合成氨工业的简介（精选8篇）
合成氨工业的简介 篇1
合成氨工艺控制方案总结
一 合成氨工艺简介
中小型氮肥厂是以煤为主要原料，采用固定层间歇气化法制造合成氨原料气。从原料气的制备、净化到氨的合成，经过造气、脱硫、变换、碳化、压缩、精炼、合成等工段。工艺流程简图如下所示：
该装置主要的控制回路有：（1）洗涤塔液位；
（2）洗涤气流量；（3）合成塔触媒温度；（4）中置锅炉液位；（5）中置锅炉压力；（6）冷凝塔液位；（7）分离器液位；（8）蒸发器液位。
其中触媒温度控制可采用全系数法自适应控制，其他回路采用PID控制。
二 主要控制方案
（一）造气工段控制
工艺简介：
固定床间歇气化法生产水煤气过程是以无烟煤为原料，周期循环操作，在每一循环时间里具体分为五个阶段；(1)吹风阶段约37s；(2)上吹阶段约39s；(3)下吹阶段约56s；(4)二上吹阶段约12s；(5)吹净阶段约6s.l、吹风阶段
此阶段是为了提高炉温为制气作准备的。这一阶段时间的长短决定炉温的高低，时间过长，炉温过高；时间过短，炉温偏低并且都影响发气量，炉温主要由这一阶段控制。般工艺要求此阶段的操作时间约为整个循环周期的18％左右。
2、上吹加氮制气阶段
在此阶段是将水蒸汽和空气同时加入。空气的加入增加了气体中的氮气含量，是调节 H2/N2的主要手段。但是为了保证造气炉的安全该段时间最多不超过整个循环周期的26％。
3、上吹制气阶段
该阶段与上吹加氯制气总时间为整个循环的32％，随着上吹制气的进行下部炉温逐渐下降，为了保证炉况和提高发气量，在此阶段蒸汽的流量最好能得以控制。
4、下吹制气阶段
为了充分地利用炉顶部高温、提高发气量，下吹制气也是很重要的一个阶段。这段时间 约占整个循环的40％左右。
5、二次上吹阶段
为了确保生产安全，造气炉再度进行吹风升温之前，须把下吹制气时留在炉底及下部管 道中的半水煤气吹净以防不测，故进行第二次上映。这段时间约占7％左右。
6、吹净阶段
这段时间主要是回收上行煤气管线及设备内的半水煤气。约占整个循环的3％。该阶段是由吹风管路送风，该段时间的长短直接影响H2/N2.该控制系统是一个较复杂的时变、间歇、非线性、大滞后控制系统。故将该系统设计为串级控制。
造气炉的工作方式分为开车、停车、正常造气、升温和制惰等五种方式。每台造气炉需要控制15个电磁阀，为了防止多台炉同时进入吹风阶段而引起争风抢汽观象，各台炉之间必须进行吹风排队顺序控制。
控制方案：
1、造气工段H2/N2控制方案
造气工段是通过加减氮操作来进行氢氮比控制的，而加减氮操作又是通过调节上下吹加氮时间和吹风回收时间来实现的，因此，该控制系统最终得到的控制量要转化为上下吹加氮时间或吹风回收时间。本系统的氢氮比控制采用调节吹风回收时间来实现。
在合成氨生产过程中，影响氢氮比的主要干扰来源是造气、脱硫两个环节，这部分仅有较小的滞后，所以对脱硫制氢采用PID闭环控制和较高的采样频率，这是控制的内环。然后将造气脱硫与变换、脱碳、精炼及合成组成一个广义外环，采用预测控制进行控制，这是控制的外环。可选作控制量的参数有：脱硫氢、变换氢、补充氢和循环氢，这四个氢值之间的波动有一个时间差，脱硫氢到变换氢大约有5min，变换氢到补充氢大约有15min,再由补充氢到循环氢又有20min，而且补充氢与循环氢之间存在积分关系，补充氢中氢氮比的微小变化就会造成循环氢中氢的增加与减小，即稳定的补充氢并不能保证循环氢的稳定。而循环氢是生产过程最终阶段的信号，所以采用循环氢作为主调节参数，并选择脱硫氢作为副调参数，以克服循环氢巨大的滞后。
2、H2/N2调节方法
采用改变加氮空气量的方法调节H2/N2，在上吹和下吹阶段设置用／否加氮软手动开关决定是否启用加氮空气，同时采用上／下加氮调节阀来改变加氮空气量，其次可以通过调整 吹净时间的方法来调整H2／N2，同时还采用打吹净软开关确定在吹风阶段是否提前关闭烟囱阀，以辅助调节H2/N2.（三）CO变换工段控制
工艺简介：工艺流程图如下：
中温变换护的正常操作应该是将各段催化剂的温度控制在适宜的范围内，以充分发挥催化剂的活性。同时用最低的蒸汽消耗实现最高的CO变换率。影响中变炉催化剂床层温度变化的因素很多，如蒸汽的加入量、蒸汽的温度、进入催化剂前反应气体的温度、反应气体的组成以及生产负荷等。
该工段主要的控制系统主要有：中变炉入口温度定值控制，入中变护蒸汽流量定值控制，入中变沪中段蒸汽流量定值控制，中变炉下段温度控制等。（1）中变炉人口温度定值控制系统
该系统是通过控制中变炉的入口温度来稳定上段催化剂的温度。选中变炉人口气体的温度作为被控变量，操作变量为中温换热器的半水煤气副线流量。
其主要干扰因素有：半水煤气流量，半水煤气温度，蒸汽流量，蒸汽温度，变换气温度等。
