【正文】 能力的大小。 合成氨裝置各主要工序都需要用催化劑，從而大大簡化了流程，降低了成本。 第二、催化劑只加快反應速度，不改變反應平衡，也即不能改變最終的平衡狀態(tài)。 ? 催化劑有兩個基本特性： 第一、催化劑有選擇性 ? 對于不同的反應必須使用不同的催化劑，某種物質對某一反應式催化劑，對另一反應則可能毫無效用。因此，保持空分正常生產(chǎn)時保證合成氨裝置“安、穩(wěn)、長、伏、滿”運行的重要條件。因此，本裝置對于操作人員的管理水平和責任性，以及生產(chǎn)控制的自動化程度，都提出了更高的要求。 ? ，而不是過去那樣分或幾個多少互相獨立的車間或工段。 ? ，把工藝過程的余熱充分利用起來，產(chǎn)生中、低蒸汽，既提供了轉動設備所需要的動力，又作為工藝蒸汽和加熱介質。 ? 式壓縮機代替原來的往復式壓縮機，并用裝置內自產(chǎn)的蒸汽驅動透平。關鍵的設備基本上都是只有一臺。 另外，為合成氨主體裝置正常運行配套的空分、循環(huán)冷卻水、除鹽水、儀表空氣等公用工程設施，都未畫入合成氨裝置全流程方塊示意圖內。 以上所述工藝流程大體上可分為造氣、凈化和合成三個部分。未反應的氣體重新送回合成塔。 氫氮混合氣用合成氣壓縮機壓縮到（ G），送入合成塔進行合成氨反應。水蒸氣經(jīng)過冷凝排出，而 CH4對后續(xù)工序是無害的惰性氣體。溶液循環(huán)使用。這個反應叫做變換反應。出轉化爐的焦爐氣中殘余的 CH4已經(jīng)很少了。 ? 壓力 （ G）焦爐氣送入轉化工序，先進入飽和塔被工藝水飽和增濕，然后經(jīng)加熱爐，再進入轉化爐，在此引入來自空分的氧氣。 本裝置原料焦爐氣的主要成分 （ 1）組成 項目 H2 CO2 CmHn O2 N2 CH4 CO Ar 組成 微 量 （ 2）雜質（焦爐氣雜質較多） 項目 H2S NH3 粗苯 焦油 +塵 萘 HCN 有機 硫 總硫 含量(mg/Nm3) 1000 100 4000 156 300 500 500 1500 ? 五、本裝置生產(chǎn)規(guī)模（設計值） ? 合成氨產(chǎn)能 12萬噸 /年 （日產(chǎn)量 ） ? 年操作時間 333天 ? 年操作時數(shù) 8000小時 （小時產(chǎn)量 15噸） 第二節(jié) ? 本裝置合成氨工藝全流程、裝置特點和催化劑知識簡介 ? 一、 本裝置合成氨工藝全流程方塊示意圖如下： ? 說明： ? 來自焦化裝置的焦爐氣送入合成氨裝置界區(qū)后，首先經(jīng)過電捕焦油器和脫硫工序，脫除焦爐氣中的焦油、塵及硫化物后，送至轉化工序。 ? 如煤的干餾，得到焦炭、煤焦油、焦爐氣、粗氨水和粗苯等，因此，干餾是一個伴隨物理變化和化學變化的復雜過程。 四、 以焦爐氣為原料制氨 焦爐氣定義：焦爐氣是在煤煉焦過程中進行干餾所產(chǎn)生的煤氣。 ? 所以，氨是基本化工的產(chǎn)品之一，在國民經(jīng)濟中占有十分重要的地位。硝酸用來制造氮肥，也是生產(chǎn)炸藥、染料等產(chǎn)品的化工原料。 ? 氨不僅對發(fā)展農(nóng)業(yè)有著重要的意義，而且也是重要的工業(yè)原料，廣泛用于制藥、煉油、合成纖維、合成樹脂等工業(yè)部門。 ? 氨的用途 ? 氨主要用于農(nóng)業(yè)。 氨是活潑性化合物，與酸作用生成鹽類。 氨的自燃點 630℃ ，在空氣中燃燒分解為氮和水。氨的水溶液呈弱堿性，易揮發(fā)。 氨的密度為 ，液氨的比重（ 20℃ ），液氨揮發(fā)性很強、氣化熱較大。所以，合成氨工業(yè)的發(fā)展史迄今將近100年。 哈伯完成了合成氨的基礎研發(fā)工作，布什實現(xiàn)了合成氨的工業(yè)化。哈伯的這一著名的“循環(huán)法”專利一直被應用到現(xiàn)今的合成氨廠。