合成氨工艺条件的改进与节能；杨荣安徽建筑工业学院材化学院应用化学专业合肥23；摘要本文从合成氨工艺中所存在的一些高能耗问题入手；关键词合成氨工艺改进节能降耗生产流程改进措施；1前言；合成氨工业自1901年诞生以来，经历了发明阶段、；目前，由于世界范围内的能源紧缺，造成了世界能源价；化学工业本来就是个能耗大户，而合成氨又是高能耗产；2合成氨的工业生产途径；合成
合成氨工艺条件的改进与节能 杨荣
安徽建筑工业学院材化学院应用化学专业 合肥 230601
本文从合成氨工艺中所存在的一些高能耗问题入手，主要分析了合成氨工艺的改进方法，以及从热力供给系统、反应催化剂及系统优化等方面采取措施从而达到节能降耗的目的。文中所给的针对性措施可实际应用到合成氨工厂中 。 关键词
1 前言 合成氨工业自1901年诞生以来，经历了发明阶段、技术推广阶段、原料结构变迁阶段、单系列大型化自动化阶段和节能降耗阶段，历史近一个世纪。目前正处于节能降耗阶段。 目前，由于世界范围内的能源紧缺，造成了世界能源价格不断上涨，而氮肥的价格却保持相对稳定，因此高能耗的合成氨厂面临着严峻的形势和挑战，这样，合成氨工艺的改进势在必行。 化学工业本来就是个能耗大户，而合成氨又是高能耗产品，目前国内的中小型化肥厂合成氨的能耗普遍高于国外先进制氨工艺厂。工厂的经济效益由工艺的能耗来决定，因此改进合成氨工艺是首要任务。
2 合成氨的工业生产途径
合成工业是能耗较大的工业之一, 根据原料品种和技术先进程度的不同, 单位产品的能耗差别很大, 因此, 所采用的先进技术应以总体生产节能为目标, 也就是说, 合成工艺开发的总目标在于节能，因此要从能量的综合利用方面来考虑节能方案。 2.1 用余热来加热热水以供锅炉或其它工序用 2.2 直接利用余热副产高热值的蒸汽供其它工序用 2.3 利用副产蒸汽发电供全厂用 2.4
本系统内部自热平衡
天然气合成氨工业流程图
3 降低合成氨工厂能耗的措施 中小型工厂一般以天然气为原料制取氨，天然气用量的多少直接决定着工厂能耗，下面列出降低中小型合成氨厂能耗的一些措施： 3.1 合成氨工厂造气工序的节能措施 3.1.1 降低吹风系统的阻力 3.1.2 采用蒸汽自调系统 3.1.3 优化造气操作系统 3.2 合成氨工厂变换工序的节能措施 3.2.1 开发优质低温高效变换催化剂 3.2.2 变换炉合理分段并采用合适的降温措施 3.2.3 防止变换催化剂衰老、中毒与失活 3.2.4 加强保温、降低热损失 3.2.5 系统优化设计与优化操作 3.3 合成氨工厂合成工序的节能措施 3.3.1 开发优质低温高效合成催化剂 3.3.2 开发新型氨合成塔 3.3.3 防止合成催化剂衰老、中毒与失活 3.3.4 加强保温、降低热损失 3.3.5 用吸氨制冷代替压缩制冷 3.3.6 用吸收分氨代替深冷分氨 3.3.7 回收放空气中的氢气和氮气 3.3.8 系统优化设计与优化操作 4 综合考虑上述各方面所提及的节能措施总结出节能方法与具体实施操作
1．造气炉整体改造技术
该技术包括造气炉扩径、夹套加高、出口管的移位、适合不同煤种的专用炉篦、炉底转动装置采用变频器进行调速控制等整体配套改造。改造后可明显提高造气炉的制气强度，降低煤耗。
2．合理选择高效造气鼓风机
要根据各种造气炉炉径、煤种、发气量要求、系统配套设备与管道阻力的不同，综合考虑合理选择风机，既要足够满足制气吹风的风量要求，又要防止风量过大而造成吹风气带出物增多。
3．自动加焦（煤）机技术
使用该技术可节省停炉时间，连续制气、减少热量损失，缩短吹风时间，提高单炉发生量，并有利于稳定炉温与气体成份，降低吨氨煤耗，减轻操作工的劳动强度，减少事故发生。
4．油压微机控制、炉况监测与系统优化技术
使用该技术可合理调节控制造气循环分配时间、入炉蒸汽量、氢氮比和加煤、下灰等，能对造气炉的炉况全面监测并进行闭环调优，进而优化生产状态，达到造气系统高产、稳产、低耗的目的。
5．采用高效除尘器
选用低阻的高效旋风除尘器，可提高煤气的除尘效率，减少飞屑的损失与设备管道的磨损。
6．集中式回收上、下行煤气余热
采用一台集中式对应多台造气炉的热管型余热回收器回收上、下行煤气余热，有利于降低系统阻力及提高余热回收率。
7．集中式高效洗气塔
采用一台集中式高效低阻填料洗气塔来取代常用的一台造气炉配一台的空塔喷淋式洗气塔，有利于降低系统阻力与提高洗涤冷却效果，并可减少15%～20%的冷却水与污水处理量。
8．提高入炉蒸汽品质
入炉蒸汽采用过热蒸汽，有利于制气过程中炉温的稳定，提高蒸汽分解率与单炉发气量5%～8%，降低吨氨原料煤与蒸汽消耗量。
9．吹风气余热回收
借助合成弛放气助燃，采用集中式燃烧炉吹风气回收技术，回收造气吹风气的显热与潜热，副产过热蒸汽。有条件的企业可采用三废流化混燃炉技术将吹风气与造气炉渣结合在一起，回收利用副产过热蒸汽，搞热电联产，有利进一步提高节能效果与经济效益。
10．降低造气系统阻力
单炉发生量提高，对于配套的管道与阀门的口径也需相应放大，管道配置尽量减少弯头，配管流向要合理，对洗气塔的煤气管插入深度等需进行相应的调整，这样有利造气炉的制气与节约鼓风机电耗。 11．回收利用冷凝水
现有使用蒸汽加热而冷凝下来的冷凝水被大量直接排至地沟，要尽可能改造为全部回收利用，既能回收其热量减少锅炉燃料的消耗，又能节省水费与水处理费，降低生产成本。
12．高效脱硫剂与防堵低阻脱硫塔
可采用888或888+栲胶等高效脱硫剂及不易堵塔的低阻脱硫塔，提高脱硫效率，减少脱硫液循环量，降低电耗。
13．节能型全低变与中低低变换工艺
在采用宽温钴钼低变催化剂的前提下，根据企业生产条件的情况不同，可采用节能型全低变或中低低变换工艺。该工艺变换率高、流程简单、阻力小、蒸汽消耗少，吨氨蒸汽消耗分别达到≤250kg与≤350kg。
14．采用改进型的丙碳法、NHD法与变压吸附法（PSA）脱除CO2工艺
这3种工艺均系当前各企业所采用的低能耗脱碳技术，具体选择要从净化气要求，前后工艺条件及技术经济指标结合企业具体情况而定。
15．采用经济合理的合成压力
对于氨合成催化剂生产强度，根据低空速、高净值、低阻力与节能的角度衡量及技术经济分析，建议按18～20t氨/m3?d生产强度选择合成塔与催化剂，使其操作压降低至22M～24MPa（初期还要低2MPa左右），这样可使吨氨节电50kWh左右，还可增加2%～3%的氨产量。
16．采用活性好、宽温、高强度氨催化剂及其相匹配的高效节能型合成塔
可提高氨净值，从而减少循环气的循环量，降低循环机电耗，减少冷冻能耗。
17．塔外提温型合成工艺与二级余热回收技术
对氨合成反应热的回收利用采用该工艺技术，可使合成气工艺余热按位能高低获多级利用，废热锅炉副产蒸汽，软水加热器加热软水，可充分提高余热回收率，减少循环冷却水用量。
18．氨气、氢气回收技术
在合成氨生产过程中，由于生产负荷的变化，为保持合成系统的适宜操作压力，会造成合成系统中的放空气和氨槽弛放气量增加，而这部分气体中均含有大量的氨和氢随之放空，导致合成氨各项消耗增多，成本加大。根据这两种气源的不同组分和特性可分别采用膜分离技术回收放空气中的氢气以及采用无动力氨回收技术回收氨槽弛放中的氨气。
19．制冷系统蒸发式冷凝器
该设备是采用热力学、传热学等工程学的先进技术，对交叉式冷却塔和传统蒸发式冷凝器进行优化组合，具有结构紧凑、占地少、质量轻、安装简便等优点，使用了高效传热元件，提高了换热效率与冷却冷凝效果，达到运转功率小、耗电量少、冷却水消耗少的效果，是取代传统的立式水冷冷凝器的有效节能设备。
20．利用低位能余热采用溴化锂吸收制冷技术
利用尿素、合成氨生产过程的低位能余热（热水、冷凝液等）采用热水型溴化锂吸收式冷水机组制取低温冷水，用于冷却氮氢压缩机一级入口煤气、三级、六七级入口煤气，脱碳吸收液与氨合成循环气等，可充分利用低位能热量提高压缩机打气量，减少脱碳吸收液循环量、降低氨冷、冷冻机负荷，达到增产、降低电耗的效果，在夏天等高温季节效果尤为明显。
21．机泵电机采用变频调速技术
对有负荷变化、经常造成机泵电机“大马拉小车”的转动设备如造气的炉条机、锅炉给煤机、给水泵、空气鼓风机、罗茨鼓风机、甲胺泵、液氨泵等，采用变频调速，实现平滑的无级调速，在生产过程中能获得较佳调速，从而可取得明显的节电效果。对于高压大中容量交流电机的调速，可采用内馈载波调速技术，与高压变频相比，具有效率高、价格低、功率高等优点。
22．氮氢压缩机的节电
氮氢压缩机的耗电占合成氨电耗的70%左右，因此合理选择与使用压缩机对吨氨电耗关系密切。要逐步淘汰落后、高耗的L3.3-17、4M8、4H8等陈旧压缩机，结合节能技改选择单机能力≥2万t/a合成氨的大中型机组，使吨氨电耗明显降低。选用可靠的气阀，延长机组无故障运行时间，确保循环油冷却效果，提高一进压力，降低一进温度，提高段间冷却与分离设备效率等技术措施。尽量不采用不同压缩机机型的并机使用，防止由并机不和谐而造成的无效功损失与影响运行故障周期。
23．企业电网系统节电
该节电产品是通过对半导体瞬流控制技术，复合式实时滤波技术和远程跟踪与诊断技术的重大突破，以10-12秒的反应速度对瞬流和高次谐波进行及时的测试和有效的控制，同时能消除设备开关启合引起的高能量突变引起的瞬流，提高电源质量，减少电损，提高系统用电设备的效率。
24．蒸汽管道系统节能
从锅炉房输送至各用汽点的蒸汽管道系统应遵循高压输送、低压使用的原则，可减少管道建设费用、减少散热损失。系统应合理选择与配置足够的疏水阀，疏水阀使用好坏直接影响到蒸汽的消耗，是节能潜力最大的地方。要做好蒸汽管道系统保温工程，减少管网的热损失。
1 改进前生产工艺流程
2 改进后生产工艺流程 参考文献 1 《云南化工》1995年 第1期 合成氨工艺设计的改进与能耗分析李琦 角仕云
2 朱丙辰主编 无机化工反应工程 北京 化学工业出版社,1991 3 李绍芬主编 化学与催化反应工程 北京 化学工业出版社,1987 4 于遵宏等编 大型合成氨厂工艺过程分析 北京
中国石化出版社 1993 5
王建华主编 化学反应器设计 成都 成都科技大学出版社,1989
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合成氨培训教材
