合成氨的工艺流程模板.doc

目 录摘要：3ABSTRACT41概述51.1合成氨工艺步骤71.1.1原料气制备71.1.2净化81.1.3氨合成92.氮氢比控制122.1控制方法122.1.1优异控制122.1.2优化控制132.2氮氢比控制方案设计132.2.1基于优异控制算法氮氢比控制132.2.2基于优异控制软件包氮氢比控制142.2.3基于优化常规过程控制（PID）氮氢比控制142.3氢氮比控制方案比较152.4推荐合成氨装置氢氮比优化控制设计方案163温度173.1反应速度173.2对温度控制173.3多段冷激式氨合成塔温度优异控制184.压强205.催化剂215.1催化剂在还原前化学组成及其作用215.2催化剂还原和钝化215.2.1催化剂预还原215.2.2催化剂还原和钝化215.3催化剂中毒和衰老226合成氨危险分析236.1环境风险识别236.1.1化学品风险识别236.1.2生产工艺和设施风险识别236.1.3重大危险源识别246.2风险防范方法及应急预案246.2.1降低事故发生概率246.2.2减小事故污染排放量247合成氨工艺中设备改善方案267.1改造变换炉267.2改善合成塔内件267.3改善铜塔内部结构267.4改造铜液再生器277.5改造洗气塔277.6增设降温清洗三用塔288合成氨装置腐蚀和防护298.1碳钢-液氨体系298.2奥氏体不锈钢-氯离子体系308.3氢腐蚀318.二氧化碳腐蚀329、结论339.1 安全管理339.2 合成氨技术未来发展趋势34参考文件37谢辞38综述39摘要：氨是关键无机化工原料，也是化肥工业和有机化工关键原料，在国民经济中占相关键地位。合成氨工业工艺复杂，合成过程中会产生多个氮氢化物。怎样控制氮氢之比，使生成氨气最大化，是合成氨工艺分析关键任务。其中合理使用催化剂和控制温度也是使氨气最大化关键方法。另外，在合成过程中会产生多个有害物质，怎样控制有害物质，使有害物质尽可能转化为无害物质也是合成氨关键任务之一。关键词:合成氨 ；氮氢比 ；优化控制 ； 安全防护ABSTRACTAmmonia is an important inorganic chemical raw materials, chemical industry and organic chemical is the main raw material, plays an important role in the national economy. Complex industrial process ammonia synthesis process will produce a variety of nitrogen hydride. How to control the ratio of hydrogen and nitrogen to ammonia generated to maximize the process of synthetic ammonia is the main task. Rational use of them and control the temperature of the catalyst is the main measures to maximize ammonia. In addition, in the synthesis process will produce a variety of hazardous substances, how to control hazardous substances, so that harmful substances into harmless substances as possible is one of the main tasks of synthetic ammonia.KEY WORDSAmmonia；Ratio of hydrogen and nitrogen；Optimal control；Safety合成氨工业关键工艺分析及安防设计1概述氨是关键无机化工产品之一，在国民经济中占相关键地位。