化工认识实习指导书合成氨工艺

1、、/4刖百本化工认识实习指导书是根据学生惊醒生产现场化工认识实习的需要，结合学院实习基地的具体生产实际编写的，具有很强的针对性、实用性。根据化工声场的特点和安全生产的重要性，以及小学生毕业后在化工企业从事生产和管理的需要，本书对化工安全生产应具备的知识、化工生产的普遍特点、相关化工产品采用的工艺流程等方面做了较为详细的介绍。为使学生在实习过程中，能够更好的理论联系实际，正对实习基地生产合成氨和尿素的实际情况，对各工序的作用、原理、工艺流程的选用、其他流程的介绍、操作主义事项等作了具体的阐述。由于编者水平有限，不当之处在所难免；由于技术的进步，有的内容还有待修正。希望读者给予指正或补充完善。目录

2、第一章安全知识错误!未定义书签。第一节化工安全生产的重要性错误!未定义书签。第二节化工生产的特点错误!未定义书签。第三节合成氨、尿素生产过程中，有毒有害物质的产生、理论性质和危害错误!未定义书签。第四节预防与防护错误!第五节中毒、灼伤事故的现场抢救错误!第二章合成氨生产工艺基础错误!第一节概述错误!第二节以天然气为原料的合成氨工艺流程.错误!第三节脱硫错误!第四节转化错误!第五节一氧化碳变换.错误!未定义书签。第六节脱碳错误!未定义书签。第七节甲烷化错误!未定义书签。第八节氨的合成错误!未定义书签。oooo第一章安全知识第一节化工安全生产的重要性化工安全生产是确保企业提高经济效益和促进生产迅速

3、发展的唯一保证。如果一个化工企业经常发生事故，特别是发生灾害事故，就无法提高经济效益，更谈不上生产的发展。保护员工人身安全和健康是企业的主要职责，是国家对企业的起码要求，因此，搞好安全生产是每位员工的重要职责，也是企业对员工的起码要求。为确保企业安全生产，国家与2002年10月1日颁布实施了安全生产法，这是新中国成立以来颁布的首部有关安全生产的法规。安全生产法提出来国家安全生产的方针：安全第一，预防为主，综合治理。对于安全生产重在预防和综合治理，预防和智力都搞好了，安全生产也就有了保障。为确保企业安全生产，安全生产法的规定：对每一位新入厂的员工（包括下场实习的学生和到厂培训的人员），首先要对其

4、进行公司（厂）级、车间级、班组级等三级安全教育后，方能上岗。现在很多化工企业对新入厂的员工实行安全第一课和安全第一考的制度。若安全知识考核成绩不合格，则不能上岗，必须在进行安全教育和考试，直至成绩合格，才准予上岗。安全生产对国家、企业、个人都是十分重要的，同学的实习过程中一定要认真学习安全知识，增强安全意识。第二节化工生产的特点化工生产为什么特别强调安全声场的重要性这是因为化工生产本身客观地存在很多潜在的不安全因素。如果能熟练地掌握或驾驭这些不安全因素，生产就会按照认得医院顺利地进行，如果不讲科学，不严格按照制度和规程从事化工生产，就必然会发生不幸事故。化工生产具有以下特点：1、易燃、易爆和有

5、毒有害物质随着经济的发展和科学技术的进步，化学物品的生产迅猛发展，据统计，目前世界上有化学物品达六百多万种。我国经常生产和使用的化工物品（包括产品、中间品、原料）达两万余种。这些化学物品有70%以上具有易燃易爆、有毒有害，如合成氨生产中的CO、CO2、NH、H2;氯碱生产中的Cl2、HCl、CH=CHCl;,都是属于易燃易爆和有腐蚀性的化学危险品。尽管这些化学产品给人们带来了巨大的好处，但如果管理不当，活在生产过程中发生失误，就会发生火灾、爆炸、中毒、窒息或烧伤等事故。2、高温、高压设备和管道许多化工生产工艺都有高温高压的设备和与之项链的管道、阀门等，尤其是合成氨装置中，从天然气、空气进口至合

6、成氨进入氨碳的整个工艺流程都是处高温，高压的状态。在天然气与水蒸气惊醒加压状花的系统中，一段和二段转化炉的运行温度在800和1000左右；氨合成系统的工作压力在15MP姓右。由于化工生产工艺中采用高温高压等高参数，大大提高了设备的单机生产效率，产品收率，降低了能耗和生产成本，但是高温高压设备的布置比较集中，且互相连接，如果设计或制造不符合规定要求；或未按规定的期限惊醒检测或更新；活在生产过程中操作不当，均会导致灾害性事故发生。3 .工艺流程表、系统图、操作要求严格一种化工产品往往由几个车间（或工序）来共同完成，而每个生产车间（或工序）又由许多化工单元和设备、电器、仪表组成，各车间、化工单元和设

7、备之间，又由纵横交错的管道、景罗棋布的各种阀构成。在这种工艺复杂和设备繁多的生产车间，对操作的要求必须十分严格；必须严格执行工艺指标，任何人不得擅自改动，操作时也不允许有微小的失误，否则，将会影响生产或导致事故的发生。4 .生产过程的连续性和高度自动化控制为提高生产效率，很多化工产品都采用连续性的生产工艺流程。在氮肥生产过程中，合成氨和氨加工产品（如碳酸氢镂，尿素硝酸镂等）的生产均具有典型的高度连续性，生产装置和辅助工序布置紧凑、连续紧密、自动化控制。生产原料一一天然气、水蒸气、空气；中间品氢气、氮气、氨基甲酸镂等，在生产系统过程中，在高温、高压采用自动控制的工况下，经过躲到工序的化学反应和处

