溫變換轉化器將CO轉化為(wei) H2和CO2。接下來，合成氣經過CO2吸收器去除CO2，並對剩餘(yu) 的CO2進行甲烷化處理（CO2會(hui) 導致氨合成催化劑中毒）。來自空氣分離裝置的N2與(yu) H2結合，進入氨轉化反應器，通過哈伯—博世工藝合成氨（NH3）。由於(yu) H2和N2生成NH3的過程是可逆反應，為(wei) 了促使氨的連續合成，需要通過持續液化並移除部分氨，使反應平衡向氨產(chan) 品一側(ce) 傾(qing) 斜。

 涉及到相關(guan) 反應如下：

一次重整：CH4+ H2O → CO + H2+ CO2

二次重整：CH4+ 空氣+ H2O → H2+ N2+ CO2+ CO

CO轉化反應（高低溫）： CO + H2O → CO2+H2

CO2去除：CO2 + NH4+ + H2O→ NH3 + H2O

甲烷轉化：CO + H2 → CH4+ H2O   CO2+ H2 → CH4+H2O

NH3合成：N2+3H2 → 2NH3

三、測量難點

以天然氣為(wei) 原料的合成氨裝置的樣品具有高壓（幾個(ge) 兆帕）、高溫（幾bd）、高濕（飽和水蒸氣）以及高危（含有爆炸性、毒性和腐蝕性氣體(ti) ）等“四高"顯著特點。其次，蒸汽甲烷重整器是一種快速且劇烈的氧化反應裝置，工藝人員需要及時了解SMR反應生成的物料質量狀況，以便迅速調整工藝。同時，合成氣成分複雜，主要包含H2、CO、CH4、CO2、N2、H2S等成分。這些特性給傳(chuan) 統分析儀(yi) 表帶來了巨大挑戰。

 監測難點

四、解決(jue) 方案

傳(chuan) 統的色譜、紅外、熱導或質譜分析儀(yi) 隻能部分解決(jue) “四高一快一複雜"的問題，且對水蒸氣極為(wei) 敏感，遇水易損壞。而拉曼光譜分析儀(yi) 不僅(jin) 能在高壓、高溫、高濕和高危環境下穩定運行，還能快速、準確地分析複雜合成氣成分，且對水蒸氣具有免疫性。這使得拉曼光譜分析儀(yi) 在應對高濕環境時更具優(you) 勢，能夠為(wei) 合成氨裝置的工藝優(you) 化提供可靠的分析數據。

四方儀(yi) 器激光拉曼分析儀(yi) （LRGA-3200EX）能夠分析雙原子氣體(ti) H2和N2，並可測量下表取樣點中顯示的所有參數。該儀(yi) 器無需載氣、色譜柱等輔材，即可對樣品進行定性定量的分析。其通過長距離光纖電纜將氣體(ti) 探頭連接到分析儀(yi) ，不僅(jin) 避免了使用高溫伴熱傳(chuan) 輸管線，顯著提高了係統分析速度，而且工作人員可以在分析小屋內(nei) 直接操作儀(yi) 器，無需接觸爆炸性氣體(ti) 、毒性氣體(ti) 和腐蝕性氣體(ti) 等危險因素。

監測點位

某原料天然氣的拉曼光譜圖

五、產(chan) 品優(you) 勢

在合成氨工藝流程中，氣體(ti) 濃度的精準監測對於(yu) 工藝安全、效率及產(chan) 品質量至關(guan) 重要。一氧化碳（CO）和氫氣（H₂）等氣體(ti) 不僅(jin) 具有易燃易爆的特性，還對合成氨反應的進行和產(chan) 物質量產(chan) 生深遠影響。因此，準確監測這些氣體(ti) 在合成氨工藝中的濃度，是保障工藝穩定運行的關(guan) 鍵環節。

四方儀(yi) 器激光拉曼分析儀(yi) （LRGA-3200EX）在這一過程中發揮著bukehuoque的作用。其通過高精度的傳(chuan) 感器和先進的分析技術，能夠實時監測氣體(ti) 成分及濃度，為(wei) 工藝控製提供可靠的數據支持。

主流分析技術對比

四方儀(yi) 器LRGA-3200EX產(chan) 品優(you) 勢

綜上所述，四方儀(yi) 器激光拉曼技術憑借其在複雜工況下的適應性、秒級響應速度、低維護量、高安全性、多組分、多點位測量以及不受水蒸氣幹擾等優(you) 勢，相比傳(chuan) 統分析技術更適合用於(yu) 合成氨工藝氣體(ti) 的在線檢測。 其應用於(yu) 合成氨工業(ye) 生產(chan) ，將有效提高蒸汽重整反應的控製精準度，提升合成氣及成品氨的產(chan) 率，從(cong) 而整體(ti) 提升合成氨工藝的生產(chan) 水平。

四方儀(yi) 器自2012年起便依托其母公司核心氣體(ti) 傳(chuan) 感技術平台，牽頭承擔國家重大科學儀(yi) 器設備開發專(zhuan) 項“激光拉曼光譜氣體(ti) 分析儀(yi) 器的研發與(yu) 應用"項目。針對激光拉曼光譜法的特征信號較弱等業(ye) 界技術難題，四方儀(yi) 器深耕十餘(yu) 年，持續鑽研激光拉曼光譜氣體(ti) 分析技術，最終成功開發出guoneishou家具有自主知識產(chan) 權的商業(ye) 化產(chan) 品——LRGA係列激光拉曼光譜氣體(ti) 分析儀(yi) ，tianbule國內(nei) 相關(guan) 領域的技術空白。同時，憑借深厚的技術底蘊和zhuoyue的產(chan) 品性能，四方儀(yi) 器在行業(ye) 內(nei) 嶄露頭角，積極投身於(yu) 行業(ye) 標準的製定工作，以yinlinghangye技術發展，推動產(chan) 業(ye) 升級。