【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 了 保 證 長(zhǎng) 周 期 的 安 全 生 產(chǎn) ， 對(duì) 過(guò) 程 控 制 提 出 更 高的 要 求 ， 從 而 發(fā) 展 到 把 全 流 程 的 溫 度 、 壓 力 、 流 量 、 物 位 和 成 分 五 大 參 數(shù) 的模 擬 儀 表 、 報(bào) 警 、 連 鎖 系 統(tǒng) 全 部 集 中 在 中 央 控 制 室 顯 示 和 監(jiān) 視 控 制 。. . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手 中國(guó)合成氨工業(yè)的發(fā)展概況中 國(guó) 合 成 氨 生 產(chǎn) 是 從 20 世 紀(jì) 30 年 代 開(kāi) 始 的 ， 但 當(dāng) 時(shí) 僅 在 南 京 、 大 連 兩地 建 有 氨 廠 ， 一 個(gè) 是 由 著 名 愛(ài) 國(guó) 實(shí) 業(yè) 家 范 旭 東 先 生 創(chuàng) 辦 的 南 京 永 利 化 學(xué) 工 業(yè)公 司 铔 廠 —— 永 利 寧 廠 ， 現(xiàn) 南 京 化 學(xué) 工 業(yè) 公 司 的 前 身 ； 另 一 個(gè) 是 日 本 占 領(lǐng)東 北 后 在 大 連 開(kāi) 辦 的 滿(mǎn) 洲 化 學(xué) 工 業(yè) 株 式 會(huì) 社 ， 最 高 年 產(chǎn) 量 不 超 過(guò)50Kt（ 1941 年 ） 。 此 外 在 上 海 還 有 一 個(gè) 電 解 水 制 氫 生 產(chǎn) 合 成 氨 、 硝 酸 的 小 型車(chē) 間 。中 華 人 民 共 和 國(guó) 成 立 以 來(lái) ， 化 工 部 門(mén) 貫 徹 為 農(nóng) 業(yè) 服 務(wù) 的 方 針 ， 把 發(fā) 展 化肥 生 產(chǎn) 放 在 首 位 。 經(jīng) 過(guò) 50 多 年 的 努 力 ， 中 國(guó) 已 擁 有 多 種 原 料 、 不 同 流 程 的大 、 中 、 小 型 合 成 氨 廠 1000 多 個(gè) ， 1999 年 總 產(chǎn) 量 為 氨 ， 已 躍 居世 界 第 1 位 ， 已 掌 握 了 以 焦 炭 、 無(wú) 煙 煤 、 褐 煤 、 焦 爐 氣 、 天 然 氣 及 油 田 氣和 液 態(tài) 烴 等 氣 固 液 多 種 原 料 生 產(chǎn) 合 成 氨 的 技 術(shù) ， 形 成 中 國(guó) 大 陸 特 有 的 煤 、 石油 、 天 然 氣 原 料 并 存 和 大 、 中 、 小 生 產(chǎn) 規(guī) 模 并 存 的 合 成 氨 生 產(chǎn) 格 局 。中 國(guó) 合 成 氨 工 業(yè) 的 發(fā) 展 經(jīng) 歷 了 以 下 幾 個(gè) 階 段 。第 一 、 恢 復(fù) 老 廠 和 新 建 中 型 氨 廠20 世 紀(jì) 50 年 代 初 ， 在 恢 復(fù) 和 擴(kuò) 建 老 廠 的 同 時(shí) ， 從 原 蘇 聯(lián) 引 進(jìn) 以 煤 為 原料 、 年 產(chǎn) 50kt 的 三 套 合 成 氨 裝 置 ， 并 創(chuàng) 建 了 吉 化 、 蘭 州 、 太 原 三 大 化 工 基地 ， 后 又 自 行 設(shè) 計(jì) 、 制 造 了 萬(wàn) 噸 合 成 氨 系 統(tǒng) ， 以 川 化 的 創(chuàng) 建 為 標(biāo) 志 。 到60 年 代 中 期 中 氮 已 投 產(chǎn) 了 15 家 。 