第一篇：科研論文(合成氨技術的發展狀況)

科研訓練論文

（

題

目：合成氨生產技術發展狀況 學生姓名： 學

號：

學

院：化工學院 班

級：

二〇一四 年 三 月

合成氨生產技術發展狀況

摘要：介紹了合成氨技術發展歷程和基本狀況，分析了生產過程中采用的典型工藝及其技術特點與經濟性，指出了合成氨技術可能的發展趨勢。介紹了高油價下合成氨的原料結構變化及相關技術進展，認為未來合成氨技術進展的主要趨勢是大型化、低能耗、智能化、清潔生產、長周期運行。

關鍵詞：合成氨；工藝技術；現狀；發展趨勢

氨是最為重要的基礎化工產品之一,其產量居各種化工產品的首位；同時也是能源消耗的大戶,世界上大約有10%的能源用于生產合成氨。氨主要用于農業,合成氨是氮肥工業的基礎,氨本身是重要的氮素肥料,其他氮素肥料也大多是先合成氨、再加工成尿素或各種銨鹽肥料,這部分約占70%的比例,稱之為“化肥氨”；同時氨也是重要的無機化學和有機化學工業基礎原料,用于生產銨、胺、染料、炸藥、制藥、合成纖維、合成樹脂的原料,這部分約占30%的比例,稱之為“工業氨”。

一、世界合成氨技術發展

（一）傳統型蒸汽轉化制氨

從20世紀20年代世界第一套合成氨裝置投產,到20世紀60年代中期,合成氨工業在歐洲、美國、日本等國家和地區已發展到了相當高的水平。美國Kellogg公司首先開發出以天然氣為原料、日產 1000 t的大型合成氨技術,其裝置在美國投產后每噸氨能耗達到了42·0 GJ的先進水平。Kellogg傳統合成氨工藝首次在合成氨裝置中應用了離心式壓縮機,并將裝置中工藝系統與動力系統有機結合起來,實現了裝置的單系列大型化(無并行裝置)和系統能量自我平衡(即無

能量輸入),是傳統型制氨工藝的最顯著特征,成為合成氨工藝的“經典之作”。之后英國ICI、德國Uhde、丹麥Topsoe、德國Braun公司等合成氨技術專利商也相繼開發出與Kellogg工藝水平相當、各具特色的工藝技術,其中Topsoe、ICI公司在以輕油為原料的制氨技術方面處于世界領先地位。這是合成氨工業歷史上第一次技術變革和飛躍。

（二）低能耗制氨工藝階段

1.低能耗制氨工藝

具有代表性的低能耗制氨工藝有4種：Kellogg公司的KREP工藝、Braun公司的低能耗深冷凈化工藝、UHDE-ICI-AMV工藝、Topsφe工藝。低能耗制氨工藝技術主要以節能降耗為目的，立足于改進和發展工藝單元技術，其主要技術進展包括：

（1）溫和轉化。一段轉化爐采用低水碳比、低出口溫度、較高的出口CH4含量操作，將負荷轉移至二段轉化爐；同時二段轉化爐引入過量空氣，以提高轉化系統能力。

（2）燃氣輪機。使用燃氣輪機驅動空氣壓縮機，并與一段轉化爐緊密結合。

（3）低熱耗脫碳。采用低熱耗Benfield或α-MDEA脫碳，以降低能量消耗。

（4）深冷凈化。Braun公司采用深冷凈化，在合成氣進入氨合成回路之前脫除其中的CH4和部分Ar，并調節合成氣中H2與N2摩爾比為3∶1；Uhde-ICI-AMV采用深冷凈化，在氨合成回路之中回收弛放

氣中的H2。

（5）效率更高的合成回路。采用新型氨合成塔和低壓高活性催化劑，以提高氨合成轉化率、降低合成壓力、減小回路壓降、合理利用能量。Kellogg公司采用臥 式徑向合成塔和小顆粒、高活性催化劑；Uhde公司和Topsφe公司均采用了立式徑向流動合成塔和小顆粒、高活性催化劑。

2.以部分氧化工藝為核心的重油或煤氣化

（1）重油氣化。以部分氧化工藝為核心的重油氣化技術，主要有Shell和Texaco兩家公司的技術。主要的進展包括：①結構多樣化、氣化壓力提高、設備大型化；②改進氣化爐燒嘴，以降低氧／油比、蒸汽／油比，從而降 低氧耗、汽耗，改善經濟性；③改進霧化噴嘴的結構和材質，以適應石油深加工帶來的重油重度加重的問題；④炭黑回收部分開路，以適應石油深加工帶來的重油原 料中重金屬含量升高的問題。

（2）煤氣化。以Texaco公司和Destec公司為代表的水煤漿氣化、以Shell公司和德國Prenflo公司為代表的粉煤氣化、以Lurgi公 司為代表的固定床煤氣化等。并率先在IGCC領域進行了示范性大型化商業化裝置的運轉，Texaco工藝和Lurgi工藝在合成氨生產中也得以應用，并取得了良好的效果。

（三）裝置單系列產量最大化

世界級合成氨裝置的規模越來越大，以利用較大的產量帶來規模經濟效益。20世紀80年代投產的世界級合成氨裝置的平均產量為l

120t/d，而最近投產的世界級合成氨裝置的產量大多已接近2000t/d，且主要按照現有技術進行放大。至今為止，Uhde公司已經推出了日產3 300t合成氨技術，KBR、Topsφe、Lurgi公司均推出了日產2 000t合成氨技術。

（四）合成氨裝置的結構調整

原料結構調整主要是“油改氣”(利用部分氧化工藝將原料改為天然氣)和“油改煤”(利用煤氣化工藝將原料改為煤或石油焦)。1.“油改氣”

天然氣制氨裝置一般采用蒸汽轉化技術，但采用此技術來改造基于部分氧化工藝的重油氣化裝置，則遠不如采用天然氣部分氧化技術更為合理。采用天然氣部分氧化 技術，不僅可以利用現有的氣化爐調整操作、改造燒嘴，而且投資少、改造難度小、改造周期短、總體經濟性好。另外天然氣部分氧化技術易于實現大型化，逐漸為 行業所公認。Texaco公司天然氣部分氧化工藝技術在我國寧夏、新疆2套Texaco重油氣化制氨裝置上應用改造成功，其主要改造內容是設置天然氣壓縮機、更換燒嘴、改造低溫甲醇洗工序、調整工藝操作參數。中國石化寧波工程公司天然氣部分氧化工藝技術在我國蘭州Shell重油氣化制氨裝置上應用改造成功，其主要改造內容是設置天然氣壓縮機、更換燒嘴、改造低溫甲醇洗工序、調整工藝操作參數。2.“油改煤”

煤氣化技術的成功商業化為合成氨裝置的原料結構調整奠定了堅實的技術基礎。相關的改造內容包括：新建煤氣化(合成氣制備)

