第一篇：布朗合成氨工藝操作

原料氣的壓縮和脫硫

原料氣以35℃，7.8barg進入界區(qū)。原料氣先經過分離器和過濾器，然后進入原料氣壓縮機（C-4），原料氣經過兩端壓縮、冷卻和分離，最終出口壓力為36.5barg。一部分原料氣從壓縮機的段間抽出作為燃氣透平的燃料。脫碳系統(tǒng)來的高壓閃蒸氣與原料氣在壓縮機的一段入口混合。

原料氣的脫硫分兩步完成，先與合成回路來的少量循環(huán)氫混合加熱到370℃，然后通過一個鈷鉬加氫反應器（V-5）將有機硫轉化為H2S。原料氣中所有的H2S在鈷鉬加氫反應器下游的氧化鋅脫硫槽（V-6A/B）中脫除。

離開脫硫槽的原料氣中硫含量的期待值小于0.2ppmv。

一段轉化

脫硫后的原料氣按水蒸汽與碳的比為2.7與蒸汽混合。原料與蒸氣的混合氣先用高溫變換爐出口氣預熱到415℃，再在一段轉化爐對流段進一步加熱到550℃，然后進入一段轉化爐的催化管，在鎳催化劑的作用下，原料氣與蒸汽反應生成氫氣和碳氧化物。一段轉化爐出口氣的溫度為695℃，壓力為30barg，并含有大約30%（mol）未轉化的甲烷（干基）。該出口氣送至二段轉化爐的頂部。

向二段爐提供空氣的工藝空氣壓縮機由燃氣透平驅動，538℃的燃氣透平排出氣用作一段轉化爐的燃燒空氣。離開一段爐輻射段的熱煙道氣用來將125barg蒸汽過熱到520℃，并預熱原料氣、一段轉化爐入口氣、二段轉化爐工藝空氣和鍋爐給水。

二段轉化

壓縮工藝空氣在一段轉化爐對流段預熱后進入二段轉化爐。在二段轉化爐的上部，空氣中的氧與一段轉化爐出口氣反應生成碳氧化物和水。

然后該氣體混合物氣向下通過鎳轉化催化劑床層。在此，上述氧化反應所放出的熱量將更多的甲烷轉化為氫和碳氧化物。二段轉化爐出口氣中甲烷含量約為1.66%（干基），出口氣溫度為869℃。

二段轉化爐出口氣在一臺能同時產生125barg蒸汽的強制循環(huán)廢熱鍋爐中冷卻到388℃送往變換。

變換

冷卻后的二段爐出口氣通過兩個并聯(lián)的高溫變換爐觸媒床，在此一氧化碳與蒸汽反應生成二氧化碳和氫，大約有67%的一氧化碳被轉化。高變爐出口氣中一氧化碳的含量約為3.6%（干基）。該氣體相繼與一段爐入口氣及鍋爐給水換熱，而被冷卻到204℃。

然后該氣再經過兩個并聯(lián)的低溫變換爐觸媒床層，在此，殘余的大部分一氧化碳轉化為二氧化碳。從而使低溫變換爐出口氣中，殘余一氧化碳的含量降為0.38%（干基）。然后該低溫變換爐出口氣被送到CO2脫除系統(tǒng)。

二氧化碳脫除

低變爐出口氣相繼經過四個串聯(lián)的熱交換器，冷卻到75℃。

工藝氣中冷凝下來的水在分離罐V-8中除去并送到工藝冷凝液汽提塔。冷卻后的工藝氣以75℃進入CO2吸收塔（T-1/T-2），在此工藝氣用MEDA溶液洗滌，MEDA溶液進入吸收塔的頂部，氣體在第一吸收塔中用半貧液洗滌，大部分CO2被吸收，然后在第二吸收塔（T-2）中用再生后的冷的貧液洗滌，將離開第二吸收塔（T-2）氣體中的CO2含量可降到800ppmv。

第一吸收塔（T-1）底出來的富液，先通過一個水力透平回收能量，回收的能量用來驅動一臺半貧液循環(huán)泵。然后富液被進入吸收塔的原料氣預熱后進入第一解析塔（T-3）。在此大部分溶解的氫氣閃蒸出來，從而可使在第二解析塔(T-4)中所回收的CO2純度達到99.70%（體積）。閃蒸氣在廢液洗滌器（T-9）中被少量半貧液洗滌，冷的MDEA溶液返回第一解析塔，放空氣返回到原料氣壓縮機的一段回收氫氣。

MDEA 溶液在第二解吸塔（T-4）頂部減壓到0.5barg被來自貧液汽提塔頂部的蒸汽汽提。

甲烷化

從CO2吸收塔頂部出來的氣體，與甲烷化出口氣換熱而被預熱到316℃（如需要也可在甲烷化爐的開工加熱爐內用125barg飽和蒸汽加熱），然后該氣體進入甲烷化爐，甲烷化爐出口氣中殘余的碳氧化物低于10ppmv（干基）。

干燥

甲烷化爐出口氣首先與甲烷化爐入口氣換熱，冷卻到93℃，然后再用冷卻水冷卻到37℃，最后用氨冷到4.4℃，這是為了將工藝氣中絕大部分的水冷凝下來，以備干燥的工藝氣。

深冷凈化

干燥器出口氣在深冷凈化器中與凈化合成氣及凈化裝置廢氣換熱，冷卻到-129℃然后流經一個透平膨脹機，以除去能量，從而產生深冷凈化所需要的冷凍量。膨脹機出口氣經過換熱進一步冷卻，并部分冷凝使其溫度降至-175℃，然后進入凈化器精餾塔。膨脹機放出的能量，隨控制精餾塔底部液位的需要而變化。從精餾塔底部來的液體在精餾塔頂冷凝器殼側減壓使其部分汽化，這樣就使精餾塔塔頂流出的物冷卻，并使精餾塔產生回流。

精餾塔塔頂冷凝器頂部的凈化合成氣同凈化器入口氣換熱，而被加熱到2.2℃。氫氮比為3:1.凈化后的合成氣僅殘留有0.2%的氬。

壓縮

凈化合成氣在一個三段式壓縮機內壓縮。循環(huán)氣在第三段最后一級葉輪前加入到合成氣中，該混合氣離開壓縮機時的壓力為151barg?；旌蠚饨涱A熱后直接進入氨合成塔。

氨合成

從合成氣壓縮機來的原料氣和循環(huán)氣先在合成塔進/出口氣換熱器（E-40A/B）中與第三合成塔出口氣換熱，使溫度從72℃預熱到306℃，然后再在E-41中與第一合成塔出口氣換熱，使溫度從306℃加熱到380℃，第一合成塔入口氣含有大約3.6%的氨。

第一合成塔出口氣含有大約11.9%的氨，通過與第一合成塔入口氣換熱并在廢熱鍋爐中產生125barg蒸汽，其溫度冷卻到380℃，從第二合成塔出口氣中回收的熱量產生125barg蒸汽，從第三合成塔出口氣回收的熱量產生125barg蒸汽并預熱第一合成塔的入口氣。第一合成塔和第二合成塔出口氣中氨濃度分別為17%和21%，第三合成塔出口氣進一步用冷卻水、循環(huán)氣和兩極氨冷冷卻到4.2℃。

在水冷器中，冷凝溫度約為50℃時，氨開始冷凝。液氨產品在第一按分離器中回收，并在液氨減壓罐中減壓到約為36barg，再在液氨收集槽中進一步減壓到14barg。第一氨分離器出來的循環(huán)氣用來冷卻合成塔出口氣，然后返回到合成氣壓縮機循環(huán)段入口。

進入合成氣壓縮機的新鮮合成氣中惰性氣體總含量僅有約0.2%（mol），幾乎全是氫氣。

冷凍

合成塔出口其中的氨通過17℃和1.6℃兩級氨冷，使氣氨冷凝，從低位氨冷器出來的氣氨進入冰機的第二段。出高位氨冷器的氣氨進到冰機的中段，冰機也壓縮甲烷化爐出口氨冷器的氨及界區(qū)外氨貯存罐閃蒸的氣氨。氣氨最終被壓縮到14.5barg，該壓縮后的氣氨在用水冷卻的氨冷卻器冷凝后送到氨收集槽的熱氨區(qū)。

在氨收集槽中，少量的不凝氣通過一個填料段，用來自液氨減壓罐4.2℃的液氨洗滌，然后這股不凝氣用噴射器抽出并與合成回路的馳放氣混合。氨收集槽中冷的液氨用作高位和低位氨冷器及甲烷化爐出口氨冷器的介質。