在这个系统中，中变炉人口温度是根据生产要求由人工设定，当受到干扰使该温度偏离没定值时，通过改变中温换热器副线流量来维持其入口温度的稳定。
（2）入炉蒸汽流量定值控制
控制流程图如下：
被控变量和操作变量均为与煤气混合的蒸汽流量。其主要干扰因素是蒸汽的温度和蒸汽管网的压力。求由人工设定，通过改变蒸汽流量调节阀的开度来维持蒸汽流量的稳定。当生产负荷变动或其它干扰因索引起中变炉上段催化剂温度发生变化而需要改变入炉的蒸汽量时，只能通过人工调整系统的设定值来实现，可见该系统不能自动跟踪生产负荷，亦不能按照上段催化剂温度的变化来自动控制所需的蒸汽量。
（3）
中变炉中段蒸汽流量定值控制
（六）氨合成工段控制
在合成氨生产中，合成塔人塔气体的氢气与氮气的比例是工艺上一个极为重要的控制指标。氢氯比合格率对于全厂生产系统的稳定、提高产量和降低原料及能源消耗起着重要作用，氢氮比的过高或过低，都会直接影响合成效率，导致合成系统超压放空，使合成氨产量减少，消耗增加。但合成氨氢氮比对象是一个纯滞后和容积滞后大，无自衡能力和时变的工艺过程，所以氢氮比控制是氨合成工段的主要控制对象。
方案一：
采用变比控制方案，对负荷变化和加氮空气量进行预测控制其工作框图如下：
原料气中各有效成分分析合成总的含H2量作为主物料信号，乘上一个比值系数K,就作为空气调节阀的输入信号，驱动调节阀以得到所需要的与总含H2成比例的N2量。如果由于某种因素使H2/N2比值偏离给定值，就通过调节器GC输出信号修正比值系数K,使H2/N2比回到给定值上来。对于空气流量的干扰，设置一个副环，构成串级控制，对空气的测量，采用压力和温度的补偿。
方案2 预测加PID控制方案
上述方案由两个回路组成：内回路是由造气到脱磕和可调控制器组成的线性反馈回 路；外回路由变换到精炼和通推参数估计器及校正器组成。
方案3 预测＋PID串级控制方案
氢氮比通过改变二段炉的空气量来调节，针对被控对象的特点，本文采用多步MAC 预测控制算法、PID算法及前馈调节相结合的控制规律构成氢氮比前馈中级控制系统。系统结构方块图如下所示：
由于负荷（原料气流量）变化是系统可测不可控的干扰，为此，采用前馈调节系统，以便及时克服负荷波动的干扰。由于空气流量波动大，必须采用闭环控制，空气流量调节回路采用YS－80单回路调节器实现。
由于系统滞后时间长，为了能及时克服转化、变化工段的干扰，引入变换氢副调回路，此回路纯滞后时间短，可采用PID调节；主被控对象氢氮比系统纯滞后时间长，惯性大，干扰多，因此主控器采用MAC预测控制
（八）精馏塔控制方案
工艺简介：
合成氨厂氨精馏塔是氨回收单元，以水为溶剂，吸收氨合成回路的放空气和液氨贮槽放空气中的氨，然后利用外部供热使氨水溶液解吸，水作为吸收剂循环使用。其工艺流程图如下：
由于本精馏工段受多种干扰因素如进料量、进料温度、冷凝器冷却水温度、环境温度变化等的影响，而且难以直接测量产品浓度作为被调参数，故选用间接参数温度、压力作为被调参数。
控制方案： 1．压力控制
针对压力设置了一套压力分程调节系统，由PRC-10001检测塔内压力，分别控制塔顶排出的情气量和塔顶冷却器的回水量。其调节过程为：
当PRC-10001测量值增加时，其输出值若在100%~50%内，则情气阀PV—10001A全关(F.C)，冷却水阀PV-10001B(F．0)逐渐开大，直至全开，以充分冷凝气体中的氨；若输出值小于50％，则PV—10001B全 开，PV—1000lA逐渐开大，从而使塔内压力降低，反之亦然。以此达到塔内压力恒定。
2、温度控制
由于成品氨的质量与温度有直接关系，液氨流量直接影响着温度，为保证精馏塔温度，设置一套以惰馏塔温度TICAH—10004和液氨流量FIC—10006组成的串级系统。其中流星为副参数，克服影响氨水流量波动的各种扰动因素；以温度为主参数，保证精馏塔温度，其工艺控制流程图如下：
首先，手动调整F—10006输出值，使得T—10004满足工艺要求。然后，调整T—10004的给定值等于测量值，调整F—10006的设定值等于测量值。在此过程中，要保证T—10004输出值等于F—10006，设定值。随后将由手动投入自动，等稳定后投入串级。系统稳定后将T—10004由手动投入自动。
至此，完成了串级调节系统的投运。
在投运过程中，一定要注意T—10004输出值等于F—10006设定值，投运之前，主、副回路均应置于手动状态。
合成氨工业的简介 篇2