部分和新建合成氣凈化部分。

（1）煤氣化。成熟且有競爭力的煤氣化工藝主要是以Texaco為代表的水煤漿氣化和以Shell為代表的粉煤氣化工藝，這兩類煤氣化工藝均是成熟的，都有大 型專利工廠。水煤漿氣化工藝生產的粗合成氣已用于循環聯合發電，化肥、甲醇等生產，粉煤氣化工藝僅用于循環聯合發電，兩者各具特色。

（2）合成氣凈化。本部分的關鍵問題在于確定CO變換、酸性氣體脫除、氣體精制等工序的合理流程組合形式。其中，CO變換工藝的選擇是合成氣凈化工藝技術選擇的首要問題。CO變換工藝技術分為非耐硫變換和耐硫變換2種，而這2種變換工藝的選擇將直接影響后續酸性氣體脫除工序、氣體精制工序的流程組合。煤氣化的變換氣具有硫、CO2含量高，分壓大的特點。根據變換氣的工藝條件，采用物理吸收法比較有利。物理吸收法中按照吸收溫度的不同，一般分為冷法和熱法。冷法則以Lurgi、Linde低溫甲醇洗法為代表，熱法以Selexol工藝最為著名。脫硫脫碳氣體的精制既可以采用“熱法精制”(甲烷化工藝)，亦可以采用“冷法精制”(低溫液氮洗或深冷凈化工藝)，兩者各有優勢。（3）工藝技術改造方案

①新建煤氣化工序。采用煤氣化工藝，生產合成氣。

②新建空氣分離工序。采用全低壓、內壓縮空分工藝，為煤氣化工序提供工藝氧氣和高、中、低壓氮氣。

③新建耐硫變換工序。采用三段耐硫變換工藝(耐硫中變+耐硫低變)，進行合成氣的高濃度CO變換。

④新建酸性氣體脫除工序。采用低溫甲醇洗凈化工藝，進行變換氣的脫硫脫碳凈化，以脫除變換氣中的H2S、COS和CO2；并采用兩級克勞斯脫硫+SCOT工藝，處理低溫甲醇洗工序中的H2S尾氣。⑤改造和利用甲烷化工序。對原有裝置的甲烷化工序進行適當的改造，采用熱法精制(甲烷化)工藝進行凈化氣的精制，除去凈化氣中微量的CO和CO2。

⑥利用氨合成及冷凍工序。利用原有裝置的氨合成及冷凍工序，進行氨合成，生產液氨作為尿素裝置的原料。

二、我國合成氨技術的發展

我國合成氨工業始于20世紀30年代，到現在80年來，我國的合成氨工業已呈現多層次多形態的新格局和加速發展的新態勢: 已掌握了以焦炭無煙煤焦爐氣天然氣及油田伴生氣和液態烴等多種原料生產合成氨和尿素的技術，形成了具有中國特色，以煤為主(80%以上)天然氣為輔石油已基本淘汰的原料格局;形成了大中小生產規模并存，以中小型企業為主體大型企業為輔，但大型化集團化趨勢越來越明顯的企業格局;形成了先進工藝技術和落后工藝技術并存，先進工藝技術呈加速發展的合成氨和氮肥生產技術格局目前合成氨和尿素總生產能力已完全能夠滿足國內農業和工業需求，但總體噸氨能耗水平總體企業的規模效益還與世界先進水平存在較大差距，目前正處于轉型發展的關鍵時刻

（一）大型合成氨工業

近年來，我國大型合成氨氮肥裝置的發展呈井噴之勢，生產裝置已經超過50家，總產能已超過2000萬t/a，已占我國合成氨總產能的1/3，還有10多家正在建設之中，或即將投產。我國大型合成氨裝置原料氣制造工序普遍采用氣態烴類蒸汽轉化法或粉煤氣化工藝，原料氣壓縮采用汽動壓縮機，合成壓力采用15MPa的低壓操作，噸氨能耗降至28～38GJ/t，裝置規模30～50萬t/a，已經接近世界先進水平。

（二）中、小型合成氨工業

目前我國中型合成氨裝置生產能力約為1500萬t/a，約占我國合成氨總產能的1/4，我國的小型合成氨裝置雖然已經減少到估計不到400套，產能已不足2000萬t/a，其產能仍占我國合成氨總產能的1/3，但其仍在繼續萎縮之中，其下游產品原來主要是碳酸氫銨，現部分已改產尿素 中小型合成氨廠的原料中煤焦占96%以上我國中小型合成氨裝置總產能仍占我國合成氨總產能的一半以上，其造氣工藝大多采用間歇式固定床煤氣發生爐，合成壓力采用32MPa的高壓操作，原料氣壓縮設備普遍采用電動往復式壓縮機，其噸氨能耗達55～60GJ/t，約為大型合成氨裝置的2倍，這是我國合成氨工藝技術總體上遠落后于發達國家的主要原因。

（三）我國合成氨未來發展

1.大型化、集成化、自動化。形成經濟規模的生產中心，低能耗與環境更友好將是未來合成氨裝置的主要發展方向。

2.以“油改氣”和“油改煤”為核心的原料結構調整和以“多聯產”的再加工為核心的產品結構調整，是合成氨裝置“改善經濟性”，增

強競爭力的有力途徑。

3.實施與環境友好的清潔生產是未來合成氨裝置的必然和唯一選擇。在生產過程中接近“零排放”的清潔生產技術將日趨成熟。

4.提高生產運行的可靠性，延長運行周期是未來合成氨裝置“改善經濟性”增強競爭力的必要保證，有利于提高裝置的運行周期率。

參考文獻：

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第二篇：合成氨論文

論文寫作與指導

姓 名: 學 號: 專業班級: 指導老師:

合成氨合成工藝的現狀

The present status of synthetic ammonia process

Wang

西北民族大學化工學院，甘肅蘭州 730124 Northwest university for nationalities institute of chemical, lanzhou, gansu，730124 摘要：合成氨是重要的化工原料, 在國民經濟中占有重要地位，本文在文獻調研的基礎上綜述了合成氨設備、催化劑、合成氨工藝三方面的現狀和未來發展趨勢。在設備方面，通過對冷管型合成塔和絕熱型合成塔新技術的綜述和兩種設備的對比，闡述了國內外合成氨設備的不同之處，及國內外合成氨設備的優劣，提出了國內合成氨設備的發展建議。合成氨工藝方面，通過轉化、變換、脫碳、合成四方面綜合闡述了目前合成氨工藝技術的現狀和發展趨勢，介紹了近年來國內外合成氨工藝的新技術和工藝流程方面的新進展。

