一、实验目的
１、深入了解化工过程操作原理。提高学生对化工过程的开车、停车运行能力。 2 、掌握控制系统的投运和调整技术。
3 、提高对复杂化工过程动态运行的分析和决策能力。
4 、提高识别和排除事故的能力。
5 、科学的严格的考核与评价学生经过训练后所达到的操作水平和理论联系实际的能力。
二、 工艺原理
氨的合成是氨厂最后一道工序，任务是在适当的温度、压力和有催化剂存在的条件下，将经过精制的氢氮混和气直接合成为氨。然后将所生成的气体氨从未合成为氨的混和气体中冷凝分离出来，得到产品液氨，分离氨后的氢氮气体循环使用。
氨合成的化学反应式如下：
Q NH N 2
1H 23322+⇔+ 这一化学反应具有如下几个特点：
（1） 是可逆反应。即在氢气和氮气反应生成氨的同时，氨也分解成氢气和氮气。
（2） 是放热反应。在生成氨的同时放出热量，反应热与温度、压力有关。
（3） 是体积缩小的反应。
（4） 反应需要有催化剂才能较快的进行。
(二) 氨合成反应的化学平衡
氨合成反应的平衡常数p K 可表示为：
p K =)
N (p )H (P )NH (p 25.025.13∙ 式中p(NH 3)、p(H 2)、p(N 2)-----为平衡状态下氨、氢、氮的分压。
由于合成反应是可逆、放热、体积缩小的反应，根据平衡移动定律可知，降低温度，提高压力，平衡向生成氨的方向移动，平衡常数增大。所以，在实际生产中，氨的合成反应均在加压下进行。
(三) 氨合成动力学
（1）反应机理
氮与氢自气相空间向催化剂表面接近，其绝大部分自外表面向催化剂毛细孔的内表面扩散，并在表面上进行活性吸附。吸附氮与吸附氢及气相氢进行化学反应，一次生成NH 、NH 2、、NH 3。后者至表面脱附后进入气相空间。可将整个过程表示如下： )(2N H )(2N H )(2N H )2N H ()()(N 33H22H2H222气相吸附吸附吸附吸附气相脱吸气相中的气相中的气相中的−−→−−−−−→−−−−−→
−−−−−→−→N
在上述反应过程中，当气流速度相当大，催化剂粒度足够小时，外扩散光和内扩散因素对反应影响很小，而在铁催化剂上吸附氮的速度在数值上很接近于合成氨的速度，即氮的活性吸附步骤进行的最慢，是决定反应速度的关键。这就是说按得合成反应速度是由氮的吸附速度所控制的。王若威
（2）反应速度
反应速度是以单位时间内反应物质浓度的减少量或生成物质浓度的增加量来表示。在工业生产中，不仅要求获得较高的氨含量，同时还要求有较快的反应速度，以便在单位时间内有较多的氢和氮合成为氨。
根据氮在催化剂表面上的活性吸附是氨合成过程的控制步骤、氮在催化剂表面成中等覆盖度、吸附表面很不均匀等条件，捷姆金和佩热夫导得的速度方程式如下：
)
()()()()(W 25.132325.121H p NH p k NH p H p N p k -= W-----反应的瞬时总速度，为正反应和逆反应速度之差
1k 、2k ----正、逆反应速度常数
)NH (P )N (P )H (p 322、、----为氢、氮、氨气体的分压。
（3）内扩散的影响
当催化剂的颗粒直径为1mm时，内扩散速度是反应速度的百倍以上，故内扩散的影响可忽略不计。但当半径大于5mm时，内扩散速度已经比反应速度慢，其影响就不能忽视了。催化剂毛细孔的直径愈小和毛细孔愈长（颗粒直径愈大），则内扩散的影响愈大。
实际生产中，在合成塔结构和催化层阻力允许的情况下，应当采用粒度较小的催化剂，以减小内扩散的影响，提高内表面利用率，加快氨的生成速度。
存档文件三、装置概况
（一）工艺流程简述
1、合成系统
模切机刀模从甲烷化来的新鲜气（40℃、2.6Mpa、H2/N2=3：1）先经压缩前分离罐(104-F)进合成气压缩机(103-J)低压段，在压缩机的低压缸将新鲜气体压缩到合成所需要的最终压力的二分之一左右，出低压段的新鲜气先经106-C用甲烷化进料气冷却至93.3℃，再经水冷器(116-C)冷却至38℃，最后经氨冷器(129-C)冷却至7℃，后与氢回收来的氢气混合进入中间分离罐(105-F)，从中间分离罐出来的氢氮气再进合成气压缩机高压段。
合成回路来的循环气与经高压段压缩后的氢氮气混合进压缩机循环段，从循环段出来的合成气进合成系统水冷器(124-C)。高压合成气自最终冷却器124-C出来后，分两路继续冷却，第一路串联通过原料气和循环气一级和二级氨冷器117-C和118-C 的管侧，冷却介质都是冷冻用液氨，另一路通过就地的MIC-23节流后，在合成塔进气和循环气换热器120-C的壳侧冷却，两路会合后，又在新鲜气和循环气
