合成氨各工段儀表應(yīng)用現(xiàn)狀研究

王志鑫

摘 要：合成氨工業(yè)是國(guó)家化工工業(yè)發(fā)展的重要發(fā)展物質(zhì)，影響著國(guó)家建設(shè)的方方面面。通過對(duì)于分析合成氨各工段工藝流程，并掌握各工段主要使用儀表設(shè)備的應(yīng)用現(xiàn)狀，對(duì)于科學(xué)技術(shù)人員和工程技術(shù)人員更加深刻地理解現(xiàn)在在合成氨領(lǐng)域并提高專業(yè)技能有重要意義。

關(guān)鍵詞：合成氨；儀表設(shè)備；工段

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.15.030

0 引言

氨的發(fā)現(xiàn)是在1754年P(guān)riestley加熱氯化銨與石灰混合物時(shí)發(fā)現(xiàn)的。自氨的發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用到現(xiàn)在一百多年以來，隨著工業(yè)化進(jìn)程的不斷加劇對(duì)于合成氨需求量也在與日俱增，故此合成氨已然成為工業(yè)化工原料的主要類別之一。尤其在近現(xiàn)代以來國(guó)內(nèi)外在能源領(lǐng)域例如石油、煤化工等眾多項(xiàng)目的新工藝與新技術(shù)的不斷完善與發(fā)展新機(jī)遇地不斷出現(xiàn)，人們對(duì)于合成氨的心工藝和新技術(shù)的不斷地不斷探索，合成氨工業(yè)相比于傳統(tǒng)生產(chǎn)技術(shù)上發(fā)生了諸多變化。隨之其自動(dòng)化儀表也在隨著化工技術(shù)地不斷改變，故而其根據(jù)合成氨的工藝過程研究合成氨化工的儀表發(fā)展現(xiàn)狀具有總結(jié)過去，并且為下一步更好地綜合性研究合成氨化工的儀表發(fā)展具有重要的指向性意義。

1 合成氨背景現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)關(guān)于合成氨的工業(yè)化進(jìn)程起始于上世紀(jì)三十年代左右，經(jīng)過數(shù)年的發(fā)展至目前為止，我國(guó)在合成氨的產(chǎn)量方面已然成為世界第一大國(guó)。我國(guó)目前可以通過大量基礎(chǔ)原料進(jìn)行合成氨的生產(chǎn)，其具體包括有無煙煤、天然氣和油田伴生氣等。在合成氨的過程中主要分為三大部分，分別為：原料氣體的制備、原料氣的凈化過程和生產(chǎn)過程的脫硫工藝。一下就針對(duì)此進(jìn)行工藝所用的儀器設(shè)備進(jìn)行分析。

2 合成氨各工段工藝及儀表應(yīng)用分析

2.1 原料氣體的制備與過程控制

原料氣體的制備是指在制備合成氨的原料氣體，在實(shí)際生產(chǎn)過程中其氮?dú)獾闹饕獊碓词强諝?，而?duì)于氫元素的來源則主要是煤炭、重油和天然氣等化石原料，同時(shí)上述原料也能為合成氨所需的CO進(jìn)行合成。由于現(xiàn)在主要合成氨的原料仍然是煤炭，故而以煤炭為原料進(jìn)行造氣工段的設(shè)備進(jìn)行分析。其主要用到的設(shè)備有：煤氣反應(yīng)發(fā)生爐、除塵機(jī)、顯熱回收器、洗氣塔、蒸汽緩沖罐、夾套氣包、鼓風(fēng)機(jī)和氣柜等。其中儀器儀表自動(dòng)化監(jiān)控設(shè)備起到十分重要的作用。

原料氣體的制備工段的原理為：通過燃燒固體的化石燃料，后通過原料造氣工段在鼓風(fēng)機(jī)的作用下通入氧氣和水蒸氣的比例是指混合成為具有固定比例的半水煤氣，這種水煤氣經(jīng)過純化就是制備合成氨的基本原料氣體。在具體的工藝實(shí)時(shí)過程中可以向煤氣反應(yīng)發(fā)生爐不間斷的通入氧氣與水蒸氣，使之在較為灼熱的反應(yīng)條件下將煤炭與氣體進(jìn)行反應(yīng)，后介入氫元素的循環(huán)，將氣體混合后經(jīng)過顯熱回收作用經(jīng)冷氣塔冷卻以及除塵作用之后，最后經(jīng)過相關(guān)脫硫作用實(shí)現(xiàn)造氣。

在氧氣和水蒸氣配比過程中，氧氣濃度與流量、水蒸氣的流量控制極為重要，其控制指標(biāo)決定著原料氣體的有效成分。對(duì)發(fā)生爐各部位的溫度、壓力控制，以及儀表的自動(dòng)控制、聯(lián)鎖保護(hù)也決定著設(shè)備是否能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。從而提高產(chǎn)量，節(jié)約成本，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。