關鍵詞：合成氨；新工藝；合成塔

Abstract：Ammonia is one of the most important chemical production，It has an important station in national economy.This article has summarized the ammonia synthesis by ammonia equipment, catalyze, and technology to describe the actuality and the future which based the literature disquisition.For the equipment through the difference of the cold tube compose tower and insulate compose tower, we can know which is better and it can also give some advice of the development for our country equipment.For the technology, through the transform, commutation, decarburization and compose which tell the technology at present and development in future.introduce the new technology and the new development in technology flow.Key words: ammonia synthesis;new technology;catalyst;reactor 1、合成氨的歷史

過去制氫是在水煤氣發生爐中加水蒸汽使其焦炭氣化，氮則以空氣形式通入，使氫氮維持正確比例。在本法中吹入蒸汽通過灼熱焦炭層生成氫。當焦炭因吸熱反應被充分冷卻時，即停止通蒸汽而改通空氣。通空氣燃燒將焦炭層溫度升高到下一次水煤氣循環所需要的溫度。水煤氣的凈化過程是采用變換，水洗和銅洗微量。直到二次大戰末,在歐洲和美國均采用此種造氣和凈化法。

上個世紀三十年代中期，已發展了用烴的催化劑和非催化轉化法制氫。而催化轉化法完全以法本公司的鎳催化劑為基礎。是將蒸汽和烴的混合物在730-1000℃下，在一段轉化爐中進行轉化，催化劑裝在外部加熱的管內。在二段轉化爐中，氮是以空氣形式或富氧空氣形式一起導入，這時，烴的殘余組份同時轉化。經還原的一種鎳催化劑可在第一段及第二段車釗七爐中使用。蒸汽轉化工藝過程適于轉化從天然氣到輕油范圍內的烴類。烴的非催化裂解是在有外殼的反應器內進行，這時烴與氧在不同壓力下氣化。以后是凈化氫和混合物的工藝過程，脫硫只能在裂解后進行。凈化了的氣體與氮一起混合而導入合成系統[1-5]。

2、合成氨的現狀

德國化學家哈伯1909年提出了工業氨合成方法，即“循環法”，這是目前工業普遍采用的，也被稱作直接合成法。反應過程中為解決氫氣和氮氣合成轉化率低的問題，將氨產品從合成反應后的氣體中分離出來，未反應氣和新鮮氫氮氣混合重新參與合成反應。合成氨反應式如下：

N2+3H2≈2NH3

目前中國主要是以煤為主，油氣并存的局面。

3、合成氨發展前景

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，但是因為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，到20世紀末，世界大多數合成氨廠仍以氣體燃料為主要原料。

節能和降耗。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。現在已提出以天然氣為原料的節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。

與其他產品聯合生產。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、意大利等國開發的變換氣氣提法聯合生產尿素工藝，都有明顯的優點[6]。

4、氨的性質 4.1氨的物理性質

氨氣的主要物理性質見下表

表3-1 氨氣的主要物理性質

中文名 分子式 沸點（℃）熔點（℃）燃燒性 溶解性 爆炸極限 外觀及性狀 主要用途

4.2氨的化學性質

NH3遇HCl氣體或濃鹽酸有白煙產生，可與氯氣反應。

(1)氨水（混稱氫氧化銨，NH4OH）可腐蝕許多金屬，一般若用鐵桶裝氨水，鐵桶應內涂瀝青。

(2)氨的催化氧化是放熱反應，產物是NO，是工業制硝酸的重要反應，NH3也可以被氧化成N2[7-8]。氨氣 NH3 330.0 10.5 助燃 極易溶于水 15.8%-28%

英文名 相對分子量 飽和蒸氣壓（kPa）

相對密度 溶解度 危險特性 偶極距

ammonia 17.03 0.13（145.8℃）（水=1）0.82 89.9 g/100 mL

腐蝕性 1.42D

通常情況下是有刺激性氣味的無色氣體

做制冷劑及制作化肥

5、合成氨的生產工藝及主要方法 5.1原料氣的制備

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；對氣態烴類和石腦油，工業中利用二段蒸汽轉化法制取合成氣。

5.2 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。

5.2.1一氧化碳變換過程

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+H2O→H2+CO2

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轉變為CO2和H2；第二步是低溫變換，將CO含量降至0.3%左右。因此，CO變換反應既是制造原料氣的繼續，又是凈化的過程，為后續脫碳過程創造條件。

5.2.2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法(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。

5.2.3 氣體精制過程

目前在工業生產中，凈化方法主要分為深冷分離法和甲烷化法[9]。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[10]。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)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 ΔH=-206.2kJ/mol CO2+4H2→CH4+2H2O ΔH=-165.1kJ/mol 5.3氨的合成

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[10]。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的流程。氨合成反應式如下[11]：

N2+3H2→2NH3(g)=-92.4kJ/mol

6、原料氣精制的主要方法

原料氣經一氧化碳變換和二氧化碳脫除后，尚含有少量一氧化碳和二氧化碳，在送往氨合成系統前，為使它們總的含量少于10ppm，必須進一步加以脫除。脫除少量一氧化碳和二氧化碳有三種方法；

6.1 銅氨液吸收法

銅氨液吸收法是最早采用的方法，在高壓、低溫下用銅鹽的氨溶液吸收一氧化碳并生成絡合物，然后將溶液在減壓和加熱條件下再生，由于吸收溶液中有游離氨，故可同時將氣體中的二氧化碳脫除：

6.2 液氮洗滌法 液氮洗滌法是利用液態氮能溶解一氧化碳、甲烷等的物理性質，在深度冷凍的溫度條件下把原料氣中殘留的少量一氧化碳和甲烷等徹底除去，該法適用于設有空氣分離裝置的重質油、煤加壓部分氧分法制原料氣的凈化流程，也可用于焦爐氣分離制氫的流程。

6.3 甲烷化法

甲烷化法是60年代開發的方法，在鎳催化劑存在下使一氧化碳和二氧化碳加氫生成甲烷：

由于甲烷化反應為強放熱反應，而鎳催化劑不能承受很大的溫升，因此，對氣體中一氧化碳和二氧化碳含量有限制。該法流程簡單，可將原料氣中碳的氧化物脫除到10ppm以下，以天然氣為原料的新建氨廠，大多采用此法。但甲烷化反應中需消耗氫氣，且生成對合成氨無用的惰性組分──甲烷。

7、Topsoe氨合成塔

為提高合成塔的生產能力，降低造價，設計出一種稱為“ 熱壁” 型式的合成塔，已投入工業應用。該合成塔耐壓殼體較薄，重量較輕，制造費用較少，頂蓋直徑也較小。

(1)投資費用較少

耐壓殼體較薄頂蓋較小底部結構簡單內件設計也很簡單。(2)容易運輸和安裝

內件重量小，可以用標準集裝箱船運。(3)流體分布均勻，床層壓降小

催化劑的裝填對合成塔能否發揮正常性能很重要。傳統的徑向流合成塔裝填催化劑時都需要振打，以確保催化劑均勻填滿整個床層。這種裝填方式較耗時，且不容易裝填好，易產生很多空穴，使氣體出現偏流，催化劑利用率低。Topsoe研究出了一種稱為“ 毛毛雨式裝填法”該法裝填迅速，所需時間為振打法的一半，而裝填密度為振打法的102%-104%，且催化劑密度均勻。該法已在工業生產中取得了良好的效果。致謝：感受頗深，受益匪淺。在論文的寫作過程中，有很多困難，在理論學習階段，得到孫初鋒老師的悉心指導和幫助。借此機會我向孫初鋒老師表示衷心的感謝!同時，我也要感謝我的同學給予我的幫助，他們為我撰寫論文提供了不少建議和幫助。在此要特別感謝孫老師，他為人隨和熱情，治學嚴謹細心。在學習生活中他能像知心朋友一樣鼓勵你，在論文的寫作和措辭等方面他也總會以“專業標準”嚴格要求你，再次謝謝孫初鋒老師!