氨產品

產品氨由氨收集槽抽出，經液氨產品泵送到尿素裝置。從氨貯罐來的經升壓的少量氣氨經C-3壓縮、冷凝、冷卻后返回到氨貯罐，以維持氨貯罐的液位。

第二篇：合成氨工藝簡介

合成氨工藝控制方案總結

一 合成氨工藝簡介

中小型氮肥廠是以煤為主要原料，采用固定層間歇氣化法制造合成氨原料氣。從原料氣的制備、凈化到氨的合成，經過造氣、脫硫、變換、碳化、壓縮、精煉、合成等工段。工藝流程簡圖如下所示：

該裝置主要的控制回路有：（1）洗滌塔液位；

（2）洗滌氣流量；（3）合成塔觸媒溫度；（4）中置鍋爐液位；（5）中置鍋爐壓力；（6）冷凝塔液位；（7）分離器液位；（8）蒸發(fā)器液位。

其中觸媒溫度控制可采用全系數(shù)法自適應控制，其他回路采用PID控制。

二 主要控制方案

（一）造氣工段控制

工藝簡介：

固定床間歇氣化法生產水煤氣過程是以無煙煤為原料，周期循環(huán)操作，在每一循環(huán)時間里具體分為五個階段；(1)吹風階段約37s；(2)上吹階段約39s；(3)下吹階段約56s；(4)二上吹階段約12s；(5)吹凈階段約6s.l、吹風階段

此階段是為了提高爐溫為制氣作準備的。這一階段時間的長短決定爐溫的高低，時間過長，爐溫過高；時間過短，爐溫偏低并且都影響發(fā)氣量，爐溫主要由這一階段控制。般工藝要求此階段的操作時間約為整個循環(huán)周期的18％左右。

2、上吹加氮制氣階段

在此階段是將水蒸汽和空氣同時加入?？諝獾募尤朐黾恿藲怏w中的氮氣含量，是調節(jié) H2/N2的主要手段。但是為了保證造氣爐的安全該段時間最多不超過整個循環(huán)周期的26％。

3、上吹制氣階段

該階段與上吹加氯制氣總時間為整個循環(huán)的32％，隨著上吹制氣的進行下部爐溫逐漸下降，為了保證爐況和提高發(fā)氣量，在此階段蒸汽的流量最好能得以控制。

4、下吹制氣階段

為了充分地利用爐頂部高溫、提高發(fā)氣量，下吹制氣也是很重要的一個階段。這段時間 約占整個循環(huán)的40％左右。

5、二次上吹階段

為了確保生產安全，造氣爐再度進行吹風升溫之前，須把下吹制氣時留在爐底及下部管 道中的半水煤氣吹凈以防不測，故進行第二次上映。這段時間約占7％左右。

6、吹凈階段

這段時間主要是回收上行煤氣管線及設備內的半水煤氣。約占整個循環(huán)的3％。該階段是由吹風管路送風，該段時間的長短直接影響H2/N2.該控制系統(tǒng)是一個較復雜的時變、間歇、非線性、大滯后控制系統(tǒng)。故將該系統(tǒng)設計為串級控制。

造氣爐的工作方式分為開車、停車、正常造氣、升溫和制惰等五種方式。每臺造氣爐需要控制15個電磁閥，為了防止多臺爐同時進入吹風階段而引起爭風搶汽觀象，各臺爐之間必須進行吹風排隊順序控制。

控制方案：

1、造氣工段H2/N2控制方案

造氣工段是通過加減氮操作來進行氫氮比控制的，而加減氮操作又是通過調節(jié)上下吹加氮時間和吹風回收時間來實現(xiàn)的，因此，該控制系統(tǒng)最終得到的控制量要轉化為上下吹加氮時間或吹風回收時間。本系統(tǒng)的氫氮比控制采用調節(jié)吹風回收時間來實現(xiàn)。

在合成氨生產過程中，影響氫氮比的主要干擾來源是造氣、脫硫兩個環(huán)節(jié)，這部分僅有較小的滯后，所以對脫硫制氫采用PID閉環(huán)控制和較高的采樣頻率，這是控制的內環(huán)。然后將造氣脫硫與變換、脫碳、精煉及合成組成一個廣義外環(huán)，采用預測控制進行控制，這是控制的外環(huán)?？蛇x作控制量的參數(shù)有：脫硫氫、變換氫、補充氫和循環(huán)氫，這四個氫值之間的波動有一個時間差，脫硫氫到變換氫大約有5min，變換氫到補充氫大約有15min,再由補充氫到循環(huán)氫又有20min，而且補充氫與循環(huán)氫之間存在積分關系，補充氫中氫氮比的微小變化就會造成循環(huán)氫中氫的增加與減小，即穩(wěn)定的補充氫并不能保證循環(huán)氫的穩(wěn)定。而循環(huán)氫是生產過程最終階段的信號，所以采用循環(huán)氫作為主調節(jié)參數(shù)，并選擇脫硫氫作為副調參數(shù)，以克服循環(huán)氫巨大的滯后。

2、H2/N2調節(jié)方法

采用改變加氮空氣量的方法調節(jié)H2/N2，在上吹和下吹階段設置用／否加氮軟手動開關決定是否啟用加氮空氣，同時采用上／下加氮調節(jié)閥來改變加氮空氣量，其次可以通過調整 吹凈時間的方法來調整H2／N2，同時還采用打吹凈軟開關確定在吹風階段是否提前關閉煙囪閥，以輔助調節(jié)H2/N2.（三）CO變換工段控制

工藝簡介：工藝流程圖如下：

中溫變換護的正常操作應該是將各段催化劑的溫度控制在適宜的范圍內，以充分發(fā)揮催化劑的活性。同時用最低的蒸汽消耗實現(xiàn)最高的CO變換率。影響中變爐催化劑床層溫度變化的因素很多，如蒸汽的加入量、蒸汽的溫度、進入催化劑前反應氣體的溫度、反應氣體的組成以及生產負荷等。

該工段主要的控制系統(tǒng)主要有：中變爐入口溫度定值控制，入中變護蒸汽流量定值控制，入中變滬中段蒸汽流量定值控制，中變爐下段溫度控制等。（1）中變爐人口溫度定值控制系統(tǒng)

該系統(tǒng)是通過控制中變爐的入口溫度來穩(wěn)定上段催化劑的溫度。選中變爐人口氣體的溫度作為被控變量，操作變量為中溫換熱器的半水煤氣副線流量。

其主要干擾因素有：半水煤氣流量，半水煤氣溫度，蒸汽流量，蒸汽溫度，變換氣溫度等。

在這個系統(tǒng)中，中變爐人口溫度是根據生產要求由人工設定，當受到干擾使該溫度偏離沒定值時，通過改變中溫換熱器副線流量來維持其入口溫度的穩(wěn)定。

（2）入爐蒸汽流量定值控制

控制流程圖如下：

被控變量和操作變量均為與煤氣混合的蒸汽流量。其主要干擾因素是蒸汽的溫度和蒸汽管網的壓力。求由人工設定，通過改變蒸汽流量調節(jié)閥的開度來維持蒸汽流量的穩(wěn)定。當生產負荷變動或其它干擾因索引起中變爐上段催化劑溫度發(fā)生變化而需要改變入爐的蒸汽量時，只能通過人工調整系統(tǒng)的設定值來實現(xiàn)，可見該系統(tǒng)不能自動跟蹤生產負荷，亦不能按照上段催化劑溫度的變化來自動控制所需的蒸汽量。

（3）

中變爐中段蒸汽流量定值控制

（六）氨合成工段控制

在合成氨生產中，合成塔人塔氣體的氫氣與氮氣的比例是工藝上一個極為重要的控制指標。氫氯比合格率對于全廠生產系統(tǒng)的穩(wěn)定、提高產量和降低原料及能源消耗起著重要作用，氫氮比的過高或過低，都會直接影響合成效率，導致合成系統(tǒng)超壓放空，使合成氨產量減少，消耗增加。但合成氨氫氮比對象是一個純滯后和容積滯后大，無自衡能力和時變的工藝過程，所以氫氮比控制是氨合成工段的主要控制對象。