2.2 脫硫工段過程控制

因?yàn)樵诨剂现衅毡槎己辛蚧铮蚧飳?duì)于合成氨的化工生產(chǎn)過程有著極其不利的一面，其腐蝕性較強(qiáng)，并且在造氣過程中容易同其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)以而造成系統(tǒng)催化劑中毒現(xiàn)象的發(fā)生，除此之外還與銅洗系統(tǒng)發(fā)生反應(yīng)繼而產(chǎn)生沉淀，增加銅的耗損繼而影響生產(chǎn)，所以進(jìn)行必要的脫硫工藝是必須的一步。脫硫工段常用的儀表設(shè)備有脫硫塔，其具體工作流程為塔中的氣液體相對(duì)流動(dòng)將脫硫液自上而下流動(dòng)，同時(shí)在塔身底部接入水煤氣，通過想向接觸進(jìn)行充分地脫硫接觸。清洗塔和冷卻塔的綜合使用，上部分安裝清洗塔下部安裝冷卻塔，清洗塔的主要作用為除去脫硫塔釋放出來的水煤氣中所攜帶的脫硫液等雜質(zhì)，而清洗塔的主要作用是降低水煤氣溫度，將其同冷卻水進(jìn)行換熱。

2.3 壓縮工段過程控制

因?yàn)榘钡暮铣墒窃谝欢▔毫ο虏趴梢院铣?，故而需要特定設(shè)備對(duì)其各工段進(jìn)行標(biāo)定壓縮，同時(shí)在造氣中的水煤氣的凈化也需要壓縮機(jī)進(jìn)行壓縮處理。在壓縮過程中應(yīng)該保證溫度的恒定，通常是通過活塞壓縮標(biāo)定的體積繼而實(shí)現(xiàn)壓力的提高。

2.4 變換工段過程控制

該工段的主要作用是將壓縮后的水煤氣在特定的溫度下配合反應(yīng)壓力在借助特定的催化劑相互作用，使之將其CO與水蒸氣發(fā)生反應(yīng)，該工段的主要目的是為制得氫氣和尿素，并在該工段實(shí)現(xiàn)熱量的部分回收。

2.5 脫碳工段過程控制

水煤氣的制得是通過煤炭氣化而產(chǎn)生，在經(jīng)過脫硫工段處理后存在部分二氧化碳，在進(jìn)行合成氨的過程中必須要將二氧化碳除去，否則會(huì)在合成氨的過程中發(fā)生催化物中毒現(xiàn)象，同時(shí)在生產(chǎn)尿素等重要原料的同時(shí)又需要以二氧化碳作為原料，故而在整個(gè)工藝流程中需要進(jìn)行必要的脫碳處理。

2.6 合成工段過程控制

合成工段是在前面?zhèn)€工段進(jìn)行完成之后，旨在個(gè)原料達(dá)標(biāo)的狀況下在高溫高壓的情況下借助特定的催化劑完成氨的合成，并經(jīng)過冷凝處理的得到液氨。其所主要用到的儀器設(shè)備為冷凝塔驚醒液氮的冷凝作業(yè)，同時(shí)保證高溫高壓的條件就是建立密封容器，完成之后使用壓力測(cè)量?jī)x用以測(cè)量。

3 結(jié)語

氨的合成是國(guó)家化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)項(xiàng)目之一，也影響著國(guó)家建設(shè)的方方面面。通過對(duì)于分析合成氨各工段工藝流程，并掌握各工段主要使用儀表設(shè)備的應(yīng)用現(xiàn)狀，對(duì)于工程技術(shù)人員更加明了地理解現(xiàn)在在合成氨領(lǐng)域的具體工藝設(shè)備，不僅可以提高人們對(duì)于合成氨的專業(yè)理解，更會(huì)對(duì)工程技術(shù)人員在實(shí)際生產(chǎn)中對(duì)各工段的工藝的深刻掌握打下基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]賀鑫平，余濤，王煊，黃壘，王延安.水煤漿氣化生產(chǎn)合成氨裝置變換爐及變換工藝分析[J].煤化工，2017，45（06）：6-11.

[2]郗凌霄.化工尾氣生產(chǎn)合成氨裝置技術(shù)改進(jìn)[D].河北大學(xué)，2017.

[3]王輝.大型合成氨裝置節(jié)能減排的思考[J].化肥設(shè)計(jì)，2013，51

（02）：8-11.

[4]張占一，孟強(qiáng)，鄒隱文.大中型煤制合成氨裝置典型工藝與布置方案探討[J].化肥設(shè)計(jì)，2012，50（02）：17-21.

[5]童秋階.淺談合成氨裝置過程控制技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)[J].化工設(shè)計(jì)，2000（04）：16-18+1.