參考文獻

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第三篇：合成氨論文

合成氨

王俊麗

一、氨合成（一）氨合成概述

成氨工業誕生于本世紀初，其規模不斷向大型化方向發展，目前大型氨廠的產量占世界合成氨總產量的80%以上。氨是重要的無機化工產品之一，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。

德國化學家哈伯1909年提出了工業氨合成方法，即“循環法”，這是目前工業普遍采用的直接合成法。反應過程中為解決氫氣和氮氣合成轉化率低的問題，將氨產品從合成反應后的氣體中分離出來，未反應氣和新鮮氫氮氣混合重新參與合成反應。

合成氨反應式如下：N2+3H2≈2NH

3目前中國主要是以煤為主，油氣并存的局面，晉開公司就是采用晉城的煤來合成氨，其基本流程圖如下：無煙煤、蒸汽、空氣→造氣→脫硫→變換→脫二氧化碳→壓縮→合成氨

（二）原料氣的制備

現在我國主要采用三種工藝進行制氣：固定床、流化床和氣流床。晉開公司使用的是間歇固定床式工藝法來制造原料氣。固體燃料油加料機從煤氣發生爐頂部間歇加入爐內。吹風時，空氣經鼓風機加壓自上而下經過煤氣發生爐，出風氣經過燃料室及廢熱鍋爐回收熱量后放空。蒸汽上吹制氣時，煤氣經過燃料室及廢熱鍋爐回收余熱后，再經洗氣箱及洗滌塔進入氣柜。二次上吹時，氣體流向和上吹相同。空氣吹凈時，氣體經燃料室、廢熱鍋爐、洗氣箱和洗滌塔進入氣柜。此法發生的化學反應為C + O2 →

CO2

C + H2O →

CO + H2

（三）脫硫工段

1、工藝流程

從造氣系統來的半水煤氣進入氣柜，從氣柜出口水封進入除塵塔降溫除塵，然后送入羅茨風機。從羅茨風機出來的半水煤氣經脫硫前冷卻塔降溫后進入脫硫塔，與脫硫噴淋而下的脫硫溶液逆向接觸，除去半水煤氣的硫化氫。脫除了硫化氫的半水煤氣進入清洗塔，進行清洗、降溫后分別進入三個并聯的靜電除焦塔，除焦除塵后煤氣匯入煤氣總管，送往壓縮機，經壓縮機加壓后，從壓縮機三段出口進入變換。吸收硫化氫后的栲膠溶液經塔底自調閥調節，保持一定液位，靠塔內壓力和位差進入再生泵，由再生泵加壓后打入再生槽，完成脫硫溶液的再生和析硫過程，再生后的貧液通過再生槽的液位調節器進入循環槽，經脫硫泵打入脫硫塔循環使用。

2、栲膠脫硫

這種方法用栲膠溶液在脫硫塔內與半水煤氣逆流接觸脫除氣體中的硫化氫，吸收硫化氫后的富液經再生泵送往噴射再生槽，再生槽自吸空氣噴射再生。

3、反應原理

主要反應：

Na2CO3 + H2S = NaHS + NaHCO3

2NaHS + 4NaVO3 +H2O =4NaOH +2S +Na2V4O9

（四）變換工段

1、變換工段的基本原理

壓縮三段送來的半水煤氣，在一定溫度下CO和水蒸氣在催化劑的作用下，發生變換反應生成二氧化碳和氫氣，使一氧化碳滿足生產要求后送往后序工序

2、變換工段工藝流程

來自壓縮三段的半水煤氣經絲網除油器分離油水后，經凈化爐進一步除油，出油后的半水煤氣進入潛熱交換器的殼程與管程的變換氣換熱，溫度升高后，此時向半水煤氣中添加蒸汽，調節合適的汽氣比后進入后換熱器的管程與殼程的變換器換熱，適當調節冷煤氣復線閥的開度，使進變換爐氣體溫度符合要求后進入變換爐的一段，經過變換爐的一段上部抗毒劑除去對觸媒有害的成分，然后進入下部的觸媒進行反應，經過一段反應溫度升高后，進入后換熱器的殼程換熱后溫度下降，接著進入增濕器的一段，利用噴水氣化法對一段進一步降溫增加水蒸氣含量后進入變換器二段，經過二段抗毒劑及觸媒層反應后，進入二段增濕器，經過降溫增加水蒸氣含量后，進入變換爐三段進一步反應，使一氧化碳滿足要求后，離開變換爐。完成一氧化碳變換反應后的變換氣經過前熱交換的管程后進入軟水交換器，與軟水換熱后，用循環水進一步降溫，然后經變換器分離器降冷卻下來的蒸汽分離出來后，變換氣離開變換系統進入下個工序。

3、反應原理

CO + H2O → CO2 +H2

（五）變壓吸附脫碳

1、基本原理

利用固體吸附劑吸收變換氣中的硫化氫、二氧化碳，完成變換氣的初步凈化，使凈化氣中的二氧化碳含量在百分之0.4-1.3之間。吸收二氧化碳、硫化氫的固體吸附劑經過水環真空泵得到解吸再生。

本裝置采用的是變壓吸附技術來脫除和提純二氧化碳。變壓吸附是以吸附劑內部表面對氣體分子的物理吸附為基礎，利用吸附劑在相同壓力下易吸附高沸點成分，不易吸附低沸點成分；高壓下被吸附組分吸附總量增加而低壓下被吸附組分總量減少的特點來實現分離。

2、工藝流程

原料氣在壓力1.5-1.8mpa下進入系統，經流量計計量后進入20臺吸附器I及一組程控閥組成的變壓吸附PSA-I系統。由吸附塔入口通入原料氣，在出口獲得8%-14%的半產品氣。半產品氣進入半產品氣緩沖罐穩壓后，進入20臺吸附器II及一組程控閥組成的PSA-II系統，然后送出界外。PSA-II系統逆放初期解吸氣經過一程控閥進入一系統