方案一：

采用變比控制方案，對負荷變化和加氮空氣量進行預測控制其工作框圖如下：

原料氣中各有效成分分析合成總的含H2量作為主物料信號，乘上一個比值系數(shù)K,就作為空氣調節(jié)閥的輸入信號，驅動調節(jié)閥以得到所需要的與總含H2成比例的N2量。如果由于某種因素使H2/N2比值偏離給定值，就通過調節(jié)器GC輸出信號修正比值系數(shù)K,使H2/N2比回到給定值上來。對于空氣流量的干擾，設置一個副環(huán)，構成串級控制，對空氣的測量，采用壓力和溫度的補償。

方案2 預測加PID控制方案

上述方案由兩個回路組成：內回路是由造氣到脫磕和可調控制器組成的線性反饋回 路；外回路由變換到精煉和通推參數(shù)估計器及校正器組成。

方案3 預測＋PID串級控制方案

氫氮比通過改變二段爐的空氣量來調節(jié)，針對被控對象的特點，本文采用多步MAC 預測控制算法、PID算法及前饋調節(jié)相結合的控制規(guī)律構成氫氮比前饋中級控制系統(tǒng)。系統(tǒng)結構方塊圖如下所示：

由于負荷（原料氣流量）變化是系統(tǒng)可測不可控的干擾，為此，采用前饋調節(jié)系統(tǒng)，以便及時克服負荷波動的干擾。由于空氣流量波動大，必須采用閉環(huán)控制，空氣流量調節(jié)回路采用YS－80單回路調節(jié)器實現(xiàn)。

由于系統(tǒng)滯后時間長，為了能及時克服轉化、變化工段的干擾，引入變換氫副調回路，此回路純滯后時間短，可采用PID調節(jié)；主被控對象氫氮比系統(tǒng)純滯后時間長，慣性大，干擾多，因此主控器采用MAC預測控制

（八）精餾塔控制方案

工藝簡介：

合成氨廠氨精餾塔是氨回收單元，以水為溶劑，吸收氨合成回路的放空氣和液氨貯槽放空氣中的氨，然后利用外部供熱使氨水溶液解吸，水作為吸收劑循環(huán)使用。其工藝流程圖如下：

由于本精餾工段受多種干擾因素如進料量、進料溫度、冷凝器冷卻水溫度、環(huán)境溫度變化等的影響，而且難以直接測量產品濃度作為被調參數(shù)，故選用間接參數(shù)溫度、壓力作為被調參數(shù)。

控制方案： 1．壓力控制

針對壓力設置了一套壓力分程調節(jié)系統(tǒng)，由PRC-10001檢測塔內壓力，分別控制塔頂排出的情氣量和塔頂冷卻器的回水量。其調節(jié)過程為：

當PRC-10001測量值增加時，其輸出值若在100%~50%內，則情氣閥PV—10001A全關(F.C)，冷卻水閥PV-10001B(F．0)逐漸開大，直至全開，以充分冷凝氣體中的氨；若輸出值小于50％，則PV—10001B全 開，PV—1000lA逐漸開大，從而使塔內壓力降低，反之亦然。以此達到塔內壓力恒定。

2、溫度控制

由于成品氨的質量與溫度有直接關系，液氨流量直接影響著溫度，為保證精餾塔溫度，設置一套以惰餾塔溫度TICAH—10004和液氨流量FIC—10006組成的串級系統(tǒng)。其中流星為副參數(shù)，克服影響氨水流量波動的各種擾動因素；以溫度為主參數(shù)，保證精餾塔溫度，其工藝控制流程圖如下：

首先，手動調整F—10006輸出值，使得T—10004滿足工藝要求。然后，調整T—10004的給定值等于測量值，調整F—10006的設定值等于測量值。在此過程中，要保證T—10004輸出值等于F—10006，設定值。隨后將由手動投入自動，等穩(wěn)定后投入串級。系統(tǒng)穩(wěn)定后將T—10004由手動投入自動。

至此，完成了串級調節(jié)系統(tǒng)的投運。

在投運過程中，一定要注意T—10004輸出值等于F—10006設定值，投運之前，主、副回路均應置于手動狀態(tài)。

第三篇：合成氨工藝指標

4.工藝控制指標

(1)脫硫工序

鐵錳脫硫出口： S≤5ppm 氧化鋅出口硫含量： ≤0.1ppm 加氫量 ： 2~5% 進口溫度TIC-111： 380±5℃ 氧化鋅出口溫度： ≤360℃ 進脫硫系統(tǒng)壓力： ≤4.1 MPa(2)轉化工序

水碳比：

3.2~3.5 一段爐進口壓力：≤3.82 MPa 對流段出口煙壓：-2000 Pa 爐膛負壓：

-100 Pa 工藝空氣盤管溫度：≤615℃ 原料天然氣盤管NO.4：≤400℃

燃料天然氣預熱盤管：≤200℃ 一段爐阻力： ≤0.35 MPa 二段爐出口溫度：

≤997℃ 二段爐出口甲烷：

≤0.5% 脫氧槽液位： 80%以上 中壓汽包液位： 1/3～2/3 鍋爐給水O2含量： ≤0.007ppm(3)變換工序

高變進口溫度： TIC-157 370±5℃高變出口CO： ≤3 % 高變汽包蒸汽壓力： ≤2.5 MPa 低變出口溫度： ≤228℃(4)脫碳工序（碳酸鉀溶液）

吸收嗒入氣溫度： 81℃±5℃ 吸收塔進貧液溫度：70℃±5℃ 再生氣溫度： ＜40℃ 吸收塔壓差： ＜45KPa 一段爐出口甲烷：

≤12.84% 燃料氣壓力PI-811： ≤0.35 MPa 排煙溫度：

≤170℃ 混合氣盤管出口溫度：≤610℃ 過熱蒸汽盤管NO.3： ≤360℃

原料天然氣盤管NO.7：≤295℃ 一段爐出口溫度： ≤801℃ 二段爐阻力：

≤92 KPa 二段爐水夾套溫度：

≤100℃ 中壓汽包蒸汽壓力：

≤4.2 MPa 脫氧槽壓力： ≤20KPa

鍋爐給水PH值： 8.8～9.3 二段爐出口甲烷 ≤ 0.5% 高變出口溫度： ≤436℃

高變汽包液位： 1/3~2/3 低變進口溫度TIC-220 ：200±5℃低變出口CO： ≤0.3 % 吸收塔出氣溫度： 70℃±5℃ 吸收塔進半貧液溫度： 112℃±5℃ 再生塔出口貧液溫度： 120℃±5℃ 再生塔壓差： ＜20KPa

再生塔出再生氣壓力： ＜75KPa 低變廢鍋蒸汽壓力 ： 0.40~0.50MPa 吸收塔出二氧化碳含量： ≤0.1% 再生氣純度： ≥98.5 % 汽提塔出口水中電導率： ≤10μs/cm 吸收塔液位： 1/2~2/3 閃蒸槽液位： 1/2~2/3 低水分液位： 1/3~2/3 低變廢鍋液位： 1/3~2/3 凈水分液位： 1/3~2/3 鐵離子含量： ＜100ppm 汽提塔液位： 1/2~2/3 再生塔中部液位： 1/3~2/3 貧液流量： ≤ 96 t / h 總堿度： 25~30% 半貧液再生度： 1.35~1.45 DEA V5+/V4+： ≥0.5 甲烷化工序

甲烷化進口溫度： 310℃±5℃ 甲水分出口溫度： ＜40℃ 甲水分液位： ≤10 %

再生塔上部液位： ≥30 % 再生塔下部液位： 1/2~2/3 半貧液流量： ≤ 778 t / h 貧液再生度： 1.15~1.25 ： 2~3% 總礬： 0.7~1.0%(以KVO3)甲烷化床層溫度： ≤350℃ 甲烷化出口CO+CO2：≤10ppm(5)

第四篇：合成氨工藝作業(yè)操作資格培訓考核試題

A合成氨工藝作業(yè)操作資格培訓考核試題

一、填空題

1.我國的安全生產方針是：安全第一、預防為主、（）。2.（）是我國第一部規(guī)范安全生產的綜合性基礎法律。3.特種作業(yè)操作證的有效期為（）年。4.在常溫下，氨是（）。5.氨的分子式是（）。

6.“三違”現(xiàn)象是指（）、（）、（）。7.鍋爐的三大安全附件是：（）、（）、（）。8.儲存危險品的建筑物、區(qū)域內嚴禁（）和（）。9.燃燒的三要素是：（）、（）、（）。10.一氧化碳、氨的危險性是指：（）（）（）。

