【正文】 較高壓力和催化劑存在的條件下進行，由于反應(yīng)后氣體中氨含量不高，一般只有10%~20%，故采用未反應(yīng)氫氮氣循環(huán)的流程。甲烷化法是在催化劑存在下使少量CO、CO2與H2反應(yīng)生成CH4和H2O的一種凈化工藝，要求入口原料氣中碳的氧化物含量(體積分?jǐn)?shù))%。為了防止對氨合成催化劑的毒害，規(guī)定CO和CO2總含量不得大于10cm3/m3(體積分?jǐn)?shù))。根據(jù)吸收劑性能的不同，可分為兩大類?！〈衷蠚饨?jīng)CO變換以后，變換氣中除H2外，還有COCO和CH4等組分，其中以CO2含量最多。第一步是高溫變換，使大部分CO轉(zhuǎn)變?yōu)镃O2和H2；第二步是低溫變換，%左右。[2] 對粗原料氣進行凈化處理，除去氫氣和氮氣以外的雜質(zhì)，主要包括變換過程、脫硫脫碳過程以及氣體精制過程。硝酸、各種含氮的無機鹽及有機中間體、磺胺藥、聚氨酯、聚酰胺纖維和丁腈橡膠等都需直接以氨為原料生產(chǎn)。別名氨氣，分子式為NH3，英文名：synthetic ammonia。產(chǎn)能增長主要來自東亞（1350萬t）、西亞（750萬t）、非洲（450萬t）、而歐洲和大洋洲將保持平穩(wěn)。2008年全球合成氨產(chǎn)能比 2007年增加500萬t，主要來自中國、非洲、西亞等地區(qū)。生產(chǎn)合成氨的方法主要區(qū)別在原料氣的制造，其中最廣泛采用的為蒸汽轉(zhuǎn)化法和部分氧化法。合成氨主要原料有天然氣、石腦油、重質(zhì)油和煤等。②消費和用途?！、偕a(chǎn)能力和產(chǎn)量。近幾年來，我國引進了一批年產(chǎn)30萬噸氮肥的大型化肥廠設(shè)備。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對氨的需要量日益增長。合成氨是大宗化工產(chǎn)品之一，世界每年合成氨產(chǎn)量已達到1億噸以上，其中約有80%的氨用來生產(chǎn)化學(xué)肥料，20%作為其它化工產(chǎn)品的原料。其中合理的使用催化劑和控制溫度也是使氨氣最大化的主要措施。目 錄摘要： 3ABSTRACT 41．概述 5 7 7 8 9 12 12 12 13 13 13 14（PID）的氮氫比控制 14 15 163．溫度 17 17 17 18 20 21 21 21 21 21 226．合成氨的危險分析 23 23 23 23 24 24 24 247．合成氨工藝中的設(shè)備改進方案 26 26 26 26 27 27 288．合成氨裝置腐蝕與防護 29 29 30 31 32結(jié)論 33 安全管理 33 合成氨技術(shù)的未來發(fā)展趨勢 34參考文獻 37謝辭 38綜述 39摘要：氨是重要的無機化工原料，也是化肥工業(yè)和有機化工的主要原料，在國民經(jīng)濟中占有重要地位。另外，在合成過程中會產(chǎn)生多種有害物質(zhì)，怎樣控制有害物質(zhì)，使有害物質(zhì)盡可能的轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)也是合成氨的主要任務(wù)之一。從氨可加工成硝酸，現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)中，常將硝酸生產(chǎn)歸屬于合成氨工業(yè)范疇。50年代后氨的原料構(gòu)成發(fā)生重大變化，近30年來合成氨工業(yè)發(fā)展很快。我國自行設(shè)計和建造的上海吳涇化工廠也是年產(chǎn)30萬噸氮肥的大型化肥廠。合成氨是化學(xué)工業(yè)中產(chǎn)量很大的化工產(chǎn)品。合成氨主要消費部門為化肥工業(yè)，用于其他領(lǐng)域的（主要是高分子化工、火炸藥工業(yè)等）非化肥用氨，統(tǒng)稱為工業(yè)用氨。1981年，世界以天然氣制氨的比例約占71％,％、美國為96％、荷蘭為100％；中國仍以煤、焦炭為主要原料制氨,天然氣制氨僅占20%。