進入升壓緩沖罐穩壓后，通過程控閥進入一系統進行與升壓；逆放后期通過程控閥就地高空排放。一系統采用20-7-10/V工藝，7塔同時進料，10次均壓、逆放、抽真空解吸流程。原料氣進入7臺正在處于吸附狀態的吸附器中，大部分CO2被吸附，其余大部分組分通過吸附劑，在吸附器頂部得到半產品氣。其余13臺吸附器分別進行其他步驟的操作。20臺吸附器依次循環工作，時間上相互交錯，以此達到原料氣不斷輸入，半產品氣不斷輸出的目的。二系統采用20-7-9/V工藝，20塔操作，7塔同時進料，9次均壓，抽真空解吸流程。半產品氣從底部進入7臺正在吸附的吸附器中，二氧化碳幾乎全部被吸附，其余組分穿過吸附劑，在吸附器頂部得到凈化氣。其余13臺吸附器分別進行其他步驟的操作。20臺吸附器依次循環工作，時間上相互交錯，以此達到原料氣不斷輸入，半產品氣不斷輸出的目的。

（六）精脫硫工藝

1、基本原理

從變壓吸附出來的凈化氣中含有一定量的硫化氫和有機硫，在一定條件下，在精脫塔里固體精脫硫劑的作用下，將大部分硫化氫及有機硫脫去在工藝指標范圍內。

2、工藝流程

來自脫碳工序的凈化氣先經過第一精脫槽，再進第二精脫槽。一二精脫塔之間有切換復線，可實現兩個精脫塔的串并及單獨使用。

（七）氣體的壓縮

1、工作原理

在合成氨生產中，原料氣的凈化和合成是在一定的壓力下進行的，因此需要對氣體進行壓縮，以達到所需的壓力，同時完成氣體的輸送。晉開主要使用的是王府壓縮機，它的壓力范圍十分廣泛，效率較高。

2、工藝流程

來自凈化工段的半水煤氣，經過分離器分離水分后，進入壓縮機一段加壓。加壓后的氣體經冷卻器冷卻后和油水分離器分離油水后，再送入壓縮機二段加壓。加壓后的氣體經二段冷卻器及油水分離器分離油水后，送變換工段。從變換氣脫硫崗位來的變換氣經三段汽水總分離器分離水分后，進入壓縮機三段加壓，加壓后的氣體經三段冷卻器及油水分離器分離油水后送入變壓吸附脫碳工序從脫碳來的凈化氣經四段總分離器分離油水后，依次進入四五段，然后逐段加壓，每段加壓、冷卻的氣體依次冷卻、分離，送入下一段加壓，由五段分離油水后進入下個工序。

(八）合成氨工藝

1、氨的主要特點

氨在標準狀態下是無色氣體，比空氣密度小，具有刺激性氣味。會灼傷皮膚、眼睛，刺激呼吸器官粘膜。空氣個氨質量分數在0.5％-1.0%時，就能使人在幾分鐘內窒息。

氨的相對分子質量為17.3沸點(0.1013MPa)-33.5C冰點一77．7C,臨界溫度132.4C，臨界壓力ll．28MPa．液氨的密度0.1013MPa、-334C為0.6813kg?L‘。標準狀態下氣氨的密度7．714×10E4 kg-L 摩爾體積22．08L?mol-1液氨揮發性很強。氣化熱較大。氨基易揮發，可生產含氨15%~30%(質量)的商品氨水，氨溶解時放出大量的熱。氨水溶液呈弱堿性，易揮發。液氨和干燥的氣氨對大部分材料沒有腐蝕性，但是在有水存在的條件下。對銅、銀、鋅等金屬有腐蝕性。

氨是一種可燃性物質，自然點為630C，一般較難點燃。氨與空氣或氧的混合物在一定范圍內能夠發生爆炸，常壓，室溫下的爆炸范圍分別為15.5%~28%和13.5%~82% 氨的化學性質較活潑，能與堿反應生成鹽。

2、合成氨工藝的流程

（1）分流進塔：反應氣分成兩部分進塔，一部分經塔外換熱器預熱，依次進入塔內換熱管、中心管，送到催化劑第一床層，另一部分經環隙直接進入冷管束，兩部分氣體在菱形分布器內匯合，繼續反應，這樣使低溫未反應氣直接竟如冷管束，稍加熱后，作為一、二段間的冷激氣，從而減少冷管面積和占用空間，提高了催化劑筐的有效容積，并強化了床層溫度的可調性。同時僅有65~70%的冷氣進入塔內換熱器和中心管，減輕了換熱器負荷，因而減少了換熱面積，相對增加了有效的高壓容積，也使出塔反應氣溫度提高（310~340℃），即回收熱品位提高。氣體分流進塔還使塔阻力和系統阻力比傳流程小。

（2）進塔外換熱器的冷氣不經環隙，這樣溫度更低，使進水冷器的合成氣溫度更低（約75℃左右），提高了合成反應熱的利用率，降低了水冷器的負荷和冷卻水的消耗。

（3）水冷后的合成氣直接進入冷交管間，由上而下邊冷凝邊分離，液氨在重力和離心力的作用下分離，既提高了分離效果，又減小了阻力。

（4）塔后放空置于水冷、冷交后，氣體經連續冷卻，冷凝量多，因此氣體中氨含量低，惰氣含量高，故放空量少，降低了原料氣消耗。

（5）塔前補壓：循環機設于冷交之后，氣體直接進塔，使合成反應處于系統壓力最高點，有利于反應，同時循環機壓縮的溫升不消耗冷量，降低了冷凍能耗。

（6）設備選用結構合理，使消耗低，運行平穩，檢修量減少，工藝趨于完善。

（7）選用先進的自控手段，如兩級放氨，氨冷加氨，廢鍋加水，系統近路的控制，均用了DCS計算機集散系統自動化控制，冷交、氨分用液位檢測采用國內近幾年問世的電容式液位傳感器等新技術使操作更加靈活、平穩、可靠，降低了操作強度。

3、氨的凈化和輸送

由合成車間液氨倉庫經液氨升壓泵加壓后的原料液氨，壓力大于2 /20cmkg（表壓），溫度約<20C°直接送入尿素生產車間27米樓面的液氨過濾器，進入液氨緩沖槽原料室。