二十世纪中叶, 我国只有两家合成氨工厂, 分布在大连及南京。当时, 在上海也有一个小型合成氨的车间, 其主要原料是水电解法制氢, 其每年的生产能力综合为46kt氨。20世纪中叶之后, 我国合成氨的产量呈现快速增长的态势。固定床气化技术即在这一时期开始发展, 合成氨国产化时小3000吨合成氨厂的国内特有的小土炉发展而来的固定床造气炉, 最初是人工搬考克切换气体流向, 后改水压自动机, 现在改为微机自动操作, 是中国特有的造气方法, 当然现在已不允许建设了, 在向固定床富氧制气方向改造。最近几年, 我国逐渐加大了对化肥工业的重视程度, 由此我国的合成氨工业的到了迅速发展, 同时逐渐形成了一种特有的合成氨生产格局, 即大中型合成氨工厂并存、以天然气、石油、煤为原料并存的大体格局。我国现有能源结构为:石油资源贫乏、煤资源富裕, 同时结合我国目前资源的价格及投资情况, 可以发现, 我国合成氨工业今后的发展方向仍然是以煤为主要原料的。
合成氨生产中原料煤占合成氨企业生产成本的l/3左右, 把粉煤加工成型煤作为生产半水煤气的原料, 可降低合成氨企业的生产成本, 提高企业的竞争力。 因此型煤气化技术的研究不仅对于企业经济状况而且对于整个社会的长远发展都有深远的影响。
1.1 型煤技术
型煤是一种清洁、高效能的新型燃料, 是以适当的工艺和设备等经过配制、混合等加工工艺, 将粉煤加工成具有一定形状、尺寸及理化性能 (热稳定性、防水性等) 的块状燃料。
按照用途型煤可分为民用型煤、工业型煤, 其中工业型煤占比例比较大。利用廉价易得的粉煤生产优质的气化型煤, 具有很高的社会效益, 为此国家把型煤产业列为节能、环保的重点扶持产业。
2 型煤煤气化技术制气方式
首先是间歇气化方法。在气化过程中, 原料煤由气化炉顶部加入, 气化剂由气化炉底部加入, 两者逆流接触, 与气体上升的速度相比, 相对于气体上升速度而言, 原料煤的下降速度相对较慢, 所以将其称之为固定床气化方法。固定床中的煤炭和气化剂是逆流接触, 这一特点使固定床所产生的煤气的终温小于其他炉型, 相比于其他炉型, 其热效率较高。
间歇气化制气流程为:进行吹风反应将炉温提高到一定温度, 然后停止送风, 送入水蒸气进行制气反应。吹风和制气反应交替进行, 炉内温度也是先升高后降低, 所得的半水煤气质量也呈现周期性波动。通常将一个生产工艺循环分成吹风阶段、一次上吹制气阶段、下吹制气阶段、二次上吹制气阶段、空气吹净阶段等5个阶段来完成。
其次是富氧空气连续气化法由于空气中氧气含量过低是不能实现连续制取合格半水煤气的根本原因, 所以采用富氧空气代替空气作为气化剂就可以实现连续制气。
型煤固定床富氧连续气化工艺流程大致如下:用粉煤加工制作的型煤, 从煤气发生炉顶部料仓以三到五分钟的时间间隔由自动加料机间歇加入气化炉内, 富氧空气和水蒸气自下而上通过煤层, 型煤则完成干燥、干馏、气化还原、氧化燃烧和灰渣冷却等变化。煤气从气化炉顶排出后, 经降温除尘、余热回收等工序, 最终得到合格的半水煤气。
3 型煤制气工艺条件
型煤制气过程中的工艺条件包括温度、吹风速率、水蒸气用量、燃料层高度等方面, 由于型煤在理化特性上的优势更适用于采用无烟块煤作燃料时的“三高一短”的工艺条件, 即:高炉温、高风速、高炭层、短循环。其中需要注意的是富氧制气不存在短循环的问题。除此之外, 型煤制气过程中对工艺条件要求一般包括以下几个方面, 但最优工艺条件的确定需生产企业进行长期的造气生产实践来探索。高温有利于制气, 高炉温时, 气化反应速率快, 水蒸气分解率高, 但高炉温会造成热损失增加。实际生产中高炉温应控制在保证炉内不结疤的前提下低于燃料灰熔点t2点温度下操作。
由于型煤强度较低, 在高炉温操作时, 易出现蜂窝状理想疤, 应采用低灰渣层操作, 另破渣条应比块煤炉要长1/3 左右, 采用锥状破渣条, 炉篦采用七层六边型高破渣能力炉篦, 防止渣层上篷, 是操作的关键。
型煤气化比块煤气化生产的原料气中二氧化碳的体积分数要高百分之四到百分之六, 煤气中二氧化碳含量可达为百分之十到百分之十四。要把二氧化碳体积分数降低以提高有效气体的含量就必须提高燃料层中还原层的厚度, 因此就需要把煤气发生炉炉体加高, 燃料层进一步加厚。
4 结语
我国具有丰富的煤炭资源, 是理想的型煤技术研究发展条件, 因此要逐渐加强对型煤技术的研究。本文以合成氨的发展现状为依据, 探讨了型煤技术以及其在合成氨工业中的具体应用, 以供参考。
参考文献
[1]张庆莉.节煤助燃剂在合成氨型煤造气中的应用研究[J].甘肃石油和化工, 2014, 01:27-30+34.
[2]杨丑伟.型煤粘结技术研究进展[J].粉煤灰, 2014, 01:13-14+17.
[3]马亮, 薛树琦, 闫文召.余压透平发电技术在合成氨工艺中应用研究[J].现代化工, 2014, 06:118-121.
[4]陈志勇, 卢建军, 苗茂谦.我国合成氨工业节能减排技术进展[J].现代化工, 2014, 12:12-16.