合成氨培训教材三、布朗氨合成流程 由于布朗工艺{4}的特殊流程， 合成气最终要经过深冷精 制以除去其中所含多余的氮气，因而气体质量与其他冷法精 制流程的氮洗大体相当，即不含微量水分及二氧化碳。这种 高质量的合成补充气，系所有深冷净化法的一大优点。它对 氨合成系统十分有利，可有效地提高合成系统的能力，降低 消耗。 图（4-19-9）为布朗三台合成塔，三台废热锅炉的氨合 成工艺流程。补充气经过压缩冷却后1合成氨培训教材在循环段中与循环气相混合，然后经过预热去合成塔（1） ， （2） ， 。 （3） 每台合成塔出口都设有废热锅炉， 副产 12.5MPa 高压蒸汽。合成塔的出口气，经过废热锅炉和预热器回收热 量后，再经水冷器，冷交换器，二级氨冷器，降温至 4.4℃并分离掉冷凝液氨，然后进冷交换器回收冷量，并升温至 32℃，进入 透平压缩机循环段与补充合成气混合去氨合成塔， 从而构成氨合成的 循环回路。 此氨合成流程的合成压力为 15MPa。第三氨合成塔出口气中含氨可达 21%，入塔气中含氨 4%左右。四、卡萨里法合成氨流程 卡萨立高压法也是高压法的一种，意大利人卡萨里所创。氢 氮混合气被压缩到 50~90MPa 后进入循环系统，催化剂在 500℃操作，采用的空间速度为 12000，出塔气中氨含量 15%，虽然2合成氨培训教材用循环法生产，但不用循环压缩机而用气体喷射泵，只需将补充进入 系统的 3：1 的氢氮混合气压力提高一点，就可作为动力源而带动整 个系统的气体进行循环。此法最大的特点在与催化剂床层的温度控 制，在高温高压下催化剂活性很易衰老，为此卡萨里对循环系统氨的 分离使用冷凝的方法，出合成塔的气体被冷却到一定的温度，其中反 应生成的氨就被冷凝分离掉。由于这种冷凝的做法，使得气体中残留 一定量的氨分压，参见图（1-2-5）3.气体在 60MPa 下冷凝之后还有 大约 2%到 3%的氨保留在气相中，这就使得循环到合成塔催化剂层进 口处时可以减慢氨的生成反应，因此也就避免了产生过热现象。而哈 伯法是用水洗分氨。合成塔进口处氨含量接近于 0。而克劳德法则更 是用新鲜氢氮气一次通过， 故这两种工艺对催化剂的反应确实是要剧 烈的多。据报道，同样的催化剂在卡萨里法可用 6 到 12 个月。每千 克 的 催 化 剂 产 率 为 0.5 到 0.6 的 氨 。卡萨里法的另一特点是合成塔与内件之间有一环隙，进塔的 循环气先通过此环隙再入催化剂筐，这使得塔壳的温度低于 400℃，因而避免了克劳德在高压下要用镍铬合金的做法。这种保护3合成氨培训教材外壳的方法以后一直被绝大部分其他合成工艺所采用。 虽然布什也使 用在环隙通过冷气的做法，但他用的是氮气，这就造成塔内氢氮比例 的变动，因而没有被他人所效仿。此外，在催化剂筐中设中心管，内 装电炉，供开工时使用。这点也比哈伯?布什法向塔内送入少量空气 使之与氢气燃烧产生热量来升温的做法要高明。由于这些特色，1927 年全球合成氨产量的 19%应用 此法。而上述的几项特点则一直被后人广泛效法。 这种生产方式到 60 年代离心式压缩机在氨厂使用之前， 一直占据一定地位。特别是美国的福斯特?惠勒公司于 1954 年采用此法以后，当时就报到有 40 多座厂使用此法。中国 在 60 年代初引进的第一套合成氨厂就是按卡萨里技术建造 的。不过在 60 年代以后，卡萨里即放弃了高压合成的作法， 而致力于径向合成塔的技术开发。其成套氨厂的设计与建造 业务于 1967 年与法国的 GP 公司联合，从此法液空，GP， 卡萨里这三家公司的合成氨业务由 GP 为代表。 浓度可达 25%，这相当于入塔氢氮气有 40%转化为氨， 每 kg 催化剂可产氨 6kg/h,相比之下，当时的哈伯法只有 0.3~0.4kg/h。其工艺流程为原料氢来自焦炉气深冷液化分 馏，氮气由空气液化分离提供。配合成 3：1 以后，经过压 缩机压缩到 100MPa 以后送入合成塔 C1，冷凝器 R1，氨收 集器 S1，然后进入并联的合成塔 C2,及 C3，冷凝器 R,2，氨 收集器 S2，未反应气体最终在通过 3 个串联的合成塔 C4， C5，C6，每个塔之后都有相应的冷凝器 R，氨收集器 S，残4合成氨培训教材余的尾气在洗涤塔 W 用水或酸回收其中的氨，在膨胀到常 压，供作燃料或其他用处。各氨收集器 S 所得的氨经过闪蒸 罐 P 减压后送储罐 Q， 闪蒸出来的气体和尾气合并送洗涤塔 W 回收。由于采用了高压提高了转化率，并且又用串联的方 法进行多次的合成反应，故而避免了循环的生产方法。这方 法总转化率可以计算出来。假定配备 2 塔并联，再加 2 塔串 联，计算式为 100a（3-3a+a2),式中 a 为单次转化率，这里如 果取 40%（a=0.4） ，则上式的结果为 78.4%，前面所介绍的 布什法氢氮转化率也只有 80%。 另外新鲜气中惰性气体的含 量因为不会循环而积累，故允许含量远比循环法高。克劳德 法的合成塔用镍铬合金的锭子镗孔而成，内部不设热交换器 ，催化剂温升很高，由 500℃到 650℃使用克劳德的技术特色，导致在当时按此法建成了一批氨厂，1929 年约占世界总量的 9%。这一技术和克劳德所创的其他技术一样，均 由法国液化空气公司所拥有。 合成氨技术由法国液化空气公司的子公 司 GP 公司负责。六、蒙特.色尼斯(ICI-伍德)氨合成流程 德国郝斯特公司所属的伍德工程公司与德国公司蒙特? 色尼斯合 作，于 1924 年开发了 10 到 15MPa 的低压合成氨法，并且由蒙 特?色尼斯公司投资在郝恩梭丁根建立了第一座这样的合成氨 厂。人们因此把它叫做蒙特?色尼斯法或伍德法。 此法所用的催化剂虽属铁系， 但与布什所用的明显不同，不是磁 性铁系列，而是铁氰化钾。操作压力 10 到 15MPa，在活性初期5合成氨培训教材甚至可低于 10MPa，温度为 400 到 425℃。这种催化剂低压活性很好，但由于不是用熔融方法制造，强度较差，寿命不长，因而当时 所建的工厂到后来都改用磁铁矿型催化剂。 中国的大连化学公司化肥 厂建厂时就是引进伍德法氨厂。90 年代，中国从国外引进的低压（10.8）氨合成工艺，使用的是 由伍德工程公司承建的 ICI-AMV 低压合成氨流程。 示于图 （4-19-10） 之中。 此流程中得氨合成塔为三段径向中间换热式，填装 ICI74-1 型氨 催化剂，氢氮比控制在 2.2 左右。为了使废热锅炉能产生更多的高压 蒸汽，倒 U 型高压管中的气体与锅炉给水呈逆流状态，以使高压气 体降低至更低的温度。 循环段送出的循环气体（26℃） ，经过预热器升温至 240℃进入 合成塔底部，沿合成塔外筒与内件之间环隙上升至顶部，串联通过第 二床出口中间换热器和第一床出口中间换热器（管内） ，预热至第一 床反应温度后，逐次通过第一，二，三床径向层及期间的两台中间换 热器（管外） ，于 400℃左右进入废热锅炉，回收反应热副产高压蒸 汽后，气体降温至 275℃，进预热器在降至 53℃，经过水冷器降至 38℃，顺次通过冷交换器（出口温度 22.9℃） ，第一氨冷器（出口温 度 1℃） ，第二氨冷器（出口温度-10℃） ，分离液氨后经过冷交换器 管外温度升至 23℃，再经循环段压缩后，构成氨合成回路。 为了适应 ICI AMV 工艺二段炉过量空气的使用，在合成回路中，合 成气压缩机循环段出口设置一支路，是循环气的少部分进入冷箱，以 深冷分离过量氮和大部分惰性气体。在此合成回路中，惰性气体的含 量，处于 7%到 8%之间。 最近，伍德公司为提高废热锅炉高压蒸汽的产量，也提出了两塔两废6合成氨培训教材热锅炉合成回路流程，见（4-19-11） ，该流程用于渣油制氨和深冷净 化的场合。合成压力为 16MPa，第一合成塔为二段径向中间换热式， 出塔合成气温度为 473℃，经废热锅炉副产高压蒸汽后，在进入第二 合成塔。第二合成塔是一段径向催化剂床，出塔温度为 442℃，进入 第二废热锅炉后，经过换热器，水冷器，冷交换器，然后进入氨冷器 （冷凝温度 0℃） 。在中国北方的地理环境下，不需使用氨压缩机， 即可获得 40%液氨和 60%气氨产品。 两塔，两废热锅炉合成流程，可获得氨净值为 19.3%，第一合 成塔和第二合成塔压降合计 0.35MPa，副产高压蒸汽（10.2MPa） 1.54T/TNH3（锅炉给水温度 210℃） 。催化剂填装量为 76m3.第四节、氨合成塔氨合成塔是合成氨厂的关键设备。 在工艺上， 必须使氨合成反应尽可能在接近最佳温度下进 行，已获得较大的生产能力和较高的氨合成率。同时，还应力求降低合成塔的压力降，以减 少循环气体的动力消耗，在结构上应力求简单可靠，并满足高温高压的要求。7合成氨培训教材 一，反应床层的降温方式 鉴于氨合成最佳反应温度随氨含量增大而降低， 这要求随着反应的进行， 反应温度应不断 下降，然而，这却与反应的放热是相互矛盾的。为了解决这问题，必须随着反应的进行采取 降温措施。工业上，按照降温方法的不同，可分为冷管冷却型，冷激型和中间换热型。 （一）冷管冷却型 采用内置于催化床层中冷却管的方法， 以排除反应热并降低反应温度。 冷却管即可冷却催化 床，又可预热反应前的气体。冷管冷却型发展较早，目前只用于中，小型氨厂。（二）冷激型 用于、反应前尚未预热的冷态合成气进行层间冷激，以降低反应气体的 温度。冷激型的优点在于结构简单可靠。但由于冷激气体对反应含氨气 的稀释，较难获得更高的氨净值（进塔和出塔氨含量的增值） 、其中， 冷激用气与合成气的混合均匀，是冷激型塔结构设计的关键。 （三）中间换热器 在绝热催化床层的层间安置中间换热器，以预热未反应的合成气， 并降低反应床层的温度，中间换热器较多的使用在大型的氨合成塔， 虽然其结果复杂，但以成为现实的发展趋势，因此现在在中，小型厂 也开始使用。 氨合成塔中，可以仅用上述的一种降温方式，也可以将两种方法结合 起来用。例如，一，二层间使用冷激式。二，三层间则为中间换热式。 二 轴向流动和径向流动的方式 氨合成塔为高压操作的塔，受外筒强度的限制，一般制成长径比很 大的高压容器，由填充床流体力学可知，湍流条件下相同的空速时， 床层压力降与床层高度的三次方成正比。 可见催化床层的阻力强度依 赖于气体流动途径的长度。 采用径向流动可以十分有效的降低气体流 动途径的长度。因此长径比（10 到 15）很大的高压合成塔，径向流 动的距离 1/20 到 1/30.为此，催化床层的压力降可降低数千倍。这就 未使用紧密填装的小颗粒催化剂创造有利条件。 