农业上使用氮肥，除氨水外，诸如尿素、硝酸铵、磷酸铵、氯化铵和多种含氮复合肥全部是以氨为原料生产。合成氨是大宗化工产品之一，世界每十二个月合成氨产量已达成1亿吨以上，其中约有80%氨用来生产化学肥料，20%作为其它化工产品原料。从氨可加工成硝酸，现代化学工业中，常将硝酸生产归属于合成氨工业范围。合成氨工业在20世纪早期形成，开始用氨作火炸药工业原料，为战争服务;第一次世界大战结束后,转向为农业、工业服务。伴随科学技术发展，对氨需要量日益增加。50年代后氨原料组成发生重大改变，近30年来合成氨工业发展很快。 中国合成氨工业发展情况，解放前中国只有两家规模不大合成氨厂，解放后合成氨工业有了快速发展。1949年全国氮肥产量仅0.6万吨，而1982年达成1021.9万吨，成为世界上产量最高国家之一。近几年来，中国引进了一批年产30万吨氮肥大型化肥厂设备。中国自行设计和建造上海吴泾化工厂也是年产30万吨氮肥大型化肥厂。这些化肥厂以天然气、石油、炼油气等为原料，生产中能量损耗低、产量高，技术和设备全部很优异。 世界合成氨工业概况生产能力和产量。合成氨是化学工业中产量很大化工产品。1982年，世界合成氨生产能力为125Mt氨,但因原料供给、市场需求改变，合成氨产量远比生产能力要低。多年，合成氨产量以苏联、中国、美国、印度等十国最高，占世界总产量二分之一以上(表1)。消费和用途。合成氨关键消费部门为化肥工业，用于其它领域（关键是高分子化工、火炸药工业等）非化肥用氨，统称为工业用氨。现在,合成氨年总消费量(以N计)约为78.2Mt，其中工业用氨量约为10Mt，约占总氨消费量12。原料。合成氨关键原料有天然气、石脑油、重质油和煤等。1981年，世界以天然气制氨百分比约占71,苏联为92.2、美国为96、荷兰为100；中国仍以煤、焦炭为关键原料制氨,天然气制氨仅占20%。70年代原油涨价后，部分采取石脑油为原料合成氨老厂改用天然气，新建厂绝大部分采取天然气作原料。生产方法。生产合成氨方法关键区分在原料气制造，其中最广泛采取为蒸汽转化法和部分氧化法。表1 世界合成氨关键生产国产量（kt）国家1981年1982年国家1981年1982年苏联中国美国印度加拿大法国178901483317300357026502710177601546314060399025002300英国日本荷兰联 邦德 国世 界合 计216022302200239011007020901900107950据国际肥料工业协会（IFA）在第77届年会上公布“全球肥料和原材料供需展望”汇报估量，全球合成氨产能将由1.809亿t增加至2.178亿t。全球合成氨产量为1.528亿，比降低了1。中国、澳大利亚、欧洲、俄罗斯和多巴哥、印度、沙特等国均因为市场需求疲软而降低，伊朗、加拿大、印度尼西亚、墨西哥等需求继续增加。全球合成氨产能比 增加500万t，关键来自中国、非洲、西亚等地域。到全球将有55套大型合成氨装置投产，新增装置将使全球合成氨产能增加2400万t，其中有1300万t来自合成氨设备升级改造，其它来自55套新建装置。原料结构方面，新增2400万t合成氨中将有73以天燃气为原料，27以煤炭为原料，剩下为石脑油或炼油副产品。该调查数据已经排除了部分不能投产或受多种原因影响延缓产能。产能增加关键来自东亚（1350万t）、西亚（750万t）、非洲（450万t）、而欧洲和大洋洲将保持平稳。据悉，全球新建合成氨装置中有三分之一来自中国，其它来自阿尔及利亚、特立尼亚、委内瑞拉、沙特、巴基斯坦印度等国家。所以分析合成氨工艺过程和安全防护是一件很严峻课题。合成氨指由氮和氢在高温高压和催化剂存在下直接合成氨。别名氨气，分子式为NH3，英文名：synthetic ammonia。世界上氨除少许从焦炉气中回收外，绝大部分是合成氨。11.1合成氨工艺步骤1.1.1原料气制备 合成氨关键用于制造氮肥和复合肥料。氨作为工业原料和氨化饲料，用量约占世界产量12。