◇科技论坛◇ 科技嚣向导 ２０１４年２６期 浅谈合成氨工艺 王兴旺 （平煤蓝天遂平化工厂河南遂平４６３１００） 【摘要】合成氨工业诞生于二十世纪初，其规模不断向大型化方向发展。德国化学家哈伯１９０９年提出了工业氨合成方法，即“循环法”，这 是目前工业普遍采用的直接合成法。合成氨反应式：Ｎ２＋３Ｈ２＝２ＮＨ３。合成氨的主要原料可分为固体原料、液体原料和气体原料。经过百年的 发展，合成氨技术趋于成熟，形成了各有特色的工艺流程，其工艺都是由三个基本部分组成，即：原料气制备过程、净化过程以及氨合成过程。 【关键词】合成氨；工艺流程；工艺原理；反应 本工段的主要任务是变换后气体中的ｃ０和Ｈ 反应，脱碳后气 造气以型煤或块煤为原料．采用间歇式固定层常压气化法．在高 体中的Ｃ０：和Ｈ：反应，以达到净化合成原料气，除去Ｃ０、ＣＯ ，即：＝ＣＨ３ＯＨ＋Ｑ，Ｃ０２＋３Ｈ２＝ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２０＋Ｑ。本反应是在铜基催化剂 温和ＤＣＳ操作系统控制下．交替与空气和过热蒸气反应．反应方程 ＣＯ＋２Ｈｚ体积缩小的化学反应。 式： 厉【：Ｃ＋Ｏ２＝Ｃ０２＋Ｑ，ＣＯｚ＋Ｃ＝２ＣＯ－Ｑ ２Ｃ＋０￣＝２Ｃ０＋Ｑ，２ＣＯ＋０２＝２Ｃ０２＋ 的作用下进行的可逆放热，７．水洗 Ｑ上下吹：Ｃ＋Ｈ２０（ｇ）＝ＣＯ＋Ｈ２－Ｑ Ｃ＋２｝ （曲：ＣＯ２＋２ＨｒＱ。 Ａ．吹风阶段 本工段的主要任务是将带醇气体中的醇除去．将合格的气体送往 吹风阶段的主要作用是产生热量．提高燃料温度 后工段，不会对后工段触媒有影响，班中勤巡查，注意泵的打液量。 Ｂ上吹（加氮）阶段。 工艺原理：醇后气由水洗塔下位．由下位往上进入水洗塔与上位 上吹阶段的主要作用是置换炉底空气．吸收热量．制造半水煤气， 喷淋下的水相遇，因为气体中醇和其它物质溶于水．所以水把气体中 同时加入部分氮气。 醇和易溶于水的物质洗掉 气体从水洗塔上位排出．而水从水洗塔下 ｃ．下吹阶段 位排出。 下吹阶段的主要作用是制取半水煤气．吸收热量．使上吹后上移 ８．甲烷化 的气化层下移。 主要任务：将压缩七段送来的气体进一步净化．达到工艺要求后 Ｄ．二上吹阶段 送往氨合成 二上吹阶段要作用是将炉底及进风管中煤气吹净并回收．确保生 工艺原理：ＣＯ＋３Ｈ２＝ＣＨ，＋Ｈ２０，ＣＯ￣＋４Ｈ２＝ＣＨ４＋２Ｈ２０ 产安全。 ９．氨合成 Ｅ．吹净阶段。 ． 氨合成工段中主要工艺参数的优化控制非常重要．直接影响到合 吹净阶段的主要作用是回收造气炉上层空间的煤气及补充适量 成氨的产量及消耗指标．控制方案以降低吨氨消耗为目标．控制参数 的氮气，以满足合成氨生产对氢氮比的要求。 为催化剂温度、惰性气体的含量、氨冷出口温度及氨冷器、冷交换器、 在生产中．一般均是多个造气炉组成一组．在多台造气炉同时投 氨分离器的三大液位 入运行时．为了保证造气炉进行吹风排序．也就是要实现吹风时间自 操作要点主要有以下几个方面： 寻优及动态跟踪 ９．１氢氮比调节 １．造气 ２．脱硫 氢氮比自调是合成控制中的难点．从造气到合成的滞后时间．开 原料中的硫化物对氨合成生产危害很大．我们化工厂的脱硫工段 满量时。我们化工厂用时４５分钟．正确认识从造气到合成整个流程中 采用的是湿法脱硫一栲胶脱硫，碱、栲胶、五氧化二矾组成脱硫液，栲 氢氮比演变规律是做好调节的基础．