8、理加工，生产出合格的产品。在这何种高度连续性的工艺流程中，精心操作，保持每每一台设备和每一个工序的正常运行是至关重要的，如果其中任何一台设备或工序发生故障，或者是操作失误，都会造成局部或者全部停车，甚至会发生意想不到的重大恶性事故。所以，在实际的生产运行中，一定要加强现场管理，加强对设备的巡回加强，这就是很多工厂实行的巡检制度。确保整条生产线的安全稳定和长期周期运行。第三节合成氨、尿素生产过程中，有毒有害物质的产生、理论性质和危害不管采用任何原料，也不管采用何种工艺流程。生产合成氨和尿素，只要生产原料进去生产系统的第一道工序，也就是说，如果采用煤气化制合成气，或采用天然气转化制和成气，在气化炉

9、或转化炉中，大量的H2、CO2、CO、N2就产生了，虽说这些气体对人来说有毒有害，但它的事生产合成氨和尿素的必备原料气。只要不泄露，就不会对人产生伤害，使它的在密阀的生产系统中运行，生产出造福于人类的化工产品。合成氨、尿素生产过程中的有毒有害物质的理化性质及其危害。1、一氧化碳一氧化碳是一种无色、无味、无臭、无刺激性的气体，相对密度为，比空气轻，燃烧时呈淡蓝色火焰，是一种易燃易爆气体，其爆炸极限为%75%；是合成氨生产中所有有毒气体中最危险的一种。人吸入一氧化碳能引起中毒。亦称煤气中毒。一氧化碳通过呼吸进入肺部，在肺（经气体交换进入血液循环与血红蛋白结合成难解离的碳氧血红蛋白（COHB,由于碳

10、氧血红蛋白难以解离，使血液流动减慢，正常的生理功能受损而使人中毒。中毒症状：轻则晕倒；重则：休克，严重者死亡。2、二氧化碳二氧化碳又称碳酸气，为无色无臭气体，略带有酸味。相对密度为，比空气重。沸点，溶于水。由于比空气重，所以易沉积于设备、容器的底部，以及窨井、地沟、地窖等低洼、不通风的场所，二氧化碳能被液化，液体二氧化碳再经蒸发，吸热而凝固，亦称干冰。皮肤接触干冰，可发生局部冻伤。大气中含有约%的二氧化碳。一般情况下，二氧化碳是无毒的，但高浓度的二氧化碳对人体有毒性作用，是呼吸中枢系统麻痹。其毒性作用有两方面,一是高浓度二氧化碳使空气中氧含量降低而导致抗体缺氧窒息，甚至死亡；二是高浓度二氧化碳

11、本身有刺激和麻痹作用。通常两种作用同时发生。3、硫化氢硫化氢是无色具有臭鸡蛋气味的气体，相对密度，比空气重，能溶于水，0时溶解度为%克水。是一种易燃易爆气体，燃烧时呈淡蓝色火焰，与空气混合的爆炸极限为%。物质腐烂时能产生硫化氢，同时空气重，常积聚在阴沟低洼处。硫化氢是一种神经性毒物，经呼吸道吸入人体，隐瞒器中毒。在以天然气为原料的合成氨厂里，硫化氢存在于天然气中，生产车间并无高浓度的硫化氢。在以煤为原料的合成氨厂里，硫化氢存在于工业煤气中。硫化氢不仅对人体有毒害作用，在合成氨生产流程中，还会使后工序的触媒中毒，所以，对天然气或工业煤气都要进行脱硫后，才能进入工序生产。4、氨氨是一种具有强烈刺激

12、性、催泪性和特殊臭味的无色气体，相对密度，比空气轻；沸点，熔点；极易溶于水，20时，体积水可溶解800提及的氨。氨的水溶液可称为氨水，呈碱性。氨是一种可燃烧的气体，火焰呈黄绿色。氨在空气中混合后的爆炸极限为%27%，在此范围内，若遇到火花或明火立即产生爆炸。氨在大气下冷却至，则液化成液氨。在工业生产中因系统压力提高，故液化温度也相应提高。液氨在减压的情况下而气化，并吸收大量的热，因此，常作为制冷剂。利用这一性质，在合成氨系统设置氨冷器，用自产的液氨去冷却分离循环气中的氨，同时将气氨用水泥回收成液氨，循环使用。氨对人体有毒，同时能灼伤皮肤和眼睛。氨中毒时通过呼吸道进入体内，刺激和灼伤呼吸系统中毒

13、，严重时，可提高心脏和使中枢神经兴奋，引起痉挛。长期接触低浓度的氨，能引起慢性咽炎、鼻炎、支气管炎、结膜炎等症状。5 、氮但是空气中的主要成分，含量%，也是合成氨的主要原料。氮是一种无色、无味、化学性质稳定性的气体，沸点-196。氮气本身没有毒性，但当环境中氮气含量增高时，会是氧气含量降低，从而引起呼吸困难而窒息，严重时会因缺氧而死亡，所以高浓度的氮气是一种危害性很大的气体。由于氮气的化学稳定性好，故在进行容器管道检修时，常用作置换其中的易燃易爆气体。空气中含氧为21%，其余大部分是氮气。当氧含量下降至18%时，人就会感觉不适，下降至16%，会发生窒息症状。6、煤气煤气是以煤、焦、液态氢和气体

14、氢为原料，经气化或转化而制得合成气的总称，这种合成气主要用于合成氨和甲醇。无论采用哪种路线，都得到以含氢和一氧化碳为主的半水煤气或水煤气(统称合成气)。半水煤气为合成氨的原料气，一般的气体成份按(CO+H2)/N2=范围控制，故半水煤气的大体成份为：H2(50%55%)，CO(18%20%),CO2%),N2(22%23%)，CH4%),O2%),因半水煤气中的H2和C*量均较高，故是一种易燃易爆气体，也是一种对人体有毒的气体。半水煤气在空气中的爆炸极限为%。前面所讲的一氧化碳中毒，实际上就是煤气中毒，其中毒症状和急救方法与一氧化碳相同。7、天然气天然气的主要成分是甲烷和少量的其它烃类物质以及