径向氨合成塔的关键问题在于：如何确保气体均匀分布，以及在催化 剂床层下沉时（因操作时的震动，而使床层更为紧密以及还原催化剂8合成氨培训教材的收缩等原因） ，保证顶部气体不致走短路。对于前者，普遍以增大 分布管小孔的流速和压降， 以克服分气和集气流道以及床层填充松紧 所形成的静压差的差异，解决后者，通常在分布管上端一定长度上不 开孔。 对于轴向流动的塔，降低阻力的方法为：制造成大直径的短胖塔，以 降低催化剂的填充高度；采用大颗粒的催化剂；采用球型催化剂，以 改善其形状系数。通常无定型催化剂，形状系数在 0.35 左右。而球 型催化剂， 形状系数近于 1.因此球型催化剂可比无定型催化剂床层压 力降下降 60%左右。 中，小型氨厂，多用往复式循环机，系统压力可高达 3.0MPa 以上， 因此， 合成塔选型以轴向的塔型为主， 而大型氨厂， 选用透平循环机， 通常能承受 0.8 到 1.5MPa 的系统压差，故必须配用低阻力的反应装 置，径向流动合成塔或大直径浅床层的轴向塔是适宜的。 三 中小型氨厂 常用的合成塔 在 80 年代氨合成塔以并流三套管式和单管并流式为主。90 年代，新 型氨合成塔开发成功，并流三套管式和单管并流式逐渐淘汰。 现分别介绍具有发展前途的几种新型氨合成塔。 （一）改进型的冷管型塔 按照最佳反应温度的要求，随着反应进程氨含量的增加，反应温度应 渐渐下降。 这要求催化剂顶层进口温度处于最高点， 随着反应的进行， 逐渐降低温度。在工业上这是不能实现的。除了因进口处的最佳反应 温度已超过催化剂耐热温度意外， 还因催化剂床层进口温度是经过冷 管预热而获得，因此预热所达到的温度不可能高于床层内的最高温 度，此温度与进口最佳的反应温度存在很大的差异。在催化剂床层进 口端， 温度偏低， 不宜安置冷管加以冷却。 相反， 为了加快反应速度，9合成氨培训教材应利用绝热条件下催化剂床层的反应放热，迅速使反应提高，因此， 在催化剂床层进口处，设置一定距离的绝热层，目的在使气体迅速因 反应热而升温，以接近反应最佳温度。绝热层还包含因上层催化剂中 毒失活所必需的安全两以及还原过程催化剂总体缩减量在内。 流经绝热层就进入设置冷管的床层区，在此区内，应该是边反应边降 温，以适应氨含量增加引起的最佳反应温度的工况。此时，除了要移 走氨合成的反应热外，还要移走气体降温的显热。在氨合成反应进程 中，反应速率随氨含量增高而逐渐下降，因此，随着反应的进行，需 移走反应热的数量逐渐减少，又由于氨含量逐渐增加，反应缓慢，最 佳温度下降的速率逐渐变慢，需移走的显热逐渐减少，考虑到这两个 方面，催化剂床层所需的排热强度，随反应过程逐渐下降，为了满足 这一要求，采用并流冷管的结构比较有利。 传统的三套管式和单管并流式的催化剂示意图见图（4-19-12）和图 （4-19-13） ，由图可见，在进入催化剂筐的顶部各存在一定高度的绝 热层，而在随后的床层中各安置与床层气流并行流动的冷管进行冷 却。这样，就可以使床层中反应气体迅速由较低的入口温度升至床层 最高的温度。然后，按最佳反应温度的要求逐步降低。中国 70 到 80 年代的中，小型氨厂，基本使用这两种塔型。三套管和单管并流合成塔虽然具有基本符合反应所需排热要求的优 点，但是，他们存在下述两个严重的缺陷。1，冷管层在催化剂还原 时的冷却作用，致使还原末期催化剂下层温度难以提高，达不到催化 剂彻底还原所需要的极限温度，因此，这种塔型的催化剂还原活性受10合成氨培训教材一定影响； 由于冷管催化剂床层流速分布和温度分布的不均匀而形 2 成的 ‘冷管效应’ （同平面温差),致使反应的氨含量难以达到极高的水 平。11合成氨培训教材针对冷管型合成塔的缺点，浙江工学院从 70 年代末期首先推出单管 析流式内件的设计，后经过改进，成为图（4-19-14）的示意结构。此 结构的特点为：1 由下部换热器来的气体，先经过中心管，在由顶部 导入冷管上连通管，自上而下并流以冷却催化剂层，然后经过下连通 管集气，再由上升管引至床层出口，进入催化剂床层进行反应。2 冷 管层下方留有一定高度的绝热层。3 下部换热器为螺旋板式。 上述单管折流式内件，气体先进中心管，然后在进冷管。这样，在还 原期间，中心管内电加热器处于加热状态，而进冷管的气体对床层而 言也处于加热状态（而不是传统冷管的冷却状态） 。一改传统冷管还 原末期床层下层温度难以提高的缺点，催化剂还原活性明显提高。除 此之外，为了缓和冷管层的‘冷管效应’ ，在冷管下方设置的绝热层， 将有利于缓解冷管层不均匀流速和温度分布的影响， 以便获得更高的 出口氨含量。螺旋板式换热器与列管式相比，具有制作简单，成本低 廉的优点。螺旋板式换热器的结构，适合小型氨厂合成塔中使用。12合成氨培训教材13合成氨培训教材四 大型氨厂用合成塔 大型氨厂合成塔种类繁多，这里主要介绍常见的几种形式及其特点。 （一）托普索氨合成塔 托普索公司最早推出的双层径向冷激型塔，即 S-100 型塔，为图 （4-19-22） 所示， 气体从塔顶接口进入向下流经过内外筒之间的环隙， 再进换热器管间，冷副线由塔底封头接口进入，二者混合后沿中心管 进入第一段催化剂床层，气体沿径向呈辐射状，自内向外流经催化剂 床层后进入环形通道，与塔顶接口来的冷激气相混合，在进入第二段 催化剂床层，从外部径向向内流动。然后由中心管外环形通道集气下 流，经换热器管内塔底接口流出塔外。70 年代后期，托普索公司改进了原两段径向结构设计，用冷气提温 换热的 S-200 型内件，代替原来的层间冷激的 S-100 型内件。由于取 消了层间冷激，不存在因冷激而降低氨含量的不利因素，使合成塔出 口氨含量提高了 1.5%到 2%，节约了合成循环功和冷冻功的消耗。使 S-200 型比原来的 S-100 型内件约可节能 0.6g.j/tNH3。 （二）凯洛格氨合成塔 70 年代，中国引进以天然气为原料的大型氨厂中，使用的是凯洛格 公司的多层轴向冷激塔。图（4-19-26）示出 15MPa 的四段式冷激型 凯洛格氨合成塔。此塔的优点是运行稳定，结构简单。但由于受床层 压降的限制，需充填大颗粒催化剂，催化剂的活性较低。又因冷激降 低 了 氨 的 浓 度 ： 氨 的 净 值 不 高 ， 约1410% 。合成氨培训教材最近，凯洛格公司推出了三段中间换热式卧式塔，其结构（4-19-29） ，得到 较多的工程应用。由图可见，两个中间换热器并联，分别由一冷气线和二 冷气线来控制，当升温还原时，一冷气线和二冷气线可以关闭，于是三段15合成氨培训教材催化剂就成为绝热。这种情况对还原过程极为有利，可以缩短还原时间， 并可以达到极限还原温度，已获得较高的还原活性。但是，卧式塔占地面 积大，结构较为复杂，造价较高。 （三）卡萨里合成塔 瑞士卡萨里公司开发了双层轴径向合成塔，层间为中间换热式。这种 氨合成塔，取消原有传统的径向催化剂密封装置，采用中心集气管上 端部分不开孔，以迫使气体在顶部处于轴径向混合流动的状态，下部 则处于径向流动，如图（4-19-30）所示，称之为‘轴径向流动’ 。上 述轴径向流动工艺，既简化了原有径向层密封结构，又充分利用所有 催化剂的活性（原径向流动时，催化剂密封处是无效的） 。此种结构 的催化剂筐易于装拆，对于多层结构十分方便。 图（4-19-31）为卡萨里两段径向中间换热式合成塔，在中国 80 年 代中期首先应用泸州天然气化工厂的老式卡萨里装置，替代原高 40MPa 的合成塔，实践证明，节能甚为显著。然而，升温还原时，为 冷却保护塔壁中间换热器不能停用， 致使第二段催化剂床层温度提不 起来，徒然增加还原时间，而且不能达到催化剂所要求的极限还原温 度，影响第二段催化剂的还原活性，这是此塔的重要缺陷。 图（4-19-32）为按卡萨里轴径向技术改造后的四段冷激式凯洛格 塔简图。改造后，可用 1.5 到 3.0mm 的小颗粒催化剂，出口氨含量由 原来的 12.58%增加至 14.8%，合成塔压力降由 0.38MPa 降低至 0.18MPa。每生产 1t 氨可节能 1.1gj。图(4-19-33)示出改造前后四段冷 激过程的温度与氨含量的关系。16合成氨培训教材17合成氨培训教材第七章氨合成第一节氨合成原理一、 氨合成原理及特性 氢气与氮气在一定温度与压力下，借助催化剂的作用生成氨。反 应原理： 3H2＋N2＝２NH3＋108.854KJ/MOL(450℃) 由反应方程式可知：氨的生成是体积缩小反应。因此，提高系统 压力和提高参加反应物的浓度有利于氨的生成；同时，氨的生成是个 放热反应。因此，在生产中不断把生成热移走，有利于氨的合成。 在常温常压下，氨是有强烈刺鼻臭味的无色气体。氨有毒，且易 燃易爆。空气中含氨 0.5%，在很短时间内即能使人窒息死亡；含氨 0.2%，在几秒钟内灼烧伤皮肤起泡；即会损伤眼睛。氨的爆炸极限为 15.7-27.4%（体积） ，引燃温度 651℃。 在标准状态下，氨的比重 0.5962（空气为 1） ，密度 0.771 克M 升，沸点-33.35℃，融点 77.75℃。气态氨加热 132.4℃以上时，在 任何压力下都不会变成液态，此温度称为氨的临界温度。 氨极易溶于水，在常温常压下 1 升水约可溶解 700 升氨。氨溶于 水时放出大量的热。 二、氨净值 氨净值就是合成塔出口氨含量与进口氨含量之差。氨净值的高 低主要与合成的反应程度、塔内件的结构和触媒的活性有关，一般而 言，净值越大，说明塔结构越好或触媒活性越好，一定的气体产氨量 就越多。就提高净值而言，要注意控制好进口的氨含量。18合成氨培训教材通常影响氨净值的因素有：系统压力、空速、催化剂活性、入塔 气体氨含量、氢氮比、惰性气体含量以及催化剂床层进口温度等。 提高氨净值的途径有： (1)通过降低氨冷器出口合成气温度， 降低 146-D 出口循环气中的氨含量，提高氨净值；(2)合理控制氢氮比，一 方面提高氨合成反应的平衡氨含量，另一方面可以降低循环气量，降 低空速，缩小平衡温距提高氨净值；(3)随着催化剂活性下降，可适当 提高催化剂床层进口温度，提高反应速度，提高氨净值；(4)维护催化 剂的安全，稳定运行，保护好催化剂的活性，使氨净值始终保持在较 高水平。第二节影响合成系统的因素由反应方程式可知：氨的反应是体积缩小反应。因此，提高系 统压力和提高参加反应物的浓度有利于氨的生成；同时，氨的生成 是个放热反应。