硝酸、多种含氮无机盐及有机中间体、磺胺药、聚氨酯、聚酰胺纤维和丁腈橡胶等全部需直接以氨为原料生产。液氨常见作制冷剂。将煤和天然气等原料制成含氢和氮粗原料气。对于固体原料煤和焦炭，通常采取气化方法制取合成气；渣油可采取非催化部分氧化方法取得合成气；对气态烃类和石脑油，工业中利用二段蒸汽转化法制取合成气。21.1.2净化 对粗原料气进行净化处理，除去氢气和氮气以外杂质，关键包含变换过程、脱硫脱碳过程和气体精制过程。 一氧化碳变换过程在合成氨生产中，多种方法制取原料气全部含有CO，其体积分数通常为12%40%。合成氨需要两种组分是H2和N2，所以需要除去合成气中CO。变换反应以下：CO+H2OH2+CO2 H =-41.2kJ/mol 因为CO变换过程是强放热过程，必需分段进行以利于回收反应热，并控制变换段出口残余CO含量。第一步是高温变换，使大部分CO转变为CO2和H2；第二步是低温变换，将CO含量降至0.3%左右。所以，CO变换反应既是原料气制造继续，又是净化过程，为后续脱碳过程发明条件。3 脱硫脱碳过程多种原料制取粗原料气，全部含有部分硫和碳氧化物，为了预防合成氨生产过程催化剂中毒，必需在氨合成工序前加以脱除，以天然气为原料蒸汽转化法，第一道工序是脱硫，用以保护转化催化剂，以重油和煤为原料部分氧化法，依据一氧化碳变换是否采取耐硫催化剂而确定脱硫位置。工业脱硫方法种类很多，通常是采取物理或化学吸收方法，常见有低温甲醇洗法(Rectisol)、聚乙二醇二甲醚法(Selexol)等。粗原料气经CO变换以后，变换气中除H2外，还有CO2、CO和CH4等组分，其中以CO2含量最多。CO2既是氨合成催化剂毒物，又是制造尿素、碳酸氢铵等氮肥关键原料。所以变换气中CO2脱除必需兼顾这两方面要求。通常采取溶液吸收法脱除CO2。依据吸收剂性能不一样，可分为两大类。一类是物理吸收法，如低温甲醇洗法(Rectisol)，聚乙二醇二甲醚法(Selexol)，碳酸丙烯酯法。一类是化学吸收法，如热钾碱法，低热耗本菲尔法，活化MDEA法，MEA法等。 气体精制过程经CO变换和CO2脱除后原料气中尚含有少许残余CO和CO2。为了预防对氨合成催化剂毒害，要求CO和CO2总含量不得大于10cm3/m3(体积分数)。所以，原料气在进入合成工序前，必需进行原料气最终净化，即精制过程。现在在工业生产中，最终净化方法分为深冷分离法和甲烷化法。深冷分离法关键是液氮洗法，是在深度冷冻(-100)条件下用液氮吸收分离少许CO，而且也能脱除甲烷和大部分氩，这么能够取得只含有惰性气体100cm3/m3以下氢氮混合气，深冷净化法通常和空分和低温甲醇洗结合。甲烷化法是在催化剂存在下使少许CO、CO2和H2反应生成CH4和H2O一个净化工艺，要求入口原料气中碳氧化物含量(体积分数)通常应小于0.7%。甲烷化法能够将气体中碳氧化物(CO+CO2)含量脱除到10cm3/m3以下，不过需要消耗有效成份H2，而且增加了惰性气体CH4含量。甲烷化反应以下：4CO+3H2CH4+H2O H =-206.2kJ/mol CO2+4H2CH4+2H2O H =-165.1kJ/mol 1.1.3氨合成6将纯净氢、氮混合气压缩到高压，在催化剂作用下合成氨。氨合成是提供液氨产品工序，是整个合成氨生产过程关键部分。氨合成反应在较高压力和催化剂存在条件下进行，因为反应后气体中氨含量不高，通常只有10%20%，故采取未反应氢氮气循环步骤。氨合成反应式以下：N2+3H22NH3(g) H =-92.4kJ/mol 伴随合成氨工业不停发展，对合成氨工艺要求也越来越高。但现在世界合成氨工业有很多方面还不成熟，气体利用效率也不是太高，在生产过程中除了会产生多个有毒气体外，合成氨转化率也不是太高，还能使催化剂中毒，设配老化。同时在世界各国呼吁保护环境，保护地球，保护我们共同家园前提下，使环境不受污染也是一项研究必不可少一个步骤。鉴于以上原因，研究出一套合理合成氨工业方案迫在眉睫。