二、單選題

1.下列不屬于滅火劑的是（）。

A 水

B 二氧化碳

C 甲醇

D黃沙 2.過濾式防毒面具，又叫（）。

A 正壓器

B 呼吸器

C 防護器

D防護口罩 3.（）是控制毒物和降溫的有效措施。A 加熱

B氣化

C 通風

4.未經安全生產教育和培訓、（）的從業(yè)人員，不得（業(yè)。

A培訓合格、上崗 B考核合格、上崗

C學習、進行）作5.氫氣系統(tǒng)吹洗置換，可以采用（）置換法或注水排氣法。

A 一氧化碳

B 氮氣

C 氧氣

6.車間應制訂（）方案，一旦發(fā)生重大事故，做到臨危不懼，指揮不亂。

A 事故

B 事故處置

C 事故應急

7.當作業(yè)場所空氣中有害化學品氣體的濃度超過國家規(guī)定標準時，工人必須使用適當?shù)模ǎ?/p>

A 預防藥品

B 個人防護用品

C 保健品

8.《中華人民共和國安全生產法》規(guī)定，從業(yè)人員發(fā)現(xiàn)事故隱患或者其他不安全因素，應當向（）報告。

A 當?shù)匕脖O(jiān)部門

B 當?shù)叵啦块T

C 本單位負責人

9.《中華人民共和國安全生產法》規(guī)定的安全生產管理方針是（）。A 安全第一、預防為主、綜合治理

B 安全為了生產，生產必須安全

C 安全生產人人有責

10.《中華人民共和國安全生產法》規(guī)定，生產經營單位必須依法參加（），為從業(yè)人員繳納保險費。

A 失業(yè)保險

B 養(yǎng)老保險

C 工傷社會保險

11.事故發(fā)生后，首先要做好（），在醫(yī)護人員到達時，要聽從醫(yī)護人員的指揮，采取切實可行的救助辦法，以達到減少人員傷亡的目的。

A 自救

B 互救

C 自救互救

12.重大危險源是指長期地或臨時地生產、加工、搬運、使用或儲存危險物質，且危險物質的數(shù)量等于或超過了（）的單元。

A 大量

B 小量

C 臨界量

三、多選題

1.《勞動法》規(guī)定，勞動者依法享有的社會保險待遇的情況有（）。A 退休

B

負傷

C 患職業(yè)病

D生育

2.《安全生產法》規(guī)定，從業(yè)人員有權對本單位的安全生產工作中存在的問題提出（）。

A批評

B 檢舉

C 控告

D整改 3.危險化學品的危險特性有（）。

A 易燃

B 易爆

C 有毒

D腐蝕性 4.按滅火原理，可將滅火分為：（）

A 隔離滅火

B窒息滅火

C冷卻滅火

D化學抑制滅火 5.消火栓分為：（）

A 室內消火栓

B室外消火栓

C 移動式消火栓

6.《工傷保險條例》規(guī)定，職工有下列情形之一的，應當認定為工傷：（）。

A 在工作時間和工作場所內，因工作原因受到事故傷害的 B 工作時間前后在工作場所內，從事與工作有關的預備性或者收尾性工作受到事故傷害的 C正常患病

D在工作時間和工作場所內，因履行工作職責受到暴力等意外傷害的的 7.生產安全事故通常分四個等級，這四個等級是（）。

A 特別重大事故

B 重大事故

C 較大事故

D 一般事故 8.由于易燃液體的（），就決定了它比一般的可燃物更危險。

A 高揮發(fā)性

B 蒸汽的擴散性

C 液體的易流動性

D 閃點低 9.有毒品引起人體的中毒三條途徑（）。

A 口服

B 吸入其蒸氣

C 通過皮膚吸收

D近距離接近10.進入受限空間作業(yè)，下列要求正確的是（）。

A 凡是用過惰性氣體置換的設備，進入受限空間，必須進行空氣置換

B 受限空間作業(yè)，動火分析合格，不等于不會發(fā)生中毒事故

C 進入酸、堿罐作業(yè)時，需在貯罐外準備大量的清水

D 進入受限空間作業(yè)與電器設備接觸頻繁，照明燈具的電源應為36V，潮濕部位為12V。

四、判斷題

1.任何人發(fā)現(xiàn)火災都應報警。（）

2.生產經營單位必須為從業(yè)人員提供符合國家標準或行業(yè)標準的勞動防護用品。（）

3.生產經營單位的從業(yè)人員有權獲得安全生產保障的權利，并應依法履行安全生產方面的義務。（）4.氨具有強烈刺激性氣味。（）5.合成氨工藝具有燃爆危險性（）。6.水可以撲滅任何火災。（）7.電氣火災，無良好接地、未切斷電源，不得用水滅火。（）8.過濾式防毒面具它一般用于防御低濃度的有害氣體。（）9.我國安全生產的基本方針是安全第一、預防為主。（）10.儲存危險品必須遵照國家法律、法規(guī)和其他有關規(guī)定。（）11.從業(yè)人員有權拒絕違章指揮和強令冒險作業(yè)。（）

12.從業(yè)人員發(fā)現(xiàn)直接危及人身安全的緊急情況時，可以在不采取任何可能的應急措施后撤離作業(yè)場所。（）

13.醉酒導致傷亡的，也可以認定為工傷或者視同工傷。（）14.禁止攜帶火種進入生產、儲存易燃易爆危險物品的場所。（）15.危險化學品與危險物品是同一概念。（）

五、簡答題

1.安全檢查有哪些形式？

2.滅火的方法有哪些？

3.你所在崗位發(fā)生事故如何處理？

一、填空題

1綜合治理 2安全生產法 3 6年 4氣體 5NH3 6違章作業(yè)、違章指揮、違反勞動紀律 7液位計、溫度計、壓力表 8吸煙、使用明火9可燃物、助燃物、點火源 10易燃、易爆、有毒

二、單選題

1C2B3C4B5B 6C7B8C9A10C11C12C

三、多選題

1ABCD 2ABC 3ABCD4ABCD5AB6ABD7ABCD8ABCD9ABC10ABCD

四、判斷題

1√2√3√4√5√6×7√8√9×10√11√12×13×14√15×

五、簡答題

1日常、綜合、專業(yè)、節(jié)前、季節(jié)性、不定期 2冷卻、窒息、化學抑制、隔離

第五篇：畢業(yè)論文《合成氨工藝設計》

摘要

氨是重要的無機化工產品之一，合成氨工業(yè)在國民經濟中占有重要地位。除液氨可直接作為肥料外，農業(yè)上使用的氮肥，例如尿素、硝酸銨、磷酸銨、氯化銨以及各種含氮復合肥，都是以氨為原料的。合成氨是大宗化工產品之一，世界每年合成氨產量已達到1億噸以上，其中約有80%的氨用來生產化學肥料，20%作為其它化工產品的原料。

我國合成氨裝置很多，但合成氨裝置的控制水平都比較低，大部分廠家還停留在半自動化水平，靠人工控制的也不少，普遍存在的問題是：能耗大、成本高、流程長，自動控制水平低。這種生產狀況下生產的產品成本高，市場競爭力差，因此大部分化肥行業(yè)處于低利潤甚至處于虧損狀態(tài)。為了改變這種狀態(tài)，除了改變比較落后的工藝流程外，實現(xiàn)裝置生產過程優(yōu)化控制是行之有效的方法。合成氨生產裝置是我國化肥生產的基礎，提高整個合成氨生產裝置的自動化控制水平，對目前我國化肥行業(yè)狀況，只有進一步穩(wěn)定生產降低能耗，才能降低成本，增加效益。而實現(xiàn)合成氨裝置的優(yōu)化是投資少、見效快的有效措施之一。合成氨裝置優(yōu)化控制的意義是提高整個合成氨裝置的自動化水平，在現(xiàn)有工藝條件下，發(fā)揮優(yōu)化控制的優(yōu)勢，使整個生產長期運行在最佳狀態(tài)下，同時，優(yōu)化系統(tǒng)的應用還能節(jié)約原材料消耗，降低能源消耗，提高產品的合格率，增強產品的市場競爭能力。