因此，在生产中不断把生成热移走，有利于氨的合 成。 采用凯洛格低能耗流程，其标志为采用卧式中间换热器的氨合 成塔，优点为催化剂床层压力低，从而可以节省循环气压缩能耗。 能选用高活性的小颗粒氨合成催化剂，可以减少用量；催化剂床层 间取走热量采用间接换热器，与冷激式合成塔相比，氨的含量不降 低，而且能在较高的温度下回收反应热。 组合式氨冷器是将三台氨冷器p换热器p闪蒸槽合并为一台 整体装置，与使用单独的氨冷器相比，即避免了使用昂贵的高压管 道和管件，又显著的降低了压力降。 因素： (1) 压力19合成氨培训教材从氨合成反应方程式可知，合成氨反应是一个体积缩小的反 应。因此，提高压力不仅有利于反应平衡向生成氨的方向移动，而 且对反应速度也是有利的，加压后，对产品 NH3 的分离也有利。 所 以，提高压力将会带来这样的好处:合成率高、循环气量少、冷冻 量少、循环气压缩功和冰机功耗少；不利的方面是: 新鲜气压缩功 耗多，设备材质要求高。 (2) 温度 在催化剂的活性温度范围内，对于可逆放热反应，温度是一个 矛盾的影响因素，从反应平衡的角度出发，温度升高对反应平衡不 利，即降低了氨的平衡浓度。从动力学角度出发，提高温度则可以 加快反应速度，使反应较快地达到较大的氨合成率。因此存在着一 条最佳温度线，这个最佳温度是随着反应的进行而不断降低的。 (3) 空速 空速就是 单位体积催化剂在单位时间内通过工艺气的量。 在催化剂体积一定下，增大空速即增大循环气量，可提高单位 体积催化剂的产量，但亦不能过高。因为空速提高，将会使合成气 压缩机和冰机功耗增加，所以应在一定条件下选择相应的最佳空 速。 v4w 合成塔入口气体成分 合成塔入口气体中有氢、氮、氨、甲烷及氩气等，进口氨含 量越高，越不利于氢氮气的合成。新鲜气带入的甲烷和氩，另有微 量的氦、氖等稀有气体，统称惰性气体，因为它们既不参与化学反 应，也不毒害催化剂。但是它的存在降低了氢氮气的分压，不利于 氨的反应平衡和反应速度，为了保持惰性气体含量不致太高，需要 把回路气体放出一部分，这部分气体称为弛放气。20合成氨培训教材合成塔入口气体中氢气和氮气的比例即氢氮比。从氨合成催化 剂的活性（反应速度）来说，进塔气最适氢氮比在 2.5 左右， 而 平衡角度则以 3 为最佳，所以进塔气氢氮比在 2.5--3 范围内最有 利于氨的合成。正常的最佳氢氮比为 2.7～2.8。为此，可在循环气 中保留有一定的过剩氮，而新鲜气则应当根据循环气中氢氮比的需 要来调节，在实际操作中，改变氢氮比的最主要手段是调整新鲜气 的成份，即调整液氮洗的配氮量。 v5w合成氨催化剂 合成氨催化剂的活性组分是铁。平常的铁没有催化剂的性能， 只有在一定条件下由铁的氧化物还原才能有活性，还原前的催化剂 主要成份是 Fe3O4。 大型氨厂氨合成催化剂的还原介质都使用最终净化后的合成 气(即氢、氮混合气），还原流程一般采用正常生产流程。 还原过 程一般可分为四个阶段，即升温阶段、还原阶段、中期和末期，这 四个阶段的工艺条件和控制指标不完全相同，主要控制指标有还原 压力、温度、水汽浓度和空速。第三节合成工段工艺流程简述大型氨厂最常用的氨合成流程有，美国凯洛格流程，丹麦托普 索流程，英国 ICI 流程、瑞士卡萨利流程。我公司用的就是凯洛格 流程。 1. 合成系统工艺流程简述 由气体精制来的新鲜合成气经合成气压缩机进口缓冲槽（153-D） 进入合成气压缩机（103-J） ，新鲜气先经压缩段加压，压缩后气体经 段间冷却后再与进出塔热交换器(121-C)来的循环气汇合进合成气压21合成氨培训教材缩机循环段，混合气最终压缩至 15.5MPaA 出合成气压缩机。压缩后 合成气经进出塔热交换器 （121-C） 预热后进氨合成塔 （105-D） 反应。 出氨合成塔反应气（温度约 441℃，氨含量约 20%） ，经高压锅炉给水 预热器（123-C）回收热量后，反应气再进入合成塔进出口换热器预 热进塔 （121-C） 合成气再经水冷器 。 （124-C） 及组合式氨冷器 （120-C） 冷凝冷却至 0℃后，进高压氨分离器（146-D）分离冷凝的液氨，分 氨后的循环气经组合式氨冷器（120-C）回收冷量后进压缩机循环段 与新鲜气汇合，重复上述循环。 高压氨分离器（146-D）分离出的液氨进入闪蒸槽（147-D） ，通过 减压（至 18.6MPaA）闪蒸出溶解的气体，闪蒸后的液氨送往冷冻工 序氨接收槽（149-D）,闪蒸出来的气体与冷冻工序的不凝气体混合， 经驰放气冷却器（160-C）冷却回收其中的氨，液氨返回闪蒸冷冻槽 （120CF1-120CF2-152-D）,气相排放至火炬系统。 当尿素装置停车时， 来自闪蒸冷冻槽冷氨经冷氨泵加压后送氨罐 区储存。 在合成塔 105-D 出口管与入塔气体管上分别设有压差指示 PDI-1052、PDI-1054，指示合成塔进出口气体的压差是否在工艺条件 内，注意保护内件。? 开工加热炉 102-B 的盘管内流量由阀门 HCV-1047 调节，由 FT-1257 显示。当 FT-1257 流量低低报警时，自动切断燃烧器的燃烧 气源，保护盘管不过热。在水冷却器 124-C 气体入口管上设有开车放 空管 HCV1605，供开车中系统建立循环或者在合成气压缩机 103-J 突然停车时用来降低合成塔 105-D 触媒层温度。 在合成气压缩机 103-J 的循环段入口管上设有惰气吹除管线， 正常生产中由 PV-1109 控制吹 除量，使系统中氩气含量在工艺条件内。22合成氨培训教材2．小循环流程 在 103-J 三段出口管线上另设有去 124-C 的小循环管线；打开 FV-1009 阀，关 HV-1101 阀、关 HV-1033 阀；经水冷器 124-C，组合 式氨冷器 120-C 管间，氨分离器 146-D，再回组合式氨冷器管内，进 压缩机循环段于新鲜气汇合，重复上述循环。 3．氨合成塔气体流程 3．1 氨合成塔构造： 合成塔内件由三段催化剂床层和两个换热器所组成， 第三段催化 剂床包括 a 和 b 两个床，两个中间换热器都采用冷气流走管内，热气 流走管外的流程。换热器的结构形式为 U 型管结构，以此来解决热膨 胀问题。两个换热器都采用简短的管子，以便气体流经管程时压力降 小一些，换热器的管子采用适宜的支撑结构，以避免震动的发生。合 成塔内部设有轨道，以便内件装卸。 3．2 氨合成塔气体流程 从液氮洗工序来纯净的原料气（H2／N2 为３∶1；温度 30℃，压 力 5.03MPa，流量 68605kg/h）经合成气压缩机 130-J 压缩，加压到 15.5MPa，温度 47℃，流量 255980kg/h，进入进出口气换热器 121-C 的管间，与管内的来自高压锅炉给水换热器 123-C 的气体换热，并由 HV-1034 阀调节进塔温度，使气体温度控制在 230℃以下，分三路分 别进入氨合成塔 105-D 内。其中约有 60%的气量由 HV-1044 控制进 入合成塔与触媒筐的环隙内， 借此冷却塔壁温度， 使塔壁温差＜55℃， 同时使塔壁最高温度＜250℃。在 HV-1044 处设有进出塔压差计 PDI-1054，保护合成塔 105-D 的内件。气体进入合成塔 105-D 的内部 换热器 122-C1 的管内与管外的从第一触媒筐来的热气体换热后，进 入合成塔 105-D 的一段触媒筐上部；另一路约有 30%的气体，由23合成氨培训教材HV-1046 控制， 也从合成塔 105-D 的尾部进入塔内第二换热器 122-C2 的管内，冷却来自第二段触媒筐的管外气体。并且与从塔内第一换热 器 122-C1 的气体在一段触媒筐上部汇合后，其温度约在 385℃左右 自上而下通过一段触媒筐，反应生成氨的同时产生热量，使气体温度 升到约 480℃。另有 10%的气体作为冷激气，由 HV-1025 控制流量后 直接进入一段触媒层上部，用于调节触媒层热点温度。 从合成塔 105-D 一段触媒筐来的气体经过隔板的气室到 122-C1 的管外，被管内气体冷却到 400℃左右进入第二床层，气体也是自上 而下通过二段触媒筐，反应热使二段触媒筐的温度升到 450℃～ 470℃；然后气体进入塔内第二换热器 122-C2 的管外，被管内气体冷 却到 415℃左右，进入三段触媒层的 A 筐上部，气体从 A 筐底部出 来经过挡板自上而下地流过三段触媒层的 B 筐后，温度升到 442℃， 并且使气体中的氨含量达到 20.1%(摩尔比)。? 在合成塔 105-D 升温中，HV-1025 是关的，冷气体进入开工加 热炉 102-B 的盘管内，被管外燃烧火焰加热后，直接进入一段触媒筐 内，用于合成塔 105-D 触媒还原或者升温。触媒筐是由盖有金属丝网 的格子板支撑的。并由触媒筐中的隔板隔开。气体向下流经一块格子 板，分布均匀地进入触媒层中。大部分氨是在塔内第一、第二触媒层 中生成，因此，生产中首先要控制一段触媒层的热点温度，并以此稳 定二段媒筐温度，只有这样才能使整个合成塔操作稳定。 4．这种中间换热卧式氨合成塔具有一系列的优点： 4．1 催化剂床层截面积大，床层薄，阻力降小，可使用小颗粒 高效活性催化剂，增大了催化剂的表面积，提高了合成氨的单程反 应率，氨净值可高达 16%，从而减少了循环气量，节省了设备的投 资，降低了能耗。24合成氨培训教材4．2 阻力降小，可显著减少合成气压缩机循环段的压缩功率的 消耗。 4．3 安装内件不需要大吨位的吊车，检修可方便抽拉内件，三 节催化剂段可同时装卸催化剂，而且全部装卸维修工作均可以在地 面上进行，安全方便省时经济，运行比较稳定，在操作中不会因床 层下沉而影响气流的分部，甚至短路。 5．触媒层温度的调节：? 控制范围：触媒层热点温度：430.0～520.0℃ 控制目标：热点温度: 430.0～520.0℃ 相关参数：HV1044、HV1046、HV1025、氢氮比 控制方式：影响触媒层温度的因素比较多。如果当气体成份、 生产负荷、入塔气温度等条件都在正常范围时，触媒层的热点温度 主要用 HV1025 的冷激气量来调节。合成塔在正常生产中，HV1046 主要控制去触媒层第二内部换热器 122-C1 的量，从而控制去第三 触媒筐 A 筐、B 筐的入口气体温度。所以第三触媒筐的热点温度由 HV1046 来调节。并间接影响到塔出口温度的升降。