15、硫化物。固会有少量的硫化物，故天然气往往有一定的气味。天然气的相对密度为，熔点，沸点，是一种易燃易爆的气体，与空气混合的爆炸极限为5%15%。天然气中固会有少量的硫化物，故对人体有一定的毒害作用。纯的甲烷对人体是没有毒性的，但甲烷在空气中含量增高时会使氧含量降低，从而导致缺氧窒息。若发生天然气窒息症状，其急救方法与氮气相同8、车间允许毒物浓度和作业禁忌法表毒物名称允许浓度mg/n3作业禁忌法表一氧化碳30高血压、动脉硬化、肺气肿、冠心病、重症贫血硫化氢10重症贫血氨30慢性喉炎、支气管炎、肺气肿、肺结核、皮肤病甲醇50内分泌疾病、神经系统疾病、视神经疾病第四节预防与防护化工生产的原料和半成品中

16、，虽然有很多是有毒有害的气体或液体，但都是在密闭的流程中进行生产的。在生产和维修的过程中，只要我们加强管理，增强防护，预防工作到位，是完全可以避免的。在这方面，我们应作好以下工作：1、消除恐惧心理，提高防范意识，在实际工作中，认真落实“安全第一，预防为主的，综合治理”的安全生产方针。工厂的各级管理机构，各级各类员工都要认真学习安全知识，提高安全意识，杜绝违章指挥和作业：在生产车间和维修现场，要加强排查，防微杜渐，消除事故隐患和跑、冒、滴、漏。2、加强生产场所的管理和对有毒有害气体的监测，使其在允许的浓度范围内。3、现场检修时须检修的设备、管道进行冲洗、置换等处理，应切断与毒源相连的通道（一般都

17、要在相连的阀门后加盲板隔断）。4、 全生产系统进行停产大修时，首先要由安全和技术管理部门制定大修方案，进行全系统的降温、降压、冲洗、置换等处理，并检测合格后，方能进行检修工作。5、严格执行化工企业安全管理制度以及相关禁令。6、防护为确保现场作业人员的安全，各相关的岗位和场所应配备相应的防护用具：A、氧呼吸器。凡具有有毒有害物质的生产场所都应配备。氧呼吸器是用于有毒有害气体浓度较高，作业时间相对较长的场所。使用氧呼吸器时，首先要检查氧气压力表，其压力必须在以上方能使用，降到3Mpa寸应停止使用；再则要检查口罩是否完好，若有漏气现象就不能使用。B、长管式防毒面具。主要用于罐内作业、时间较长的场所，

18、使用时要注意检查口罩和长管是否完好，要均不漏气时才能使用。长管的管口应放置在新鲜空气处。C、过滤式防毒面具。用于有毒有害气体浓度较低，作业时间较短的场所，如抽、加盲板，抢开、关阀门等。使用时首先要检查好口罩是否完好，与滤毒罐和软管的连接是否完好，要再不漏气的情况下才能使用。另外，还要查看滤毒罐是否有效，若失效，应更换滤毒罐。因滤毒罐里装的是吸附剂，若长时间未用，会吸附空气中的水分等而导致失效，一般规定滤毒罐自然增20g就失效了，不能再用。氮肥生产车间常备两种滤毒罐：1） ）4型罐体为灰色，用于防护氨、硫化氢；2） 5型罐体为白色，用于防护一氧化碳。口防护服若发生液氨泄漏急需到现场处理时，必须穿

19、好专用的防护服，戴上防护手套，背上氧呼吸器，才能前往处理。否者，会发生灼伤和中毒事故。E、常用防毒面具的选择使用表名称连接方式使用范围长管式面罩防毒面具导管式大型罐<2%毒物(NH<3%体积、出*牛型罐<1%侬度(NH<2%过滤式面罩防毒面具直接式毒物体积浓度<%氧气呼吸器背负式毒气浓度过高，毒性不明或缺氧的可移动性作业。注：1、大型滤毒管防御氢富酸、氯化氢、磷化氢、碎化氢、氨气等,毒气体积浓度应<1%2、各型滤毒罐防御汞时，毒气体积浓度应<%。第五节中毒、灼伤事故的现场抢救由于生产具有高温高压、易燃易爆、有毒有害等特点，虽然加强了预防，但发生中毒事故

20、也难以避免。在生产和设备检修过程中，发生急性中毒多半是因设备损坏或泄漏未及时发现，导致毒物大量逸出而造成的。中毒事故发生后，要做到及时、正确的抢救，这对于抢救严重中毒者的生命、减轻毒害程度、防止并发症的发生具有十分重要的意义。在生产或检修现场，对中毒、灼伤患者进行抢救，应注意并遵循1、迅速组织力量抢救救护者应做好个人防护。救护者在进入毒区抢救前，首先要冷静沉着，并按规定做好个人呼吸系统和皮肤的防护，戴好氧呼吸器（切记打开氧气阀门，检查氧气压力）或长管式防毒面具和专门的防护服，如要攀立救护，还需要系上安全带，有专人监护。否则，由于救人心切而没有采取必要的自身防护措施，非但中毒者不能获救，救护者也

