【導(dǎo)讀】六、原材料、燃料、動(dòng)力供應(yīng)-------------------------------------------10. 合成氨生產(chǎn)經(jīng)過多年的發(fā)展，現(xiàn)已發(fā)展成為一種成熟的化工生產(chǎn)工藝。CO變換工段是合成氨的重要工段，如果合成氨原料氣中CO超標(biāo)會(huì)使催化劑中毒，產(chǎn)量、效率必須解決的問題。最終使氨量達(dá)標(biāo)，減少投資和原材料消耗量，改善能源消。操作、廠址選擇、“三廢”處理、安全生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)、人員編制等。通過上述幾點(diǎn)分析和討論，并結(jié)合實(shí)際發(fā)現(xiàn)該項(xiàng)目的研究設(shè)計(jì)有重要的市場(chǎng)價(jià)值，根據(jù)目前的實(shí)際情況，本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)是可行的，一旦試點(diǎn)成功將會(huì)為合。經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。

　　

【正文】 使其活性下降，其反應(yīng)如下： 3 4 2 2 23 3 4F e O H S H F e S H O? ? ? ? 由于 CO 變換時(shí)將大部分的有機(jī)硫轉(zhuǎn)化為硫化氫，從而使催化劑受大量 2HS毒害，然而，反應(yīng)是一個(gè)可逆放熱反應(yīng)，屬于暫時(shí)性中毒，當(dāng)增大水蒸氣用量、降低原料氣中2HS含量，催化劑的活性即能逐漸恢復(fù)。但是，這種暫時(shí)中毒如果反復(fù)進(jìn)行，也會(huì)引起催化劑微晶結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，而導(dǎo)致活性下降。 原料氣的灰塵及水蒸氣中的無機(jī)鹽等物質(zhì)，均會(huì)使催化劑的活性顯著下降造成永久性中毒。 促使催化劑活性下降的另一個(gè)生要因素是催化劑的衰老。所謂衰老，是指催化劑經(jīng)過長(zhǎng)期使用后活性逐漸下降的現(xiàn)象。使催化劑衰老的原因有：長(zhǎng)期處于高溫下，逐漸變質(zhì)；溫度波動(dòng)，使催化劑過熱或熔融；氣流不斷沖刷，破壞了催化劑表面狀態(tài)；操作不當(dāng)，半水煤氣中氧含量高和帶水等。 （ 2） 低溫變換催化劑 2． 組成和性能 目前工業(yè)上應(yīng)用的低溫變換催化劑均以氧化銅為主，以過還原后具有活性的 組分是細(xì)小的銅微晶。但單純的銅微晶在操作溫度下極易燒結(jié)，導(dǎo)致微 晶增大，比重慶工商大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 50kt/a 合成氨廠變換工段設(shè)計(jì) 第 26 頁(yè) （共 31 頁(yè)） 面積減小，活性下降和壽命縮短。為此，在催化劑中加入氧化鋅、氧化鋁、氧化鉻等添加物。作用是將銅微晶有效的分隔起來，提高其穩(wěn)定性。根據(jù)添加物不同，低溫變換催化劑可分為銅鋅、銅鋅鋁和銅鋅鉻三種。其中，銅鋅鋁型性能好，生產(chǎn)成本低，且無毒。低溫變換催化劑的組成范圍為 15% 32%CuO （高銅催化劑可達(dá) 42%）、 32% %ZnO ? 、2330% %Al O ? 。 2． 還原和氧化 低溫變換催化劑用 H2或 CO 進(jìn)行還 原，其反應(yīng)如下： ? ?22C uO H C u H O g? ? ? 2CuO CO Cu CO? ? ? 氧化銅的還原反應(yīng)是強(qiáng)放熱反應(yīng)，而低溫變換催化劑對(duì)熱比較敏感，因此，必須嚴(yán)格控制還原條件，將催化劑層的溫度控制在 230℃以下。 還原后的催化劑與空氣接觸，產(chǎn)生如下反應(yīng)： 212Cu O O Cu O?? 如果與大量空氣接觸，放出的反應(yīng)熱將使催化劑超溫?zé)Y(jié)，因此，停車取出催化劑前，應(yīng)先通 入少量氧氣逐漸將其氧化，在催化劑表面形成一層氧化銅保護(hù)膜，才能與空氣接觸。這一過程成為催化劑的鈍化。鈍化方法用氮?dú)饣蛘羝麑⒋呋瘎拥臏囟冉抵?50℃，然后在氮?dú)饣蛘羝信淙?