在这里我们从多个方面来研究：首先，我们从氨转化率来看，要使氮氢向氨气方向转化，就要增加气体量，因为反应是放热反应，还要升高温度，但又不能太高，假如温度太高，首先会使催化剂失去活性，其次会使设配性能发生改变。同时增大压力也会使气体转化率提升。合成氨基础理论：一、 合成氨基础特点3H2+N2=2NH3+Q（1） 是可逆反应。即在氢气和氮气合成生成氨气同时，氨也分解生成氢气和氮气。（2） 是放热反应。在生成氨同时放出热量，反应热和温度、压力相关。（3） 是体积缩小反应。（4） 反应需要有催化剂才能较快进行。二、 氨合成反应化学平衡（1） 平衡常数：降温、加压平衡常数增大。（2） 平衡氨含量反应达成平衡时氨在混合气体中百分含量，称为平衡氨含量，或氨平衡产率。氢氮混合气体所含甲烷和氩等不参与氨合成反应气体成份，称为惰性气体。提升平衡氨含量方法为降低温度，提升压力，保持氢氮比等于3，并降低惰性气体含量。三、 氨合成动力学反应机理在催化剂作用下，氢和氮生成反应是一个多相气体催化反应。由以下多个步骤所组成：（1） 气体反应物扩散到催化剂外表面；（2） 反应物自催化剂外表面扩散到毛细孔内表面；（3） 气体被催化剂表面（关键是内表面）活性吸附（和一般吸附区分在于有化学力参与在内，并放出热量）；（4） 吸附状态气体在催化剂表面上起化学反应，生成产物；（5） 产物自催化剂表面解吸；（6） 解吸后产物从催化剂毛细孔向外表面扩散；（7） 产物由催化剂外表面扩散至气相主流。以上七个步骤中，（1）、（7）为外扩散过程；（2）、（6）为内扩散过程；（3）、（4）和（5）总称为化学动力学过程。N2（气相）N2（吸附）2NH（吸附）2NH2(吸附）2NH3（吸附）2NH3(气相)气相中H2气相中H2气相中H2脱 吸氨气转化率实际上就是氮氢比控制问题，现在，中国以天然气为原料大型装置采取是Kellogg传统蒸汽转化合成氨工艺大约占50；在此工艺中氮氢比调整大全部由DCS实现，因为该控制回路基础单元未能脱离常规PID控制算法，同时常规PID控制算法也不能实现参数自整定；故不能立即将工况控制在最好状态，有时反而造成系统波动，不得不将回路切到手动，造成现在氢氮比自控投用率极低；进而影响合成氨装置稳定和产量。2.氮氢比控制 氮氢比是Kellogg工艺合成氨装置最为关键参数之一，保持其一直处于最好状态是提升合成氨产量有效方法。 氨合成反应式为N2+3H22NH3+Q，其特点是反应放热，体积缩小，反应可逆。 从氨合成催化剂活性角度分析进塔气最适宜氮氢比在2.5左右；而从平衡角度则以3为最高，所以氮氢比在2.53范围内最有利于氨合成，正常最好氮氢比为2.72.8。低于2.5或大于3.5会使合成塔床层温度下降，若连续时间较长，可能造成床层温度失控。 现在，中国多数Kellogg传统蒸汽转化工艺合成氨装置氮氢比控制由DCS常规PID控制算法实现，在波动较大、干扰较强、大时滞情况下，PID参数不适应此情况。同时常规PID控制算法也不能实现参数自整定，故不能立即将工况控制在最好状态，有时反而造成系统波动，不得不将回路切到手动，造成现在氮氢比自控投用率极低。而操作工手动调整氮氢比一次要1040min才能反应出调整效果，多个周期下来，就会使系统长时间处于非优化控制状态，从而影响合成氨稳定和产量。52.1控制方法2.1.1优异控制优异控制是对那些不一样于常规控制，并含有比常规PID控制愈加好控制效果策略统称，而非专指某种计算机控制算法。经过实施优异控制，能够改善过程动态控制性能、降低过程变量波动幅度；使之更能靠近其优化目标值，从而使生产装置在靠近其约束边界条件下运行，最终达成增强装置运行稳定性和安全性、确保产品质量均匀性、提升目标产品收率、增加装置处理量、降低运行成本、降低环境污染。2.1.2优化控制优化控制技术是一门针对过程控制实用技术，优化控制技术只有投入到实际应用中并显示出很好控制效果才能真正表现出优化控制技术意义。优化控制和优异控制完成目标是一致，优异控制较优化控制层次高。优化控制是在DCS单回路控制基础之上，利用DCS内部现有功效块构建出一个优化控制回路，协调控制多个关键参数；适应负荷大范围波动。