合成氨生產(chǎn)工藝及其試車和開車 吳云龍 2023年 3月 講課內容目錄 第一部分 合成氨生產(chǎn)工藝流程和操作原理簡介 第二部分 合成氨裝置化工試車 第三部分 合成氨裝置原始開車 第一部分 合成氨生產(chǎn)工藝流程和操作原理簡介 第一節(jié) 概 述 一、 氨的生產(chǎn)簡史 世界上第一個研究成功合成氨技術的科學家是德國巴斯夫荷技術大學的哈伯教授，他在1901年開始研究氫與氮直接合成氨的研究，1908年在實驗室研究取得成功。 哈伯經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)：氨的合成轉化率非常小，只有把高壓的氣體進行循環(huán)并將生成的氨在高壓下除去，氨合成的技術方法是可行的。 德國的巴斯夫（ BASF）公司對哈伯的氨合成研究很感興趣，購買了哈伯的專利，并授予布什偉氨合成工業(yè)化項目的負責人。兩人密切合作，1913年 9月 9日世界上第一座工業(yè)化的合成氨工廠在德國建成投產(chǎn)，氨廠的生產(chǎn)能力為30t/d。 二、 氨的性質和用途 氨的性質 氨為無色透明、有強烈刺激臭味的氣體，能灼傷皮膚、眼睛、呼吸器官粘膜。 氨極易溶于水，可生產(chǎn)含氨 15～ 30%（重量）的商品氨水，氨溶解時放出大量的熱。 液氨或干燥的氨氣對大部分物質沒有腐蝕性，但在有水的條件下，對銅、銀、鋅等金屬有腐蝕作用。氨與空氣遇火能爆炸，在常壓常溫下氨的爆炸范圍為 ～ 28%，或 ～82%（在氧氣中）。例如，氨與硝酸作用生成硝酸銨，與二氧化碳作用生成氨基甲酸銨，然后脫水生成尿素。除氨本身就可作為化肥外，幾乎所有的氮肥、復合肥料都離不開氨。 ? 將氨硝化可制成硝酸。 ? 液氨是常用的冷凍劑。 三、 合成氨的生產(chǎn)過程 ? 包括三個主要步驟 ⑴造氣 ⑵凈化 ⑶合成 ? 氨合成化學反應式： 3H2+N2 = 2NH3 無論以煤、天然氣、輕油等為原料，制備的粗合成氣都必須要經(jīng)過凈化，除去 H N2外的其他雜質氣體，獲得純凈的氫氮混合氣。 ? 干 餾：在隔絕空氣的條件下，將煤、木材、油母頁巖等固體加熱至高溫，使其分解的過程，叫做干餾。是固體燃料的熱化學加工方法。在這過程中，焦爐氣用焦爐氣壓縮機壓縮 （ G）。氧氣在爐內燃燒掉一部分 CH4，放出熱量供轉化反應。 接下去的中溫變換和低溫變換（簡稱中變和低變），各自在不同的溫度下使氣體中的CO與水蒸氣反應，生成等量的 CO2和 H2,從而提供了更多的作為合成氨原料的氫氣。 以上轉化工序和變換工序構成了合成氨裝置的造氣系統(tǒng)，制出了合成氨所用的粗原料氣，主要成分是 H2和 CO2 粗原料氣進入脫碳工序，在這里用一種MDEA溶液把氣體中的 CO2吸收掉，隨后又使溶液加熱并減壓，把 CO2釋放出作為副產(chǎn)品。 來自脫碳的工藝氣，首先按氫氮比約為 3： 1配入來自空分的氮氣，然后進入甲烷化工序，把工藝氣中殘余的少量 CO2和 CO經(jīng)甲烷化反應變成水蒸氣和 CH4。 脫碳和甲烷化合稱凈化，即把粗原料氣凈化為合成氨所需要的純凈的氫氮混合氣。由于氣體一次通過合成塔后只能有 10～ 20%的氫氮氣反應，因此需要將出塔氣冷卻，使產(chǎn)品氨冷凝分離出。 為提供分離產(chǎn)品氨所需要的冷源，專門設有冷凍工序，以氨作為冷凍介質循環(huán)使用。此外，但凡有生產(chǎn)余熱可利用之處，都安排有熱回收設備，構成了全廠的熱回收系統(tǒng)，穿插于各個工藝工序之內。 ? 二、本裝置的特點 ? 。這樣就節(jié)省了投資，簡化了操作。這樣的機組輸氣量大、易損部件少、運行周期長，又降低了合成氨能耗。這樣有利于降低合成氨成本。