來自一段循環系統冷凝器回收的液氨，自氨冷凝器A、B流入液氨緩沖槽的回流室，其中一部分液氨正常為60%，作為一段吸收塔回流液氨用，而其余液氨經過液氨緩沖槽的中部溢流隔板，進入原料室與新鮮原料液氨混合后一起至高壓氨泵，這樣可使液氨保 持較低的溫度以減少高壓氨泵進口氨氣化。氨緩沖槽壓力維持在2/17cmkg左右，設置 在高為23米平面上，是為了具有足夠的壓頭，使液氨回流進入一段吸收塔，同時也為了保證高壓氨泵所需要的吸入壓頭。氨緩沖槽原料室的液氨，進入高壓氨泵（單動臥式三聯柱塞泵、打液能力為每臺 hrM/243，反復次數180次/分、電動機250KW、三臺高壓氨泵一臺備用）將液氨加壓。

參考文獻

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第四篇：LED 技術發展狀況

課 程 報 告

題目：

學

班

姓學LED技術近幾年的發展

及前景

院：自動化學院 級： 名： 號摘 要：任何新事物的產生都需要經過不同的發展階段，LED光管同樣如此。本文闡述了LED產業從最初興起到如今發展的歷程，和近年來的狀況，以及LED二極管發展至今所擁有的優勢取得的成就和尚存在的缺陷。LED光管發展至今已頻頻出現在人們眼前，它具有體積小、價格低，重量輕、電壓低、電流小、亮度高，發光響應速度快，驅動電路簡單等優點，已經被廣泛運用在汽車，手機，顯示屏，電子儀器和工業系統中。近年來，LED技術不斷獲得新的進展，特別是高亮度的藍，綠光LED技術和白光LED技術的突破，使LED的應用范圍不斷拓寬，已成為本世紀極具發展潛力的電子產品之一。在我們生活中扮演著越來越重要的角色，它是環保、節能、高效的代表，它是最有希望取代白熾燈成為點亮我們生活的光源。發光二極管(LED)是近幾年來迅速崛起的半導體光電器件。

Abstract：Any of the emergence of new things all need to go through the different stages of development, such as LED light tube.This paper expounds the LED industry from the initial rise to now development course, and the recent status, and LED diode development so far has advantages of achievements and shortcomings.LED light tube development has frequently appeared in front of people, it has the advantages of small volume, low price, light weight, low voltage, current, high brightness, light rapid response speed, simple drive circuit and other advantages, has been widely used in automotive, mobile phone, LCD, electronic equipment and industrial system.In recent years, LED technology has obtained new progress, especially the high brightness blue, green LED and white light LED technology breakthrough, make LED application scope expanding, has become the most development potential of one of the electronic product.In our life, playing an increasingly important role, it is environmental protection, energy saving, high efficiency, it is one of the most promising to replace the incandescent lamp as light source of our life.Light emitting diode(LED)in recent years is the rapid rise of semiconductor optoelectronic devices.關 鍵 詞：半導體、LED 半導體照明光源、LED燈具、LED性能、MCPCB和IAMS、顯色性、發光強度

一．LED簡介

(1).LED構成

LED（Light Emitting Diode）發光二極管，主要由支架、銀膠、晶片、金線、環氧樹脂五種物料所組成。LED是一種能夠將電能轉化為光能的半導體，它改變了白熾燈鎢絲發光與節能燈三基色粉發光的原理，而采用電場發光。

(2).發光原理

LED（Light Emitting Diode），發光二極管，是一種固態的半導體器件，它可以直接把電能轉化為光能。LED的心臟是一個半導體的晶片，晶片的一端附著在一個支架上，是負極，另一端連接電源的正極，整個晶片被環氧樹脂封裝起來。半導體晶片由兩部分組成，一部分是P型半導體，在它里面空穴占主導地位，另一端是N型半導體，在這邊主要是電子。但這兩種半導體連接起來的時候，它們之間就形成一個“P-N結”。當電流通過導線作用于這個晶片的時候，電子就會被推向P區，在P區里電子跟空穴復合，然后就會以光子的形式發出能量，這就是LED發光的原理。而光波長決定光的顏色，是由形成P-N結材料決定的。(3).LED照明顏色

LED（LightingEmittingDiode）照明即是發光二極管照明，是一種半導體固體發光器件。它是利用固體半導體芯片作為發光材料，在半導體中通過載流子發生復合放出過剩的能量而引起光子發射，直接發出紅、黃、藍、綠、青、橙、紫、白色的光。LED照明產品就是利用LED作為光源制造出來的照明器具。(4).照明原理

LED是由Ⅲ-Ⅳ族化合物，如GaAs（砷化鎵）、GaP（磷化鎵）、GaAsP（磷砷化鎵）等半導體制成的，其核心是PN結。因此它具有一般P-N結的I-N特性，即正向導通，反向截止、擊穿特性。此外，在一定條件下，它還具有發光特性。在正向電壓下，電子由N區注入P區，空穴由P區注入N區。進入對方區域的少數載流子（少子）一部分與多數載流子（多子）復合而發光。

二．LED發光二極管的發展歷程

(1).1962年,GE、Monsanto、IBM的聯合實驗室開發出了發紅光的磷砷化鎵（GaAsP）半導體化合物，從此可見光發光二極管步入商業化發展進程。

(2)1965年，全球第一款商用化發光二極管誕生，它是用鍺材料做成的可發出紅外光的LED，當時的單價約為45美元。其后不久，Monsanto和惠普公司推出了用GaAsP材料制作的商用化紅色LED。這種LED的效率為每瓦大約0.1流明，比一般的60至100瓦白熾燈的每瓦15流明要低上100多倍。

(3).1968年，LED的研發取得了突破性進展，利用氮摻雜工藝使GaAsP器件的效率達到了1流明/瓦，并且能夠發出紅光、橙光和黃色光。

(4).1971，業界又推出了具有相同效率的GaP綠色芯片LED。(5).到20世紀70年代，由于LED器件在家庭與辦公設備中的大量應用，LED的價格直線下跌。事實上，LED在那個時代主打市場是數字與文字顯示技術應用領域。

(6).80年代早期的重大技術突破是開發出了AlGaAsLED，它能以每瓦10流明的發光效率發出紅光。這一技術進步使LED能夠應用于室外信息發布以及汽車高位剎車燈(CHMSL)設備。

(7).1990年，業界又開發出了能夠提供相當于最好的紅色器件性能的AlInGaP技術，這比當時標準的GaAsP器件性能要高出10倍。

(8).今天，效率最高的LED是用透明襯底AlInGaP材料做的。在1991年至2001年期間，材料技術、芯片尺寸和外形方面的進一步發展使商用化LED的光通量提高了將近30倍。

(9).1994年，日本科學家中村修二在GaN基片上研制出了第一只藍色發光二極管，由此引發了對GaN基LED研究和開發的熱潮。1996年由日本Nichia公司（日亞）成功開發出白色LED。

(10).20世紀90年代后期，研制出通過藍光激發YAG熒光粉產生白光的LED，但色澤不均勻，使用壽命短，價格高。隨著技術的不斷進步，近年來白光LED的發展相當迅速，白光LED的發光效率已經達到38lm/W，實驗室研究成果可以達到70lm/W，大大超過白熾燈，向熒光燈逼近。三．LED產品與傳統發光器件相較的優勢