表1 世界合成氨主要生產(chǎn)國產(chǎn)量（kt）國家1981年1982年國家1981年1982年蘇聯(lián)中國美國印度加拿大法國178901483317300357026502710177601546314060399025002300英國日本荷蘭聯(lián) 邦德 國世 界合 計21602230220023901100702090201020001900107950據(jù)國際肥料工業(yè)協(xié)會（IFA）在第77屆年會上發(fā)布的“全球肥料和原材料供需展望”報告估計。2009年到2013年全球?qū)⒂?5套大型合成氨裝置投產(chǎn)，新增裝置將使全球合成氨產(chǎn)能增加2400萬t，其中有1300萬t來自合成氨設(shè)備的升級改造，其余來自55套新建裝置。據(jù)悉，全球新建合成氨裝置中有三分之一來自中國，其余來自阿爾及利亞、特立尼亞、委內(nèi)瑞拉、沙特、巴基斯坦印度等國家。世界上的氨除少量從焦?fàn)t氣中回收外，絕大部分是合成的氨。液氨常用作制冷劑?！、?一氧化碳變換過程　在合成氨生產(chǎn)中，各種方法制取的原料氣都含有CO，其體積分?jǐn)?shù)一般為12%~40%。因此，CO變換反應(yīng)既是原料氣制造的繼續(xù)，又是凈化的過程，為后續(xù)脫碳過程創(chuàng)造條件。CO2既是氨合成催化劑的毒物，又是制造尿素、碳酸氫銨等氮肥的重要原料。一類是物理吸收法，如低溫甲醇洗法(Rectisol)，聚乙二醇二甲醚法(Selexol)，碳酸丙烯酯法。因此，原料氣在進入合成工序前，必須進行原料氣的最終凈化，即精制過程。甲烷化法可以將氣體中碳的氧化物(CO+CO2)含量脫除到10cm3/m3以下，但是需要消耗有效成分H2，并且增加了惰性氣體CH4的含量。氨合成反應(yīng)式如下：　　N2+3H2→2NH3(g) ΔH =　 隨著合成氨工業(yè)的不斷發(fā)展，對合成氨工藝的要求也越來越高。在這里我們從幾個方面來研究：首先，我們從氨的轉(zhuǎn)化率來看，要使氮氫向氨氣方向轉(zhuǎn)化，就要增加氣體的量，由于反應(yīng)是放熱反應(yīng)，還要升高溫度，但又不能太高，如果溫度太高，一方面會使催化劑失去活性，另一方面會使設(shè)配性能發(fā)生變化。（2） 是放熱反應(yīng)。二、 氨合成反應(yīng)的化學(xué)平衡（1） 平衡常數(shù)：降溫、加壓平衡常數(shù)增大。三、 氨合成動力學(xué)反應(yīng)機理在催化劑的作用下，氫與氮生成的反應(yīng)是一種多相氣體催化反應(yīng)。 氮氫比是Kellogg工藝合成氨裝置最為關(guān)鍵的參數(shù)之一，保持其始終處于最佳狀態(tài)是提高合成氨產(chǎn)量的有效措施。 目前，國內(nèi)多數(shù)Kellogg傳統(tǒng)蒸汽轉(zhuǎn)化工藝合成氨裝置氮氫比控制由DCS常規(guī)PID控制算法實現(xiàn)，在波動較大、干擾較強、大時滯的情況下，PID參數(shù)不適應(yīng)此狀況。通過實施先進控制，可以改善過程動態(tài)控制的性能、減少過程變量的波動幅度；使之更能接近其優(yōu)化目標(biāo)值，從而使生產(chǎn)裝置在接近其約束邊界的條件下運行，最終達到增強裝置運行的穩(wěn)定性和安全性、保證產(chǎn)品質(zhì)量的均勻性、提高目標(biāo)產(chǎn)品收率、增加裝置處理量、降低運行成本、減少環(huán)境污染。優(yōu)化控制實施成本較低，可以為實施先進控制打下基礎(chǔ)。公式（2）是根據(jù)“泛模型”公式（1）推導(dǎo)出來適用于氫氮比控制的無模型先進控制算法公式。伴隨著預(yù)測啟發(fā)式控制、模型算法控制、動態(tài)矩陣控制在工業(yè)過程控制中的大量實際運用，出現(xiàn)了許多非參數(shù)模型預(yù)估控制的工程化軟件包。（PID）的氮氫比控制基于優(yōu)化常規(guī)過程控制（PID）的氮氫比控制的設(shè)計思路，是利用DCS內(nèi)部現(xiàn)有的工程的功能塊構(gòu)建出優(yōu)化控制回路?？