21、会中毒甚至死亡，使事扩大。2 、切断毒物来源救护者进入事故现场后，应迅速将中毒者撤离毒区，在对中毒者进行迅速有效地救护时，应判明毒物来源，采取果断措施切断，防止毒物继续外逸（如关闭泄漏的管道阀门，堵、加盲板，停止加料，必要时应停车处理）。对于已经扩散出来的毒气应立即开动通排风机，打开窗户，进行排毒换气，以及采取中和处理等措施，以降低毒物在空气中的浓度，为抢救工作创造安全条件。3 、防止毒物继续侵入人体救护人员在抢救搬动中毒者的过程中，要注意人身安全，保护外伤部位，不得强拉硬拖，以防造成二次伤害。中毒者移至空气新鲜处后，要松解患者颈、胸部纽扣和腰带，鼻子朝上头后仰，使其呼吸道畅通，同时要注意保暖

22、和安静，严密关注中毒者的神智、呼吸状态和循环系统的功能。若皮肤受到灼伤的，不论其吸收与否，均应迅速脱去被污染的衣物、鞋袜、手套等，并立即彻底清洗被污染的皮肤；如亲水溶性的毒物，可用大量的水冲洗。用水冲洗时，要注意防止感冒。4 、促进生理器官功能的恢复中毒患者若停止呼吸时，则要立即进行人工呼吸，同时针刺人中、涌泉、太冲等穴位。对于氨、氧化氮等中毒者，不能使用压迫式人工呼吸法，因为氨和氧化氮对皮肤有灼伤作用，若使用压迫式人工呼吸法，会使患者的呼吸系统出血，造成更为严重的后果。5、及时解毒，促使毒物排出，让中毒者尽快康复。中毒、灼伤者在现场经过及时处理后，应立即送往医院治疗，及时采取各种有效措施解毒

23、和促使毒物排出，消除毒物对机体的危害，让中毒者尽快康复。安全为了生产，生产必须安全，安全生产人人有责。虽然化工生产具有一定的危险性，生产和检修过程中，作业人员有时也会接触有毒有害物质，但是，总体来说，所有化工装置都是安全的，在设计安装时就考虑了安全因素，如：压力容器和管道设置安全阀，防止超压；温度、液位设有连锁和报警装置，确保正常运行；生产车间安装有毒气监测仪表，使其浓度控制在卫生范围内等。只要我们严格遵守安全生产制度，严格按安全规程操作，严格执行工艺指令，安全生产就有了保证第二章合成氨生产工艺基础第一节概述氨是在1754年有德国的普里斯特利在做加热氯化铵和石灰的实验时发现的。1913年在德国

24、的奥堡建成了世界上第一套一煤为原料的合成氨生产装置，1914年进入正常生产。、氨的性质、物理性质在常温常压下，氨是有强烈刺激性臭味的无色气体。能灼伤皮肤、眼睛、呼吸道黏膜。氨有强烈的毒性，若空气中会有%90（体积）的氨，就能使人在几分钟内窒息而死。在标准状态下，相对密度为（空气=）,临界温度为132.40C,临界压力为，沸点为-33.50C,熔点为0C.氨易被液化，在下将氨冷却到-33.50C,或在常压下将其加压到，氨就凝结成无色的液体，同时放出大量的热，液氨的相对密度为（200C）。如果人体与液氨接触，则会被严重冻伤。液氨很容易气化，降低压力就急剧蒸发，并吸收大量的热，故常用制冷剂。氨极易溶

25、于水，200C时，一体积的水可溶解800体积的氨，溶解时放出大量的热，由此法制的的合成氨溶液称为氨水，含氨15至30%（质量比）的为商品氨水。氨水呈弱碱性，易挥发。（二）、化学性质氨与酸或酸酐可以直接作用，生成各种铵盐。如：2NH3+H2SO4=（NH4）2SO4（1-1）NH3+HNO3=NH4NO3（1-2）NH3+HCl=NH4Cl（1-3）NH3+H2O+CO2=NH4HCO3(1-4)NHHCO+NH=(NH)2CO(1-5)氨与二氧化碳作用生成氨基甲酸镂，脱水成尿素:(1-6 )NH2NH+C3CONH2ONHNHCO=CO+H2O(1-7)NHONH在钳催化剂的作用下，氨与氧反应

26、生成一氧化氮，一氧化氮再与水反应，便得到硝酸。在一定的温度和压力下，氨与尿素（液态）还能发生聚合反应而生成一种聚合物。生成三聚富胺就是依据此化学原理。氨在高温（8000c以上）分解成氮和氢：2NH3800cN23H2°乙乙氮的自然点为6300C,燃烧时成蓝色火焰。氨与空气或氧气按一定比例混合后，遇火能发生爆炸。常温下氨在空气中的爆炸极限为28%在氧气中为82%氢在空气中白爆炸极限为474%液氨或干燥的气氨对大部分金属都没有腐蚀作用，但在有水的条件下，对铜、银、锌等有腐蚀作用。二、氨的用途氨主要用于生成各种农田化肥，如尿素、磷酸氢铵、氯化铵、硝酸铵等。当然，氨本身就是一种高效肥料，一些

27、国家已经大量使用液氨作化肥。因此，合成氨工业是化肥工业的基础，对农业增产起着十分重要的作用，同时，氨还是很多工业部门的重要原料，如化学工业、食品工业、国防工业、医药工业、农药工业，合成树脂等都需要用到氨。工农业生成对合成氨的巨大需求，是合成氨工业的到迅速发展。合成氨工业的发展有促进和带动了高温高压技术、低温冷冻技术、催化剂、新材料、气体分离的方面的技术开发与应用，而且这种促进和带动必将对国民经济的发展产生巨大的作用。三、合成氨工业的发展我国的合成氨工业始于20世纪30年代，当时只有南京的永宁和大连两家合成氨工厂，并生成能力仅为万吨。新中国成立后，合成氨工业的到迅猛发展，20世纪80年代，国内拥