合成氨工业生产习题的多角度设计 篇3
随着新课程理念的不断深入、新课程实践的不断推进，高考化学试题也在不断进行相应的变革。试题依据新教材，加大体现新课标的理念已成为命题思路之首选。纵观2007年各地的高考化学试卷，无论是已实施新课程标准的广东、山东、海南和宁夏四省的试卷，还是即将进入新课程标准的江苏试卷，都呈现出稳中求进的特点，在看似平淡的表面背后，不断地推出新的亮点同新课标一步步接轨。而实用性强是化学学科的一大特点，我国的化工企业在国民经济中占有很大的比重，是国家的一个支柱产业，两方面因素都使得以化工生产为知识背景的高考题倍受推崇，而此类试题多取材于《化学与技术》模块。内容主要有：化工生产条件的选择、原料的选取与配比、原料的转化率或产品产率的计算及工业尾气的处理和热量的利用等。涉及的领域有：工业制硫酸、硝酸，合成氨、化肥的生产、钢铁工业等；用到中学化学的原理和知识有：化学平衡、化学反应速率、反应热和化学计算。重点考查学生的知识利用能力、分析综合能力，培养理论与实践相联系的观点，通过真实化工生产的展现让学生更能懂得化学的实用，激发学习化学的热情。
1 从化工原理的角度设计试题
［试题1］根据合成氨反应的特点，结合化学反应速率和化学平衡的原理填写下列表格，并选择工业合成氨的适宜的条件。
［答案］通过分析可以填写下表：
综合各方面因素后采用如下条件：①高温，500℃； ②高压，20MPa～50MPa； ③催化剂，铁触煤。
［命题意图］这是考查化学反应速率与化学平衡原理在合成氨工业生产中的多因素影响问题。特别是两个因素影响不一致时如何联系生产原理和生产实际选择适宜条件。
2 从合成氨工业生产的流程设计试题
［试题2］下图是合成氨工业生产的流程示意图:
1. 工业上制取氮气常采用分离空气的方法，下图是制取氮气流程图，请在空格内填写适当的答案：
2. 写出工业合成氨中利用煤水反应法制取原料气H2的两个化学反应方程式______，_______。
若用烃水反应法制取氢气，第一步是先用催化剂把烃和水作用，生成一氧化碳和氢气，写出化学反应方程式___________。
［答案］1.
2.
［命题意图］从工业合成氨生产的流程示意图考查用物理方法制取氮气，构思新颖。用煤水反应法和烃水反应法的反应原理考查化学方程式从具体到一般的书写，符合归纳法。
3 从合成氨反应中化学平衡与反应热相结合的角度设计试题
［试题3］已知常温常压下， N2(g）和H2(g)生成2mol NH3(g)放出92.4kJ热量。在同温同压下向密闭容器中通入1mol N2和3mol H2，达到平衡时放出热量为Q1，向另一体积相同的容器中通入0.5mol N2、1.5mol H2和1mol NH3，相同条件下达到平衡时放出热量为Q2，则下列关系式正确的是
A.2Q2=Q1=92.4kJ B.2Q2＜Q1＜92.4kJ
C.Q1＜Q2＜92.4kJ D.Q2=Q1＜92.4kJ
［提示］因为1mol N2和3molH2的反应跟0.5mol N2与1.5mol H2的反应是在同温同压下按相同物质的量比[n(N2):n(H2)=1:3]进行的，则前者放出热量为后者的两倍；但若在后者中再加入1mol NH3，正反应将受到抑制，故Q1＞2Q2。因为N2和H2合成NH3的反应是可逆的：N2+3H2 2NH3，常温常压下原料的转化率很低，因而将1mol N2和3mol H2混合反应肯定不能生成2mol NH3，则Q1＜92.4kJ。与备选选项对照，可知答案为B。
［命题意图］以合成氨反应式为载体，考查可逆反应在等温等压条件下，平衡移动与反应热的关系，着重考查思维的变通性和敏捷性。
4从氨工业用途角度设计试题
［试题4］工业上，用氨气和二氧化碳合成尿素。在一定条件下，发生如下反应：
CO2(g)+2NH3(g) CO(NH2)2(s)+H2O(g)
已知焦炭、一氧化碳和烃类化合物都能与水反应产生合成尿素的原料——氢气和二氧化碳，从充分利用原料的角度考虑，用下列物质生产H2和CO2最为合适的是
A.C B.CO
C.天然气D.石脑油（C5H12、C6H14）Z
［提示］生产出的H2用于合成NH3，再由NH3与CO2合成尿素。由此，可找出H2与CO2关系式：3H2～2NH3～CO2。分别写出备选项中各物质与H2O反应的化学方程式
①C+H2O=H2+CO，CO+H2O=H2+CO2，
即C+2H2O=2H2+CO2
②CO+H2O=H2+CO2
③CH4+2H2O=4H2+CO2
④C5H12+10H2O=16H2+5CO2，C6H14+12H2O=19H2+6CO2
产物中， n(H2):n(CO2)最接近3:1的最合适。所以答案选D。
［命题意图］本题借用氨气的工业用途，着重考查多步反应中量的关系的归纳与近似数值的处理。回答这个问题，学生要有思维的转换能力。
5从化学平衡的定量关系设计计算试题
［试题5］合成氨反应中，若合成塔进口时N2、H2、NH3的体积之比为5:15:3。出口时N2、H2、NH3的体积之比为9:27:8，则N2的转化率为（）