關鍵字 合成氨 農業(yè) 化學肥料 意義

目錄

摘要.............................................................................................................................1 正文.................................................................................................................................3 一.前言............................................................................................................................3 1.1 物理性質：.........................................................................................................3 1.2化學性質.............................................................................................................3 二.合成氨工業(yè)產品的用途................................................................................................3 2.1氨氣用途：..........................................................................................................3 2.2氨水用途.............................................................................................................3 三.合成氨的生產工藝.......................................................................................................4 ３．１原料氣制備.....................................................................................................4 ３．１．１ 一氧化碳變換過程..........................................................................4 ３．１．２脫硫脫碳過程...................................................................................4 ３．１．３氣體精制過程...................................................................................5 ３．１．４氨合成..............................................................................................5 ３．２合成氨的催化機理..........................................................................................5 ３．３催化劑的中毒.................................................................................................6 四．影響合成氨的因素：.................................................................................................6 ４.１溫度對氨合成反應的影響..................................................................................6 ４.２壓力對氨合成反應的影響..................................................................................7 ４.３空速對氨合成反應的影響..................................................................................7 ４.４氫氮比對氨合成反應的影響.............................................................................7 五．研究現(xiàn)狀...................................................................................................................8 六.發(fā)展趨勢.....................................................................................................................8 七.研究合成氨的意義:......................................................................................................9 ７.１、施用化肥之必然.............................................................................................9 ７.２.使用化肥的作用...............................................................................................9 ７．２．１提高糧食產量...................................................................................9 ７．２．２提高土壤肥力.................................................................................10 ７．２．３發(fā)揮良種潛力.................................................................................10 ７．２．４補償耕地不足..................................................................................11 ７．２．５增加有機肥量..................................................................................11 ７．２．６發(fā)展綠色資源..................................................................................11 ７．３、化肥與生物能增值......................................................................................11 致謝...............................................................................................................................13 參考文獻........................................................................................................................14

正文

一.前言

1.1 物理性質：

無色氣體,有刺激性惡臭味。分子式NH3。分子量17.03。相對密度0.7714g/l。熔點-77.7℃。沸點-33.35℃。自燃點651.11℃。蒸氣密度0.6。蒸氣壓1013.08kPa(25.7℃)。1.2化學性質

蒸氣與空氣混合物爆炸極限16～25%(最易引燃濃度17%)。

氨在20℃水中溶解度34%,25℃時,在無水乙醇中溶解度10%,在甲醇中溶解度16%,溶于氯仿、乙醚,它是許多元素和化合物的良好溶劑。

水溶液呈堿性,0.1N水溶液PH值為11.1。液態(tài)氨將侵蝕某些塑料制品,橡膠和涂層。

遇熱、明火,難以點燃而危險性較低;但氨和空氣混合物達到上述濃度范圍遇明火會燃燒和爆炸,如有油類或其它可燃性物質存在,則危險性更高。

與硫酸或其它強無機酸反應放熱,混合物可達到沸騰。

不能與下列物質共存:乙醛、丙烯醛、硼、鹵素、環(huán)氧乙烷、次氯酸、硝酸、汞、氯化銀、硫、銻、雙氧水等。

二.合成氨工業(yè)產品的用途

2.1氨氣用途：

a：工業(yè)上用氨氣來通過氧化制造硝酸，而硝酸是重要的化工原料。b：制造化肥。2.2氨水用途：

a.氨水是實驗室重要的試劑

b.軍事上作為一種堿性消毒劑，用于消毒沙林類毒劑。常用的是10%濃度的稀氨水（密度0.960），冬季使用濃度則為20%。c.無機工業(yè)用于制選各種鐵鹽。

d.毛紡、絲綢、印染等工業(yè)用于洗滌羊毛、呢絨、坯布，溶解和調整酸堿度，并作為助染劑等。

e.有機工業(yè)用作胺化劑，生產熱固性酚醛樹脂的催化劑。

f.醫(yī)藥上用稀氨水對呼吸和循環(huán)起反射性刺激，醫(yī)治暈倒和昏厥，并作皮膚刺激藥和消毒藥。

g.也用作洗滌劑、中和劑、生物堿浸出劑。還用于制藥工業(yè)，紗罩業(yè)，曬圖等。

三.合成氨的生產工藝

３．１原料氣制備

將煤和天然氣等原料制成含氫和氮的粗原料氣。對于固體原料煤和焦炭，通常采用氣化的方法制取合成氣；渣油可采用非催化部分氧化的方法獲得合成氣；對氣態(tài)烴類和石腦油，工業(yè)中利用二段蒸汽轉化法制取合成氣。

凈化，對粗原料氣進行凈化處理，除去氫氣和氮氣以外的雜質，主要包括變換過程、脫硫脫碳過程以及氣體精制過程。

３．１．１ 一氧化碳變換過程

在合成氨生產中，各種方法制取的原料氣都含有CO，其體積分數(shù)一般為12%~40%。合成氨需要的兩種組分是H2和N2，因此需要除去合成氣中的CO。變換反應如下：

CO+H2OH→2+CO2 =-41.2kJ/mol 0298HΔ

由于CO變換過程是強放熱過程，必須分段進行以利于回收反應熱，并控制變換段出口殘余CO含量。第一步是高溫變換，使大部分CO轉變?yōu)镃O2和H2；第二步是低溫變換，將CO含量降至0.3%左右。因此，CO變換反應既是原料氣制造的繼續(xù)，又是凈化的過程，為后續(xù)脫碳過程創(chuàng)造條件。

３．１．２脫硫脫碳過程

各種原料制取的粗原料氣，都含有一些硫和碳的氧化物，為了防止合成氨生產過程催化劑的中毒，必須在氨合成工序前加以脫除，以天然氣為原料的蒸汽轉化法，第一道工序是脫硫，用以保護轉化催化劑，以重油和煤為原料的部分氧化法，根據一氧化碳變換是否采用耐硫的催化劑而確定脫硫的位置。工業(yè)脫硫方法種類很多，通常是采用物理或化學吸收的方法，常用的有低溫甲醇洗(Rectisol)、聚乙二醇二甲醚法(Selexol)等。粗原料氣經CO變換以后，變換氣中除H2外，還有CO2、CO和CH4等組分，其中以CO2含量最多。CO2既是氨合成催化劑的毒物，又是制造尿素、碳酸氫銨等氮肥的重要原料。因此變換氣中CO2的脫除必須兼顧這兩方面的要求。一般采用溶液吸收法脫除CO2。根據吸收劑性能的不同，可分為兩大類。一類是物理吸收法，如低溫甲醇洗法(Rectisol)，聚乙二醇二甲醚法(Selexol)，碳酸丙烯酯法。一類是化學吸收法，如熱鉀堿法，低熱耗本菲爾法，活化MDEA法，MEA法等。

３．１．３氣體精制過程

經CO變換和CO2脫除后的原料氣中尚含有少量殘余的CO和CO2。為了防止對氨合成催化劑的毒害，規(guī)定CO和CO2總含量不得大于10cm3/m3(體積分數(shù))。因此，原料氣在進入合成工序前，必須進行原料氣的最終凈化，即精制過程。目前在工業(yè)生產中，最終凈化方法分為深冷分離法和甲烷化法。深冷分離法主要是液氮洗法，是在深度冷凍(<-100℃)條件下用液氮吸收分離少量CO，而且也能脫除甲烷和大部分氬，這樣可以獲得只含有惰性氣體100cm3/m3以下的氫氮混合氣，深冷凈化法通常與空分以及低溫甲醇洗結合。甲烷化法是在催化劑存在下使少量CO、CO2與H2反應生成CH4和H2O的一種凈化工藝，要求入口原料氣中碳的氧化物含量(體積分數(shù))一般應小于0.7%。甲烷化法可以將氣體中碳的氧化物(CO+CO2)含量脫除到10cm3/m3以下，但是需要消耗有效成分H2，并且增加了惰性氣體CH4的含量。甲烷化反應如下： CO+3H2→CH4+H2O =-206.2kJ/mol 0298HΔ CO2+4H2→CH4+2H2O =-165.1kJ/mol 0298HΔ

３．１．４氨合成

將純凈的氫、氮混合氣壓縮到高壓，在催化劑的作用下合成氨。氨的合成是提供液氨產品的工序，是整個合成氨生產過程的核心部分。氨合成反應在較高壓力和催化劑存在的條件下進行，由于反應后氣體中氨含量不高，一般只有10%~20%，故采用未反應氫氮氣循環(huán)的流程。氨合成反應式如下： N2+3H2→2NH3(g)=-92.4kJ/mol ３．２合成氨的催化機理