20 世 紀(jì) 60 年 代 隨 著 石 油 、 天 然 氣 資 源 的開(kāi) 采 ， 又 從 英 國(guó) 引 進(jìn) 一 套 以 天 然 氣 為 原 料 的 加 壓 蒸 汽 轉(zhuǎn) 化 法 年 產(chǎn) 100kt 合成 氨 裝 置 (即瀘天化)； 從 意 大 利 引 進(jìn) 一 套 以 重 油 為 原 料 的 部 分 氧 化 法 年 產(chǎn)50kt 合 成 氨 裝 置 ， 從 而 形 成 了 煤 油 氣 原 料 并 舉 的 中 型 氨 廠 生 產(chǎn) 系 統(tǒng) ， 迄 今 為止 ， 已 建 成 50 多 座 中 型 氨 廠 。第 二 、 小 型 氨 廠 的 發(fā) 展從 20 世 紀(jì) 60 年 代 開(kāi) 始 在 全 國(guó) 各 地 建 設(shè) 了 一 大 批 小 型 氨 廠 ， 1979 年 最多 時(shí) 曾 發(fā) 展 到 1539 座 氨 廠 。第 三 、 大 型 氨 廠 的 崛 起20 世 紀(jì) 70 年 代 是 世 界 合 成 氨 工 業(yè) 大 發(fā) 展 時(shí) 期 。 由 于 大 型 合 成 氨 裝 置 的優(yōu) 越 性 ， 1972 年 2 月 中 國(guó) 作 出 了 成 套 引 進(jìn) 化 學(xué) 肥 料 技 術(shù) 和 設(shè) 備 的 決 定 。1973 年 開(kāi) 始 ， 首 批 引 進(jìn) 13 套 年 產(chǎn) 300kt 合 成 氨 的 成 套 裝 置 (其中 10 套為天然氣為原料，建在川化、瀘天化、云南、貴州等地)， 為 了 擴(kuò) 大 原 料 范 圍 ，1978 年 又 開(kāi) 始 第 二 批 引 進(jìn) 4 套 年 產(chǎn) 300kt 合 成 氨 裝 置 。中 國(guó) 是 世 界 上 人 口 最 多 的 農(nóng) 業(yè) 大 國(guó) ， 為 了 在 2022 年 氮 肥 產(chǎn) 量 達(dá) 到 基 本自 給 自 足 ， 最 近 十 年 先 后 陸 續(xù) 引 進(jìn) 14 套 具 有 20 世 紀(jì) 90 年 代 先 進(jìn) 水 平 的 年產(chǎn) 300kt 合 成 氨 成 套 設(shè) 備 ， 同時(shí)從 20 世紀(jì) 70 年代起，我國(guó)開(kāi)始了大型合成氨成套裝置的自行設(shè)計(jì)、自行制造工作，第一套年產(chǎn) 30 萬(wàn)噸的合成氨裝置于80 年在上海建成投產(chǎn)。特別是于 90 年代初在川化建成投產(chǎn)的年產(chǎn) 20 萬(wàn)噸合成氨裝置達(dá)到了當(dāng)時(shí)的國(guó)際先進(jìn)水平。從 而 掌 握 了 世 界 上 幾 乎 所 有 先 進(jìn) 的 工 藝 和先 進(jìn) 技 術(shù) 如 低 能 耗 的 凱 洛 格 工 藝 、 布 朗 工 藝 等 ， 通 過(guò) 對(duì) 引 進(jìn) 技 術(shù) 的 消 化 吸 收和 改 造 創(chuàng) 新 ， 不 但 使 合 成 氨 的 技 術(shù) 水 平 跟 上 了 世 界 前 進(jìn) 的 步 伐 ， 而 且 促 進(jìn) 了國(guó) 內(nèi) 中 小 型 氨 廠 的 技 術(shù) 發(fā) 展 。至 今 ， 在 32 套 引 進(jìn) 裝 置 中 ， 原 料 為 天 然 氣 、 油 田 氣 的 17 套 ， 渣 油 7套 ， 石 腦 油 5 套 ， 煤 2 套 和 尤 里 卡 瀝 青 1 套 ， 加 上 上 海 吳 涇 ， 成 都 的 兩 套國(guó) 產(chǎn) 化 裝 置 ， 合 成 氨 總 能 力 為 。 中 國(guó) 潛 在 的 天 然 氣 資 源 十 分 豐 富 ，. . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手除 新 勘 探 的 新 疆 塔 里 木 盆 地 有 大 量 的 天 然 氣 可 以 通 過(guò) 長(zhǎng) 距 離 的 管 線(xiàn) 東 輸 外 ，對(duì) 海 南 鶯 歌 海 域 蘊(yùn) 藏 的 天 然 氣 已 決 定 在 新 世 紀(jì) 初 新 建 一 套 引 進(jìn) 的 年 產(chǎn)450kt 合 成 氨 裝 置 ， 這 將 是 中 國(guó) 規(guī) 模 最 大 的 一 套 合 成 氨 裝 置 。 合成氨轉(zhuǎn)變工序的工藝原理 合成氨的典型工藝流程介紹合 成 氨 的 生 產(chǎn) 過(guò) 程 包 括 三 個(gè) 主 要 步 驟 ： 原 料 氣 的 制 備 、 凈 化 和 壓 縮 和 合成 。(1)原 料 氣 制 備 將 煤 和 天 然 氣 等 原 料 制 成 含 氫 和 氮 的 粗 原 料 氣 。 對(duì) 于 固 體 原 料 煤 和 焦 炭 ，通 常 采 用 氣 化 的 方 法 制 取 合 成 氣 ； 渣 油 可 采 用 非 催 化 部 分 氧 化 的 方 法 獲 得 合成 氣 ； 對(duì) 氣 態(tài) 烴 類(lèi) 和 石 腦 油 ， 工 業(yè) 中 利 用 二 段 蒸 汽 轉(zhuǎn) 化 法 制 取 合 成 氣 。(2)凈 化對(duì) 粗 原 料 氣 進(jìn) 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(guò) 程 、 脫 硫 脫 碳 過(guò) 程 以 及 氣 體 精 制 過(guò) 程 ?！?　 ① 一 氧 化 碳 變 換 過(guò) 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 數(shù) 一 般為 12%～ 40%。 合 成 氨 需 要 的 兩 種 組 分 是 H2和 N2， 因 此 需 要 除 去 合 成 氣 中 的CO。 變 換 反 應(yīng) 如 下 ：CO+H2O→ H2+CO2 Δ H=；由 于 CO 變 換 過(guò) 程 是 強(qiáng) 放 熱 過(guò) 程 ， 必 須 分 段 進(jìn) 行 以 利 于 回 收 反 應(yīng) 熱 ， 并控 制 變 換 段 出 口 殘 余 CO 含 量 。 第 一 步 是 高 溫 變 換 ， 使 大 部 分 CO 轉(zhuǎn) 變 為CO2和 H2； 第 二 步 是 低 溫 變 換 ， 將 CO 含 量 降 至 %左 右 。 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(guò) 程 ， 為 后 續(xù) 脫 碳 過(guò) 程 創(chuàng) 造 條 件 。　 　 ② 脫 硫 脫 碳 過(guò) 程　 　 各 種 原 料 制 取 的 粗 原 料 氣 ， 都 含 有 一 些 硫 和 碳 的 氧 化 物 ， 為 了 防 止 合 成氨 生 產(chǎn) 過(guò) 程 催 化 劑 的 中 毒 ， 必 須 在 氨 合 成 工 序 前 加 以 脫 除 ， 以 天 然 氣 為 原 料的 蒸 汽 轉(zhuǎn) 化 法 ， 第 一 道 工 序 是 脫 硫 ， 用 以 保 護(hù) 轉(zhuǎn) 化 催 化 劑 ， 以 重 油 和 煤 為 原料 的 部 分 氧 化 法 ， 根 據(jù) 一 氧 化 碳 變 換 是 否 采 用 耐 硫 的 催 化 劑 而 確 定 脫 硫 的 位置 。 工 業(yè) 脫 硫 方 法 種 類(lèi) 很 多 ， 通 常 是 采 用 物 理 或 化 學(xué) 吸 收 的 方 法 ， 常 用 的 有低 溫 甲 醇 洗 法 (Rectisol)、 聚 乙 二 醇 二 甲 醚 法 (Selexol)等 。　 　 粗 原 料 氣 經(jīng) CO 變 換 以 后 ， 變 換 氣 中 除 H2外 ， 還 有 CO CO 和 CH4等 組分 ， 其 中 以 CO2 含 量 最 多 。 