合成氨各工段儀表應用現狀研究

王志鑫

摘 要：合成氨工業是國家化工工業發展的重要發展物質，影響著國家建設的方方面面。通過對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備的應用現狀，對于科學技術人員和工程技術人員更加深刻地理解現在在合成氨領域并提高專業技能有重要意義。

關鍵詞：合成氨；儀表設備；工段

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

0 引言

氨的發現是在1754年Priestley加熱氯化銨與石灰混合物時發現的。自氨的發現，應用到現在一百多年以來，隨著工業化進程的不斷加劇對于合成氨需求量也在與日俱增，故此合成氨已然成為工業化工原料的主要類別之一。尤其在近現代以來國內外在能源領域例如石油、煤化工等眾多項目的新工藝與新技術的不斷完善與發展新機遇地不斷出現，人們對于合成氨的心工藝和新技術的不斷地不斷探索，合成氨工業相比于傳統生產技術上發生了諸多變化。隨之其自動化儀表也在隨著化工技術地不斷改變，故而其根據合成氨的工藝過程研究合成氨化工的儀表發展現狀具有總結過去，并且為下一步更好地綜合性研究合成氨化工的儀表發展具有重要的指向性意義。

1 合成氨背景現狀

國內關于合成氨的工業化進程起始于上世紀三十年代左右，經過數年的發展至目前為止，我國在合成氨的產量方面已然成為世界第一大國。我國目前可以通過大量基礎原料進行合成氨的生產，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過程的脫硫工藝。一下就針對此進行工藝所用的儀器設備進行分析。

2 合成氨各工段工藝及儀表應用分析

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，在實際生產過程中其氮氣的主要來源是空氣，而對于氫元素的來源則主要是煤炭、重油和天然氣等化石原料，同時上述原料也能為合成氨所需的CO進行合成。由于現在主要合成氨的原料仍然是煤炭，故而以煤炭為原料進行造氣工段的設備進行分析。其主要用到的設備有：煤氣反應發生爐、除塵機、顯熱回收器、洗氣塔、蒸汽緩沖罐、夾套氣包、鼓風機和氣柜等。其中儀器儀表自動化監控設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機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，這種水煤氣經過純化就是制備合成氨的基本原料氣體。在具體的工藝實時過程中可以向煤氣反應發生爐不間斷的通入氧氣與水蒸氣，使之在較為灼熱的反應條件下將煤炭與氣體進行反應，后介入氫元素的循環，將氣體混合后經過顯熱回收作用經冷氣塔冷卻以及除塵作用之后，最后經過相關脫硫作用實現造氣。

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，其控制指標決定著原料氣體的有效成分。對發生爐各部位的溫度、壓力控制，以及儀表的自動控制、聯鎖保護也決定著設備是否能夠長期穩定運行。從而提高產量，節約成本，降低勞動強度。

2.2 脫硫工段過程控制

因為在化石燃料中普遍都含有硫化物，而硫化物對于合成氨的化工生產過程有著極其不利的一面，其腐蝕性較強，并且在造氣過程中容易同其他物質發生反應以而造成系統催化劑中毒現象的發生，除此之外還與銅洗系統發生反應繼而產生沉淀，增加銅的耗損繼而影響生產，所以進行必要的脫硫工藝是必須的一步。脫硫工段常用的儀表設備有脫硫塔，其具體工作流程為塔中的氣液體相對流動將脫硫液自上而下流動，同時在塔身底部接入水煤氣，通過想向接觸進行充分地脫硫接觸。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，而清洗塔的主要作用是降低水煤氣溫度，將其同冷卻水進行換熱。

2.3 壓縮工段過程控制

因為氨的合成是在一定壓力下才可以合成，故而需要特定設備對其各工段進行標定壓縮，同時在造氣中的水煤氣的凈化也需要壓縮機進行壓縮處理。在壓縮過程中應該保證溫度的恒定，通常是通過活塞壓縮標定的體積繼而實現壓力的提高。

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與水蒸氣發生反應，該工段的主要目的是為制得氫氣和尿素，并在該工段實現熱量的部分回收。

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生，在經過脫硫工段處理后存在部分二氧化碳，在進行合成氨的過程中必須要將二氧化碳除去，否則會在合成氨的過程中發生催化物中毒現象，同時在生產尿素等重要原料的同時又需要以二氧化碳作為原料，故而在整個工藝流程中需要進行必要的脫碳處理。

2.6 合成工段過程控制

合成工段是在前面個工段進行完成之后，旨在個原料達標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，并經過冷凝處理的得到液氨。其所主要用到的儀器設備為冷凝塔驚醒液氮的冷凝作業，同時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量儀用以測量。

3 結語

氨的合成是國家化工產業發展的重點項目之一，也影響著國家建設的方方面面。通過對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備的應用現狀，對于工程技術人員更加明了地理解現在在合成氨領域的具體工藝設備，不僅可以提高人們對于合成氨的專業理解，更會對工程技術人員在實際生產中對各工段的工藝的深刻掌握打下基礎。

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