刂七^程對Ｂ公司技術(shù)人員基本是“黑箱”；維護基本需要軟件開發(fā)公司支持；適用于大型煉油化工裝置系統(tǒng)優(yōu)化；投資大。[8]比較而言，優(yōu)化控制更適合目前裝置的運行水平，適合負(fù)荷大范圍波動，能夠協(xié)調(diào)控制幾個關(guān)鍵參數(shù)；實施成本較低，并且為最終實施先進控制打下基礎(chǔ)。在我國，中小型合成氨裝置占絕大多數(shù)，但裝置自動化程度非常低。②沒有考慮多段冷激式氨合成塔內(nèi)部各段溫度之間的耦合作用。②充分考慮四段床層溫度之間的耦合作用，將每段熱點溫度作為下一段熱點溫度控制回路的前饋。合成氨反應(yīng)是一個氣體體積縮小的反應(yīng)，在反應(yīng)過程中，依據(jù)化學(xué)平衡的基本規(guī)律，增加反應(yīng)物的量能使氣體向氣體體積縮小的方向移動，使生成物的量加大。中壓法氨合成的工藝流程，在技術(shù)和經(jīng)濟上都比較優(yōu)越，因此目前國內(nèi)外普遍采用中壓法，在一定空速下，合成壓力越高，出口氨濃度越高，氨凈值（合成塔出入口氨含量之差）越高，合成塔的生產(chǎn)能力也就越大。但由于以鐵為主體的催化劑具有原料來原廣，價格低廉，在低溫下有較好的活性抗毒能力強，使用壽命長等優(yōu)點 、廣泛采用。促進劑又稱助催化劑，它本身沒有催化活性，但加入催化劑 中，可改善催化劑的物理結(jié)構(gòu)，從而提高催化劑的活性。FeO+H2+Fe+H2OQFe2O3+3H2=2Fe+2H2OQ催化劑的還原程度用還原前催化劑中鐵的氧化物被還原的百分率表示稱還原度。實際上許多催化劑在使用過程中，其活性從小到大，逐漸達到正常水平，這就是催化劑的成熟期。一般認(rèn)為是由于催化劑表面的活性中心被雜質(zhì)占據(jù)而引起中毒。相反，含P、S、As的化合物則可使鐵催化劑永久性中毒。因此，在合成氨的工藝分析過程中，要嚴(yán)格控制催化劑的使用。物質(zhì)危險性包括物質(zhì)的毒性和火災(zāi)、爆炸危險性。化工生產(chǎn)過程大都在高溫高壓條件下進行，加上介質(zhì)的特殊化學(xué)特性，大都具有易燃、易爆、毒性等危險，事故的多發(fā)性和嚴(yán)重性是化學(xué)工業(yè)獨有的特點，因此對于化工生產(chǎn)過程設(shè)施風(fēng)險識別顯得非常重要。 近年來，氨設(shè)施發(fā)生事故及造成的危害列于榜首【10】，統(tǒng)計資料表明同行業(yè)氨氣發(fā)生事故的概率一般在110﹣5次／a。應(yīng)急反應(yīng)池容量不得小于消防用水量，否則化學(xué)品隨消防用水泄入水體，將造成重大污染事故。這對變換爐第二、三層尤為重要，因為變換爐的通氣截面較大，容易產(chǎn)生急流和緩流，甚至產(chǎn)生死角，使觸媒不能充分發(fā)揮作用，所以有的化肥廠變換觸媒的利用率不高。故增設(shè)減阻器可減少阻力，使觸媒層壓差大大減小。增設(shè)氣液再分布器。部分廠微量（CO+CO2含量）長期偏高，原料氣成分稍有波動或碳化調(diào)塔時，很容易造成微量跑高事故。再生器銅液出口在其中下部，由于銅液再生器內(nèi)的溫度較高，若銅液內(nèi)有異物及油污雜質(zhì)，溫度高時容易上浮，而積存在液面上層，長期積存如此。因此，增設(shè)上排污口，在正常生產(chǎn)中可隨時排放上浮的異物，確保再生完全。增設(shè)氣水再分布器，防止冷卻水沿壁下流和氣體沿塔壁偏流，可提高洗滌效率，并節(jié)水。在不連續(xù)送煤氣或停車檢修時，氣柜內(nèi)的氣體將水壓進垂直管內(nèi)形成了自動水封。其作用：①降低羅茨風(fēng)機出口氣體溫度，提高脫硫效率；②降低羅茨風(fēng)機入口氣體溫度，并清除灰塵和焦油；③確保羅茨風(fēng)機安全，避免羅茨風(fēng)機和高壓機在異常情況下吸空氣進入系統(tǒng)。8．合成氨裝置腐蝕與防護 合成氨裝置中主要存在腐蝕環(huán)境為液氨、氯離子、氫