HV1044 主要控 制去触媒层第一内部换热器 122-C2 的流量，调节去第二触媒层的 入口气体温度。当第二触媒层热点温度太高时，可适当增加通过 HV1044 的流量，降低二段触媒的入口温度。一般情况下，当一段床 层温度急骤下降， 反应不及时， 二段床层的气体成份相对比原来好， 故易导致二段床层温度急升。此时，应作停车处理，重新升温导气。 直到一段床层温度正常。因此，从总体上讲，操作中只要一段床层 的热点温度稳定，则整个合成塔触媒层温度也相对稳定。所以，合 成塔 105-D 触媒层温度是个整体。调节中不要多种手段同时用。要 力求小调节，勤调节，才能稳定操作。在合成塔触媒使用的前五年，25合成氨培训教材尽量使床层温度保持在相对较低的温度生产，(480℃以下操作)以 防止触媒因长期高温操作而使活性下降，触媒提前衰老的现象发 生。在五年以后，触媒使用时间的增加，活性逐渐下降时，可以逐 渐提高床层的热点温度在 480±5℃操作，以便增加活性，使合成率 保持在相对稳定状态下生产。在触媒使用末期，热点温度可以提到 500±5℃生产。使床层触媒在高温区获得较高的氨净值。以弥补因 触媒使用天数增加、活性下降而使氨净值降低的损失。 6．开工加热炉： 开工加热炉是氨合成工序中重要设备之一，为立式圆筒形炉， 主要作用是开车时加热气体介质。炉内分辐射段和对流段以及顶部 烟囱。辐射段设有盘管（光管），炉底部设有 4 个气体燃烧器，燃 烧器为自吸式燃气烧嘴，燃烧器带有电点火器及视镜等。使用的燃 料为燃料气。炉内压力为常压，炉内烟气最高温度为 809℃，炉子 壳体温度为 80℃。26合成氨培训教材第八章氨冷冻系统第一节冷冻系统反应原理冷冻系统利用组合式氨冷器，冷却分离合成塔生成的氨，同时 在较低压力下对液氨进行闪蒸， 使溶解在液氨中的氢氮气得到充分释 放，从而得到纯净的液氨。另外，由空分、甲醇洗单元送来的气氨经 冰机压缩，冷凝成液氨。在闪蒸、压缩、冷凝过程中所产生的不凝气 排往燃料气系统作为燃料。 冷冻工序是向空分装置、低温甲醇洗装置及合成氨装置提供冷 量。 冷冻工序是将制冷剂通过制冷压缩机及辅机由压缩、 冷凝、 节流、 蒸发（提供冷量）四个过程组成制冷循环，为用户提供冷量。工业上 常用的制冷剂有氨、丙烯等介质，氨制冷技术适用于提供-5 到-45 度 冷量。常用的制冷压缩机种类有往复式、螺杆式、离心式压缩机等。 往复式压缩机单台制冷量小，能耗高，维修量大，占地大，价格也较 高：螺杆压缩机具有 转式运转和容积式压缩的二者优点，制冷量可无级调节，运行平稳可靠，操作方便，年连续运行可达 8000 小时； 离心式压缩机单台制冷量大，具有转速高，制冷量大，蒸发温度低， 维护简单，占地面积小，节能经济方便地调节制冷量等优点，适合于 大制冷量，低温工况。本项目工况多，蒸发温度低，制冷量需求大， 宜采用离心式制冷压缩技术。 同时离心式制冷压缩机可采用蒸汽透平 驱动，可合理利用工艺装置副产蒸汽，节能效果明显。尽管相同制冷 能力的氨压缩机一次性投资比丙烯压缩机略高， 但轴功率比丙烯压缩 机小，且制冷剂为自产，不需外购，因此本项目采用离心式压缩机， 为提高制冷循环的经济性，节约能源和制取低蒸发温度下的冷量，采27合成氨培训教材用节能型双级离心式压缩制冷循环，工艺流程中带有“中间省功器” ， 采用了省功器后，部分中间压力的低温气体补入压缩机的二级入口， 起到了一次补气冷却的作用，从而达到节能的效果。另外，实行中间 节流后，单位质量工质的制冷量增大，节省了氨蒸汽进入一级压缩的 压缩功，达到了省功的目的。 合成气压缩及氨合成、冷冻工序按 KBR 公司技术设计。第二节冷冻及气氨流程冷冻及气氨系统工艺流程主要以三个闪蒸槽及其酸性气脱除工 序、 氨合成工序气氨按照其压力等级分别送至氨压缩机 105-J 的一级、 二级、三级进口闪蒸罐。经三级压缩至 1.6 MPa(A)后,经氨冷凝器 127-C 冷凝后,液氨靠重力自流至液氨收集槽 149-D，溶解于液氨中的 惰性气体在氨收集槽 149-D 分离， 经驰放气急冷器 160-C 冷却后排放 至火炬。由液氨收集槽冷侧送出的氨送氨合成工序进行闪蒸，为其提 供冷量，制冷过程如此循环。 其中闪蒸冷冻槽 152-D 在 0.1MPa(A)下闪蒸出气氨汇同甲醇洗单 元、氨贮罐来的气氨一起进入氨压缩机 105-J 的一段压缩；闪蒸槽 120-CF1 的闪蒸压力为 0.25MPa，对应温度-13.9℃，闪蒸出的气氨同 105-J 一段出口汇合，进入 105-J 的二段压缩。105-J 的二段出口气氨 进入段间换热器 128-C 的壳程，被管内循环水冷却后，与闪蒸槽 120-CF2 来气氨汇合后，进入冰机三段压缩。经冰机三段压缩后的气 氨出口温度达 110℃左右，然后进入氨冷凝器的管外，被管内循环水 冷凝成 38℃液氨进入液氨收集槽 149-D 内。 另外，为了确保冰机的正常运行，冰机三段出口高温气氨部分返 回 闪 蒸 冷 冻 槽 120-CF2/120-CF1/152-D ， 其 返 回 气 氨 量 分 别 由28合成氨培训教材FV-1010/FV-12011/FV-1012 控制。 主要用于负荷低时， 用以蒸发液氨， 以确保冰机各段有足够的吸入流量， 防止因冰机入口流量低而出现机 组喘振现象。闪蒸冷冻槽 120-CF2/120-CF1/152-D 的气氨出口管上分 别设有安全阀 PRV120-CF2/PRV120-CF1/PRV152-D， 当闪蒸冷冻槽压 力高时，安全阀自动卸压。气氨去冷火炬总管，在火炬燃烧。?第三节氨库的工艺流程当尿素停车或低负荷生产时，氨合成工段将温度为-33.3℃， 压力为 0.45MPa 的液氨送到液氨储罐 T40101A/B。液氨储罐为常压 储 罐 。当 合成 氨生 产 负荷 低时 液氨 储 罐中 的液 氨通 过 氨输 送 泵 P40101A/B 加压到 2.54MPa 并在氨加热器 E40101 中加热到 37℃左 右送往尿素。正常生产时，液氨储罐里蒸发的气氨送到氨合成系统 的氨压缩机 105-J 一段中，当冷冻系统停车或氨库压力高时，储罐 中的气氨则送到氨再冷凝系统。气氨先经过氨压缩机 K40101A/B 入 口氨分离器分离，然后进入氨压缩机 K40101A/B 压缩到 2.1MPa，温 度小于 150℃，进入气液分离器 PV-401 把油和气氨分离，气氨进入 氨压缩机的氨冷凝器 HX-101 冷凝，冷凝下来的液氨进入氨压缩机 储 氨 器 PV-101 。 在 氨 压 缩 机 K40101A/B 系 统 内 还 设 除 空 气 器 HX-104。液氨储罐及氨库内的安全阀、放空阀排出的气氨、液氨都 排到火炬中燃烧。正常时氨火炬由天然气供给常明灯燃烧。氨罐区 内的氨经氨输送泵加压，氨加热器加热至 25℃后，送至尿素装置。 液氨技术规格序号 指标名称 优等品 1 氨含量 Wt％ ≥ 99.9 指 标 一级品 99.8 合格品 99.629合成氨培训教材2 3 4 5 6残留物含量 Wt％ ≤ 0.1 水份 Wt％ ≤ 0.10.2 -0.4 -油含量 mg/kg≤ 5(重量法) 2（红外线光谱） 铁含量 mg/kg ≤ 130合成氨培训教材第九章 合成岗位的岗位任务及事故处理预案第一节 岗位任务1.调整好本岗位的工艺指标，确保生产出的液氨质量合格：纯 度≥99.9%。 2.将热氨产品送至尿素，确保送氨压力稳定，保证尿素正常生产。 一旦发现异常，应立即报告班长及值班长，并迅速开启备用泵送氨， 向值班调度汇报。 3.将合成系统冷氨根据要求送至氨罐贮存。 4.维护氨罐区各设备的正常运行， 防止氨罐的呼吸阀动作氨泄露。 5.确保向转化返送燃料气的任务，停工(或开工)阶段，及时做好 配合操作。 6.维护好小循环系统车间管路正常运行。 7.维护好氨水送往尿素车间管路正常运行。 8.维护好低压回收系统的氨水送往尿素车间管路正常运行。第二节事故处理预案1. 合成系统压力调整 控制范围：系统压力≤13.3Mpa 相关参数：合成系统循环段压差、105-D 压差 控制方式：103-J 转数调节 正常调整：31合成氨培训教材（1）提高系统压力 （2）降低系统压力 处理方法： （1） 根据负荷变化如果需要提高系统压力主要通过提高 103-J 转 数。同时密切注意压力变化。如果系统气体成份相对较好，可适当降 低驰放气量。 （2） 根据负荷变化如果需要降低系统压力主要通过降低 103-J 转 数。要密切注意压力变化，注意防止 103-J 发生喘振，及时打开压缩 机的防喘振阀。也可以适当增加驰放气量，注意燃料气量变化。 异常处理： 压力异常降低 处理方法： （1）检查 PIC-1004 及前部是否有放空。 （2）现场确认合成系统所有放空阀、安全阀是否有泄露、起跳。 （3）检查 153-D 内是否有液位。 异常处理： 压力异常升高 处理方法： （1）判断 H2/N2 在线分析表是否准确，及时调整，联系化验分析 合成塔入口 H2/N2。 （2）排放驰放气控制压力在正常范围内。 (3) 确认 147-D 内是否有液位，如果没有迅速建立正常液位。32合成氨培训教材2. 合成系统 H2/N2 调整 控制范围：2.8～3.2 相关参数：H2/N2、A/C 控制方式：PID 数据随动调节， 正常调整: 影响因素: (1) 新鲜气量发生变化 (2)液氮洗配氮量变化 处理方法: (1)调整新鲜气量，将新鲜气控制在正常值。 (2)如果液氮洗配氮量增加或减少，调整至正常。此时必须注意 放空阀 PIC-1004 开度。 异常调整: 影响因素: (1)H2/N2 迅速升高 (2)H2/N2 迅速降低 (3)H2/N2 失调 处理方法: (1)可根据经验及当时的负荷、103-J 转速判断此时需要的新鲜 气量，然后迅速做出调整。提高新鲜气量（流量应该比正常略高） ， 通知液氮洗调整配氮量。等 H2/N2 呈下降趋势时在适当降低。如果是 负荷突然上升引起的变化就迅速将负荷退至合理范围。33合成氨培训教材(2)可根据经验及当时的负荷、103-J 转数判断此时需要的新鲜气 量，然后迅速做出调整，降低新鲜气量，流量应该比正常略低，通知 液氮洗调整配氮量。等 H2/N2 呈上升趋势时在适当降低。如果是负荷 突然下降引起的变化就迅速将负荷提至合理范围。 在提高新鲜气量时 注意压力的变化，及时调整后部负荷。 (3)如果发生 H2/N2 失调首先要迅速降低入合成塔气体流量，开 PIC-1004 和防喘振阀，可根据失调的严重性判断开度，开这几个阀 门要做到循序渐进、 连贯并且快速， 同时关小、 HIC-25， 开大惰性气体排放阀， 并通知液氮洗调整配氮量， 必要时可点 102-B。 3.103-J 跳车 现象: （1）有蒸汽放空声 （2）103-J 报警 （3）103-J 转速下降 原因: (1）103-J 油系统故障 (2）153-D 液位高 (3）103-J 压差高 (4) H2/N2 严重超高 (5) 103-J 内部原因故障 处理方法: 判断原因，排除故障。合成系统按一级停车处理。注意：联锁动34合成氨培训教材作情况。 4.105-J 跳车 现象: （1）有蒸汽放空声 （2）闪蒸槽液位下降 （3）105-J 报警、转速下降 原因: （1）油系统故障 （2）闪蒸槽液位高 （3）105-J 调速器故障 处理方法: 判断原因，排除故障。如果短时间不能恢复，低温甲醇洗、液氮 洗、合成氨按一级停车处理。注意：联锁动作情况。 5. 147-D 液位指示失灵 现象: （1）147-D 液位满或空 （2）总控与现场对不上 原因: 仪表原因 处理方法: （1）将 147-D 检查线打开，控制液位在中间检查线左右 （2）置手动来调节 147-D 液位 （3）如调节阀失灵，可将其切除，用付线来调整 147-D 液位35合成氨培训教材6. 氨泵输送流量不足原因 （1）系统压力高于泵的出口压力 （2）泵和管路中的气体没有完全排出，泵内灌液不足 （3）管路内形成气泡 （4）进口管路或叶轮堵塞 （5）转向相反 （6）连接螺栓松动密封失效 处理方法： （1）打开出口阀门，真至达到工况点。 （2）泵与管路彻底排液或完全灌液 （3）管路内形成气泡 可改变管路布置也可安装排气阀 （4）清除管路及泵内堵塞物 （5）改变三相电动机的二相接线 （6）拧紧螺栓，装新的垫圈 7. 氨泵轴承温度过高 原因： (1) 轴向力太大 (2) 润滑油太多或太少润滑介质不合适 (3) 联轴器没有按规定调好 (4) 泵转子不平衡 处理方法： （1）清洗叶轮平衡孔，装新的口环36合成氨培训教材（2）增加或减少润滑油，或调换润滑油 （3）调好联轴器间隙，使之与装配图上规定的一致。 （4）清洗转子，重做动平衡 8. K40101A/B 冰机机组发生不正常振动 原因： （1）机组地脚螺栓未紧固。 （2）压缩机与电动机不同轴。 （3）因管道振动引起机组振动加剧。 （4）液氨被吸入机体内。 处理方法： （1）旋紧地脚螺栓 （2）重新找正 （3）加支撑点或改变支撑点 （4）紧急停车 9. K40101A/B 排气温度或油温过高 原因： （1）压缩比较大 （2）油温过高 （3）吸入严重过热的氨气 （4）喷油不足 处理方法： （1）降低排气压力和负荷37合成氨培训教材（2）清除油冷却器传热面上的污垢，降低水温或增大水量 （3）提高喷油量。38合成氨培训教材第十章 岗位试题一、问答题 1、合成塔触媒温度升高的原因有哪些？ 答：1）新增气量增加。2）循环气量减少。3）氢氮比接近最佳值。 4）塔入口氨含量降低。5）入塔冷气降低。6）循环气中惰性气体降 低。7）暂时中毒的触媒活性恢复。 2、使合成塔回路压力增加的原因有哪些？ 答：1）新鲜气量增加，2）合成塔触媒温度下降，3）氢氮比偏离 最优值，4）循环气中氨含量增加，5）循环气中惰性气体含量增加， 6）循环气量减少，7）触媒中毒，老化。 3、循环气中 H2/N2 变化的原因有哪些？ 答：从液氮洗系统来的合成气组分有变化，新鲜气量变化，循环 气中氨含量有变化，循环气中惰性气量变化。 4、合成塔触媒升温过程中如 102-B 熄火，如何处理？ 答：102-B 熄火时，控制室关 HIC-5050 切原料气，现场关烧咀考 克，用低压蒸气吹扫，102-B 内残留燃料气至合格，然后按 102-B 点 燃程序点燃烧咀，调整燃料气负压在 0.8－1.0kg/cm2。 5、冷冻系统的作用是什么？ 答：1）液氨连续闪蒸到比较低的压力，把融解的气体放出并送至 燃料气系统，2）作用为冷冻系统的一个重要部分，工艺氨冷器从合 成回路的合成气中取出热量并把循环气冷却至－23℃， 使合成回路中39合成氨培训教材生成的净氨，能很好的分离下来并引出。 6、惰性气含量高时，对合成反应不利，为什么循环气中还要保持 相当高的含量？（设计值为 13.6％） 答：因为合成反应是个强放热反应，系统中惰性气体含量太低， 会使合成塔床层温度太高，不好控制。 7、本岗位停车交出检修，应做哪些工作？ 答：停合成塔、降温、卸压、然后充 N2 置换至合格。停冷冻，排 NH3，充 N2 置换至合格。 8、什么叫饱和蒸汽压？ 答：在一定温度下，气、液两相处于动态平衡的状态，我们称 它为饱和状态。此时的气相称为饱和蒸汽，蒸汽所具有的压力称为饱 和蒸汽压。 9、合成岗位停车应注意什么？ 答：经常检查合成塔塔壁温度，当温度降到 38℃时，应卸压至 14kg/cm2 下，在卸压时应控制卸压速度，不能过快，以防压差过大 损坏设备，当合成回路中压力较低时，应用合格的 N2 充压保护。冷 冻系统停车后，应注意检查三个闪蒸槽的压力，若压力高可以开顶部 放空阀。 10、在负荷不变的情况下，系统压力下降的原因是什么？ 答：1）放空量过大；2）触媒反应好，入塔氨含量降低，惰性气 体含量降低，H2/N2 接近 2.5－2.9；3）管道设备漏气。 11、低压氨分离器 149-D 安全阀跳的原因是什么？40合成氨培训教材答：1）147-D、149-D 串气，2）149-D 的液位调节阀调节失灵，3 仪表空气中断，4）安全阀误操作。 12、 液氨泵在使用时应注意些什么？ 答：注意防止抽空，进口的液氨温度大体与当时的压力下的沸点 相当，如果进口液位不够高或吸入管线阻力大，或因流量过低而在泵 体内循环，都可能使液氨气化而产生空蚀现象，泵的最小流量线（从 泵的出口回到闪蒸槽）必须常开并随时注意压力和流量的变化，液氨 泵在使用以前先排放一段时间， 使由冷却管线及泵体而产生的氨气排 尽才可启。 13、触媒升温时制冷液氨为什么不能多？ 答：此时系统没有建立循环操作，同时合成塔触媒温度也没有进 入反应区，如果制冷量较大就会使闪蒸槽建立液位，这样就会使合成 气的饱和水在组合式氨冷器中结冰，对合成系统操作带来不利条件， 所以触媒升温时制冷液氨量不能太多。 14、冷冻系统开车时，从界区外引入液氨好，还是气氨好？如引 入液氨， 操作时应注意什么？为什么要规定系统压力在 4.2kg/cm2 以 上才能引氨？ 答：引入气氨好，引入气氨的目的是置换冷冻系统的 N2，如引入 液氨，应在进料端控制加氨速度，这是因为液氨的蒸发温度在此压力 下在 0℃以上，就可避免管线和设备由于骤冷而造成过大的应力。 15、什么叫空速？ 答：空间速度又简称空速，是指单位时间通过单位体积催化剂的41合成氨培训教材流体体积。空速的大小意味着气体与催化剂接触时间的长短。在数值 上，空速与接触时间互为倒数。一般来说，催化剂活性愈高，对同样 的生产负荷所需的接触时间就愈短，空速愈大。 16、什么叫化学平衡？ 答：对可逆反应来说正逆反应速度相同时。 17、合成塔的触媒床层温度热点下降，说明了什么？ 答：使触媒热点下移的因素较多，如新鲜气量，循环气量增加， 系统压力下降，床层入口温度较低，循环气中的 H2/N2 接近 3：1， 进塔气中氨含量增高，惰性气含量低，触媒暂时中毒等。如上述条件 没有变化时，而触媒床层温度下移，就说明触媒长时间使用，已经衰 老，下移严重时应考虑更换触媒。 18、为什么合成触媒升温还原前两个阶段控制较低的压力？ 答：如果把压力控制到操作压力就会使合成塔出口气的水气浓度 超标。 19、 合成系统压力高的原因有那些？ 答：1.系统加负荷； 2.入塔气氢氮比失调； 3.触媒中毒或活性下降； 4.入塔氨含量升高； 5.系统惰性气体含量高； 20、 为什么在一个调节器上要设有反馈信号？ 答：反馈是闭环调节系统中主要的组成部分形成闭环使用更准确42合成氨培训教材及时。 21、调节阀现场手轮控制以后，为什么有时输入膜头风压和总控 输出信号不对应？ 答：没有反馈信号现场付线定位器使阀头输入膜头风压小。 22、在我们装置区有哪几种流量计？你知道它们的简单工作原 理？ 答：压差式，蜗结式， （文丘里，孔板，喷嘴） 23、流量指示仪为什么大都是不等刻度的？ 答：因为压力的开方后与流量成正比（流量靠压力指示） 24、我公司氨合成塔的型式是什么？其特点是什么？ 我厂氨合成塔为卧式合成塔。其特点是： （1）采用三床四段的床 层设计； （2）采用内部换热，反应前后气体直接换热； （3）不带外部 换热器，使合成塔出口温度高可以回收高品质能量； （4）可以采用小 颗粒的触媒，增大表面积。 （5）床层阻力小。 25、对于重量流量计，工作介质压力（或温度）高于设计压力（或 温度）指示流量是高于还是低于实际流量？ 答：压力高，高于实际流量 温度高，低于实际流量。26、在我们装置区有几种液位计？你简单讲一下工作原理？ 答：浮筒，双法兰，玻璃计，压差，电眼。 27、工作的介质改变了，对它们的测量值有无影响？ 答：有影响：体积流量计，压力上涨：测量值＜实际值 压力下降：测量值＞实际值43合成氨培训教材重量流量计：压力上涨：测量值＜实际值 压力下降：测量值＞实际值 28、一个调节器的增益（1/比例度）大或小，它对调节系统的稳 定有什么影响？ 答：增益大：调节幅度大，增益小：调节幅度小。 29、什么叫最适宜温度？什么样的反应才有最适宜温度的问题？ 答：在一定压力下，反应速度最快，生成氨浓度最高时的温度。 对于放热的可逆反应存在着一条最适宜温度线，这个温度随反应 的进行而不断降低。 30、公称压力是否等于工作压力？ 答：公称压力在一般情况下不等于工作压力，即公称压力是在指 定的材料和指定的温度下的最大工作压力， 而实际工程中的材料和温 度不一定与公称压力规定的材料和温度相同， 故工作压力就不一定会 与公称压力一样。 31、压力容器为何要装设安全附件？ 答： 为了确保压力容器的安全运行， 预防由于超压而发生的事故， 为了采取措施以杜绝或减少引起容器产生超压的各种因素外， 在压力 容器上必须装设安全泄压装置。 32、为什么生产热氨节能？ 答：减轻 105-J 负荷。 33、什么叫氨净值？ 