A.10%B.20%C.30% D.40%
［提示］欲求N2的转化率，需知道N2的起始量（进口量）和转化量（变化量）。题中未直接给出N2的起始量，却给出了进口时N2、H2、NH3的体积之比，可据此进行假设。
设进口时N2、H2、NH3的物质的量分别为5mol、15mol和3mol，至出口时有xmol N2转化成NH3。
N2+ 3H2 2NH3
进口量（mol）5153
进口量（mol）x3x2x
进口量（mol） 5-x15-3x3+2x
依题意可得：（5-x）：(3+2x）=9：8，x=0.5mol。
故N2的转化率为10%，答案选A。
［命题意图］以合成氨反应为载体，以连比的方式考查化学平衡中反应物的转化率，此题突破了常规的命题方式。
6从图像的形式结合数学知识设计试题
［试题6］在容积不同的密闭容器中，分别充入1.0mol N2和3.0mol H2，在不同温度下，任其发生反应生成NH3，分别在不同时间测定NH3的含量，然后绘制出下图。试回答下列问题：
（1）A、B、C、D、E五点中，尚未达到平衡状态的是______________。
（2）此可逆反应的正反应是_____反应（填“放热”或“吸热”）。
（3）AC段的曲线是增函数，CE段曲线是减函数，试从反应速率和化学平衡的角度说明理由：_________________________。
［答案］（1）AB；（2）放热；（3）AC段曲线为增函数，原因是开始充入的物质是N2和H2，未达到化学平衡状态，故φ（NH3）不断增大。C点达平衡后，随着温度升高平衡向逆反应方向移动，φ（NH3）含量减少，故CE段为减函数。
［命题意图］由化学反应式引入图像，考查学生的观察能力，引入数学中函数的单调性，考查数学知识在化学平衡中的应用。
7从综合创新角度设计试题
［试题7］利用天然气合成氨的工艺流程示意图如下：
依据上述流程，完成下列填空：
(1)天然气脱硫时的化学方程式是_________。
(2)nmol CH4经一次转化后产生CO 0.9mol，产生H2_________mol(用含n的代数式表示)。
(3)K2CO3(aq)和CO2反应在加压下进行，加压的理论依据是_________。
(a)相似相溶原理 (b)勒沙特列原理
(c)酸碱中和原理
(4)整个流程有三处循环：一是Fe(OH)3 循环，二是K2CO3(aq)循环，请在流程图中标出第三处循环（指出循环方向和循环物质）
［答案］(1)3H2S+2Fe(OH)3Fe2S3+6H2O
(2)2.7n
(3)b
(4)如右图
［命题意图］本题的背景材料是“天然气合成氨”，虽然流程较长(脱硫→转化→换气→吸收→合成)，但脉络清晰，关系明了，联系化学反应的可逆性，从反应热、化学平衡计算、化工原理、实际应用等角度进行命题，同时注意考查了观察能力，实验能力，用数学问题解决实际问题的思维能力等对基础知识的应变能力，拓展了合成氨的思维空间，是综合性和区分度较好的试题。
8 高考合成氨试题赏析
［试题8］（07全国山东卷）某化工厂为了综合利用生产过程中的副产品CaSO4, 与相邻的合成氨厂联合设计了以下制备(NH4)2SO4的工艺流程：
请回答以下问题：
(1)合成氨反应的化学方程式是___________，该反应是在_______(填设备名称)中发生。沉淀池中发生的主要反应方程式是_________，该反应能够发生的原因_______________。
(2)在上述流程的沉淀池中通入足量氨气的目的是___________________，可以循环使用的X是______________________________________。
(3)该生产过程中的副产品是____________。从绿色化学和资源综合利用的角度说明上述流程的主要优点是___________；从物质的性质和工业生产实际的角度考虑该流程的主要缺陷是_________。
［试题评析］本题设计的特征：一是试题表达简洁、清晰，流程图提示有利于学生形成解题思路；二是三个问题间基本不关联，故前面的错误不会引起后面连锁失分，有利于真实考查学生的水平；三是三个问题由易到难，具有较好的阶梯性。这里所说的阶梯性是指试题题材具有由初级知识水平到高级知识水平之间的过渡，较低能力要求与较高能力要求的过渡。试题设计这样两个梯度，有利于提高区分度，有利于测量学生知识和能力层次。
由此可见，化工生产试题可以培养学生审题、解析流程图、提取和加工信息等能力，知识的落点在于某一工艺步骤中用到哪些物质及其应用知识、化学反应原理、基本实验操作，能力的落点除上述之外还有工业生产中要考虑的基本问题、绿色化学思想以及对已经提供的方案和工艺进行简单的比较和评价等。
总之，随着新课程实施的不断深入，高考化学命题将会进一步与高中化学新课程改革接轨，我们应当积极主动研究高考试题的命题发展趋势，把握其命题的特点，在平时的复习中多加训练，以提高对各种新题型的适应能力。
参考文献：
[1]林长春.论高中化学新教材实施科学方法教育的几个问题[J].课程·教材·教法，2003，（8）：57-62.
