合成氨生产中氢氮比的控制

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1、合成氨生产中氢氮比的控制合成氨的生产是经过脱硫、变换、精脱硫、铜洗等工段处理后的半水煤气，所剩余的一 定比例的氢氮气进入合成塔内，在高温高压、催化剂的作用下发生化学反应，生成氨的过程。氨合成反应的化学方程式是：N2+3H2=2NH3,从理论上讲，进入合成塔的氢气和氮气按3： 1的比例控制最为理想，但根据氨合成反应速度可知，在非平衡状态下，适当增加氮的分压 对催化剂吸附氮的速度有利，因为氮的活性吸附是氨合成反应过程的控制步骤。在一般的生 产条件下，氨产率只能达到平衡值的5 0%-7 0%，因此，在生产中应提高氮的比例，一般 控制循环气中氢氮比在2.2 2.8之间较为适宜。氢氮比的控制对合成氨的生

2、产有至关重要的作用，当氢氮比超过一定范围时，合成岗位 循环机的循环量将大幅增加，无形中增加生产电耗；同时因反应极不平衡，合成塔内催化剂 段间温度将下降，不仅氨产量骤降，安全生产亦将受到威胁。因此，如何根据生产需要合理 控制氢氮比，是造气主操必须掌握的技术。下面我就氢氮比控制中常见的一些问题作一些肤 浅的探讨，供大家参考，不正确之处望指正。合成氨厂刚开车时氢氮比的控制。此时因氨合成催化剂的升温还原反应需要大量氢气的 参与，氢含量高不仅可以加快还原反应的速度，同时由于氢的导热系数比氮大约七倍，氢气 含量高可以及时把电炉丝的热量带人催化剂床层，起到保护电炉丝的作用，所以升温还原期 间应控制较高的氢含

3、量。升温期的氢含量可控制在68%以上，还原过程可控制在70%-80% 范围。需要注意的是，一旦合成工段升温还原结束转入正常生产时，循环氢含量需马上降到 规定范围内；而造气炉刚投入运行时由于炉温低，为保证半水煤气中氧含量不超标，大多在 上吹阶段减氮运行并取消吹净阶段，半水煤气中氮含量低；同时因压缩机开机少，系统中半 水煤气流速慢，这都为氢氮比的调节带来重重困难。这就要求我们在开车前为造气炉提好温， 保障在合成升温还原即将结束前能取消各造气炉上吹减氮，加入吹净阶段，必要时还可回收 吹风气入气柜；另外还要掌握不同流量时半水煤气自造气岗位到达变换、合成工段的时间， 根据变换氢及循环氢的变化情况及时调节

4、氢氮比；转入正常生产前将气柜降至低限，这都利 于氢氮比的调节，为迅速恢复全厂满负荷生产创造条件。正常生产时氢氮比的控制。因为造气和合成分属于两个不同的生产岗位，合成的生产情 况造气不了解，因此生产科应根据合成循环机进口压力变化及不同时间合成催化剂反应情 况，及时更新合成循环氢的控制范围，便于造气主操操作。另外要多用加氮少用一回收。上 吹加氮在回收氮气的同时，还可以提高造气炉炉温，为气化反应补充热量，利于蒸汽分解。 而一回收是靠回收吹风末几秒吹风气入气柜，吹风气进入气柜的阻力比进入潜热系统的阻力 要大许多，因而一回收时间越长，吹风时入炉风量则长期比正常值偏低，造气炉负荷将降低， 不利于制气生产。

5、所以长期连续在同一台造气炉回收吹风气至气柜以调节氢氮比也是不可取 的。需要注意的是，加氮须在造气炉负荷允许范围之内尽量加大，避免炉况波动。三忌猛加 猛减。因造气炉况的大幅波动而多炉同时减氮，或因入炉煤质变好多炉同时加氮，或大幅增 减一回收，或连续回收大量吹风气至气柜，都可能导致氢氮比的大幅波动，严重的会造成减 量或停车生产，最终导致氨产量的下降，煤耗电耗的升高，这与合成氨生产求稳的要求是 背道而驰的。因而造气主操应积累丰富的操作经验，有提前量意识，准确把握循环氢、变换 氢的变化规律，结合炉况变化，尽量小幅调节加减氮量，保障变换氢、循环氢的平稳，从而 维持全厂生产的稳定。四是控制气柜在高限。造气

6、主操在实际操作中经常会遇到一件令人头 痛的事就是，气柜低需要回收氮气时循环氢却低了，气柜高限时回收加了许多循环氢却降不 下来，这是因为气柜越高，制气阻力相应增大，蒸汽分解率提高，氢的含量相应提高，氮的 回收量也相应增加;而当气柜处于低限时则相反。因此我们在正常生产中应控制气柜在高限， 并避免气柜骤升骤降，便于合成循环氢的平稳控制。第五点需要注意的是，不正常炉忌一回 收。当造气炉出现穿洞、碳层吹翻、炉温过低、塌方豁碳、严重结疤时，该炉所产煤气气质 差，氢含量低，还有可能氧含量高，因此不宜回收，有时甚至需取消上吹加氮和空气吹净。 出现此类情况时，可在其他炉增加一回收时间或加氮时间，以维持氢氮比的平

7、稳。最后一点 要强调的是，当后工段压缩机或其他设备故障需加减量时，会引起循环氢的大幅波动，此时 主操亦不必惊慌，要准确估量其波动的大概时间及范围，若短时间可恢复生产，可不作大的 调整便可自然恢复正常；若加减机过多过频，则需根据实际情况作相应调整，但应遵循“少 量多餐”的原则，微调细调，忌大幅加减。停车前氢氮比的控制。一般情况下只有在全厂需检修、拉闸限电情况下，合成氨厂才会 停车。为了缩短停车前制惰时间，同时降低造气炉炉温，便于造气炉拉空碳层更换夹套或炉 蓖，灰盘等，停车制惰前应加大氮气回收量，以降低半水煤气中氢的含量。此时应多用一回 收，而不宜增加加氮量或延长加氮时间，避免加重造气炉负荷，为拉空炉内碳层带来麻烦。总而言之，氢氮比的控制，因各厂管道、设备所制约吹风、加氮及半水煤气流量的大小， 脱硫能力的大小、变换、合成催化剂反应强弱的不同而各异，但就其基本操作方法而言，无 外乎以上几种情况，操作时要结合各厂实际情况，摸索出控制氢氮比的最佳方法，以达到高 产低耗的目的。