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 。 因 此 變 換 氣 中 CO2的 脫 除 必 須 兼 顧 這 兩 方 面 的要 求 。　 　 ③ 氣 體 精 制 過(guò) 程　 　 經(jīng) CO 變 換 和 CO2脫 除 后 的 原 料 氣 中 尚 含 有 少 量 殘 余 的 CO 和 CO2。 為 了防 止 對(duì) 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 數(shù) )。 因 此 ， 原 料 氣 在 進(jìn) 入 合 成 工 序 前 ， 必 須 進(jìn) 行 原 料 氣 的 最 終 凈 化 ，即 精 制 過(guò) 程 。　 　 目 前 在 工 業(yè) 生 產(chǎn) 中 ， 最 終 凈 化 方 法 分 為 深 冷 分 離 法 和 甲 烷 化 法 。 深 冷 分離 法 主 要 是 液 氮 洗 法 ， 是 在 深 度 冷 凍 ( 100℃ )條 件 下 用 液 氮 吸 收 分 離 少量 CO， 而 且 也 能 脫 除 甲 烷 和 大 部 分 氬 ， 這 樣 可 以 獲 得 只 含 有 惰 性 氣 體. . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手100cm3/ m3 以 下 的 氫 氮 混 合 氣 ， 深 冷 凈 化 法 通 常 與 空 分 以 及 低 溫 甲 醇 洗 結(jié) 合 。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 數(shù) )一 般 應(yīng) 小 于%。 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 。 甲 烷 化反 應(yīng) 如 下 ：CO+3H2 CH4+H2O Δ H=； ACO2+4H2 CH4+2H2O Δ H=； (3)氨 合 成 將 純 凈 的 氫 、 氮 混 合 氣 壓 縮 到 高 壓 ， 在 催 化 劑 的 作 用 下 合 成氨 。 氨 的 合 成 是 提 供 液 氨 產(chǎn) 品 的 工 序 ， 是 整 個(gè) 合 成 氨 生 產(chǎn) 過(guò) 程 的 核 心 部 分 。氨 合 成 反 應(yīng) 在 較 高 壓 力 和 催 化 劑 存 在 的 條 件 下 進(jìn) 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 。 氨 合 成 反應(yīng) 式 如 下 ：N2+3H2 2NH3(g) Δ H=；A 合成氨轉(zhuǎn)化工序的工藝原理本設(shè)計(jì)中的合成氨轉(zhuǎn)變工序是指轉(zhuǎn)化工序和變換工序的合稱(chēng)。轉(zhuǎn)換工序是指天燃?xì)庵械臍鈶B(tài)烴類(lèi)轉(zhuǎn)換成 HCO 和 CO2，并達(dá)到要求，合成氨廠的轉(zhuǎn)化工序分為兩段進(jìn)行。在一段轉(zhuǎn)化爐里，大部分烴類(lèi)與蒸汽于催化劑作用下轉(zhuǎn)化成 HCO 和 CO2。烷烴：CnH2n+n+nH2O→ nCO+(2n+1)H2或 C0nH2n+n+2nH2O→ nCO2+(3n+1)H2烯烴：CnH2n+nH2O→ nCO+2nH2CnH2n+2nH2O→ nCO2+3nH2接著一段轉(zhuǎn)化氣進(jìn)入二段轉(zhuǎn)化爐，在此加入空氣，由一部分 H2燃燒放出熱量，催化劑床層溫度上升到 1200～1250 ℃，并繼續(xù)進(jìn)行甲烷的轉(zhuǎn)化反應(yīng)。CH4+H2O→ CO+3H2CH4+2H2O→ CO+4H2二段轉(zhuǎn)化爐出口氣體溫度約 950～1000 ℃，殘余甲烷含量和（H 2+CO）/N 2比均可達(dá)到指標(biāo)。 合成氨變