熱力學計算表明，低溫、高壓對合成氨反應是有利的，但無催化劑時，反應的活化能很高，反應幾乎不發(fā)生。當采用鐵催化劑時，由于改變了反應歷程，降低了反應的活化能，使反應以顯著的速率進行。目前認為，合成氨反應的一種可能機理，首先是氮分子在鐵催化劑表面上進行化學吸附，使氮原子間的化學鍵減弱。接著是化學吸附的氫原子不斷地跟表面上的氮分子作用，在催化劑表面上逐步生成—NH、—NH2和NH3，最后氨分子在表面上脫吸而生成氣態(tài)的氨。上述反應途徑可簡單地表示為： xFe + N2→FexN FexN +〔H〕吸→FexNH FexNH +〔H〕吸→FexNH2 FexNH2 ＋〔H〕吸FexNH3xFe+NH3 在無催化劑時，氨的合成反應的活化能很高，大約335 kJ/mol。加入鐵催化劑后，反應以生成氮化物和氮氫化物兩個階段進行。第一階段的反應活化能為126 kJ/mol～167 kJ/mol，第二階段的反應活化能為13 kJ/mol。由于反應途徑的改變（生成不穩(wěn)定的中間化合物），降低了反應的活化能，因而反應速率加快了。

３．３催化劑的中毒

催化劑的催化能力一般稱為催化活性。有人認為：由于催化劑在反應前后的化學性質和質量不變，一旦制成一批催化劑之后，便可以永遠使用下去。實際上許多催化劑在使用過程中，其活性從小到大，逐漸達到正常水平，這就是催化劑的成熟期。接著，催化劑活性在一段時間里保持穩(wěn)定，然后再下降，一直到衰老而不能再使用?；钚员３址€(wěn)定的時間即為催化劑的壽命，其長短因催化劑的制備方法和使用條件而異。

催化劑在穩(wěn)定活性期間，往往因接觸少量的雜質而使活性明顯下降甚至被破壞，這種現(xiàn)象稱為催化劑的中毒。一般認為是由于催化劑表面的活性中心被雜質占據而引起中毒。中毒分為暫時性中毒和永久性中毒兩種。例如，對于合成氨反應中的鐵催化劑，O2、CO、CO2和水蒸氣等都能使催化劑中毒。但利用純凈的氫、氮混合氣體通過中毒的催化劑時，催化劑的活性又能恢復，因此這種中毒是暫時性中毒。相反，含P、S、As的化合物則可使鐵催化劑永久性中毒。催化劑中毒后，往往完全失去活性，這時即使再用純凈的氫、氮混合氣體處理，活性也很難恢復。催化劑中毒會嚴重影響生產的正常進行。工業(yè)上為了防止催化劑中毒，要把反應物原料加以凈化，以除去毒物，這樣就要增加設備，提高成本。因此，研制具有較強抗毒能力的新型催化劑，是一個重要的課題。

四．影響合成氨的因素：

４.１溫度對氨合成反應的影響

氨合成反應是一個可逆放熱反應。當反應溫度升高時，平衡向著氨的分解方向移動；溫度降低反應向著氨的生成方向移動。因此，從平衡觀點來看，要使氨的平衡產率高，應該采取較低的反應溫度。

但是從化學反應速度的觀點來看，提高溫度總能使反應的速度加快，這是因為溫度升高分子的運動加快，分子間碰撞的機率增加，同時又使化合時分子克服

[1]阻力的能力加大，從而增加分子有效結合的機率。

總之，溫度低時，反應有利于向合成氨的方向進行，但是氨合成的反應速度較低；提高溫度不利于向氨的合成方向移動，但反應速度可以增加。在實際生產中反應溫度的選擇主要決定于氨合成催化劑的性能。４.２壓力對氨合成反應的影響

氨的合成反應是一個分子的氮與三個分子的氫結合生成兩個分子的氨，即氨合成反應是分子數(shù)目減少、體積縮小的反應，提高壓力，可使反應向著生成氨的方向進行。對于氨合成反應來說，提高壓力就是提高反應氣體的濃度，從而增加反應分子間碰撞的機會，加快了反應的速率。

總之，增加壓力對氨的合成反應是有利的，既能增大平衡轉化率，又能加快反應速率。但壓力也不宜過高，否則，不僅增加動力的消耗，而且對設備和材料的要求也較高。根據我國具體情況，目前在小型合成氨廠，設計壓力一般為31.4MPa[2]。

４.３空速對氨合成反應的影響

氣體與催化劑接觸時間的長短，通常用空速來表示。它的物理意義是：在標準狀況下，單位時間內在1m3的催化劑上所通過的氣體體積。其單位為m3(標)氣體/（m3催化劑·h）,或簡寫為h-1。在一定的合成條件下，空速增加，氣體與催化劑接觸時間減少，出合成塔氣體氨含量降低。

例如：在29.4MPa、475℃下反應，空速由10000h-1增加到20000h-

1、40000h-1,出塔氣體氨含量由25%降至21.5%、16.2%。這看來對生產不利，但由于空速的提高，單位時間內通過催化劑的氣體增加，則氨的實際產量增加。在一定條件下，空速由10000h-1 增加到20000h-

1、30000h-

1、40000h-1，催化劑生產能力由1950kgNH3/(h·m3)增加到3340、4280、5040 kgNH3/(h·m3)。

由此看出，增加空間速度可以提高氨的產量。但由于空間速度的增加，每生產一噸氨所需的循環(huán)氣量，輸送氣體所需克服的阻力等都要增大，因而消耗的能量也隨之加大。尤其是空間速度過大，從合成塔出來的氣體帶出的熱量增多，會使催化劑床層的溫度難以控制，并使循環(huán)氣中氨不易冷凝。在小型合成氨中，一般將空速控制在15000-25000 h-1。４.４氫氮比對氨合成反應的影響

一個根據平衡移動原理，如果改變平衡體系的濃度，平衡就向減弱這個改變的方向移動[3]。氨合成反應的進行，是按H2/N2=3：1的比例消耗的，因此提高氫氣、氮氣的分壓，維持H2/N2=3：1可以提高平衡氨含量。從氨合成反應速度可知，在非平衡的狀態(tài)下，適當增加氮的分壓對催化劑吸附氮的速度有利，因為氮的活性吸附是氨合成反應過程的控制步驟。在一般的生產條件下，氨產率只能達到平衡值的50%～70%，因此，在生產中應適當提高氮的比例，一般控制循環(huán)氣中氫氮比在2.2～2.8之間較為適宜。

五．研究現(xiàn)狀

解放前中國只有兩家規(guī)模不大的合成氨廠，解放后合成氨工業(yè)有了迅速發(fā)展。1949年全國氮肥產量僅0.6萬噸，而2009年達到7021.9萬噸，成為世界上產量最高的國家。中國引進了一批年產30萬噸氮肥的大型化肥廠設備。中國自行設計和建造的上海吳涇化工廠也是年產30萬噸氮肥的大型化肥廠。這些化肥廠以天然氣、石油、煉油氣等為原料，生產中能量損耗低、產量高，技術和設備都很先進。

化學模擬生物固氮的重要研究課題之一，是固氮酶活性中心結構的研究。固氮酶由鐵蛋白和鉬鐵蛋白這兩種含過渡金屬的蛋白質組合而成[4]。鐵蛋白主要起著電子傳遞輸送的作用，而含二個鉬原子和二三十個鐵和硫原子的鉬鐵蛋白是絡合N2或其他反應物（底物）分子，并進行反應的活性中心所在之處。關于活性中心的結構有多種看法，目前尚無定論。從各種底物結合物活化和還原加氫試驗來看，含雙鉬核的活性中心較為合理。中國有兩個研究組于1973—1974年間，不約而同地提出了含鉬鐵的三核、四核活性中心模型，能較好地解釋固氮酶的一系列性能，但其結構細節(jié)還有待根據新的實驗結果精確化。

國際上有關的研究成果認為，溫和條件下的固氮作用一般包含以下三個環(huán)節(jié)：

①絡合過程。它是用某些過渡金屬的有機絡合物去絡合N2，使它的化學鍵削弱；

②還原過程。它是用化學還原劑或其他還原方法輸送電子給被絡合的N2，來拆開N2中的N—N鍵；

③加氫過程。它是提供H+來和負價的N結合，生成NH3。

化學模擬生物固氮工作的一個主要困難是，N2絡合了但基本上沒有活化，或絡合活化了，但活化得很不夠。所以，穩(wěn)定的雙氮基絡合物一般在溫和條件下通過化學還原劑的作用只能析出N2，從不穩(wěn)定的雙氮絡合物還原制出的NH3的量相當微少。因此迫切需要從理論上深入分析，以便找出突破的途徑。