28、有不同原料路线，不同工艺流程的大中型合成氨工厂1500余家，当时仅四川就有110多家，是合成氨生产能力一度跃居世界第一。在这么多的合成氨厂中，绝大多数是国内自主开发的合成氨联产碳酸氢铵，以及联尿、联醇、联碱等工艺流程，其余的是引进国外的以天然气、重油为原料的年产30万吨的大型合成氨联产尿素装置。现在，国内的合成氨企业绝大部分已达年产10万吨的规模，并向大型化、高度自动化方向发展。四、合成氨生成采用的原料和方法合成氨生成普遍采用天然气看，重油，煤焦等为原料与水蒸气作用制备合成气的方法。不管采用何种原料，其生成过程均须经过以下三个工序：一是原料气的制备（简称造气），制成含一定比例的氢、氮、一氧化碳

29、、二氧化碳等的混合气。二是混合气的净化与分离，先将一氧化碳变换成二氧化碳用于氨加工产品的原料。三是氢氮气经压缩外压，在催化剂的作用下合成氨。合成氨的生成方法较多，主要区别在于造气原料的选用，原料不同，采用的工艺流程亦不同。净化和分离流程与氨加工产品有关，只有氨合成是基本相同的。具体采用何种原料，均要本着“因地制宜，就地取材”的原则，主要取决于能否大量地，经济地获得该原料。国内以采用天然气，煤焦为原料的厂家较多。天然气是生成合成氨的首选原料，从建厂投资、生产成本、生产条件、环境与卫生等方面与煤焦生产相比，具有投资少，成本低，条件好，环境清洁卫生的优势。用不同原料生产合成氨经济情况比较：原料相对单

30、位产品投资相对单位产品成本天然气100100焦炉气142180重油152140煤252220第二节以天然气为原料的合成氨工艺流程以天燃气为原料生成合成氨，普遍采用蒸汽转化法。天然气经加压脱硫后，与水蒸气混合，在一段转化炉的管内进行转化反应，反应所需的热量由管外燃料燃烧供给。一段转化气进入二段转化炉，此时通入空气，空气中的氧在二段炉的顶部同一段转化气中的氢或其他易燃气体燃烧，放出的热量以供天然气的继续转化，既除掉了空气中的氧，又把合成氨所需的氮引入了系统。出二段转化炉的气体，依次进入中、低温变换炉，是气体中的一氧化碳在不同的温度下与水蒸气反应，生成氢和二氧化碳。经过以上几个工序得到的气体主要成分

31、是氢、氮、二氧化碳。再用二乙醇胺或碳酸钾溶液脱除二氧化碳和用甲烷化法清除残余的一氧化碳和二氧化碳，的到纯净合格的氢氮混合气，经气液分离后送到尿素车间作合成尿素的原料。下面是以天然气为原料被普遍采用的制氨流程。第三节脱硫、脱硫的作用无论采用何种原料生产合成氨，其原料气中都会有一定数量的硫化物，主要有硫化氢（H2S），其次有二硫化碳（CS2）、硫氧化碳（COS）、硫醇（RHS等抗硫化物。以煤为原料制成的合成气中，一般会有硫化氢110g/Nm3有抗硫1g/Nm3若是高硫煤，硫化氢含量高达2030g/Nm3天然气中硫化物的含量则因产地不同，差别很大，但大多含硫化物100150mg/Nm3fc右。原料气

32、中硫化物的存在不但加剧了管道和设备的腐蚀，而且能引起各种催化剂（尤其是转化的镍催化剂）中毒而降低活性。在合成氨生产中，对原料气的硫含量要求相当严格，所以必须除去，除的越少越好。脱硫工序的工序作用就是将原料气中的硫化物脱除，达到总含量以下的要求。脱硫的方法和使用的脱硫剂均很多。根据采用脱硫剂的物理形态，总体可分为干法脱硫和湿法脱硫两种。常采用的干法脱硫剂（固体）有：锰矿（MnO2）、氧化锌、活性碳、氧化铁等。干法脱硫剂反应是不可逆的，所以在使用到一定程度后必须更换。常采用的湿法脱硫剂（液体）有：氨水、葱二磺酸钠（ADA等。湿法脱硫剂的脱硫原理是一种吸收反应，脱硫效果好，且脱硫剂可再生循环使用，生

33、产成本低，但会对环境造成污染，故一般都不准采用。随着化学工业、石油工业的发展，新的脱硫方法和脱硫剂还会不断的开发出来。二、干法脱硫(锰矿、氧化锌)脱硫原理二氧化锰(锰矿)、氧化锌都能直接吸收硫化氢和硫醇，生成相应的硫化物，反应式如下：MnO2+2H2S=Mn2S+2H2O-Q(3-1)ZnO+H2S=ZnS+H2O-Q(3-2)ZnO+C2H5SH=ZnS+2CH5OH-Q(3-3)上述反应为放热的不可逆化学反应。锰矿廉价易得，脱硫效果好，可作为脱硫剂。氧化锌是一种内表面积大，脱硫效率高，常在精脱阶段使用。上述两种脱硫剂常能使用，不但脱硫效果好，完全能达到硫含量一下的要求，而且处理气量大，使用

34、时间长。三、工艺流程界外天然气经使用的天然气压缩压，送至一段转化炉的对流段预热后，从锰矿脱硫罐的顶部进入锰矿脱硫层(两个锰矿脱硫罐可串联操作，也可并联操作，视生产情况而定)，经初步脱硫后，天然气从其底部出来进入氧化锌脱硫罐顶部，而后到达氧化锌脱硫层。从氧化锌脱硫罐底部出来，又回到一段转化炉的对流段加热，加热后的工艺天然气与系统的水蒸气进入一段转化炉进行转化反应。具体工艺流程图如下界外天然气1 .一天然气压缩机，2段炉对流段，3、4.一镒矿脱硫罐，5.一氧化锌脱硫罐四、脱硫方法的选择脱硫方法虽然多种多样，选用原则应根据原料气中硫的形态及含量多少，脱除硫的要求，脱硫剂供应条件以及原料净化的整个流程