优化控制实施成本较低，能够为实施优异控制打下基础。2.2氮氢比控制方案设计 2.2.1基于优异控制算法氮氢比控制 y(k+1)-y(k)= （k）Tu(k)-u(k-1) (1)公式（1）是黑龙江大学韩志刚教授提出无模型优异控制算法所依靠“泛模型”公式。“泛模型”含义是期望其能描述全部或绝大多数控制对象行为和特征。式中y、u是向量，y是系统输出，u是系统输入，是时变增益参数。公式（2）是依据“泛模型”公式（1）推导出来适适用于氢氮比控制无模型优异控制算法公式。式中y、u是向量，y（k）是系统输出，u（k）是系统输入，（k）是时变增益参数，是正参数，k是人为可调整参数， （k）是（k）估量值。 氮氢比无模型优异控制算法是由基于公式（1）泛模型对特征参量（k）辨识算法和公式（2）基础控制算法在线交互进行二组成。当经过辨识到（k）值以后，即能够应用公式（2）基础控制算法对系统进行反馈控制，控制结果将得到一组新观察数据，在已经有数据中添加这一组新数据，再对（k+1）进行辨识如此继续下去就可实现辨识和控制一体化。2.2.2基于优异控制软件包氮氢比控制伴伴随估计启发式控制、模型算法控制、动态矩阵控制在工业过程控制中大量实际利用，出现了很多非参数模型预估控制工程化软件包。经过模型辨识、优化算法、控制结构分析、参数整定和相关稳定性和鲁棒性等一系列研究，基于非参数模型预估控制工程化软件包成为现在过程中应用最成功，也最含有前途优异控制策略。13国外很多著名软件企业推出了基于非参数模型预估控制多变量约束协调控制软件包，如Stpoin IncSMAC及其关键软件IDCOM-M。上述控制软件包均可实现氢氮比控制，但购置控制软件包费用昂贵，对使用方技术人员素质要求高，同时对使用方技术人员而言实施控制过程为“黑箱”，伴随工艺改变需要软件企业技术支持，服用费用较高。2.2.3基于优化常规过程控制（PID）氮氢比控制基于优化常规过程控制（PID）氮氢比控制设计思绪，是利用DCS内部现有工程功效块构建出优化控制回路。C回路基于优化常规过程控制（PID）氮氢比内部复杂控制是一套含有较强自适应能力、抗干扰能力和客服大时滞现象“前馈-比值-三串级”调整系统。控制系统以水碳控制系统总碳流量FX0204 作为该系统前馈信号，由合成气调整器AIC411、新鲜气调整器AIC410和工艺空气流量调整器组成三串级调整系统，对进入二段炉（）工艺空气流量进行控制；以此来调整新鲜气和合成气。2.3氢氮比控制方案比较上述三种氢氮比控制方案设计思绪不一样，控制目标相同，不一样之处以下：表2 三种氢氮比控制比较设计方案基于优异控制算法氢氮比控制基于优异控制软件氢氮比控制基于优化常规过程控制（PID）氮氢比控制 A企业B企业企业设计成本（万元）外设成本（万元）无优点基于过程数学控制；适适用于大滞后多变量；适适用于常规控制无法满足要求复杂控制和基于工艺原理模型顶估；能够实现控制目标基于非参数模型预估控制工程化软件包是现在过程控制中应用最成功优异策略；经验丰富，技术实力雄厚；能够实现控制目标实现简单无模型单回路技术人员较轻易了解，实施有把握；投资少可充足利用C企业技术人员可自行维护控制缺点数学方法过于复杂，关键算法掌握在开发商手里，企业职员无人掌握该关键内容；系统维护和调整十分被动，在工况发生改变情况下只能靠源源不停投资进行调整；投资较大。控制过程对企业技术人员基础是“黑箱”；维护基础需要软件开发企业支持；适适用于大型炼油化工装置系统优化；投资大。各控制之间参数计算和系统各串级回路参数计算复杂。2.4推荐合成氨装置氢氮比优化控制设计方案优化控制和优异控制完成目标是一致，但优异控制较优化控制层次高，她是借助计算机飞速发展，经过计算机高速计算能力，利用现代控制理论，用数学模型模拟出装置特点，估计出整个装置各个参数关联改变，统一协调优化整个系统。但单回路控制水平较高，单回路调整要求灵敏正确，全部投在自动状态，装置在高负荷状态下运行，经过传统控制手段已无法提升生产能力、节能降耗，所以必需借助于优异控制。