固氮酶的生物化學和化學模擬工作已取得一定的進展，這必將有力地推動絡合催化的研究，特別是對尋找催化效率高的合成氨催化劑，將是一個有力的促進。

六.發(fā)展趨勢

①原料路線的變化方向。從世界燃料儲量來看，煤的儲量約為石油、天然氣總和的10倍，自從70年代中東石油漲價后,從煤制氨路線重新受到重視,但因以天然氣為原料的合成氨裝置投資低、能耗低、成本低的緣故,預計到20世紀末,世界大多數(shù)合成氨廠仍將以氣體 燃料為主要原料。②節(jié)能和降耗。合成氨成本中能源費用占較大比重，合成氨生產的技術改進重點放在采用低能耗工藝、充分回收及合理利用能量上，主要方向是研制性能更好的催化劑、降低氨合成壓力、開發(fā)新的原料氣凈化方法、降低燃料消耗、回收和合理利用低位熱能等。現(xiàn)在已提出以天然氣為原料的節(jié)能型合成氨新流程多種，每噸液氨的設計能耗可降低到約29.3GJ。③與其他產品聯(lián)合生產。合成氨生產中副產大量的二氧化碳，不僅可用于冷凍、飲料、滅火，也是生產尿素、純堿、碳酸氫銨的原料。如果在合成氨原料氣脫除二氧化碳過程中能聯(lián)合生產這些產品，則可以簡化流程、減少能耗、降低成本。中國開發(fā)的用氨水脫除二氧化碳直接制碳酸氫銨新工藝，以及中國、意大利等國開發(fā)的變換氣氣提法聯(lián)合生產尿素工藝，都有明顯的優(yōu)點。

七.研究合成氨的意義:

７.１、施用化肥之必然

生產和使用化肥，是農業(yè)生產和科學研究發(fā)展到一定階段的必然產物。農業(yè)生產的不同歷史階段，有不同的主要肥源。20世紀初，由于大規(guī)模合成氨方法的問世，化肥工業(yè)獲得迅速發(fā)展，并已成為發(fā)達國家傳統(tǒng)的工業(yè)基礎之一。當今一座年產30萬噸合成氨或50萬噸尿素的化肥廠，一年能生產的氮素，大約相當于種植80萬公頃豆科綠肥或飼養(yǎng)3000萬頭豬的豬廄肥所能提供的氮素。更為重要的是，化肥作為一種新肥源，突破了農業(yè)（廢）副產品還田和農業(yè)物質自然（有機）循環(huán)的局限。它可以完全不依賴于土地及作物本身，不受氣候和其他自然條件的影響，采用現(xiàn)代工業(yè)生產的方法，大量提供作物必需的養(yǎng)分，從而在現(xiàn)代農業(yè)中大放異彩。農業(yè)發(fā)展的統(tǒng)計結果認為，糧食產量主要與這些化學指數(shù)（單位面積N+P2O5+K2O施用量）呈密切相關。人口密度高的國家，化學化發(fā)展越快，化學化指數(shù)越高。-這已為一個多世紀來不同國家的農業(yè)現(xiàn)代化實踐所證明，那些耕地潛力有限的國家，如西歐各國和日本，農業(yè)現(xiàn)代都從增施化肥起步。即在一個時期內，主要以化肥形式對農業(yè)增加投入，以提高作物單產為首要目標，進而實現(xiàn)農業(yè)機械化。從20世紀70年代以后，發(fā)展中國家如中國、印度和一些亞洲國家，其化肥使用水平提高很快，這也是其農業(yè)生產快速發(fā)展的主要原因。

７.２.使用化肥的作用

７．２．１提高糧食產量

據聯(lián)合國糧食組織（FAO）統(tǒng)計，在1950-1970的20年中，世界糧食總產增加近1倍，其中因谷物播種面積增加10600萬公頃，所增加的產量占22％；由于單位面積產量提高所增加的產量占78％。而在各項增產因素中，西方及日本科學家一致認為，增加化肥要起到40％-65％的作用。據全國化肥試驗網1981-1983年在29個?。▍^(qū)）18種作物上完成的6000個田間試驗結果，其中對糧食作物（水稻、小麥、玉米），每千克化肥養(yǎng)分平均可增產糧食9.4kg（每千克N、P2O5和K2O分別增產10.8、7.3和3.4kg，其投入比例為1：0.4：0.1（加數(shù)平均）。進入20世紀90年后，由于化肥平均施用量的提高和肥效報酬遞減等原因，氮、磷養(yǎng)分的增產作用有所降低，鉀素養(yǎng)分的增產效果有所提高。按1986-1995年部分試驗資料統(tǒng)計，平均肥效降低約20％，即每千克化肥養(yǎng)分平均可增產糧食7.5kg。這與魯如坤（1998）據FAO在世界不同地區(qū)的試驗結果相似。由于近半個世紀以來，在世界不同地區(qū)不同作物上的肥效試驗結果頗為一致，故世界各國對化肥增產作用的評價也基本相同。大致而言，化肥在糧食增產中的作用，包括當季肥效和后效，可占到50％左右。據張世賢統(tǒng)計（1996），我國從1952-1995年，糧食產量與化肥投入量同步增長，密切相關。20世紀末，我國年生產糧食約5億噸，年投入化肥約4200萬噸。化肥中如按75％投放于糧食作物，并按我國近期千克化肥養(yǎng)分平均增產糧食7.5kg計，則由化肥增產的糧食每年為2.363億噸，占年糧食總產的47.3％。

７．２．２提高土壤肥力

國內外10年以上的長期肥效試驗結果證明，連續(xù)的、系統(tǒng)的施用化肥都將對土壤肥力產生積極的影響。什么是土壤肥力？筆者認為，土壤肥力可以明確地認為就是“土壤生產力”。威廉斯對土壤肥力基本描述“土壤能同時地，最大限度地滿足作物對水分和養(yǎng)分需求的能力?！被嗜绾斡绊懲寥婪柿?？每年每季投入農田的化肥，一方面直接提高土壤的供肥水平。供應作物的養(yǎng)分；另一方面，在當季作物收獲后，將有相當比例養(yǎng)分殘留于土壤（N約30％，P約70％，K約40％），盡管其殘留部分（如N）可能會經由不同途徑繼續(xù)損失，但其大部分仍留在土壤中，或被土壤吸持，或參與土壤有機質和微生物體的組成，進而均可被第2季、第2年以及往后種植的作物持續(xù)利用。這就是易被人們忽視的化肥后效。連續(xù)多年合理施用化肥，土壤有效養(yǎng)分持續(xù)增加，作物單產不斷提高的一個重要證據，對一個地區(qū)不同階段的同一種作物，在當季不施肥條件下，其單產呈現(xiàn)不斷增加的趨勢。這是土壤肥力（土壤生產力）持續(xù)提高的標志。可以認為，所謂培肥土壤或提高土壤肥力，說到底是提高土壤在無肥條件下的生產力，而連續(xù)和系統(tǒng)的施用化肥和有機肥，則是提高土壤肥力或生產力的最有效的方式。正確認識化肥對土壤肥力的影響的一個核心問題，就是化肥是否會單向消耗土壤有機質，使土壤有機質含量不斷下降甚至消耗殆盡？土壤有機質是由土壤生產的有機物，以不同方式（根茬、秸稈或有機廢棄物等）殘留和歸還土壤并長期積累的。作物產量越高，單位面積收獲的農產品越多，自然殘留和歸還土壤的有機物也越多。當化肥施入土后被土壤微生物利用可轉化為微生物體，也可直接參與土壤中有機物的降解和有機中間產物的再合成（如形成腐殖物質），也都能增加土壤有機質含量和促進有機物的代謝更新。另一方面，以多種方式施用和歸還農田的有機廢棄物（秸稈、有機肥等）也是補償和增加土壤有機質的重要途徑。增施化肥恰恰是通過作物生產以提高有機物的生產總量，增加根茬留量和有機物還田量的最基本手段。國外連續(xù)數(shù)十年至百年的長期試驗結果表明，在化肥區(qū)的作物產量略高于有機肥區(qū)，無肥區(qū)產量僅為化肥或有機肥區(qū)35％-40％的水平，連續(xù)施用NPK的化肥區(qū)，其保持的土壤有機碳含量雖比有機肥區(qū)明顯為少，但仍比無肥區(qū)高。英國、前蘇聯(lián)、丹麥、日本等7國平均經連續(xù)47年的長期試驗結果為：無肥區(qū)、化肥區(qū)和有機肥區(qū)土壤有機碳的含量為1.12％（100％）；1.27％（114％）和1.75（156％）。由中國農科院土肥所主持，在我國不同輪作區(qū)完成的連續(xù)10年的肥效定位試驗，獲得相似結果。

