合成氨的应用化工技术专业论文5000字Word文档格式.docx

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结合实践分析可知,在整体合成氨的生产系统当中,综合能源消耗与系统的循环气量存在反比例关系,也就说系统综合能源消耗会根据装备循环气量的提升而降低。

由此可知,在实际工作中应适当增大装置负荷,低于或等于设计能力的负荷都不利于合成氨综合能耗的降低。

现阶段我国合成氨工业催化剂在高温条件下的催化效率已经接近平衡氨浓度,但是合成氨的单程转化率并不高,大部分原料气体需要往复循环,这在一定程度上增加了能量的消耗。

如何降低反应温度,即提升合成氨催化剂低温下的活性,是提高合成氨平衡转化率的关键。

目前世界范围内主要有以下几条技术路线:

（1）四氧化三铁传统熔铁催化剂。

根据经典的火山型火星曲线而来的铁催化剂经过数十年的发展,在借助催化剂提升活性方面已经十分困难。

部分研究人员提出的逸度和普遍化Temkin方程是近年来该类催化剂研究的热点。

（2）钌基催化剂研究。

采用浸渍法将稀有贵金属钌以极高的分散度负载到载体上,进一步得到钌基催化剂,和铁催化剂一样,合成氨反应速率控制的关键是氮气在钌基催化剂上的解离以吸附平衡,该种催化剂在KAAP工艺中有较好的应用。

（3）FeO基催化剂。

FeO基催化剂是我国研究人员提出的一种以维氏体为前驱体的一种高效催化剂,该种催化剂突破了经典理论的限制,将合成氨催化剂的发展带到了一个新的阶段。

FeO基催化剂在低温低压环境下也能够表现出较高的活性,具备较高的还原性。

另有部分研究人员通过对比FeO基催化剂催化剂和以磁铁矿为原料的催化剂,发现FeO基催化剂不仅能够在低温环境下发挥作用,同时能耗也能够降低,耐热性和机械强度测试结果也较高。

但是FeO基催化剂也存在较为致命的缺点,就是制造工艺较为复杂,生产成本远高于传统的合成氨催化剂。

1.2合成气气质　　

1.3合成气的成分会对合成氨综合能耗产生很大的影响,如果控制不当将会造成合成氨综合能耗增大,甚至会直接影响整体系统的温度和压力,而且会在装置运行过程中产生衍生类问题,导致整体系统都受到影响。

第一,循环气中氢含量的影响。

氢氮比是合成氨生产过程中控制的一个重要指标,从实际生产情况看,循环氢由53%上升到62%时,系统压力降低,同时系统压差也相应降低。

因此,在实际生产过程中应控制较高的循环氢含量,以降低合成系统压力和综合能耗。

第二,循环气中甲烷含量的影响。

通过分析合成氨的化学反应原理可知,甲烷是一种无效气体,合成气中的甲烷含量与原料气的生产和原料煤组份及气体净化等过程密切相关,因此循环气中甲烷含量越低则各个阶段的压缩机无效做功也会减少,且可以提高合成塔催化剂的利用率,这对减少整体生产阶段的能源消耗有一定的影响作用。

但在实际生产过程中,因为甲烷在合成塔温度控制调节中具备无法替代的作用,所以在生产中需要将甲烷含量保持在一定的范围内,甲烷含量过低则合成反应速率加快,在短时内放出大量热,导致合成塔内催化剂温度过高,严重时还会损害催化剂,同时,控制循环气中甲烷含量时通过放空来实现的,甲烷含量越低则放空量越大,有效气体损失也越大。

1.3合成氨运行工作　　

在生产过程中,具备全面而有效的工艺管理是工作的重点。

对合成循环气的氢氮比、合成塔热点温度等内容实施管理,全面分析工艺技术的改变,从而及时提出有效的解决方案,这对减少合成氨综合能源消耗有一定的作用,工作主要分为以下几点:

第一,结合生产阶段中产生的变化,及时调节和管理工艺指标,获取平稳的氢氮比;

第二,在相同产量的背景下,大循环量压温的形式通常情况下是不能引用的,虽然多余的反应热会利用废热回收器实施二次应用,但仍然会造成系统整体能耗的上升;

第三,在温度相等的状况下,一般要确保合成塔热平衡,或者是全面提升合成气入废热回收器的温度。

2煤制合成氨装置节能方向分析　　

2.1应用现代化节能的气流床煤气化技术　　

通过对以往实践案例的分析和研究可知,煤气化技术在引导煤制合成氨装置节能中占据重要的作用,气流床煤气化技术因为其具备高效、节能以及环保等特点,逐渐成为改变生产方式的重要技术。