%的氧，在溫升不大于 50℃情況下逐漸提高氧的濃度，直到全部切換為空氣時(shí)，鈍化結(jié)束。 2． 催化劑的中毒 低溫變換催化劑對(duì)毒物十分敏感。引起催化劑中毒或活性降低的物質(zhì)有冷凝水、硫化物和氯化物。變換系統(tǒng)氣體中，含有大量水蒸氣，為避免冷凝水的出現(xiàn)，低變溫度一定要高于該條件下氣體的露點(diǎn)溫度。 硫化物主要來自原料氣和中變催化劑的“放硫”，它 使低溫變換催化劑永久中毒。當(dāng)催化劑硫含量達(dá) %，催化劑就基本失去了活性。所以必須對(duì)原料氣精細(xì)脫硫，使H2S 含量小于 1 33/cm m ，并保證“放硫”安全。一般低變爐上部裝有 ZnO ，用來進(jìn)一步脫硫。 氯化物是對(duì)低變催化劑危害最大的毒物，當(dāng)催化劑中氯含量達(dá) %時(shí)，就明顯中毒；當(dāng)氯含量為 %時(shí)，催化劑的活性基本喪失。氯主要來源于水蒸氣，為了保護(hù)催化劑，要求水蒸氣中氯含量小于 。 中溫變 換催化劑的工業(yè)操作條件 重慶工商大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 50kt/a 合成氨廠變換工段設(shè)計(jì) 第 27 頁(yè) （共 31 頁(yè)） 中變 42 號(hào) 中變 6 號(hào) 中變 9 號(hào) 1． 溫度范圍 ℃ 2． 變換爐入口氣體溫度 ℃ 3． 蒸汽：煤氣中 CO 4． 空間速度，小時(shí) 1 常壓 加壓（ 10kg/cm2以上） 380500 380 35 300400 380480 360 34 300500 350450 300350 34 300500 8001500 注：空間速度是以煤為原料制得的半水煤氣的數(shù)據(jù) 工藝參數(shù)的選擇 實(shí)際生產(chǎn)中，反應(yīng)不可能達(dá)到平衡，變換工 藝參數(shù)的選擇除了考慮平衡 CO 含量外，還要考慮反應(yīng)速率、催化劑使用特性以及系統(tǒng)的生產(chǎn)能力、原料和能量消耗等，以期達(dá)到良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。 CO 變換反應(yīng)的工藝參數(shù)包括溫度、壓力、空速、 汽 氣 比、惰性氣體含量和初始 CO 含量等。 （ 1） 溫度 根據(jù)化學(xué)平衡移動(dòng)原理，升高溫度可促使反應(yīng)平衡向左方移動(dòng)，降低溫度反應(yīng)便向右方移動(dòng)。因此，反應(yīng)溫度愈低，愈有利于變換反應(yīng)的進(jìn)行。但降低反應(yīng)溫度必須與反應(yīng)速度和催化劑的性能一并考慮。對(duì)于一氧化碳含量較高的半水煤氣，開始反應(yīng)時(shí)，為了加快反應(yīng)速度，一般在較高的溫度下進(jìn)行，而在反應(yīng)的后一階 段，為了要使反應(yīng)比較完全，就必須使反應(yīng)溫度降低一些，工業(yè)上一般采用兩段 或三 段 中溫變換就是根據(jù)這一概念確定的。對(duì)于一氧化碳含量為 2— 4％的中溫變換后的氣體，就只需要在 230℃左右，用低溫變換催 化劑進(jìn)行一段變換。反應(yīng)溫度與催化 劑的活性溫度有很大的關(guān)系，一般工業(yè)用的變換催化劑低于某 一溫度反應(yīng)便不能正常進(jìn)行，但高于某一溫度也會(huì)損壞催化劑，因 此，一氧化碳變換反應(yīng)必須在催化劉的適用溫度范圍內(nèi)選擇優(yōu)惠的工藝條件 。 （ 2） 壓力 壓力對(duì)變換反應(yīng)的平衡幾乎沒有影響，但加壓可提高反應(yīng)速度和催化劑的生產(chǎn)能力，可采用較大的空 間速度，使設(shè)備緊湊，有利于過熱蒸汽回收。由于干原料氣的物質(zhì)的量小于干交換氣物質(zhì)的量，所以，先壓縮原料氣進(jìn)行加壓變換的能耗，比常壓變換后再壓縮變換氣的能耗低 15%30%，但加壓變換需用壓力較高蒸汽，對(duì)設(shè)備材質(zhì)要求高。 （ 3） 汽 氣 比 增加水蒸汽量，有利于提高 CO 的平衡變換率，降低 CO 殘余含量，加快反應(yīng)速率，重慶工商大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 50kt/a 合成氨廠變換工段設(shè)計(jì) 第 28 頁(yè) （共 31 頁(yè)） 為此生產(chǎn)上均采用過量水蒸氣。