8比较而言，优化控制更适合现在装置运行水平，适合负荷大范围波动，能够协调控制多个关键参数；实施成本较低，而且为最终实施优异控制打下基础。3温度3.1反应速度 反应速度随温度升高显著加紧，将某种催化剂在一定成产条件下含有最高生产率温度称为最适宜温度，最适宜温度和空间速度、压力等相关。经生产实践得出氨合成操作温度控制在470520度较为适宜。1480604020 3.2对温度控制 对合成氨温度控制实际上是对氨合成塔温度控制。在中国，中小型合成氨装置占绝大多数，但装置自动化程度很低。关键原因是：过去爱优异控制软件售价昂贵，中国中小型企业负担不起，中小型装置硬件水平低，设备和仪表缺乏维护和保养，可靠性差，生产不稳定，增加了自动化控制软件投运难度。 连续冷管换热式氨合成塔因为全塔只有一个热点，不存在段间耦合，控制复杂度较小，所以有部分这类氨合成塔温度实现了自动控制，其控制方案关键有：串级PD控制、前馈反馈控制、分程控制和增益调度控制等。但这些控制方案难以推广到多段冷激式氨合成塔上，关键原因在于：氨合成塔温度控制回路是一个大惯性、大纯滞后系统，PD控制器在这类系统中应用效果不佳。没有考虑多段冷激式氨合成塔内部各段温度之间耦合作用。对氨合成塔床层温度影响原因考虑不够全方面。3.3多段冷激式氨合成塔温度优异控制 依据多段冷激式氨合成塔 工艺特点，设计全塔温度优异控制方案：9 阶梯式广义估计控制器对于大惯性、大纯滞后、强干扰工业过程对象应用效果好。使用它替换PD控制器，在氨合成塔床层温度控制上会取得良好控制效果。充足考虑四段床层温度之间耦合作用，将每段热点温度作为下一段热点温度控制回路前馈。一段床层温度是全塔温度控制关键，采取选择控制方案，对冷副热气阀、冷副冷气阀、循环近路阀分别设计GPC（generalized predictive control）控制器，选择按控制次序要求判定并选择目前控制器和控制阀。充足考虑影响合成塔床层温度外部原因，分析她们对各段温度影响强弱，对一段温度引入操作压力、入塔气体温度、循环氢、氨冷温度前馈，消除这些原因对床层温度影响，稳定一段温度，在一段温度稳定前提下，二、三、四段只需引入操作压力和循环前馈，确保床层温度能够应对负荷大幅度加量或减量即可。四段冷激式氨合成塔温度优异控制方案图3所表示：图3 四段冷激式氨合成塔温度优异控制方案4.压强对于一个反应前后系数不相等化学反应来说，压力在整个反应过程中起着很关键作用。合成氨反应是一个气体体积缩小反应，在反应过程中，依据化学平衡基础规律，增加反应物量能使气体向气体体积缩小方向移动，使生成物量加大。因为压缩机型式、操作压力、氨分离析冷凝级数、热能回收形式和各部分相对位置差异，氨合成工艺步骤也不相同。操作压力在600-1000 MPa称高压法，在20-40MPa称中压法。10-20 MPa称为低压法。中压法氨合成工艺步骤，在技术和经济上全部比较优越，所以现在中国外普遍采取中压法，在一定空速下，合成压力越高，出口氨浓度越高，氨净值（合成塔出入口氨含量之差）越高，合成塔生产能力也就越大。氨合成系统能量消耗关键包含原料气压缩，循环气压缩功和氨分离冷冻功。实践证实，操作压力在32 MPa左右总能量消耗比较低。105.催化剂 能够能够作氨合成催化剂物质很多，如铁、铂、锰、钨和铀等。但因为以铁为主体催化剂含有原料来原广，价格低廉，在低温下有很好活性抗毒能力强，使用寿命长等优点 、广泛采取。5.1催化剂在还原前化学组成及其作用铁催化剂在还原之前，以铁氧化物状态存在。其关键成份是三氧化二铁(Fe2O3）和氧化亚铁(FeO)。另外，催化剂中还加入多种促进剂。促进剂又称助催化剂，它本身没有催化活性，但加入催化剂 中，可改善催化剂物理结构，从而提升催化剂活性。合成氨铁催化剂中，普遍采取促进剂有三氧化二铝(A12O3)、氧化钾(K2O)和氧化钙(CaO)等。 5.2催化剂还原和钝化5.2.1催化剂预还原 为了使合成氨系统在短时间内投入生产，将铁催化剂在合成塔外预优异行还原，即所谓催化剂预还原。