答：净值就是氨合成塔出口气相中氨含量（一般为体积百分浓度）44合成氨培训教材与其进口气相中的氨含量的差值。 34.氨合成的反应原理 答:氢气和氮气合成为氨的反应是一个可逆放热体积缩小的反 应，其反应方程式如下： N2＋3H2＝2NH3＋108.854KJ/MOL(450℃) 35. 叙述倒泵操作步骤 答:(1) 备用泵的压力表已安装好。 (2) 供电正常，泵处于完全备用状态，入口阀全开。 (3) 少开备用泵的出口阀（单向阀好用。如单向阀不好用，出口 阀关闭） (4) 打开备用泵冷泵排汽开始冷泵，冷泵结束后，关闭排气阀。 (5) 启动备用泵，观察出口压力是否正常, 及时打开返回线阀， 泵出口压力在 2.6-3.0 MPa 逐渐全开备用泵出口阀；同时，关在用泵 的出口阀，出口阀关闭后，停下在用泵，倒泵结束。根据流量需要， 关闭返回线阀。 (6) 倒泵结束后,如原运行泵需检修,切除排氨（关泵出口阀、入 口阀，开排放阀）；如做备用,再缓慢打开冷泵排汽阀开始冷泵备用。 36. 叙述泵的停车操作步骤 答:(1) 开返回线阀。 (2) 关泵出口阀，按停车按钮将泵停车。 (3) 如尿素长期停车检查，将去尿素氨线吹扫干净。 37. 叙述 K4010A/B 冰机正常开车步骤45合成氨培训教材答:（1）检查油分离器中油是否合适 （2）打开吸、排气阀 （3）打开油路系统上除通向大气之外的所有阀门 （4）打开油冷却器上回水阀门 （5）打开水冷却器上回水阀门 （6）在主电机开始启动运转时，应缓慢增载，调节压缩机能量在 50%左右；当油温达 40℃后可增载至 100% 38. 叙述 K4010A/B 冰机正常停车步骤 答:（1）缓慢增载至 10%左右 （2）停主电机 （3）关闭进出口截止阀 （4）打开气缸排气阀 （5）切断电源 （6）关闭油冷却器上回水阀门 39 叙述泵开车前准备工作 答:(1) 机械检修或安装结束 (2) 联系电工检查电机绝缘应符合要求,送上电源; (3) 电机经过单机试车，转向正常,电机与泵的联轴节把好； (4) 压力表准确，电机绝缘符合要求； (5) 泵体排汽，将泵体中气氨排净； (6) 电机油位正常,油质合格； (7) 将泵入口阀打开，关排氨阀。泵出口阀少开一些；46合成氨培训教材(8) 盘车检查有无卡涩现象，盘车正常准备开车。 40.合成新催化剂还原操作的主要控制指标有哪些？ 答：（1）还原压力（2）还原温度（3）氢氮比（4）水汽浓度（5） 空速 41.什么叫氨合成率？ 答：入氨合成塔氢氮气总量中转变为氨的氢氮气的百分率称为氨 合成率。 42.什么是催化剂？ 答：能改变化学反应速度而本身在反应前后没有发生化学变化的 物质称催化剂。 43.为什么氨合成塔催化剂床层顶部与中心管顶部都有一段高度 不开孔： 答：新催化剂装入触媒筐，经还原时脱水和使用一段时间后，催 化剂床层高度会自然下降，为了避免催化剂下沉后，循环气体部分不 经过催化剂床层反应走短路， 所以在触媒床层顶部及中心管顶部都有 一定的高度没有开孔。 44.影响合成反应的因素有哪些？ 答.温度，压力，氢氮比，入口氨浓度，惰性气体含量，空速，触 媒活性 45.什么是事故冰机的滤器压差？ 答：就是事故冰机的过滤器压力减去喷油压力 46.什么是事故冰机的油压差？47合成氨培训教材答：事故冰机喷油压力减去排气压力叫做油压差 47. 氨合成回路的设计原则是什么？ 由于化学平衡的制约，氢氮的单程合成率很低，在产品氨充分分 离之后，未反应的气体需返回合成塔。因而原则上氨合成流程由三部 分组成，即氨的合成、氨的冷凝分离及未反应气体的循环，另外，由 于氨合成反应具有较大的热效应，回收其热能以降低能耗，也是合成 回路设计的一个重要出发点。 48.事故冰机上所投用联锁的联锁值是多少？ 答：事故冰机自启联锁≥3.30KPa 事故冰机油压差低联锁≤1bar 事故冰机滤器压差高联锁≥1.5bar 事故冰机喷油温度高联锁≥65℃ 事故冰机排气温度高联锁≥100℃ 事故冰机排气压力高联锁≥16.5bar 事故冰机油温低联锁≤20℃ 49.停车期间合成岗位氮气置换标准是什么？ 答：合成系统：H2＜0.5% 冷冻系统:NH3＜0.5% 50.氨冷器的传热效率对冷冻负荷有何影响？ 答：氨冷器的传热效率越低，要求传热温差越大，则需要的蒸发 温度也就越低，所以冰机负荷就越大。 51.102-B 点火前的准备工作有哪些？48合成氨培训教材答：1.检查炉顶烟气风门挡板开度 2.燃料气引至考克前 3.炉膛可燃气体分析合格 4.准备好点火物品. 52.为什么要选择最适宜驰放气量？ 答：驰放气流量太大，入塔惰气含量低有利于合成反应。但由于 排放太多，造成氢氮气损失太多，影响合成氨产量，床层温度不好控 制。 驰放气量太小入塔惰气含量高不利于合成反应， 降低了氨净值系 统压力上升能耗上升。 53.105-J 的级数多少对冷冻负荷有何影响？ 答：在相同的制冷量条件下，氨压缩机的分级压缩比单级压缩的 功耗小，分级越多功耗越小，但是分级过多，辅助设备过分复杂，可 能会导致能耗增加，且给操作带来不便，所以分级不易过多。 54、怎样才能维护好弹簧式安全阀？ 1）防止阀体、弹簧等被油垢、脏物粘满或锈蚀。2）防止安全阀 排放管被堵塞。3）冬季应有防冻措施。4）安全阀入口阀门一定要处 于全开状态。5）发现安全阀渗漏时，应立即检修，不能对弹簧增加 压力来减少泄漏。6）定其检查，保持密封面清洁光亮无腐蚀。 55.什么是可逆反应？ 答： 化学反应后的生成物又互相起化学反应而生成原来的反应物 质，这种化学反应称可逆反应.49合成氨培训教材56.试分析温度对合成反应的影响 答：因为合成反应是放热反应，故提高温度不利于化学平衡，从 反应动力学分析，提高温度，有利于提高化学反应速度，综合来看， 合成氨反应存在一个最适宜温度，在此温度下有一个较高的反应速 度，同时能达到较理想的平衡氨浓度。 57.事故冰机停不下的原因： 答：仪表故障，现场打自动运行 58. 什么叫氢脆？ 氢溶解于金属晶体中，使钢材在变形时产生脆性破坏，压力高， 温度低时，容易发生氢脆。 59.写出各压力单位的换算关系？ 答 ： 1atm ＝ 1.033at ＝ 101.3KPa=760mmHg ＝10.33mH2O=1.033kgf/cm2 60. 氨合成塔为什么要设计成内筒和外筒？ 对于合成塔来说， 承受高压、 高温、充分利用反应热是基本要求， 将合成塔分成内外两层，即可解决以上问题，外筒承受高压，内筒承 受高温，在内外筒之间的环隙中工艺气体回收塔内的反应热，达到充 分利用反应热的目的。因此，将合成塔设计成内、外筒。 61.离心泵流量不足的原因是？ 答： 、罐内液面较低或吸入高度增大 （2） （1） 、密封填料或吸入 管漏气（3） 、进出口阀门或管线堵塞（4） 、叶轮腐蚀或磨损（5） 、口 环密封圈磨损严重（6）泵的转速降低（7） 、被输送的液体温度高50合成氨培训教材62.离心泵开车步骤？ 答：准备工作： （1）检查润滑油油位正常 （2）检查贮液罐液 位正常 开车： （1）全开泵进口阀，注液，排气（2）盘车，通入冷却水， 排气（3）启动泵，逐步打开泵出口阀，使泵电流正常，压力正常 63.填料塔具有的主要特点是？ 答： 、高的通过能力 （1） 小 （4） 、性能稳定 64.浮环密封在压缩机中因装配原因造成失效的主要原因主要 有？。 答： 、弹簧压缩量不够（2） （1） 、安装尺寸误差（3） 、浮环装配不 当卡死（4） 、辅助密封圈切断 65.流量测量仪表的分类？ 答： 、速度式流量仪表 （2） （1） 、容积式流量计 流量计 66.按工作原理的不同，物位仪表主要有哪几种类型？ 答： 、 （1） 直读式 （2） 差压式 （3） 浮力式 （4） 电磁式 （5） 、 、 、 、 核辐射式 （6） 、声波式 （7） 、光学式 67.工业上测温的基本原理有？ 答： 、热膨胀原理 （2） （1） 、压力随温度变化的原理 （3） 、热 阻效应原理 （4） 、热电效应原理 68.简述离心泵的汽蚀现象？51（2） 、高的分离效率（3） 压力降 、（3） 质量式 、（5） 、热辐射原理合成氨培训教材答：离心泵在工作时，进泵的液体被叶轮甩向泵壳周边，使叶轮入口 处的压力降低，当压力降低到等于或低于该温度下的饱和蒸汽压时， 就会有蒸汽及溶解在液体中的气体从液体中大量逸出， 形成许多蒸汽 与混合气体的小汽泡， 这些小汽泡随着液体进入叶轮中压强较高的高 压区时，由于汽泡周围的液体的压力大于汽泡内的饱和蒸汽压力，就 使得汽泡被击碎而重新凝聚。 这时周围液体就以极高的速度向这个空 穴冲来，产生水力冲击及液体质点相互撞击，使金属表面产生一种机 械剥蚀，这种现象称为离心泵的汽蚀现象。 69.何谓强化传热？强化传热的主要途径有哪些？ 答：所谓强化就是指提高冷热流体的传热速率。 从传热方程 Q=KA△tm，可知想要强化传热可从以下三方面着手： （1）增大传热平均温度差△tm。 （2）增大单位体积的传热面积 A。 （3）增大传热系数 K。 70.在同一套管换热器中，保持其他条件不变，当雷诺数 Re=1500 和 Re=5000 两种情况下，那种情况传热效果好？简述其理由。 答：Re=5000 时传热效果好。 因为 Re=5000 时为湍流，Re=1500 时为滞流。 湍流的传热效果比滞流时好。 71.液柱压差计是利用什么原理测量流体静压力的， 其主要仪器有 哪些？ 答：液柱压差计是利用流体静力平衡原理测量流体静压力的；52合成氨培训教材其主要有 U 型管压差计和双液体 U 型管压差计。 72.减小流体阻力的途径有哪些？ 答： （1）管路尽可能短些。 （2）管路宜少折弯少分支。 （3）尽量 去掉不必要的阀门。 （4）大管路改变直径时，尽量采用直径渐变的扩 散管。 （5）管的进出口作成喇叭形。 73.为什么说新换热器刚使用时， 提高流体的流速是强化传热的主 要途径？ 答：由于新换热器刚使用时没有垢层，流体对流传热热阻是影响 传热的主要因素。 74.什么叫爆炸浓度极限?什么叫爆炸浓度下限和上限? 答文:可燃气体或蒸气与空气的混合物在一定范围内遇明火才能 发生爆炸.可燃气体或蒸气在空气中能够发生爆炸的最低浓度叫做爆 炸浓度下限,可燃气体或蒸汽在空气中能够发生爆炸的最高浓度叫做 爆炸浓度上限.爆炸浓度下限和上限 之间的范围叫做爆炸浓度极限. 75.什么叫公用工程系统? 