35、，通过技术比较后，选择适当的脱硫方法。大致可分为以下几种情况：(1) .有抗硫的脱除以干法为主，可将总硫脱到1ppm以下。如果总硫在10Ppm左右，而且大多是硫化氢和硫醇，选用活性碳法就可以达到要求。(2)当原料气中含H2S量低低而含CS较高时，可选用象ADA方式的湿脱硫，如原料气为焦炉气，因气体中含有氨，可选用氨水催化法脱硫。(3)若原料气中H2S和CS含量都高，可选用物理吸收法的低温甲醇洗涤法脱硫后，再用干法去精脱，才能达到要求。(4)若原料气中H2S含量高达3045g/Nm3.先要用烷莹醇胺法将脱出到几十个PPmW,若工艺要求必须脱硫到5Ppm以下，再采用氧化锌法处理。也就是说，可以采干

36、湿法联合脱硫。第四节转化1、 转化的作用以天然气为原料生产合成氨，采用的是天然气加压催化蒸气转化法。此法不仅适用于天然气，也适用于油田气，炼油气等以甲烷为主的气体。但由于原料气不同，所以催化反应的条件亦有所不同。转化工序的作用，是将主要脱硫合格后的天然气和从系统来的中压蒸汽混合，给加热到500C左右，在银催化剂的作用下，转化成半水煤气，作为合成氨和氨加工产品的原料气。2、 反应原理天然气和水蒸气的转化分两段进行，亦称连续转化。在一段转化炉中，天然气中的甲烷与水蒸汽发生如下反应；CH4+H2O=3H2+CO-Q(4-1)CH4+2H2O=4H2+CO2-Q(4-2)这是在一段炉中发生的主要反应，

37、在主要反应进行的同时，还可能发生一些副反应，如；副反应(亦称析碳)CH4=C+2H2(4-3)2CO=C+C20(4-4)CO+H2=C+H20(4-5)主反应是我们所希望的，而副反应吉消耗原料。析出的炭里又附着在催化剂表面，使催化剂的活性降低。工业生产中，常要用适当提高水碳比的方法来防止析碳反应的发生。这里所说的水碳比是H2O(g)/CH4的比值。一段反应是体积增大的吸热可逆反应，降低压力提高反应物浓度(提高水碳比)和升高温度有利反应向生成物反向进行。在二段转化炉中，由一段转炉来的混合气里。尚有810%的甲烷需要在二段继续转化，此时加入空气，即引入原料氨气，又使空气中的氧在炉顶发生燃烧反应供

38、热。CH4+2O2=CO2+2H2O+Q(4-6)2H2+O2=2H20+Q(4-7)2CO+O2=2CO2+Q(4-8)CH4+H2O(g)=3H2+CO-Q(4-9)CH4+2H20(g)=4H2+CO2-Q(4-10)经两段转化后，甲烷含量降低至%左右。转化气的组分大致为：H254%CO18%CO26%N222%CH4%。此外还有微量的惰性气体。三、工艺流程目前采取的甲烷蒸汽转化法，除一段炉及其烧嘴结构各有特点外，在工艺流程上均大同小异，都包括有一、二段转化，原料气预热及预热回收。天然气经脱硫，总硫含量小于，随后在压力，温度380°C左右的条件下进入中压蒸汽，达到一定的水碳比(

39、约)，进入对流段加热到500C左右随后运到辐射段顶部，分配进入各反应管，混合气自上而下流，主要催化剂在这里一边吸热，热量由燃烧天然气供给，然后一边反应。离开反应管底部的转化气温度为800C作用，甲烷含量约为10%，汇入集气管，再沿着集气管中间的上升管上升，送人二转炉顶部。工艺空气经供压抗加压到左右，进入一段炉对流段预热到450°C左右，然后进入二段炉顶部与一段转化气汇合，在顶部燃烧、放热,温度升到1100°C左右，在通过催化剂床层时继续吸热并发生反应。离开二段转化炉的气体温度在1000°C左右，残余甲烷含量在溢右,经废热炉、转水预热器回收热量后使气体温度降至约37

40、0C送往变换工序。天燃气蒸汽转化、热法净化制氨工艺流程四、转化工序操作注意事项进一段炉前的气体预热温度不能过高，水碳比不能过小，否则,可能发生析碳反应。向二段转化炉顶部加入工艺空气（开车阶段）时，应达到以下条件：一段炉出口总管温度在700以上；一段转化炉气加大到40以上；工艺空气的压力比炉内压力高。上述三个条件同时具备时，才允许向二段炉加入工艺空气，以防止炉顶温度过低，达不到燃烧温度或一段转化倒入空气管而引起爆炸。为防止此种情况的发生，现在很多厂家都在工艺空气管道上设计安装了安全锁保护装置，确保安全生产。转化反应是可逆反应，要使反应向生成物方向进行，除提高温度，适当降低压力外，最重要的是增大反

41、应物水的浓度，既提高水碳比，使水碳比高于理论值。提高水碳比，能防止析碳反应发生，但不可提得太高，这样将适得的其反。一般水碳比控制在4即可。调节好转化气的气体成分是很重要的，要根据生产实际情况，适时调节气体成分，达到后工序以及合成氨所需比例的要求。五、其他转化流程以前国内的水合氨厂大多采用间歇式转化，此流程因能耗大，生产能力小，现已基本淘汰。现在的合成氨厂绝大部分采用天然气加压两段连续转化流程。除现行的两段连续转化流程外，近年来，国内新开发出一种换热式连续转化的节能流程，现已投入工业化生产。此流程是将出一段转化炉的高温度转化气加热一段炉的反应管，充分利用系统高位热能，省掉了燃烧天然气，同时也减少

