合成氨各工段仪表应用现状研究

王志鑫

摘 要：合成氨工业是国家化工工业发展的重要发展物质，影响着国家建设的方方面面。通过对于分析合成氨各工段工艺流程，并掌握各工段主要使用仪表设备的应用现状，对于科学技术人员和工程技术人员更加深刻地理解现在在合成氨领域并提高专业技能有重要意义。

关键词：合成氨；仪表设备；工段

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

0 引言

氨的发现是在1754年Priestley加热氯化铵与石灰混合物时发现的。自氨的发现，应用到现在一百多年以来，随着工业化进程的不断加剧对于合成氨需求量也在与日俱增，故此合成氨已然成为工业化工原料的主要类别之一。尤其在近现代以来国内外在能源领域例如石油、煤化工等众多项目的新工艺与新技术的不断完善与发展新机遇地不断出现，人们对于合成氨的心工艺和新技术的不断地不断探索，合成氨工业相比于传统生产技术上发生了诸多变化。随之其自动化仪表也在随着化工技术地不断改变，故而其根据合成氨的工艺过程研究合成氨化工的仪表发展现状具有总结过去，并且为下一步更好地综合性研究合成氨化工的仪表发展具有重要的指向性意义。

1 合成氨背景现状

国内关于合成氨的工业化进程起始于上世纪三十年代左右，经过数年的发展至目前为止，我国在合成氨的产量方面已然成为世界第一大国。我国目前可以通过大量基础原料进行合成氨的生产，其具体包括有无烟煤、天然气和油田伴生气等。在合成氨的过程中主要分为三大部分，分别为：原料气体的制备、原料气的净化过程和生产过程的脱硫工艺。一下就针对此进行工艺所用的仪器设备进行分析。

2 合成氨各工段工艺及仪表应用分析

2.1 原料气体的制备与过程控制

原料气体的制备是指在制备合成氨的原料气体，在实际生产过程中其氮气的主要来源是空气，而对于氢元素的来源则主要是煤炭、重油和天然气等化石原料，同时上述原料也能为合成氨所需的CO进行合成。由于现在主要合成氨的原料仍然是煤炭，故而以煤炭为原料进行造气工段的设备进行分析。其主要用到的设备有：煤气反应发生炉、除尘机、显热回收器、洗气塔、蒸汽缓冲罐、夹套气包、鼓风机和气柜等。其中仪器仪表自动化监控设备起到十分重要的作用。

原料气体的制备工段的原理为：通过燃烧固体的化石燃料，后通过原料造气工段在鼓风机的作用下通入氧气和水蒸气的比例是指混合成为具有固定比例的半水煤气，这种水煤气经过纯化就是制备合成氨的基本原料气体。在具体的工艺实时过程中可以向煤气反应发生炉不间断的通入氧气与水蒸气，使之在较为灼热的反应条件下将煤炭与气体进行反应，后介入氢元素的循环，将气体混合后经过显热回收作用经冷气塔冷却以及除尘作用之后，最后经过相关脱硫作用实现造气。

在氧气和水蒸气配比过程中，氧气浓度与流量、水蒸气的流量控制极为重要，其控制指标决定着原料气体的有效成分。对发生炉各部位的温度、压力控制，以及仪表的自动控制、联锁保护也决定着设备是否能夠长期稳定运行。从而提高产量，节约成本，降低劳动强度。

2.2 脱硫工段过程控制

因为在化石燃料中普遍都含有硫化物，而硫化物对于合成氨的化工生产过程有着极其不利的一面，其腐蚀性较强，并且在造气过程中容易同其他物质发生反应以而造成系统催化剂中毒现象的发生，除此之外还与铜洗系统发生反应继而产生沉淀，增加铜的耗损继而影响生产，所以进行必要的脱硫工艺是必须的一步。脱硫工段常用的仪表设备有脱硫塔，其具体工作流程为塔中的气液体相对流动将脱硫液自上而下流动，同时在塔身底部接入水煤气，通过想向接触进行充分地脱硫接触。清洗塔和冷却塔的综合使用，上部分安装清洗塔下部安装冷却塔，清洗塔的主要作用为除去脱硫塔释放出来的水煤气中所携带的脱硫液等杂质，而清洗塔的主要作用是降低水煤气温度，将其同冷却水进行换热。

2.3 压缩工段过程控制

因为氨的合成是在一定压力下才可以合成，故而需要特定设备对其各工段进行标定压缩，同时在造气中的水煤气的净化也需要压缩机进行压缩处理。在压缩过程中应该保证温度的恒定，通常是通过活塞压缩标定的体积继而实现压力的提高。

2.4 变换工段过程控制

该工段的主要作用是将压缩后的水煤气在特定的温度下配合反应压力在借助特定的催化剂相互作用，使之将其CO与水蒸气发生反应，该工段的主要目的是为制得氢气和尿素，并在该工段实现热量的部分回收。

2.5 脱碳工段过程控制

水煤气的制得是通过煤炭气化而产生，在经过脱硫工段处理后存在部分二氧化碳，在进行合成氨的过程中必须要将二氧化碳除去，否则会在合成氨的过程中发生催化物中毒现象，同时在生产尿素等重要原料的同时又需要以二氧化碳作为原料，故而在整个工艺流程中需要进行必要的脱碳处理。

2.6 合成工段过程控制

合成工段是在前面个工段进行完成之后，旨在个原料达标的状况下在高温高压的情况下借助特定的催化剂完成氨的合成，并经过冷凝处理的得到液氨。其所主要用到的仪器设备为冷凝塔惊醒液氮的冷凝作业，同时保证高温高压的条件就是建立密封容器，完成之后使用压力测量仪用以测量。

3 结语

氨的合成是国家化工产业发展的重点项目之一，也影响着国家建设的方方面面。通过对于分析合成氨各工段工艺流程，并掌握各工段主要使用仪表设备的应用现状，对于工程技术人员更加明了地理解现在在合成氨领域的具体工艺设备，不仅可以提高人们对于合成氨的专业理解，更会对工程技术人员在实际生产中对各工段的工艺的深刻掌握打下基础。

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