[2]王后雄.新课程视野下高考化学命题设计的发展与创新[J].化学教育.2008.3
合成氨工业节能减排研究论文 篇4
关键词:合成氨;节能减排;
1我国合成氨工业的基本情况
合成氨工业的简介 篇5
《合成橡胶工业》充分发挥与各合成橡胶生产厂、科研院所、大专院校的桥梁和纽带作用, 始终坚持“工业与学科相结合、合成与加工应用相结合”的办刊思想, 坚持“为国内读者服务、为工业技术进步服务”的宗旨, 在合成橡胶行业领域具有较高的知名度。自1978年创刊以来, 已连续21次荣获国家、省部级的奖励, 曾获第一届、第二届全国优秀科技期刊一等奖、首届国家期刊奖。
主要报道:合成橡胶或弹性体及其单体, 经改性制得的高聚物共混材料, 合成胶乳及乳液, 合成橡胶、弹性体、高聚物共混材料、胶乳及乳液的加工应用技术及产品, 合成和加工所需的专用助剂、溶剂和催化剂, 与各种生产及加工应用有关的工业装备 (聚合、加工、机械设备、自控、计算机应用、维护检修等) 。欢迎订阅、投稿、刊登广告。
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中国工业网简介 篇6
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合成氨工业的简介 篇7
装置于2011年7月19日开始合成塔升温;24日5:05还原气各项指标合格, 开始还原;27日18:00还原完毕, 导入合格转化气进行试生产;27日19:05产出粗甲醇, 装置正式进入试生产阶段。
1 合成塔结构及催化剂装填简介
我公司合成塔采用华东理工大学的专利技术, 为管壳式外冷-绝热复合式固定床催化反应器 (3 800mm;H 13 965mm) , 管束44×2×7 000mm, 管程为反应气, 管间为沸腾水。
合成塔内所用催化剂为大连瑞克科技有限公司生产的RK-05型低压甲醇合成催化剂, 装填量43.57m3。全部列管装满催化剂后, 按照设计要求, 再继续装填绝热层, 每根列管装满并超出上管板200mm;因还原后, 催化剂体积收缩, 催化剂的收缩全部在绝热层, 上管板上方催化剂落入列管中, 还原后体积约41.88m3。
2 催化剂升温还原过程
2.1 还原的目的
甲醇合成催化剂使用前必须经过还原, 才具有活性;合适的还原是获得高活性催化剂的关键。催化剂中主要是CuO被还原, 还原气主要组分为CO和H2。CuO的还原是强放热反应, 其反应式如下:
催化剂厂家提供的理论出水量为6t。还原过程中, 以实际出水量控制还原进度:170~190℃时控制在160~200kg/h;190~210℃时控制在70~90kg/h;210~230℃时控制在25~35kg/h[1]。
2.2 还原气指标
RK-05催化剂对还原气组分含量要求为H2≥70%、总硫≤0.1×10-6、NH3≤10×10-6、O2≤0.2%。为了节约成本, 我公司没有外购纯氢, 而是采用经精脱硫、转化工段后的清洁转化气为还原气, 其组分为H271.73%、CO11.72%、CO211.02%、CH40.74%、O20.06%、NH310.53×10-6、总硫0.04×10-6。由此可见, 以转化气作为还原气基本上可以满足还原的需要。
因为还原气中的NH3会与甲醇催化剂中的铜生成铜氨络合物, 造成铜流失, 从而损坏催化剂;还会与CO产生副反应生成甲胺类物质并伴有腥臭味;当系统中NH3含量超标时, 还会发生铵盐结晶堵塞设备的严重后果, 所以, 还原过程中要严格控制还原气中NH3的含量[2]。
在我公司的整个还原过程中, 由于原料焦炉气中NH3含量出现大幅波动, 导致还原气中NH3含量超标, 当时采取的是切断还原气源、加大放空量带走塔中有效气体、系统入口加大补氮量置换系统等措施。
2.3 升温还原过程
合成塔内催化剂的升温, 用中压蒸汽喷射器来完成。加入3.43MPa的中压蒸汽, 通过蒸汽喷射器带动炉水循环, 使催化剂层温度缓慢、均匀上升。现场配备两只铁桶, 一台计量秤, 配氢开始后每半小时从甲醇分离器液相出口导淋处排水一次并称重、记录;中控每半小时记录一次各项指标及出水量。现场配氢阀用铝皮制作刻度表, 严格按指示调整阀门开度, 防止因配氢过快而导致合成塔温升过快。
本次升温还原从2011年7月19日22:00开始, 温度直接升至170℃ (注:合成催化剂于2010年11月已经出完物理水, 后因原料气硫含量超标无法还原, 与厂家人员协商后决定本次还原直接升温至170℃) , 等待前工段具备条件。24日5:05还原气合格, 开始配氢;27日19:00开始导气生产, 累计耗时189h。还原期间因氨含量超标终止还原三次, 具体数据如表1。还原过程中的温升情况及化学出水量如图1、图2。
27日16:06合成塔出口温度达到227.5℃, 各项记录数据与厂家提供的理论数据基本符合。 (1) 实际出化学水量共计6 259.1kg, 与厂家提供的理论出水量6t基本相同; (2) 合成塔进、出口的氢含量经化验分析无变化; (3) 塔出口温度230℃左右时恒温, 逐渐提高配氢浓度, 催化剂床层无明显温升。以上三项数据充分表明, 合成塔第一炉催化剂升温还原圆满完成。
2.4 升温还原注意事项[3]
(1) 初始配氢时应缓慢, 观察合成塔床层温升情况, 及时分析入塔气中H2+CO的浓度, 据此逐渐加大配氢浓度。应避免因阀门失灵、流量不准、分析失误等原因造成的H2+CO浓度过高而烧坏催化剂。
(2) 合成塔床层温度猛升或合成气压缩机出现故障无法正常运行时, 应立即停止补入还原气, 关闭喷射器蒸汽, 降合成汽包压力, 加大N2补入量, 加大系统放空量。
(3) N2压力不足, 无法给合成系统补N2时, 应立即关闭放空阀, 切断还原气, 调整喷射器蒸汽量, 维持合成塔恒温。
(4) 有毒物质含量超标时, 要及时切断还原气气源, 置换系统。
(5) 提温与提H2+CO (含量) 不能同时进行, 应按其厂家要求进行还原。
(6) 因催化剂使用前期活性较强, 为了保护催化剂, 并使催化剂性能充分发挥, 当温度升至230℃时, 按照厂家要求, 必须恒温4h后再转为轻负荷生产, 且使用前期要控制较低的反应温度。
3 导气及低负荷运行状况
27日18:00左右塔出口温度降至208℃, 准备导气试生产。导气过程中, 合成、合成气压缩、转化三个岗位密切联系, 合成系统升压速率<0.1MPa/min, 防止造成催化剂破碎;调节蒸汽喷射器进汽量及汽包排污量, 维持合成塔出口温度在208℃, 汽包液位维持在50%。由于前工段焦炉气量只有约15 000m3/h, 最后合成系统压力提至2.1MPa, 19:05甲醇分离器出现液位, 经分析含醇量为81%, 转入低负荷生产阶段。低负荷运行数据如表2。
4 结语
(1) 此次还原还是比较成功的, 虽然出现过几次氨含量超标, 但处理较及时, 并未对催化剂造成大的影响。
(2) RK-05催化剂起活温度较低, 在208℃下即能达到较好的催化效果。
(3) 通过一段时间的运行, 发现该催化剂的活性高、选择性较好, 吨甲醇焦炉气消耗量基本在2 000m3左右, 没出现结蜡的现象。
摘要：介绍200kt/a焦炉气制甲醇装置合成塔结构及催化剂装填情况, 催化剂升温还原过程, 导气及低负荷运行状况。
关键词：甲醇装置,催化剂,升温还原,导气
参考文献
[1]大连瑞克科技有限公司.RK-05甲醇合成催化剂使用说明书.