42、了碳的排放，是一种比较先进的流程，目前正处于推广应用阶段。第五节一氧化碳变换合成氨原料气中的一氧化碳，一般分两次除去，即中温变换除去大部分，剩余由低温变换来完成。、变换工序的作用由于CO对合成氨催化剂有毒害作用，故在进入合成系统前必须将其清除干净，只允许30Ppm以下的微量存在。清除转化气中的一氧化碳，通过变换过程来完成，这就是变化工序的作用。二、一氧化碳变换的基本原理清除转化气中的一氧化碳，是依据以下化学反应进行的：CO+H2O=CO2+H2(5-1)一氧化碳与水蒸气的变换反应是在催化剂的作用下进行的，是一个体积的可逆的放热反应过程，这也是变换的主反应式。一氧化碳与水蒸气共存于变换反应系统，

43、这是一个会有C、HO三个元素的系统，以热力学角度，还可能发生以下副反应：CO+H2=C+H2O(5-2)CO+3H2=CH4+H2O(5-3)在工业生产中，是不希望有副反应发生，这一点与甲烷蒸汽转化的副反应式有相似之处，即副反应发生析碳。为防止副反应的发生，根据化学平衡移动原理，加大反应物水蒸气的用量，适当降低反应温度，有利于主反应的进行。为此，在变换工序采用以下工艺条件：一是压力。压力对变换反应的平衡几乎没有影响。但加压可提高反应速度。由于变换工序处于整个合成氨系统的中间，故不可能去单独升压，它与转化，脱硫，甲烷化同处于一个压力系统，其工作压力一般为。二是温度。变换反应是可逆的放热反应，因而

44、存在最佳反应温度的确定。当然温度还随气体组分和使用的催化剂不同而有差异。一般的讲，中变换作的热点温度在450500之间，低变在200280之间。三是水蒸汽比例。水蒸汽比例是指H2O/CO的比值。改变水蒸汽比例是变换反应最主要的调节手段，增加水蒸汽用量，能提高一氧化碳的变换率，降低一氧化碳的残余容量，加速反应的进行，并使析碳和生成甲烷等副反应不易发生。由于过量水蒸汽的存在，还保证了催化剂中活性组分Fe3o4的稳定而不被还原成Fe2o3。三、工艺流程变换工艺流程的设计，主要是根据原料气中CO勺含量确定。以天然气蒸汽转化法制氨流程与以煤蒸汽气化法制氨流程CO变换，采用的工艺流程是不尽相同的。这里介绍

45、的是以天然气蒸汽转化法中的变换（中变低变串联）流程。从转化工序软水预热器来的转化气，温度370、压力从中变炉炉顶进入，自上而下流经中变催化剂床层进行变换反应。在催化剂层的反应温度一般在425450之间。中变气从炉底出来，CO含量3%温度430c左右，直接进入甲烷化第一换热器，加热从脱硫塔来的脱硫气（以氢氮气为主）换热。出甲异换热气的脱硫器气去甲烷化炉脱除微量COCQ中变气进入中变费锅回收热量，产生中压蒸汽，温度降至220C,从低变炉顶端进入炉内。中变气自上而下进入低变催化剂层，温度在235250c之间继续进行变换反应。低变气从炉底出来，CO含量媪度240c左右，经回收热量后进入CO吸收塔。中变

46、一低变串联流程如下:膛班三去空装比脱碳气来自甲二换热器低受气去脱碳锅炉木|1中变炉2甲一换热器3中变嗖铜4任受炉四、变换操作注意事项1、温度。因一氧化碳与水蒸汽的反应是放热反应，在炉内有放出反应热的自然温开，故要稳定转化成分主要是CO的含量，控制物反应温度；又因使用的催化剂型号不同和使用时期的变化，适时调整好热点温度。中低变串联流程的中变使用的铁铭系催化剂，使用范围较宽，在350c450C之间，晚期温度500c左右；低变使用的是铜锌系催化剂，使用温度在180260之间，晚期温度可达280左右。2、水蒸汽比例。H2O/CO的比例虽说可在35之间的范围内调节，设计流程时也配置有蒸汽管道，但因转化气

47、中含有一部分蒸汽故在此工序中不能盲目加蒸汽，要根据实际情况确定。五、其他变换流程多段变换流程。以煤焦气化制得合成氨原料气中，CO的含量较高,此时，需采用多段中温变换，而且由于进入系统的原料气温度与湿度均较低，所以流程中增设有预热和增湿装置，饱和热水塔在此过程中就起到增湿的作用。第六节脱碳一脱碳工序的作用经过一氧化碳被变换后的低变气中一般会有20%25%的二氧化碳。二氧化碳的存在会使氨合的催化剂中毒，并且给进一步脱除少量的一氧化碳过程带来很多困难，因此必须脱除低变气中的二氧化碳。别一方面，二氧化碳又是生产尿素，纯碱碳酸氢铵的主要原料，空气回收利用。工业上把脱碳低变气中二氧化碳的过程称为脱碳。脱碳

48、的工序在合成氨流程中起到两个重要作用，一是将经过制气系统（转化，变换_）制得原料气中的二氧化碳脱除，同时获得较高纯度的氢，氢气；二是制氨和尿素的主要原料气：氢氮气和二氧化碳在这里分流。二脱碳的基本原理目前工业上采用的脱碳方法很多，根据所用的吸收剂的性质不同，可分为物理吸收法，化学吸收法和物理化学系手法三大类，这些方法采用的吸收剂多为液体。在这些脱碳方法中，被广泛采用的化学为吸收法，在此仅以碳酸钾水溶液吸收二氧化碳是化学吸收法中主用最为广泛的工业脱碳方法，其基本原理是：碳酸钾水溶液具有强碱性，而二氧化碳又是碳酸性气体。他们在吸收塔内发生的一下中和反应：CO2+K2CO3+H2O=2KHC3+OQ