规律主要为两点：一是从造气到 胶脱硫是利用碱性栲胶水溶液从半水煤气中脱除Ｈ２ｓ。 合成塔人１：３基本为纯滞后．各点氢氮比测量曲线呈简单相似现象．并 反应原理如下： 含有一定的容量滞后．合成塔塔前塔后氢氮比信号呈微积分关系：二 Ｎａ２ＣＯ Ｈ２ｓ＝ ａＨＣＯ３＋ＮａＨＳ 是记录各测量点氢氮比偏差记录曲线．据此可发现演变规律．监视分 ２ＮａＨＳ＋４ＮａＶＯ￣Ｈ２Ｏ＝Ｎａ２Ｖ４０ ＮａＯＨ＋２Ｓ Ｎａ￣Ｖ，Ｏ￣－２栲胶 化态卜卜２Ｎａ０心ＮａｖＯ 栲胶（翅源态）ＮａＨＣＯ￣ ＮａＯＨ＝Ｎａ￣ＣＯ３＋Ｈ２ｏ 栲胶（还原态）＋０ 栲胶（氧化态）＋Ｈ ０ ３．变换 工艺原理：Ｃ０和Ｈ２０（ｇ）在催化剂的作用下反应生成Ｃ０ 和Ｈ：， 其反应方程式：ＣＯ＋Ｈ２０（ｇ）＝ｃＯ２＋Ｈ２＋Ｑ 工艺流程：从压缩二段的半水煤气人变换饱和塔底部，从上部出 来依次经过预腐器、热交换器、第一增湿器、中温变换炉上部，从中温 变换炉下段出来进入热交换器。然后进入第一低温变换炉、第二增湿 使回路的串级状态切换为副回路的自动状态。确保液位在安全值内。 ９．４新鲜气氨冷器液位控制 器、第二低温变换炉．然后进人第一水加热器、热水塔 第二水加热器、 在新鲜气氨冷器液位调节系统中．水位测量值与给定常数进行 水冷器．经气水分离器分离水后进入脱碳工段。 ＰＩＤ运算．运算结果调节氨冷液位调节阀开度．从而维持氨冷液位恒 ４．脱碳 ＣＯ 的脱除原理：变换后气体中的ＣＯ 的脱除采用的是变压吸附 定 氨分离器的液位控制、冷交换器的液位控制、废热锅炉的液位控 方法．即利用吸附剂对Ｈ 、ｃ０、ＣＯ 在不同分压下有不同的吸附容量， 制．这几个回路采用单回路控制。根据合成氨技术发展的情况分析．估计未来合成氨的基本生产原 并且在一定的吸附压力下Ｈ 、ｃ０、ｃ０ 这几种气体的混合物，吸附剂 其技术发展将会继续紧密围绕“降低生 有选择地吸附ｃＯ：。将ｃ０ 从变换气中有选择地吸附分离出来，在加 理将不会出现原则性的改变．产成本、提高运行周期。改善经济性”的基本目标，进一步集中在“大型 压下吸附，低压或真空的情况下解吸再生，达到分离ｃＯ：的目的。 化、低能耗、结构调整、清洁生产、长周期运行”等方面进行技术的研究 ５．精脱 而我们平煤蓝天遂平化工厂也将进一步推广合成氨技术，以取 脱硫原理：脱碳后气体中微量ＣＯＳ、ｃｓ：等有机硫在氧化锌脱磺ｅ罐 开发．上部水解生成Ｈ２Ｓ，即：ＣＳ２＋２Ｈ２Ｏ＝２Ｈ￣＋ＣＯ２，ＣＯＳ＋Ｈ￣Ｏ＝ＨｚＳ＋ＣＯ２，水解 得良好的经济效益、社会效益和环境效益。 后气体中的Ｈ ｓ与Ｚｎ０反应生成比较稳定的ＺｎＳ，即：ＺｎＯ＋Ｈ２Ｓ＝ＺｎＳ＋ Ｈ２０。 析调节效果．计算开表数据．以此数据二维查表控制阀门输出能够达 到较好的控制效果 ９．２合成塔内触媒层热点温度控制 合成塔各催化剂层热点温度的控制．是采用调节未反应的冷气体 加入量的方法来控制各段温度，由于反应温度比较容易稳定．所以一 般采用手动控制 ９－３循环气氨冷器出口温度和液位控制 为了更好地控制温度．我们采用了串级控制方案．以温度回路为 主回路，液位为副回路．为了保证液位，当液位超限时，切断串级回路， 【参考文献１ ［１］张子峰．合成氨生产技术，化学工业出版社，２００６ ６．粗醇 ｌ１５