[2]章小林, 李新怀, 吕小婉, 等.甲醇生产中微量氨的危害及脱氨剂的研究[J].化工催化剂及甲醇技术, 2006, 15 (6) :2~3.
合成氨工业的简介 篇8
制备色谱是分离科学中最有效的制备性分离技术, 是很多研究领域和现代化的医药合成、生物制药、植物提取中必不可少的分离手段[1,2]。但受到传统制药工艺的影响, 到目前为止, 工业化高压制备液相色谱纯化装备还处于待认知和待接受的阶段, 应用这种工艺技术的医药生产厂商还很少。特别是在生物、化工生产过程中, 为应对产品在成本质量标准方面的商业竞争及环境保护压力的挑战, 必须进行色谱生产过程放大和操作最佳化方面的探索。人们深刻地认识到, 研究制备色谱放大过程并将其应用于实践研究, 可节省开发时间, 选定溶剂及固定相可使工艺更加稳定耐用, 最终降低成本并加速其市场化进程。
本文将结合我公司DAC800大型工业化制备液相色谱装置, 重点介绍设备使用过程中的一些主要技术要点。
1 DAC800型工业化制备液相色谱分离装备简介
图1为DAC800大型工业化制备液相色谱分离装备, 由直径为800 mm的动态轴向加压色谱柱、大流量高压输液泵、进样泵、在线检测器及数据处理软件、自动馏分收集器、防爆控制系统及辅助装置等组成。
色谱柱的功能是将混合物中各组分分离, 其一般要求是柱效高、选择性好、分离速度快。
输液泵的功能是将洗脱剂在高压下连续不断地送入柱系统, 使含有目标物的液态混合物在色谱柱中完成分离过程。
进样泵的作用是将待分离样品引入色谱柱。
在线检测器、高压输液泵、色谱柱是组成HPLC的3个关键部件。经过色谱柱分离后的各组分与流动相一起进入检测器, 按照样品的物理或化学特性将信息转换为易测量的电信号, 并记录下来, 得到样品组分分离的色谱图。由谱峰的位置、形状和大小判断分离的优劣, 并进行定性、定量分析。随着计算机科技的发展, 远程控制也成为工业化制备液相色谱系统的一大特点。操作人员可以在终控室通过PC机完成对设备的控制和监测。
馏分收集系统是采用将通过动态轴向压缩柱洗脱的柱后溶剂有序分流到不同的储存罐。每一个馏分收集管路设置一处取样口, 便于随时提取样品进行分析观测。
设备控制系统包括正向防爆电气控制柜、两通及三通电控气动球阀、泵后流量计、压力变送器、气路和液路管以及控制元件组成。正向防爆电气控制柜内设置驱动溶剂泵和进样泵的驱动板、马达变频器、系统核心控制单元 (MCU) 以及液晶显示单元。
辅助装置包括匀浆装柱机和翻转及升降装置。匀浆装柱机的功能: (1) 采用机械方式搅拌, 应用于动态轴向柱的填料, 使之与装柱液均匀混合; (2) 将已经搅拌均匀的填料注入柱管内。翻转及升降装置用于设备的初期组装、定期检修、更换柱内填料。
2 大型工业化制备液相色谱分离装备应用要点
2.1 填充装柱
2.1.1 选择合适的填料
填料粒径的选择是制备色谱分离中的关键问题[3]。填料粒径主要从柱效和压力2个方面影响着制备色谱的应用。压力影响着运行成本, 柱效影响着分离效果, 但二者又互相制约。提高柱效最有效的方式是用相当小的颗粒以减少提纯时间、溶剂消耗、产品稀释度及提纯成本。与传统的制备色谱填料 (粒径至少100μm) 相比, 典型的制备用的填料为10~20μm, 柱床长度也较短, 一般为250~450 mm。另外, 保证填料的窄的粒径分布也很重要, 以避免太微小的颗粒产生柱后压以及太大的颗粒导致低柱效。一般来讲, 在制备色谱中使用小颗粒填料, 可以获得高柱效, 尤其是对于难分离物系, 可以获得很高的分离度。在满足分离要求的前提下, 使用较大颗粒填料, 可以获得较大的生产能力, 而且填料的价格相对便宜, 因而更能有效降低生产成本。制备液相色谱最常用的固定相填料是球形硅胶 (正相) 和C18 (反相) 。
2.1.2 确定合适的装柱压力及柱床长度
传统的装填法分为干法和匀浆法, 干法填装较笨拙, 柱性能不好, 且在填充过程中填料微粒在柱壁区域易分散。匀浆法填装柱内时, 填装密度分布不均匀, 靠近柱壁处的填充密度较高, 且柱性能的再现性差。按照传统方法填装大直径的色谱柱, 床层不稳定, 会降低分离性能。
动态轴向压缩 (Dynamic Axial Compression, 简称DAC) 技术是公认的装填制备色谱柱 (柱内径大于50 mm) 的最佳技术, 其原理是采用活塞装柱 (匀浆填充) , 并在操作过程中保持柱床压缩状态以确保其稳定性[4]。DAC法填装的色谱柱柱床均匀、性能稳定、密度高、柱效高、柱性能的再现性好。采用DAC工艺装填的色谱柱正在逐步主宰整个制备型色谱柱市场。