７．２．３發(fā)揮良種潛力

現(xiàn)代作物育種的一個基本目標是培育能吸收和利用更多肥料養(yǎng)分的作物新種，以增加產量，改善品質。因此，高產品種可以認為是對肥料具有高效益的品種。例如，以德國和印度各自的小麥良種與地方種相比，每100kg產量所吸收的養(yǎng)分量基本相同，但良種的單位面積養(yǎng)分吸收量是地方種的2.0-2.8倍，單產是地方種的2.14-2.73倍。小麥育種專家 N.E.Borlaug一再強調，肥料對于以品種改良為突破口的“綠色革命”具有決定性意義。我國雜交稻的推廣也與肥料投入量密切相關。據湖南農科院土肥所報告（1980），常規(guī)種晚稻隨施肥量增加其單產增加不明顯，而雜交晚稻（威優(yōu)6號）則隨施肥雜交晚稻較常規(guī)晚稻多吸收N21-54kg，P2O51.5-15kg、K2O19.5-67.5kg。因此，肥料投入水平成為良種良法栽培的一項核心措施。

７．２．４補償耕地不足

對農業(yè)增施化肥，實質上與擴大耕地面積的效果相似。例如，按我國近幾年化肥平均肥效，每噸養(yǎng)分增產糧食7.5t計，若每公頃耕地的平均糧食單產也是7.5t，則每增施化肥養(yǎng)分1t，即相當于擴大耕地面積1hm2。因此，那些人多地少的國家，無一不是借助增加投肥量一謀求提高作物單產，彌補其耕地的不足。日本、荷蘭通過增加化肥投入量，使其耕地面積相對增加60-227％。

７．２．５增加有機肥量

化肥投入量的增加，與作物產量的提高和畜牧業(yè)的發(fā)展有關。統(tǒng)計表明，德國從1850-1965年的115年間，化肥從無到有，直至平均使用量增至300kg/hm2,隨著糧食產量和畜牧業(yè)發(fā)展，施用于農田的有機肥也從1.8-2.0t/hm2增加到8-9t/hm2，增長達4.5倍。我國從1965-1990年，投入農田的化肥量增加14.7倍，有機肥實際投入量則增加1倍，而以秸稈和根茬等形式增加的有機質總量則更多。由此可見，農牧產品的生物循環(huán)必然將相當數(shù)量的化肥養(yǎng)分保存在有機肥中。有機肥成為化肥養(yǎng)分能不斷再利用的載體。因此，充分利用有機肥源，不僅可發(fā)揮有機肥的多種肥田作用，也是充分發(fā)揮化肥作用，使化肥養(yǎng)分持續(xù)再利用的重要途徑。

７．２．６發(fā)展綠色資源

化肥作為一種基本肥源，是發(fā)展經濟作物、森林和草原等綠色資源的重要物質基礎。據統(tǒng)計，我國在較充足的施用化肥，實現(xiàn)連年糧食豐收，人民溫飽的條件下，經濟作物也獲得大幅度發(fā)展。1995年前的10年中，糖料、油料、橡膠、茶葉等作物增加50％-80％，瓜，菜增150％-170％，水果增加250％，極大地豐富了我國城鄉(xiāng)市場和增進了農產品的出口能力。糧食和多種農副產品的豐足，也促進了退耕還林、還草的大面積實施和城鄉(xiāng)的大規(guī)模綠化，為在宏觀上治理水土流失，保護和改善生態(tài)環(huán)境提供了可靠的基礎。我國有1.42億公頃森林（FAO，1990）長期在雨養(yǎng)的自然條件下生長，如能有重點地施用肥料（尤其對那些次生林），即可加速成材和擴展覆蓋率；我國有3.18億公頃草原（FAO，1990），長期缺水少肥，載蓄率極低，有的每公頃年產肉量不到15kg，如能對有一定水源的草原適量施肥，可較快地提高生草量和載蓄率。一些發(fā)達國家，因其有相當數(shù)量化肥用于林業(yè)和草地，用于發(fā)展多種經濟作物和實施城鄉(xiāng)大規(guī)模綠化。使其農牧產品豐富，而且因其能充分開發(fā)和利用綠色資源而使其能保持優(yōu)美的生態(tài)環(huán)境。

７．３、化肥與生物能增值

農作物生產的本質，就是利用綠色植物所含葉綠素的光合作用，將太陽能轉化為作物貯藏的物能，進而將貯藏生物能的農產品供人類和動物利用。由于適量施用化肥，作物生長旺盛，葉面積擴展快，葉綠素含量高，單位時間內光合作用產物和轉化貯藏的太陽能就多。隨著化肥施用，作物產量及貯藏的生物能也將不斷增值。據筆者計算，1964-1975年11年間，上海郊區(qū)化肥施用量（N）從115kg/hm2增加到287kg/hm2，相應的糧食產量由7.2t/hm2提高到10.1t/hm2，秸稈也隨之增加，而每公頃農田收獲得生物能總量也由278.8GJ（100％）提高到300.6GJ（140％）。美國20世紀70年代以玉米計算的資料表明，每投入4.1868KJ化學形式的礦物能，可從玉米籽粒中回收6-8倍即25.4-33.5KJ的生物能，其能量的投入產出比為1：6-8。如果計算化肥的連續(xù)后效，化肥增值生物能的效益將更高。由此可見，平衡和合理地施用化肥，實質上是一種利用礦物能以轉化和增值生物能的有效手段，是發(fā)展現(xiàn)代農業(yè)的基本途徑。因此，不同的肥源發(fā)展階段，具有不同的農業(yè)物質與能量的循環(huán)方式，具有不斷發(fā)展的循環(huán)量。很明顯，在有機農業(yè)階段，作物的單產主要受制于耕地土壤的自然肥力和有機物和還田量。因而，每年糞肥、綠肥等有機肥的使用量就是特別重要。當有機肥量不足時，只能采用輪休或輪作豆科植物，賴以恢復和保持地力。而當發(fā)展到無機-有機農業(yè)階段，隨著化肥投入農田量的增加，有機肥供肥（養(yǎng)分）作物將不斷為化肥所代替，作物產量不斷提高，農業(yè)物質循環(huán)量迅速增大，直至相對穩(wěn)定在較高的循環(huán)量水平，即在一定的作物品種、氣候及水利等生產條件下能達到的較高水平。無機-有機物質及其中能量的不斷循環(huán)，也使化肥和有機肥的作用得到統(tǒng)一。這兩種肥料都須通過土壤而為作物利用，都能促進作物增產，并隨物質和能量的循環(huán)，相互發(fā)生形態(tài)的轉化。前一年施入的化肥，增產了糧食（籽粒和秸稈），通過人和畜禽的利用，產生的有機廢棄物（糞便、墊料等），將有相當部分變成下一年的有機肥。因此，施用化肥既是當季作物的直接肥源和增產手段，又可為下一季作物增加有機肥源。這也是我國農民通俗的稱之為“無機”換“有機”的途徑，或另一種形式的“肥（化肥）多糧多——糧多豬多——豬多肥（有機肥）多”的良性循環(huán)。由此可見，有機肥和化肥雖然形態(tài)不一，各具特點，但都是農業(yè)物質和能量循環(huán)中兩種本肥料形態(tài)。在循環(huán)過程中對立而統(tǒng)一，殊途而同歸，共同促進農作物的持續(xù)增產和土壤的不斷提高?？傊?，化肥與世界上任何其他事物一樣，也決不是完美無缺的。它同樣具有值得人們充分重視的另一個側面。大量連續(xù)地施用化肥，特別是在不平衡與不合理施用的狀況下，化肥的一些負面影響或副作用，會日益顯現(xiàn)出來。如對水體的富營養(yǎng)化，增加環(huán)境中硝態(tài)氮含量；對某些土壤物理性質（如結構性）的影響；對若干蔬菜、水果的口感質影響等，都是現(xiàn)實存在地問題。由此需要促進人們對平衡施肥概念的認識和發(fā)展，對有廢棄物再循環(huán)和還田的高度重視，以及力求全面提高化肥在經濟、社會和生態(tài)方面的綜合效益。

致謝

參考文獻

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