由于国外技术垄断等诸多主客观因素的约束,我国在大范围高效气流床煤气化技术的基础分析工作受到制约发展缓慢,但近年来很多大型的煤化工企业致力于具备自主知识产权的大规模高效气流床煤气化技术的研究和开发成效显着,这符合国民经济发展中对煤炭清洁应用的需求。

在现阶段的发展背景下,引用烟煤、褐煤等粉煤和水煤浆获取合成气技术,主要发展方向是为了降低净化压缩费用支出,原材料大都选择应用劣质粉煤,优化煤种的适应水平和单炉生产能力,减少原料的损失,且热能回收率较高,排渣的方式是液态,有助于降低环境污染程度。

2.2转换催化剂改型提升同时回收低位热能　　

一方面通过应用工艺余热实施工作。

主要是依据划分等级收回引用变换余热,在符合工厂运行条件的背景下,更多的回收利用低位余热;

另一方面,需要创造具备高活性、低温低压氨合成催化剂,且在实际生产中加以应用,其有助于为提升氨净值、减少循环气量,对降低合成氨成本和综合能耗有着十分重要的意义。

2.3热能耦合　　

为了降低生产过程中存在的热损失和效率损失,将变换步骤与低温甲醇洗的热能实施耦合,这是合成氨发展过程中急需研究的课题。

这种方案全面缩短低温甲醇的工作流程,降低低压蒸汽的能源消耗。

2.4应用低温甲醇洗和液氮洗的联合工艺　　

在应用这一技术过程中,低温甲醇洗阶段出现的原料气会在分子筛吸附器中对甲醇、二氧化碳等杂质实施清洗,之后在氮气冷却器中气体和尾液实施逆流换热之后,引导液氮洗涤进入塔底,促使气体中的CO、甲烷等冷却、凝固并且溶解在液氮之中,精制气体需要通过液氮洗涤顶部进行获取。

结合改工艺技术开发的各类专利设备的应用,实现了节能增产的目标,并开始走向国外市场,取得了长足的进步和发展,并对国内煤化工业的发展提供了有力的支持。

3结语　　

总而言之,合成氨工业是国家保障粮食安全的基础,我国自身的地理位置和矿产资源促使煤制合成氨装置成为合成氨工业发展的重点。

结合对现阶段最为优质的煤制合成氨工厂能源消耗状况的分析研究可知,煤制合成氨的能源消耗情况与国家预期的目标还存在差距,此时就需要工作人员结合优化技术和创新观念不断减少装置的能源消耗,降低产品的生产成本,提高企业在市场上的竞争能力。

二

文章叙述了在线分析仪在合成氨生产工艺中的运用,并对取样地点和分析仪器的选择以及仪器校准等方面进行探讨。

在线分析仪;

合成氨;

校准;

氨气是将氢气与氮气混合后在高温高压以及催化剂作用下反应生成,合成循环气中氢氮比的高低严重影响原料消耗及产量的高低,理论上循环气中氢氮比的比值为3:

1。

由于我厂用间歇式气化法、氧化-蒸气加压连续气化法以及甲烷转化法三种方法同时制取原料气,再加上分析方法原采用化学吸收分析法或实验室色谱法,频率为1次/小时,每分析一个样品大约需要20分钟,不能连续分析,无法及时指导生产,这也是我厂氢氮比合格率低原因之一。

在线分析仪具有选择性高、响应时间短、连续、准确等优点,因此只有采用在线分析仪才能满足生产工艺要求。

本文对合成循环气氢氮比有主要影响的取样地点选择、分析仪器选择、仪器校准等方面进行探讨。

1.取样地点的选择　　

2.一般选择在稳定且能及时反应工艺变化地方。

根据样气对合成循环气中氢氮比影响程度,不同的制气方法选择不同的取样地点作为我们的主要控制点。

（1）间歇式气化法取样地点　　

气化炉出口:

优点是能及时反应每台气化炉的工艺变化;

缺点是由于样气脏、样气预处理系统复杂、维护量大经常造成仪器不能投用,气化炉多时投资大。

一般不适合作在线分析仪的取样地点。

气柜出口:

优点是投资与气化炉多少无关,能及时反应半水煤气总管工艺变化;

缺点是样气脏、样气预处理系统复杂、维护量大经常造成仪器不能投用。

脱硫出口:

优点是投资与气化炉多少无关,样气较干净、样气预处理系统简单、维护量较小,能反应半水煤气总管工艺变化;

缺点是反应时间相对滞后。

综合比较间歇式气化法取样地点选择在脱硫出口较为合适。

但氧分析仪的取样地点由于在前脱硫有电除尘装置,为保证电除尘装置的安全,取样地点只能选择在气柜出口。

（2）甲烷转化法取样地点　　

二段转化炉及变换炉出口:

优点是能及时反应工艺变化;