色谱柱的性能依赖于填装压力的强度和压缩时间的长短。动态轴向压缩的行为是非常复杂的。在色谱柱的压缩过程中, 虽然施加给活塞的压力是相等的, 但在床层内部, 压力的传递并不能像液体中压力的传递那样均匀, 接触活塞的微粒受到直接的压力, 而床层的另一端受到的仅仅是过滤板和法兰的挤压, 活塞端床层受到的压力比固定端的压力要大, 由于柱壁与微粒之间存在摩擦力, 因此即使是在沿色谱柱轴向的同一截面上, 压力的分布也是不同的, 即在轴向和径向都存在着压力梯度。一般来讲, 对于10μm的规则填料一般推荐装柱压力为7 MPa。
在相同条件下 (相同粒径的填料和装柱压力) , 随着色谱柱的增长, 柱内轴向压力分布范围越大。柱越长, 活塞与另一端的压力差越大, 形成的柱床越不稳定和不均匀, 装填密度越小, 从而导致色谱柱产生轴向的压力梯度和密度梯度, 因此, 一般装柱长度不超过450 mm。
此外, 由于制备色谱柱填料颗粒较小且柱床压力较高, 通过柱内的流动相受到流动阻力较大, 因此分离时需用高压输液泵向色谱柱提供流量稳定、重现性好的流动相。选择大流量高压输液泵时要具有以下性能:输出压力高, 密封性能好;流量范围宽, 流量稳定, 输出的流动相基本无脉冲;耐腐蚀, 同时具有自清洗装置;泵腔体积小, 利于更换洗脱液。
2.2 摸索工艺参数以实现线性放大
针对直接进行放大生产可能存在的问题和投入资金较大的问题, 一般需要先做中试 (使用柱径一般在50~150 mm的制备柱) 进行工艺摸索, 然后再直接放大到大型工业化规格。具体过程随产品种类及色谱方法的不同而不同, 需区别对待, 一般有以下原则可参考[5]:
2.2.1 确定最佳工艺参数
每种色谱均有以下相关因素:固定相 (包括种类及颗粒大小) 、流动相 (洗脱液) 、柱尺寸 (柱径和长度) 、流速、洗脱方式 (等度或梯度) 等。在保证一定分离度的情况下, 流速越大越好。流速的确定, 受3个因素制约:分离度、填料本身性能 (如分离蛋白用的许多填料本身较软, 无法承受太高流速) 以及硬件设备, 即泵的工作能力。
2.2.2 综合考虑限制因素
进行放大生产前需要获得一些参数, 如年产量要求、纯度要求、原料价格、设备的操作指标等。例如泵的流速、压力, 这些可能是限制因素。可能泵的流速允许很高, 但在此流速下, 检测和收集组分都成了问题。原料如果很贵, 则分离度应大, 以保证得率。可能的情况下, 上样量越大越好, 增大上样量按2种方式进行, 单纯增加上样的浓度 (体积很小) 叫浓度超载;保持适当浓度, 只增加上样体积叫体积超载。浓度超载在制备中意义更大, 但样品浓度上限需经过实验确定。一般实际操作中都采用一定浓度下的体积超载, 超载量受分离度的制约。
2.2.3 明确重点考虑因素
产率的增加有2个因素: (1) 提高上样量; (2) 在保证一定分离度, 即产品达一定纯度的基础上, 增加流速。但不同色谱有不同的重点优化参数, 其值的变化对产率有较大影响, 优化应重点针对这些参数进行。
2.3 集成控制与远程操作
集成控制是通过动态轴向压缩柱洗脱的柱后溶液, 经过检测器分析检测后分流到不同的储液罐以实现收集。用户可以按样品分离后组分流出的先后次序, 或按时间、色谱峰的起止信号, 根据控制软件预先设定好的程序, 自动完成收集工作。由于流量较大, 一般检测器的流通池无法完成瞬间大流量的柱后液检测, 必须换用高流通量的专用流通池, 以保证大流量的柱后溶液能够迅速被检测分离, 保证回收的馏分纯度。
3 结语
工业制备色谱技术由于具有其他方法无法比拟的特点及强大的分离能力, 必将成为分离与纯化领域中的主要方法之一。采用质优价廉的高效填料、设计合理的色谱柱, 以及正确选择流程和工艺参数是色谱分离纯化过程达到低投入、高产出的关键因素。相应的理论研究可深化对制备色谱的认识, 以指导实际应用。
摘要：结合公司新研制的产品——DAC800大型工业化高压制备液相色谱分离纯化装备, 概述了大型工业化制备液相色谱分离纯化装备的基本构成, 并探讨了大型工业化制备液相色谱装备应用的要点。
关键词：DAC800,工业化制备液相色谱,色谱分离装备,规模化分离纯化
参考文献
[1]杨春, 丁功捷.工业化高效制备色谱的最新进展[J].色谱, 2005 (1)
[2]袁黎明.制备色谱技术及应用[M].化学工业出版社, 2004
[3]周卫红, 郭威, 林炳昌.填料粒径对制备色谱生产的影响[J].精细化工, 2005, 22 (11)
[4]韩金玉, 魏文英, 常贺英, 等.制备型液相色谱动态轴向压缩柱技术和应用[J].色谱, 2004, 7 (22)