5.2.2催化剂还原和钝化 催化剂中氧化铁不能加速氨合成反应速度，必需将其还原成活泼铁，才含有催化活性，常见还原方法是将制成催化剂装在合成塔内通入氢氮混合气，使催化剂中氧化铁被氢气还原成金属铁。FeO+H2+Fe+H2O-QFe2O3+3H2=2Fe+2H2O-Q催化剂还原程度用还原前催化剂中铁氧化物被还原百分率表示称还原度。还原后活性铁碰到空气会发生强烈氧化反应，放出热量能使催化剂烧结失去活性。 钝化方法是将压力降到0.51MPa，温度降到5080度，用氮气置换系统后逐步导入空气使氮气中氧含量在0.20.5%. 5.3催化剂中毒和衰老催化剂催化能力通常称为催化活性。有些人认为：因为催化剂在反应前后化学性质和质量不变，一旦制成一批催化剂以后，便能够永远使用下去。实际上很多催化剂在使用过程中，其活性从小到大，逐步达成正常水平，这就是催化剂成熟期。接着，催化剂活性在一段时间里保持稳定，然后再下降，一直到衰老而不能再使用。活性保持稳定时间即为催化剂寿命，其长短因催化剂制备方法和使用条件而异。催化剂在稳定活性期间，往往因接触少许杂质而使活性显著下降甚至被破坏，这种现象称为催化剂中毒。通常认为是因为催化剂表面活性中心被杂质占据而引发中毒。中毒分为临时性中毒和永久性中毒两种。对于合成氨反应中铁催化剂，进入合成塔新鲜混合气，含有微量有毒气体，O2、CO、CO2和水蒸气等全部能使催化剂中毒。但利用纯净氢、氮混合气体经过中毒催化剂时，催化剂活性又能恢复，所以这种中毒是临时性中毒。相反，含P、S、As化合物则可使铁催化剂永久性中毒。催化剂中毒后，往往完全失去活性，这时即使再用纯净氢、氮混合气体处理，活性也极难恢复。催化剂中毒会严重影响生产正常进行。工业上为了预防催化剂中毒，要把反应物原料加以净化，以除去毒物，这么就要增加设备，提升成本。所以，在合成氨工艺分析过程中，要严格控制催化剂使用。146合成氨危险分析安全防护首要任务是做好危险识别，分析在合成氨过程当中存在哪些危险原因，哪些突发事故，从而做出防范和应急方法。126.1环境风险识别环境风险识别通常可分为三个部分：（1）化学品风险识别；（2）生产工艺和设施风险识别；（3）重大危险源识别。6.1.1化学品风险识别对于合成氨过程中包含化学品（含化工原辅料、中间产品、最终产品及“三废”），需进行物质危险性判定。物质危险性包含物质毒性和火灾、爆炸危险性。氨剧毒化学品目录（）对化学品进行急性毒性分级，名目中无要求按化学品安全标签编写要求（GB15258-1999）判定。按化学品闪点、爆炸极限、火灾危险性等物化特征，对照危险化学品名目（），对化学品进行化学燃爆特征分类。由此确定一氧化碳、甲烷、甲醇为本项目关键易燃品，液氨为本项目标关键毒害化学品。6.1.2生产工艺和设施风险识别化工生产过程大全部在高温高压条件下进行，加上介质特殊化学特征，大全部含有易燃、易爆、毒性等危险，事故多发性和严重性是化学工业独有特点，所以对于化工生产过程设施风险识别显得很关键。在实施评价时，可按固有危险度评价取值表中要求物质、容量、温度、压力操作、管道长度和阀门数量等参数进行赋值和计算，求出危险单元固有危险度，确定危险等级：高度危险（级）、中度危险（级）、低度危险（级）。6.1.3重大危险源识别从固有危险度级单元中深入分析判定，筛选出重大危险源。重大危险源识别是依据建设项目环境风险评价技术导则（HJT169-）附录A重大危险源辨识中相关危险物质定义和危险物质在生产场所和储存场所临界量来进行筛选。6.2风险防范方法及应急预案6.2.1降低事故发生概率 多年来，氨设施发生事故及造成危害列于榜首【10】，统计资料表明同行业氨气发生事故概率通常在1105次a。所以，企业加强生产过程、生产设备、生产人员管理，提升业务素质和风险防范意识，以降低事故发生概率。6.2.2减小事故污染排放量方法之一是提升事故处理反应能力，降低事故排放时间；其二是深入完善液氨储罐区喷淋系统，事故发生后污染物扩散量可降低70左右，减小下风向半致死浓度影响范围，降低事故风险值。