缺点是由于样气温度高、水气大,样气预处理系统复杂,氢分析结果由于种种原因不准确,为了便于工艺操作在脱碳出口还要安装一氧化碳或二氧化碳分析仪,使得投资加大。

脱碳出口:

优点是样气温度低、水气含量小,能及时反应工艺变化,投资省,氢分析结果准确;

缺点是反应时间相对滞后。

综上所述甲烷转化法取样地点选择在脱碳出口较为合适。

（3）氧化-蒸气加压连续气化法取样地点

由于该工艺对合成气氢氮比的调节在液氮洗出口,因此取样地点选择在液氮洗出口。

2.分析仪器的选择决定　　

有的厂采用工业气相色谱仪来分析,但我们厂有三种制气方法,且取样地点相距很远,工业气相色谱仪不适合用于我厂。

间歇式气化法制取半水煤气中的成分主要为H2、CO、CO2、N2、O2、CH4以及少量H2S等气体,气化炉主要控制指标分别为H2+CO≥68%、CO2≤7%、O2≤0.5%。

因此分析CO、CO2选择红外线气体分析仪,分析H2选择热导式氢分析仪,CH4含量在原料（无烟煤或焦炭）固定时其变化不大（0.3%-0.5%）可以视为恒定值,为了节约投资,也可不安装CH4气体分析仪。

O2含量分析是一项重要指标,它关系着生产的安全,由于氧分析仪的取样地点在电除尘装置和脱硫之前的气柜出口,灰尘和腐蚀气体含量高,为保证仪器的正常使用,氧分析仪选择要具有准确度高、耐腐蚀等优点的仪器（如CY101磁压力式氧分析仪）。

氮气含量用100%分别减去H2、CO、CO2、O2、CH4即可得到。

由于H2S含量低,可忽略不计。

甲烷转化法在脱碳出口样气成分主要为H2、CO、CO2、N2、CH4以及少量O2等气体,主要控制指标分别为H2/N2=3:

1、CO≤3%、CO2≤1.2%、CH4≤1%。

因此分析CO、CO2和CH4选择红外线气体分析仪,分析H2选择热导式氢分析仪,CH4含量受转化操作影响变化很大,不可不安装CH4气体分析仪。

氮气含量用100%分别减去H2、CO、CO2、CH4含量即可得到。

由于O2含量低,可忽略不计。

氧化-蒸气加压连续气化法取样地点在液氮洗出口,样气成分主要为H2、和N2,分析H2选择热导式氢分析仪,氮气含量用100%减去H2含量即可得到。

为了方便操作,氮气含量及氢氮比值也可将样气中其它组份的分析结果信号送入KMP运算器进行运算,并由运算器输出相应的信号用于显示和记录。

3.仪器的安装　　

样气含有少量杂质和水气,而进入红外线气体分析仪的样气要求是无腐蚀、干燥和干净的气体,因此需要对样气进行预处理,样气预处理系统包括除水、冷却、除尘除硫和流量控制等装置,为了尽可能缩短分析时间,仪器安装地点距取样点要近,样气管采用管径较小的不锈钢管（ф6×

1）安装以及采用样气分流（旁路）等手段。

为了防止断气造成假分析结果,可以在仪器的样气出口安装流量报警装置,当流量小于给定值时流量报警装置就发出报警,提醒操作工及时处理。

为了节约投资、便于操作、实现资源共享,分析仪器结果信号可分别送到不同岗位的主控室进行显示、报警以及工艺连锁。

4.仪器的校准　　

红外线气体分析仪具有选择性高等优点,其它组份含量变化对其分析结果没有影响。

磁压力式氧分析仪在正常工艺条件下其它组份含量变化对其分析结果没有太大影响（CO2会产生负干扰,H2会产生正干扰,两者在正常工艺条件基本相互抵消）。

CO2会对热导式氢分析仪产生负干扰,同样CH4会对热导式氢分析仪产生正干扰,但CO2和CH4在所选取样地点样气中的含量不高,因此它们对热导式氢分析仪产生影响可以忽略不计。

同时,为了提高分析结果的准确度,校表用的标准气要与样气的组成相同,含量也要与正常工艺时样气各组份的含量相近。

　　5.注意事项　　

（1）对在线分析仪进行调试或校表时,应先通知有关岗位后,才能对在线分析仪进行调试或校表。

如果有连锁,需要先断开连锁,不然会引起工艺跳车。

（2）当CO2和H2含量偏离正常工艺太多时,会使氧分析结果产生误差。

同样,当CO2含量太高时,会使氢分析结果偏低。

（3）当CO2含量太高时,会使氢分析结果偏低。

同样,当CH4含量太高时,会使氢分析结果偏高。

参考文献

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