任何一個局部工序的變化都會影響到全局，再加上關鍵設備系單系列的，某一個工序的事故均有可能導致全廠停車。 ? ，本裝置所需的氧氣、氮氣、儀表空氣等都需要由空分提供。 三、催化劑知識簡介 ? 催化劑又稱：觸媒，它可以加速某一化學反應，而在反應前后數(shù)量無變化，性質也不改變。因此不存在一類“萬用”催化劑。這是因為，凡是能加速某一反應的催化劑，也都能加速其逆反應。 催化劑存在下進行的化學反應叫催化反應。 ? 催化劑的作用表現(xiàn)在使反應的活性能降低，從而使反應速度加快。 (3)機械強度 催化劑應具有較高的機械強度，也就是催化劑的抗破裂能力好。 (5)活性溫度和抗熱性 催化劑應在活性溫度范圍內保持在較低的溫度下操作，這對于延長催化劑壽命是有利的。 ? (7)化學組分 ? 催化劑的化學組成是決定其化學活性的首要條件。 ? 助催化劑（又叫活性劑、促進劑） ——可提高活性組分的能力，改善其性質（抗熱性、抗毒性等）的組分。 ? 為此，用戶首先要根據(jù)設計資料和催化劑產(chǎn)品使用說明書編寫“裝填方案”，然后裝填人員要嚴格和認真按照“裝填方案”實施催化劑裝填。所以合成氨裝置開車時，大部分催化劑需要活化，使其由穩(wěn)定狀態(tài)變?yōu)榛罨癄顟B(tài)。 ? 催化劑的活化可看作是制備催化劑的最后一道工序。 不同的催化劑的活化程序是不相同的。 ? （ 3）催化劑的卸出與鈍化 ? 催化劑使用過程中，根據(jù)操作管理情況，或遲或早需要更換。 ? 催化劑卸出的另一種方法是，將催化劑床層溫度冷卻到 50℃ 以下在氮氣保護之下直接將活化態(tài)催化劑卸出，同時應準備好冷激水降溫。 ? 二、脫硫方法 ? 工業(yè)上脫硫工藝主要分為兩大類：濕法脫硫和干法脫硫。吸收劑一般為有機溶劑，如甲醇、碳酸丙烯脂等。 B、優(yōu)缺點 優(yōu)點：反應速度快，凈化度高，工藝操作 彈性大，能直接回收硫磺，脫硫液再生后能 循環(huán)使用。 （ 2）優(yōu)缺點 優(yōu)點：既能脫除無機硫，又能脫除有機硫，凈化度高，操作簡單可靠。 ? 三、本裝置脫硫方法 本裝置由于原料焦爐氣中硫含量較高（ H2S：1000mg/Nm有機硫 500mg/Nm3），脫硫精度要求達到：總硫 ≤，針對這樣的情況，設計的本裝置脫硫方法為先采用 ADA＋PDS法的濕法脫硫，在采用干法脫硫。 （一） ADA＋ PDS濕法脫硫 ? 目的 通過 ADA＋ PDS濕法脫硫，焦爐氣中H2S含量可降到 20 mg/Nm3，同時可脫除部分有機硫、焦油、和 HCN。 ? 脫硫溶液的組份 （ 1）主要組份： ADA、 Na2CO3 （ 2）其它組份： PDS、 NaVO3 、 NaKC4H4O6 組份名稱 組份分子式 作 用 ADA 蒽醌二磺酸鈉的英文縮寫 ADA在脫硫液中是作為氧的載體，它的作用是將四價釩氧化為五價釩 PDS 雙核酞菁鈷磺酸鹽 催化劑 能有效的脫除部分有機硫使生成的硫磺顆粒變大，便于分離。保持溶液的一定堿度，有利于吸收硫化氫，提高脫硫效率?？蓮娀摿蚬に?，提高脫硫液硫容量。 ? 濕法脫硫的反應原理 （ 1）脫硫塔 Na2CO3+H2S→NaHS+NaHCO3 2NaHS+4NaVO3+H2O→Na2V4O9+4NaOH +2S↓ Na2V4O9+ 2ADA+2NaOH+H2O→4NaVO3+ 2ADA 焦釩酸鈉（還原態(tài)） 氧化態(tài) 偏釩酸鈉 還原態(tài) ? （ 2）噴射氧化再生槽 2ADA + O2 → 2ADA + 2H2O 還原態(tài) 氧化態(tài) ? ? （ 1）焦爐氣流程 ? 焦爐氣 電捕焦油器 氣柜 焦爐氣壓縮機一級缸 氧化鐵脫硫槽 焦爐氣壓縮機二級缸 三級缸 四級缸 干法脫硫裝置 ? （ 2）脫硫溶液流程 ? 空氣 脫硫塔底出口溶