49、(6-1)这是一个可逆反应。生成的碳酸氢钾水溶液在减压和加热的条件下，用可放出二氧化碳，重新生成碳酸钾，因而吸收剂可循环使用。再生反应式为：2KHCO3=K2CO3+H2O+CO2-Q(6-2)春碳酸钾水溶液与二氧化碳间的反应速度很慢，提高反应程度，但降低了二氧化碳在溶液中的溶液，并加剧对碳钢设备的腐蚀。为解决上述两大问题，须向碳酸钾溶液中添加活化剂和缓蚀剂(防腐剂)。常选用的活化剂为二乙醇胺;缓蚀剂为五氧化二钒。在碳酸钾溶液中添加二乙醇胺作为活化剂脱碳，又被称为有机胺催化热加碱法，其优点是溶液吸收能力强，无毒，气体净化度高回收二氧化碳的纯变度。三工艺流程用溶液脱碳的流程很多，其中最简单的是一

50、段吸收一段再生流程。这种流程虽然简单。但效果较差。实际上在工业生产中，广泛采用的是两段流程吸两段再生流程。经过两段流程脱碳后，气体中二氧化碳浓度可降至%以下。现将两段吸两段再生流程叙述如下：从低变炉底来的底变气温度250度左右。氢CO224%,一部分进入底变废热锅炉，一部分进入低变气再沸器换热降低温度后进入轻水预热器，其体温度降至120度左右，经过低变气分离进入二氧化碳吸收塔底部布管，气体自下而上，在塔内分别与自上而下的半贫液和贫液逆流接触，发生吸收反应。经过吸收，净化的气体从塔内出来，温度70度左右，CO2%以下的氢氮气进入净化气分离器，除掉夹带的液滴及大量的冷凝水后，去甲烷系统（甲二换热器

51、）。在吸收塔底部，固吸收了二氧化碳而生成的富液在此引出，借助管内压力自流到再生塔上部。溶液闪蒸出部分水蒸汽和二氧化碳，然后沿塔流下，在塔内与由低变气再沸器加热产生的蒸汽逆流接触，同时被蒸汽加热到沸点至放出残余的二氧化碳。由塔中部引出的丰贫液，温度约为115经丰贫液泵加压后进入吸收塔中部。再生塔底部的贫液温度约为120，经贫液水凝器冷却到约70,进入贫液泵加压打入吸收塔顶部。由再生塔顶部排除的温度为100105，H2O/CO2为的再生气经酸性水凝器冷却到40左右，并在再生气分离器内分离掉冷凝水后，几乎是纯净的二氧化碳气被送往尿素车间工艺流程图如下：a7也u9-二触就瞩i:-mwii-mui2-m

52、.13-林藻14-国阴财s四、脱碳工序操作注意事项1 .碳酸钾溶液的浓度。一般配制浓度为2530%（w、t）2 .活化剂浓度，一般为一一5%增加浓度可以加快溶液吸收二氧化碳的速度，增加净化度，但看超过5%Z后无明显效果，反而增加了二乙醇胺的损失。3 .缓蚀剂浓度通常为溢右。视缓蚀剂不同而各有差异4 .消泡剂：加入消泡剂可防止起泡孔象发，造成气体严重带液。其浓度一般为几个至十几个(ppm)。5 .吸收温度：两段吸收流程中，丰贫液吸收温度105110。C,吸收气体中6075%勺CO,贫液吸U攵温度为6080C,吸收4025%的CO2。6再生温度和压力。提高温度有利于碳酸氢钾的分解，生产上一般控制在

53、沸点一下(105115)。降低压力，有利再生，但纵视整个流程的压力而定。总之，本工序要控制吸收液中各种成分的浓度以及系统的温度和压力，防止带液或控液现象的发生，确保脱硫系统的正常运行。五其它流程简介脱碳的方法很多，流程各异，无论是物理吸收发的加压水洗脱碳，低温甲醇洗涤脱碳，还是化学吸收法的氨水碳化脱碳和热甲碱溶液吸收脱碳，它们的共同之处是用吸收液吸收，然后解吸再生。使吸收液循环使用。由于吸收液和再生液在很高的塔器内进行吸收和解吸，且对设备均有腐蚀性，所以增大了操作维修的难度，还容易造成环境污染。为克服液体脱碳的弱点，近年来我国开发的变压吸收附发脱碳正在逐步推广。变压吸附脱碳是采用分子筛，在加压

54、下吸收，降压下解析的原理，使分子筛循环使用。此法大大降低了设备的高度，吸附剂为固体，装在罐体内，便于操作和维修，同时还减少了对环境的污染。但此法的处理气量没有液体吸收发大，还不能满足大型企业生产要求，但适合在中型合成氨生产企业推广使用。第七节甲烷化一.甲烷化工序的作用此工序的作用是将脱碳气中%左右的CO、CO2，在催化剂的作用下与氢反应生成甲烷。经过甲烷化后的精炼气碳氧化物含量10Ppm以下，从而制得H2:N=3:的合成氨原料气。二.基本原理CO、CO2与氢反应生成甲烷，实际上就是甲烷水蒸气转化生成CO、CO2、H2的逆反应，均采用镍催化剂。由此可知，甲烷化反应时一个强烈的放热反应，其主反应式为：CO+3H2=CH4+H2O+Q(7-1)CO2+4H2=CH4+2H2O+Q(7-2)若脱碳气中有氧存在时，氧与氢反应生成水：O2+2H2=2H2O+Q(7-3)若在温度较低(低于