過量水蒸氣的存在，抵制了析炭及四烷化的副反應(yīng)發(fā)生，保證了催化劑活性組分 34FeO 的穩(wěn)定而不被過度還原，同時(shí)還起到載熱體的作用， 使催化劑床層溫升減小。所以，改變水蒸氣用量是調(diào)節(jié)床層溫度的有效手段。 但是水蒸氣用量是變換過程中最主要的消耗定額，為了達(dá)到節(jié)能降耗的目的，工業(yè)生產(chǎn)中 應(yīng) 在滿足變換工藝要求的前提下，習(xí)題降低水蒸氣消耗。降低水蒸氣用量， 一方面要采用新型低溫活性催化劑，使反應(yīng)在低溫下進(jìn)行，降低反應(yīng)的 汽 氣 比。另一方面要合理地確定 CO 最終變換率或殘余 CO 量，催化劑層段數(shù)要合適，段間要冷 卻良好。加強(qiáng)余熱的回收利用均可降低蒸汽消耗。中溫變換操作適宜的 汽 氣 比為 ， 經(jīng)中溫變換后氣體中的 汽 氣 比可達(dá) 15 以上 ， 不必再加蒸汽即可直接進(jìn) 行低溫變換。 九 、環(huán)境保護(hù)和對(duì)“三廢”的治理方案 三廢的處理 環(huán)境保護(hù)是我國(guó)的一項(xiàng)基本國(guó)策，它不僅是保護(hù)人類賴以生存的自然環(huán)境，而且也保護(hù)了人類自身。根據(jù)建設(shè)項(xiàng)目“三同時(shí)”（環(huán)保設(shè)施同時(shí)設(shè)計(jì)，同時(shí)施工，同時(shí)投產(chǎn)）的要求，必須對(duì)本工段產(chǎn)生的“三廢”（廢水，廢氣，廢渣）進(jìn)行必要的綜合治理。 （ 1）廢水處理 按照國(guó)家環(huán)境保護(hù)局 1992 年頒發(fā)的≤合成氨工業(yè)污水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)≥排放。 （ 2）廢氣處理 本工段嚴(yán)格來說不存在廢氣處理問題，但是難免存在 NH3的泄露，一旦出現(xiàn)就可能造成事故問題，所以，應(yīng)該引起重視，防止廢 氣的產(chǎn)生。 （ 3）廢渣處理 由于催化劑的中毒和衰老幾乎是無法避免的，所以就存在廢渣的處理問題。 噪聲處理 按照工業(yè)企業(yè)噪聲衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)（試行草案）的規(guī)定：工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)車間和作業(yè)場(chǎng)所的工作地點(diǎn)的噪聲標(biāo)準(zhǔn)為 85dB，現(xiàn)有工業(yè)企業(yè)經(jīng)過努力暫時(shí)達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)是，可適當(dāng)放寬，但不得超過 90dB。一般解決噪聲控制問題，首先應(yīng)從減少、減弱噪聲振動(dòng)源著手；其次，對(duì)已產(chǎn)生的噪聲振動(dòng)采取防治措施。具體防治措施如下。 （ 1）建筑布局 合理規(guī)劃和布局，將噪聲大的廠房用綠化帶與其他廠房隔開一定距離。 （ 2）采用消聲器 利用 消聲器使聲波在消聲器里經(jīng)過膨脹、摩擦、擴(kuò)散、反射、吸收等作用使聲能大大衰減。常用的有阻性消聲器，抗性消聲器，阻抗復(fù)合性消聲器。 （ 3）吸聲與隔聲 在廠房?jī)?nèi)表面裝置吸聲材料，或者在室內(nèi)懸掛空間吸聲體，吸收重慶工商大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 50kt/a 合成氨廠變換工段設(shè)計(jì) 第 29 頁(yè) （共 31 頁(yè)） 一部分聲音，另外在機(jī)器上用隔聲罩，或操作室采取隔聲門、墻、割斷聲音的傳播，也能收到一定的防治效果，壓縮機(jī)操作室一般采用這種方法。 十 、勞動(dòng)保護(hù)和安全生產(chǎn) 勞 動(dòng)保護(hù) 化工生產(chǎn)過程具有易燃、易爆、易中毒、高溫、高壓、有腐蝕等特點(diǎn)，因而必須高度重視勞動(dòng)安全保護(hù)，制定并采用完整可行的勞動(dòng)保護(hù)職工的人身安全和 健康，是職工能安心工作。 