三级氨冷器119-C中用三级液氨闪蒸槽112-F来的冷冻用液氨进行冷却，冷却至-23.3℃。冷却后的气体经过水平分布管进入高压氨分离器（106-F），在前几个氨冷器中冷凝下来的循环气中的氨就在106-F中分出，分离出来的液氨送往冷冻中间闪蒸槽(107-F)。从氨分离器出来后，循环气就进入合成塔进气--新鲜气和循环气换热器120-C的管侧，从壳侧的工艺气体中取得热量，然后又进入合成塔进气--出气换热
器(121-C)的管侧，再由HCV-11控制进入合成塔(105-D)，在121-C管侧的出口处分析气体成分。
SP-35是一专门的双向降爆板装置，是用来保护121-C的换热器，防止换热器的一侧卸压导致压差过大而引起破坏。
合成气进气由合成塔105-D的塔底进入，自下而上地进入合成塔，经由MIC-13直接到第一层触媒的入口，用以控制该处的温度，这一近路有一个冷激管线，和两个进层间换热器付线可以控制第二、第三层的入口温度必要时可以分别用MIC-14、15和16进行调节。气体经过最底下一层触媒床后，又自下而上地把气体导入内部换热器的管侧，把热量传给进来的气体，再由105-D的顶部出口引出。
非晶硅薄膜电池合成塔出口气进入合成塔--锅炉给水换热器123-C的管侧，把热量传给锅炉给水，接着又在121-C的壳侧与进塔气换热而进一步被冷却，最后回到103-J高压缸循环段(最后一个叶轮)而完成了整个合成回路。
线路保护合成塔出来的气体有一部分是从高压吹出气分离缸108-F经MIC-18调节并用Fl-63指示流量后，送往氢回收装置或送往一段转化炉燃料气系统。从合成回路中排出气是为了控制气体中的甲烷化和氩的浓度，甲烷和氩在系统中积累多了会使氨的合成率降低。吹出气在进入分离罐108-F以前先在氨冷器125-C冷却，由108-F 分出的液氨送低压氨分离器107-F回收。
合成塔备有一台开工加热炉(102-B)，它是用于开工时把合成塔引温至反应温度，开工加热炉的原料气流量由FI-62指示，另外，它还设有一低流量报警器FAL-85与FI-62配合使用，MIC-17调节102-B燃料气量。
2、冷冻系统
合成来的液氨进入中间闪蒸槽(107-F)，闪蒸出的不凝性气体通过PICA-8排出作为燃料气送一段炉燃烧。分离器107-F装有液面指示器LI-12。液氨减压后由液位调节器LICA-12调节进入三级闪蒸罐(112-F)进一步闪蒸，闪蒸后作为冷冻用的液氨进入系统中。冷冻的一、二、三级闪蒸罐操作压力分别为:0.4MPa(G)、0.16MPa(G)、0.0028MPa(G)，三台闪蒸罐与合成系统中的第一、二、三氨冷器相对应，它们是按
热虹吸原理进行冷冻蒸发循环操作的。液氨由各闪蒸罐流入对应的氨冷器，吸热后的液氨蒸发形成的气液混合物又回到各闪蒸罐进行气液分离，气氨分别进氨压缩机(105-J)各段气缸，液氨分别进各氨冷
器。
由液氨接收槽(109-F)来的液氨逐级减压后补入到各闪蒸罐。一级闪蒸罐(110-F)出来的液氨除送第一氨冷器(117-C)外，另一部分作为合成气压缩机(103-J)一段出口的氨冷器(129-C)和闪蒸罐氨冷器(126-C)的冷源。氨冷器(129-C)和(126-C)蒸发的气氨进入二级闪蒸罐(111-F)，110-F多余的液氨送往111-F。111-F的液氨除送第二氨冷器(118-C)和弛放气氨冷器(125-C)作为冷冻剂外，其余部分送往三级闪蒸罐(112-F)。112-F的液氨除送119-C外，还可以由冷氨产品泵(109-J)作为冷氨产品送液氨贮槽贮存。
由三级闪蒸罐(112-F)出来的气氨进入氨压缩机(105-J)一段压缩，一段出口与111-F来的气氨汇合进入二段压缩，二段出口气氨先经压缩机中间冷却器(128-C)冷却后，与110-F来的气氨汇合进入三段压缩，三段出口的气氨经氨冷凝器(127-CA、CB)，冷凝的液氨进入接收槽(109-F)。109-F中的闪蒸气去闪蒸罐氨冷器(126-C)，冷凝分离出来的液氨流回109-F，不凝气作燃料气送一段炉燃烧。109-F中的液氨一部分减压后送至一级闪蒸罐(110-F)，另一部分作为热氨产品经热氨产品泵(1-3P-1,2)送往尿素装置。
四、装置冷态开工过程
（一）、合成系统开车
电力测量1.投用LSH109(104-F液位高联锁)，LSH111（105-F液位高联锁）（辅助控制盘画
面）
2.打开SP71（合成工段现场），把工艺气引入104-F,PIC-182（合成工段DCS）设
置在2.6Mpa投自动
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