(1).使用壽命長，是普通光源的20一30倍，例如普通白熾燈的使用壽命在2000一3000小時，LED光源器件的壽命在10萬小時，使用年限達5一10年。

(2).節能效果明顯:LED發光體的耗電量僅為普通白熾燈的耗電量的15一20%，LED耗電相當低，直流驅動，超低功耗（單管0.03-0.06瓦），電光功率轉換接近30%。一般來說LED的工作電壓是2-3.6V，工作電流是0.02-0.03A；這就是說，它消耗的電能不超過0.1W，相同照明效果比傳統光源節能近80%

(3).抗機械沖擊、防震防水、低熱散發。

(4).體積小、固體化、形狀可任意改變，可以用在特殊用途上，LED基本上是一塊很小的晶片被封裝在環氧樹脂里面，所以它非常小，非常輕。

四．LED產品與傳統發光器件相較的劣勢

(1).近日由美國加州大學艾爾文分校進行的一項調查卻顯示，使用LED的環保功效很可能會被其包含的有毒物質所抵消。有些LED燈中包含有銻、砷、鉻、鉛以及其他多種金屬元素。其中，部分LED燈的有毒元素含量已經超過了監管部門制定的標準。比如在低亮度紅色LED燈中，研究人員發現其鉛含量超標達到8倍，鎳含量也超標2.5倍。如果LED燈破碎，還可能會對直接接觸的人體健康造成損害。LED中的砷、鉛、鎳和銅元素對人體和環境的影響最為嚴重，未來應當進行更為細致深入的調查，以促進政府對LED產品的安全使用和回收處理制定規范。

(2).LED需要由于單個發光面比較窄，通常大規模集成在線路板上，形成一個比較大的發光源，由此會造成大量熱量積累，有時會擊穿電路板。所以LED燈的散熱一定要好。

(3)人眼最不能接受的是藍光和UV光(即紫外線光)，藍光殺傷人眼活性細胞的能力是綠光的10倍，而UV光殺傷人眼活性細胞的能力又是藍光的10倍，長期接觸大量低波長的藍光能大量殺傷人眼活性細胞，最終癌化形成斑塊。而LED白光形成主要是靠450-455NM波長藍光激發熒光粉，其中波長越低擊發能力越強，通常LED的波長出廠控制在500NM之內，即450-455NM，或455-460NM，屬于傷害最強的區段，如果波長變大，那么激發熒光粉的能力就下降，效率降低。人們為了追求亮度，通常更會加強LED的藍光強度，點燈時間越久，熒光粉衰減越快，進而導致人眼接觸的藍光波段的光照越強烈，從而對人眼造成傷害。

所以LED燈具在道路交通的LED導航指示、LED路燈、LED臺燈的使用上具有一定的不利因素，容易讓人在使用過程中產生頭暈眼花、不舒服的感覺，甚至長期使用會變成眼晴傷害，使得患眼病的機率會有所提高。

五．LED的主要應用

(1).信息平面顯示

信息顯示是現代生活中一項用途很廣泛的領域，證券交易所里的顯示板，動態廣告牌，空港的飛機動態顯示，模擬動畫，體育場館、商業、工業和其它行業的大型和超大型全色顯示屏的信息顯示，進一步滿足了現代人對信息顯示的需求欲望。

(2).智能交通系統（Intelligent Transportation System，簡稱 ITS）

智能交通系統（Intelligent Transportation System，簡稱 ITS）的發展，在為社會公眾服務的交通領域，信息的發布成為重要的服務內容。廣泛應用于體育場館、車站、機場、商業、工業和其它行業的大型和超大型信息顯示屏，作為傳統的點陣顯示技術，其低廉的成本和大型屏幕顯示的特點相對于諸如等離子體、液晶等顯示技術仍具有不可替代的優勢。中國加入 WTO、北京申奧成功等，成為 LED 顯示屏產業發展的契機。

(3).汽車指示燈

汽車指示燈包括汽車外部的各種方向燈、尾燈、剎車燈等，由于LED的快響應速度，當前面的汽車剎車時，后面的汽車可提前2一3公里看到信號，減少車禍發生。同時可降低油耗，使汽車每一加侖油增開1公里，同時減少污染。

(4).辦公自動化設備與儀器儀表指示燈

現代化智能型的儀器儀表、辦公自動化設備需要各種信號燈或指示燈，第一章LED產業的發展背景與趨勢而LED由于其節能和長使用壽命的特點使它成了不可缺少的部件。

(5).背光光源

高性能L印還可用于小型液晶顯示器(LCD)的背光照明，適用于蜂窩電話和筆記本型電腦等。最普通的應用是電話按鍵的背光照明，隨著小型液晶顯示器及未來個人通信產品用量的增長，將帶動LED市場需求量提高。

(6).特種用途光源與建筑裝飾

特殊用途照明，如建筑裝飾、井下、礦燈、水下作業、特殊場地施工等傳統的光源使用起來不方便或缺點明顯的地方都可以采用LED光源。(7).固體照明光源

高性能LED的實用化和商品化，使照明技術面臨一場新的革命，由多個超高亮度紅、藍、綠三色LED組成的像素燈不僅可以發出波長連續可調的各種色光，而且還可以發出亮度可達幾十到一百燭光的白色光成為照明光源。對于相同發光亮度的白熾燈和LED固體照明燈來說，后者的功耗只占前者的10%一20%，白熾燈的壽命一般不超過3，000小時，而LED燈的壽命長達10萬小時。

六．LED產業發展前景與趨勢

由于發光二極管產業不斷涌現新技術、新產品、新的應用，呈現了朝陽工業的欣欣向榮的景象，在21世紀的頭十年中，LED產業會得到持續發展。每年全球照明市場的銷售額達120億美元，而且每年還以8%左右的增長速度遞增，這一巨大的市場被業界看好，使得他們紛紛投入的LED的研究開發中來。目前照明用途LED購置成本較高，預計2002年前后LED的購置成本將通過其低廉的使用費用在3一6年內得到償付。隨后LED燈將逐漸取代白熾燈。專家們預計，到2010年一20巧年，LED有望進入普通照明市場，與傳統的光源競爭，形成與傳統節能光源并存的局面;據保守估計，到2025年對白熾燈和鹵素燈25一30%的替代率，全球每年的能源節省預計可達40億美元。在國外，多個知名企業在致力于 LED 照明的開發研究，如 GE、OSRAM、PHILIPS、LUMILEDS、THE LED LIGHT、IDEC 等公司。國產 LED 顯示屏的性價比比較高，市場占有率近100%，年平均增長率為 40%左右。美國 GE 公司和 EMCORE 公司合作成立新公司，專門開發白光 LED，以取代白熾燈、緊湊型熒光燈、鹵鎢燈和汽車燈。德國歐司朗公司與西門子公司合作開發LED 照明系統。隨著第三代半導體材料氮化稼的突破和藍、綠、白光發光二極管的問世，繼半導體技術引發微電子革命之后，又在孕育一場新的產業革命——照明革命，其標志是半導體燈將逐步替代白熾燈和熒光燈。盡管還無法完全取代傳統的白熾燈，但景觀照明已成為半導體照明的新興力量。