安全生產(chǎn) 化工生產(chǎn)中易出現(xiàn)安全事故問題，常見的安全事故有生產(chǎn)事故（生產(chǎn)過程中由于違反工藝規(guī)程、崗位操作規(guī)程或操作不當(dāng)?shù)仍斐稍稀氤善坊虺善窊p失的事故）、設(shè)備事故（生產(chǎn)過程中各種設(shè)備、儀表、管道、建筑物等由于各種因素造成損失或減產(chǎn)的事故）、工傷事故、火災(zāi)事故、爆炸事故、交通事故。造成事故的原因主要有勞動(dòng)組織不正確；工作制度不合理；人員分工不恰當(dāng)；工作地點(diǎn)、通道不良；設(shè)備、管線、裝置、電器儀表等平面布置圖不合理；違反工藝技術(shù)操作規(guī)程；操作人員的培訓(xùn)教育程度不夠，不能勝任工作。因此 ，為了安全生產(chǎn)，必須找到可能發(fā)生事故的隱患，給予高度重視，并制定相關(guān)的生產(chǎn)制度，嚴(yán)格執(zhí)行，力爭(zhēng)消除事故的發(fā)生。 某些氣體及可燃物蒸汽的爆炸極限 物質(zhì)名稱 爆炸極限 /% 物質(zhì)名稱 爆炸極限 /% 下限 上限 下限 上限 氫 甲烷 氨 汽油 一氧化碳 煤油 二硫化碳 乙酸 乙炔 硫化氫 甲醇 乙 醇 混合氣體爆炸極限 名稱 成分 爆炸極限 CO2 O2 CO H2 CH4 N2 下限 上限 水煤氣 半水煤氣 重慶工商大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 50kt/a 合成氨廠變換工段設(shè)計(jì) 第 30 頁(yè) （共 31 頁(yè)） 中小氮肥廠常見的有毒氣體在車間內(nèi)允許的最高濃度見下表： 車間空氣中有毒氣體的最高允許濃度 物質(zhì)名稱 一氧化碳 氨 硫化氫 甲醇 氧化氮（換算成NO2） 二硫化碳 最高允許濃度 /（ mg/m3） 30 30 10 50 5 10 保證車間有毒氣體不超標(biāo)的主要措施如下。 ① 消除跑冒滴漏，按無泄氨工廠標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)備和管道的管理，使泄露率降到 2‰以下，力爭(zhēng)達(dá)到萬分之五以下。 ② 加強(qiáng)車間內(nèi)通風(fēng)。 ③ 按照≤化肥生產(chǎn)安全技術(shù)規(guī)程≥的規(guī)定，定點(diǎn)、定期進(jìn)行塵毒檢測(cè)，有條件應(yīng)設(shè)置毒物自動(dòng)分析報(bào)警裝置，及時(shí)發(fā)現(xiàn)及時(shí)消除。 十一 、結(jié)論 經(jīng)過全面的研究和考察，年產(chǎn) 5 萬噸合成氨變換工段工藝設(shè)計(jì)在 技術(shù)上可行，在經(jīng)濟(jì)上合理。 重慶工商大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 50kt/a 合成氨廠變換工段設(shè)計(jì) 第 31 頁(yè) （共 31 頁(yè)） 參考文獻(xiàn) [1] 中國(guó)石化集團(tuán)上海工程有限公司編《化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》 [M].第 3 版上冊(cè) .化學(xué)工業(yè)出版社 .2020 年 [2] 陳五平主編 .《無機(jī)化工工藝學(xué) (一 )》 [M]合成氨 .第 2 版 .化學(xué)工業(yè)出版社 .1995年 05 月 [3] 劉鏡遠(yuǎn)主編 .《合成氨工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊(cè)》 [M].化學(xué)工業(yè)出版社 .2020 年 01 月第 1 版 [4] 姜圣階等編著 .《合成氨工學(xué)》 [M]第二卷 .合成氨原料氣的凈化 .石油化學(xué)工業(yè)出版社 .1976 年 03 月 第 1 版 [5] 姜圣階等編著 .《合成氨工學(xué)》 [M]第三卷 .石油化學(xué)工業(yè)出版社 .1977 年 12 月第1 版 [6] 大連工學(xué)院譯遍 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