厂区应设有事故池，一旦甲醇、液氨等发生火灾或泄漏，吸收或消防产生废水直接排放会造成二次污染事故，必需首先汇入应急反应池，待处理达标后方可排放。应急反应池容量不得小于消防用水量，不然化学品随消防用水泄入水体，将造成重大污染事故。企业必需在平时确定应急预案，以应对可能发生有毒化学品事故，一旦发生事故，即能够在有充足准备情况下，对事故进行紧急处理。化学工业风险事故应急计划包含应急状态分类，应急计划区和事故等级水平、应急防护、应急医学处理等。7合成氨工艺中设备改善方案117.1改造变换炉增设布气、集气设施。这对变换炉第二、三层尤为关键，因为变换炉通气截面较大，轻易产生急流和缓流，甚至产生死角，使触媒不能充足发挥作用，所以有化肥厂变换触媒利用率不高。为此，设法合理改变布气、集气方法，使气体上下垂直均匀地经过触媒层，加强对CO转化，提升触媒利用率，并可增加处理气量。在变换炉各段底部增设减阻器，降低触媒层阻力。因为铺设在底部在变换炉各段底部增设减阻器铁丝网孔跟本身就较小，触媒又堵住一部分；加上生产过程触媒粉化，气体冲震粉粒下沉也会堵塞孔眼，使触媒层阻力集中于此。故增设减阻器可降低阻力，使触媒层压差大大减小。7.2改善合成塔内件增设触媒筐底部减阻器，合成触媒层阻力也一样集中在触媒底部铁丝网（花板）处。很多厂合成塔压差大，经过对比试验证实阻力关键来自触媒筐底部孔板处（铁网）。为此，增设减阻器或用从高压机更换下来废旧小弹簧替换，能使合成塔压力差降低，而且简便易行。7.3改善铜塔内部结构增设气液再分布器。近几年很多厂家改上甲醇、脱碳、低变步骤，使原料气中CO、O2含量有不一样程度降低，减轻了精练负荷，降低铜液循环量。加上铜塔规格大小不一、填料种类多等原因及使用厂因担心铜塔带液，不一样程度有意少装填料，造成铜塔壁流严重。致使部分铜液不能和原料气充足接触，洗涤能力不能很好发挥。部分厂微量（CO+CO2含量）长久偏高，原料气成份稍有波动或碳化调塔时，很轻易造成微量跑高事故。故此增设气、液再分布器，让气液充足接触，提升铜液吸收能力，降低铜液循环量，降低了铜泵电耗。铜塔喷头和填料层之间距离，可由下法判别：在导液管口放一灯泡，使射出光圈和铜塔相同处为宜。7.4改造铜液再生器增设上排污口。再生器铜液出口在其中下部，因为铜液再生器内温度较高，若铜液内有异物及油污杂质，温度高时轻易上浮，而积存在液面上层，长久积存如此。即使趁检修之际，将铜液全部放出也不轻易带出。因为铜液从再生器底部先排放，剩下上浮异物便粘挂在器壁和管壁上。当开车补铜液时，又使壁上粘附异物浮到再生器液面上，覆盖解吸表面，影响再生效果。所以，增设上排污口，在正常生产中可随时排放上浮异物，确保再生完全。改原人空孔为快开式插板，直接以后处加铜，并可去掉原话铜桶。取消原蒸汽盘管（或蒸汽夹套）或改为逆流降温管，可将下加热器温度提升，再生器温度降低。即降低氨挥发，又降低了水冷和氨冷负荷，同时可降低铜比，省加空气。7.5改造洗气塔增设气水再分布器，预防冷却水沿壁下流和气体沿塔壁偏流，可提升洗涤效率，并节水。改善气柜水封。将气柜入口前水平管部分改为扩大偏平管，煤气总管在入气柜前其下端插到偏平管内，然后增设挡板。在挡板后最低处加溢流管，插入回水池或地沟内。在不连续送煤气或停车检修时，气柜内气体将水压进垂直管内形成了自动水封。停车不需工人动手封气柜，开车时不用排放水封，开停方便。正常生产送气时阻力小，不送气时便自动封住，不使煤气倒流，能够替换洗气箱和洗气塔水封。7.6增设降温清洗三用塔该塔可设在罗茨风机和脱硫塔之间，罗茨风机出口气进入其上段；其下段出口气再进罗茨风机；中间连通为安全水封近路，此水封截面积应大于罗茨风机近路管和上水管截面之和。其作用：降低罗茨风机出口气体温度，提升脱硫效率；降低罗茨风机入口气体温度，并清除灰尘和焦油；确保罗茨风机安全，避免罗茨风机和高压机在异常情况下吸空气进入系统。当高压机跳闸时，罗茨风机出口冲破水封，进罗茨风机入口打循环，并为高压机停车卸压不放空发明安全条件，不会损坏设备和管道。当罗茨风机跳闸时，高压机可从安全水封近路抽煤气，经过脱硫塔维持短期生产。气