參 考 文 獻

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第五篇：合成氨論文

運用循環經濟的思想 建設合成氨裝置

營口三征有機化工股份有限公司

王國華

序 言

當前，全國各地都在大力開展循環經濟、清潔生產活動。清潔生產是一種全新的發展戰略，它借助于各種相關理論和技術，在產品的整個生命周期的各個環節采取“預防措施”，將生產技術、生產過程、經營管理及產品等方面與物流、能量、信息等要素有機結合起來，并優化運行方式，從而實現最小化的環境影響、最少的資源能源使用、最佳的管理模式以及最優化的經濟增長水平。更重要的是，環境是經濟的載體，良好的環境可以更好地支撐經濟的發展，并為社會經濟活動提供所必需的資源和能源，從而實現經濟的可持續發展。

對于企業來說，實行清潔生產不僅減少末端處理設施的建設投資，減少日常運轉費用，而且是提高企業市場競爭力的最佳途徑。因此，積極開展清潔生產對于企業的經濟發展有著十分重要的意義。

一、企業概況

營口三征有機化工股份有限公司始建于1988年，經過18年的不懈努力，已發展成為集精細化工、農用化工、鹽化工于一體的綜合性化工企業。公司主導產品三聚氯氰年生產能力4萬噸，居世界第二、亞洲第一。三聚氯氰國內市場占有率70%，覆蓋面95%以上；出口量占全國的90%以上，遠銷世界30個國家和地區。

為三聚氯氰生產配套，公司擁有12萬噸/年 30%液體氰化鈉和6萬噸/年氯堿生產能力。

二、方案的提出

營口三征有機化工股份有限公司氰化鈉車間和氯堿車間尾氣中含有大量氫氣、氮氣及少量的氨，一直直排空中。在2004年開展的首輪清潔生產活動中，曾提出對這些尾氣進行回收利用。該方案經層層篩選最終入圍，與一車間技術改造提案一起，列為兩個正式高費方案。后一方案得以實施，取得良好效果。而合成氨方案由于時間、經費等原因，被列入待行方案，在2005年實施。

三、方案的可行性㈠、原料氣現狀1.氯堿尾氣副產物---氫氣

三征公司現氯堿生產能力6萬噸/年，副產氫氣

氫氣純度：≥99%

自用后剩余量：1352.5噸/年（1515萬Nm3/年）。

2.NaCN尾氣（輕油裂解混和氣）

公司現有氰化鈉生產能力12萬噸/年，尾氣組分如下：

H2---65%(v%)

N2---25%(v%)

NH3及其它 10%

尾氣量：H2: 2344噸/年（2625萬Nm3/年）

N2: 12560噸/年（1000萬Nm3/年）

NH3：187萬Nm3/年

㈡、原材料需求現狀

三征公司生產氰化鈉是以氨和輕油為原料，12萬噸30%液體氰化鈉，氨的年消耗量20520噸。

㈢、尾氣回收方案

擬建一套2萬噸/年合成氨（后半部）裝置，以現有氫氣及氮氣為原料，補充不足部分的氮氣，生產合成氨，供本公司氰化鈉生產自用。1.技術分析

生產20000噸合成氨，需要

399.99%氫氣約4100 萬Nm3，99.9%氮氣1360 萬Nm（折合空氣2700

萬Nm3）。

我公司現有原料資源氫 4140萬Nm3/年，氮1000萬Nm3/年。氫氣量夠用且有余，氮尚有約360萬Nm3/年的缺口，可通過制氮裝

置補充。合成氨生產技術在我國是成熟技術，沒有風險。

本項目只是采用合成氨的后半部生產工藝，即從原料精制到壓縮、合成。工藝流程短，主要原材料不用外購。工藝流程框圖

氣源部分、氣體凈化、制氮、合成工藝流程框圖見附圖。⑴氣源部分

⑵氣體凈化部分

⑶制氮部分

⑷合成部分

在原料精制工序，氯堿副產的氫氣純度高，只需脫水即可；氰化鈉尾氣成分比較復雜，采用變壓吸附脫除其中的有害氣體（主要是C5、C6、O2、NH3等對氨合成催化劑有害的成分）。

脫除雜質后的氣體送壓縮工序。

脫除的氣體返回氰化鈉生產裝置供生產循環使用。

合成氨生產有余熱產生，設置廢熱鍋爐副產蒸汽，可供氯堿化鹽或在同一廠區的三聚氯氰生產用，減少現在鍋爐的使用負荷，減少現有鍋爐的燃煤耗量。

合成氨產生的馳放氣可送鍋爐燃燒，節省燃煤消耗量。2.市場分析

公司生產氰化鈉需要消耗氨20520噸/年，現在全部外購。本項目生產20000噸/年氨可全部供公司自用，不存在銷售問題。3.經濟分析

年產20000噸合成氨項目總投資預計3000萬元。生產成本約1200元/噸合成氨（包括折舊）。現公司外購合成氨到貨價2600元/噸，每年可節省2400萬元以上，投資償還期小于1.2年。4.環境效益分析

利用暫時無用、排放到空中的氣體資源，生產出自用的原材料，既節省資源，收到明顯經濟效益，又減少廢棄物排放量，是典型的循環經濟清潔生產項目，有較大的推廣宣傳價值。該合成氨生產工藝廢氣、固體廢棄物（更換下的廢合成催化劑）及廢水（主要是氣體脫水及鍋爐排污）排放均可以達到排放標準，同時回收公司原有生產裝置外排的尾氣，減少了原有外排的尾氣的排放污染及能源浪費。

公司現在外購液氨全部采用汽車槽車從250km以外的葫蘆島運來。自產合成氨后，直接用管道輸送到儲罐，消除了一個危險物運輸泄漏隱患，減少了500萬噸公里/年的運輸耗能。

合成氨余熱回收副產蒸汽，馳放氣送鍋爐燃燒，減少了原有燃煤鍋爐的煙塵及廢氣排放量。

四、結 束 語

綜合上述分析，營口三征有機化工股份有限公司利用現排放尾氣中的氫氣及氮氣資源，配套現排放尾氣的凈化裝置，并購置傳統合成氨裝置的后半程，生產合成氨，合成氨產品供自己生產用，是符合國家的清潔生產政策，貫徹國家可持續發展和推廣循環經濟政策的好

項目，具有良好的經濟效益、環境效益和社會效益。