化工厂在正常生产离不开水电汽,风(压缩空气)以及燃料油,燃料 气,酸碱等,这些项目都各自成为系统而供全厂公用,所以,通常统称 作公用工程或系统工程. 76.腐蚀有几种形式?分别是什么? (1).化学腐蚀:与某种无机盐,硫化物发生化学反应; （2）电化学腐蚀：就是铁和氧形成两个电极，组成腐蚀原电池。 因为铁的电极电位总比氧的电极电位低，所以铁是阳极，遭到腐蚀。53合成氨培训教材特征是在发生氧腐蚀的表面会形成许多直径不等的小鼓包， 次层是黑 色粉末状溃疡腐蚀坑陷。 77.仪表发生故障，如何判别？ 对比工况，与相关参数比较，进行小范围的调试，取样对比分析， 观察趋势图 78.提高传热效率的途径有哪些？ 1）增大传热面积 2）提高冷热流体的平衡温差 3）提高传热系数 a.增加流体流速 b.改变流动条件 c.在有流体相变的换热器中采用一些积极措施， 尽量减少冷 凝液膜的厚度 d.采用导热系数较大的液体作加热剂或冷却剂。 79.传热的基本方式与特征是什么？ 答：传热的基本方式有热传导、对流、辐射三种。 热传导的特征：物体中温度较高部分的分子因振动而与相邻 的分子碰撞，并将能量的一部分传给后者，这样，热量就从物体的一 部分传到另一部分叫热传导，物体的分子不发生相对位移。 对流传热的特征：在流体中，由于流体质点的移动，将热能 由一处传到另一处的传热叫对流传导。在对流传导中，亦伴随流体质 点的热传导，但主要是由于流体质点位置的变动。54合成氨培训教材辐射的特征：是一种以电磁波形式传播能量的现象。物体在 放热时，热能变为辐射能，以电磁波的形式发射而有空间传播，当遇 到另个物体时，则部分或者全部地被吸收，又重新转变为热能。 80.液化汽中最重要组分是什么？ C3、C4。 81．燃烧的三要素是什么？ 着火点、可燃物和 助燃物 82.什么叫泵的扬程？ 泵的扬程是指单位重量液体通过泵做功以后其能量的增加值，单 位：米，代号： 83.什么叫做泵的效率？ 泵的有效功率与轴功率之比称之为泵的效率，常用百分比表示 84.试述离心泵的工作原理。 离心泵运转之前泵壳内先要灌M液体，然后原动机通过泵轴带动 叶轮旋转，叶片强迫液体随之转动，液体在离心力作用下向四周甩出 至蜗壳， 再沿排出管流出。 与此同时在叶轮入口中心形成低压， 于是， 在吸入罐液面与泵叶轮入口压力差的推动下， 从吸入管吸入罐中的液 体流进泵内。这样，泵轴不停地转动，叶轮源源不断地吸入和排出液 体。 85.备用泵为什么要定期盘车？ 答： 泵轴上装有叶轮等配件， 1） 在重力的长期作用下会使轴变弯。 经常盘车，不断改变轴的受力方向，可以使轴的弯曲变形为最小。55合成氨培训教材2）检查运动部件的松紧配合程度，避免运动部件长期静止而 锈死，使泵能随时处于备用状态。 3）盘车把润滑油带到轴承各部。防止轴承生锈，而且由于轴 承得到初步润滑，紧急状态能马上启动。 86.离心泵的抽空有什么现象？ 答：泵在运动中，突然发生噪音，振动并伴随扬程、流量、效率 的降低，电机电流减少，压力表上的指示压力逐渐下降，这种故障是 开始抽空，如果更严重一些，压力表回零，不打量。 87. 造成触媒衰老的原因有哪些？ （1）触媒长期处在高温下会发生粘聚现象，使铁微晶变大，内 表面积减少； （2）油污或其它杂质带入合成塔，覆盖在触媒的表面，或堵塞 触媒内微孔通道； （3）触媒在长期超负荷运行的情况下，也会使触媒层的温度下 移速度加快，从而过早失去活性。 88.泵冻了以后怎样解冻？ 答：解冻的方法是： 1）先用冷水浇，(决不能用蒸汽直接吹，以防止泵壳热胀不 匀而破裂)。 2）待能盘动车后，再用热水浇，用蒸汽慢慢的吹。 3）该泵应隔离系统，防止吹化后跑油 89. 什么是多级压缩制冷循环？56合成氨培训教材多级压缩制冷循环也就是多级蒸发制冷、多级压缩的制冷循环， 根据所需冷冻深度的不同，选择不同的蒸发压力等级，多级压缩制冷 循环不仅可以节约功的消耗,并能获得多种不同的冷冻温度。 90 什么是机械密封？ 答:机械密封属端面密封。 是由两个密封件在垂直于主轴的表面经 相互贴合、在流体介质的静压力和弹性力的作用下作相对旋转运动， 并在两垂直面间保存一层液膜，从而达到密封目的的机械装置。 91 什么是临界压力？ 答:物质的气、 液两相达到平衡， 且气相密度与液相密度相等。 气、 液两相界面消失，此时的状态称为临界状态。临界状态下的压力称为 该物质的临界压力。 92 什么叫雾沫夹带？它对操作有什么危害？ 答:随着气速的提高，雾滴被带到上一块塔板的现象叫雾沫夹带。 如气体自下层塔板带到上层塔板的雾沫夹带量百分之十， 这时塔的操 作就会不正常，表现出的结果是塔顶重组份浓度增加，塔压增大。 93 什么是显热、潜热？ 答:物质升温或降温过程中吸收或放出的热量叫显热。 汽化或冷凝 过程中吸收或放出的热量叫潜热。 94 什么叫泡点？露点？ 答:在一定的压力下，升温后使液体混和物刚刚开始汽化，或者说 刚刚出现第一个汽泡时的温度叫泡点温度。 把气体混合物在压力不变 的条件下降温冷却，当冷却到某一温度时，产生第一个微小的液滴，57合成氨培训教材此时温度叫做该混合物在指定压力下的露点温度，简称露点。 95、氨合成反应的机理是什么？ 答： 氨合成反应过程符合气固多相催化原理， 一般分为以下七步： (1)外扩散：氢气和氮气从气相混合物主体通过物理作用，扩散 并吸附到铁的外表面； (2)内扩散：绝大部分吸附在铁催化剂上的氢和氮，自外表面向 催化剂毛细孔内扩散，到达内表面； (3)化学吸附： 氮和氢分子在催化剂,主要是内表面晶面上垂直的 进行化学吸附,消弱了 H2 和 N2 的化学键,其中一部分化学键断裂生成 吸附态的活性氢氮原子，即 H2=2H* N2=2N* (4)化学反应： 吸附态的高能活性 H*与 N*在催化剂内表面上发生 化学反应,生成一系列中间化合物后,形成高能活性氨。 （5）化学解吸：高能活性氨在催化剂表面发生解吸，生成游离 态氨即 （NH3）*→NH3+Q （6）内扩散：解吸后的氨从毛细孔内部向催化剂外表面扩散。 （7）外扩散：氨分子从催化剂外表面扩散到气相主体。 以上七步中， 、 、 、 （1）（2）（6）（7）为物理过程， 、 、 （3）（4）（5） 为化学过程，其中（3）化学吸附为控制步骤，决定合成氨反应的速 度。 96、氨合成塔为什么要设计成内筒和外筒？ 答：对于合成塔来说，承受高压、高温、充分利用反应热是基本58合成氨培训教材要求，将合成塔分成内外两层，即可解决以上问题，外筒承受高压， 内筒承受高温，在内外筒之间的环隙中工艺气体回收塔内的反应热， 达到充分利用反应热的目的。因此，将合成塔设计成内、外筒。97、温度对氨合成催化剂还原反应的影响？还原反应是吸热反应，提高操作温度能使还原易于进行，并利于 还原完全。但是在高温下操作，往往会导致还原后的铁晶粒长大，从 而使还原后的催化剂活性下降。 即使在工业氨合成催化剂中含有起分 散铁晶粒作用的促进剂，在高温条件下，还原也很难避免这种晶粒长 大的现象。考虑温度对还原过程的上述影响，当还原开始后的相当长 一段时间内，升温速率不宜过快，还原温度不宜过高。还原速率可根 据还原出水量予以适当控制， 一旦达到还原主期， 就可适当升高温度， 以使催化剂还原尽可能完全。 还原温度对还原后催化剂的孔结构特性是有一定影响的， 提高还 原温度会导致大孔增多， 这意味着高温还原的催化剂的比表面积要比 低温还原的小。 98、压力对氨合成催化剂还原反应的影响？ 操作压力对还原来说，一般可选择以低压（50～100Kg/cm2）下 操作，但是必须考虑到：在不同压力下，催化剂孔隙内还原产物水汽 的有效扩散系数是不同的，由于压力增大而影响水汽的扩散逸出，将 会造成对催化剂活性的不利影响。 此外， 在还原过程中当有氨生成时， 提高压力可增强氨合成反应，当有 2%氨生成时，其放出热量，相当 于 185 千瓦电炉的发热量，尤其在出水量大，需加大空速降低水汽浓59合成氨培训教材度时，应适当提高压力，以便通过氨合成反应热的增加来维持热点温 度。 99、空速对氨合成催化剂还原反应的影响？ 一般来说，在热量供给充分的情况下，空速越大越好。空速大， 气体扩散快，水汽浓度降低，触媒内部水汽易于逸出，因此还原反应 快，所得的α铁晶粒小、表面积大、活性高。此外较大的空速有利于 降低触媒的同平面温差和轴向温差，提高触媒下层温度。但是空速过 大，特别是当氨合成反应尚未进行时，则需要外部热量较大。 100、氨冷温度对氨合成催化剂还原反应的影响？ 控制氨冷温度， 也就是控制合成塔入口水汽的浓度。 其温度越低， 入塔气体中水汽浓度就越低， 这样就减小了水汽对已还原部分的氧化 作用，从而可以提高还原后的触媒活性。 还原末期为了提高下层触媒温度，可适当提高氨冷温度，抑制上 层的氨反应。 二、填空题 1. A 与 B 可发生反应 2A+B=C+D，如果 A 的分子量为 10，B 的分子 量为 20，C 的分子量为 30，则 D 的分子量为（ 10 ） 。 2. 一定量的理想气体，在等体积过程中吸收了热量，气体内能增 加，则(压强增大 )。 3. 化学反应速率的影响因素是浓度、压强、温度、( 催化剂)。 4. 人体血液中的血红蛋白与 ( 一氧化碳)结合的速度大于其与 氧气结合的速度，会使人因缺氧而窒息死亡。 5. 在化学反应的四种基本类型中，单质与化合物反应生成另一种 单质和另一种化合物的反应为( 置换)反应。 6. 烯烃的通式用表示(CnH2n )。 7. 在 SI 单位制中，密度的单位为(kg/m3 )。60合成氨培训教材8. 氢离子在化合物中一般呈现的化合价为(+1 )。 9. 含尘气体是由(切线 )方向进入旋风分离器的。 10. 体积流量一定时，流速与（管径 ）的平方成反比。 11.当泵的有效汽蚀余量 （小） 于必需汽蚀余量时， 发生严重汽蚀。 12.强制对流传热系数比自然对流传热系数（ 大） 。 13.换热器传热过程中， 两流体的出入口温差大， 则热负荷(大 )。 14.两流体传热过程中，热负荷随流体流量的增大而( 增大)。 15.上升气流穿过塔板上液层时，将板上液体带入上层塔板的现象 叫作(液泛 )。 16.垫片可分为软质垫片、 （硬质垫片 ） 、液体密封垫片三大类。 17. (金属垫片 )具有耐高温、耐高压、耐油等性能，广泛应用 于高温、高压阀门和法兰上。 18.轴流泵是依靠叶轮旋转产生( 轴) 向力推动液体提高压力而 轴向流出叶轮。 19.离心泵主}