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合成氨生产中的危险特性及安全培训研究

发表时间：2020/6/15 来源：《基层建设》2020年第6期作者：崔艳山

[导读] 摘要：合成氨工业对国民经济起着至关重要的作用，它是国家氮肥工业的基础，氨也是重要的化工原料之一。

        阳煤平原化工有限公司山东德州 253100
        摘要：合成氨工业对国民经济起着至关重要的作用，它是国家氮肥工业的基础，氨也是重要的化工原料之一。因此，本文主要介绍了以煤、石油和天然气为原料的合成氨工艺，并提出了相应的节能减排措施，为后续合成氨工业发展提供参考。
        关键词：合成氨；工艺技术；节能减排
        氨作为化工产品的重要组成部分，也是化肥的最主要原料之一，我国的消耗使用量巨大。氨的生产对农业的发展具有十分重要的作用，据统计，化肥对世界粮食增产有超过 40%的贡献率。近百年来，世界人口增加了 4．5 倍，而口粮的产量却增加了 7．7 倍。现在全球氮肥产量约 1．2 亿吨，世界人均消耗氮肥 20kg，合成氨工业为人体提供了 50%的氮元素。现阶段，每年有 3 亿吨的大气中的 N 2 通过活化作用被固定，但通过反硝化作用返回到大气中的 N 2 只有 1 亿吨。其他活化的氮素以氮氧化物形式返回大气中会造成空气污染和温室效应，若以 NO 3- 的形式进入地表水体会造成富营养化和近海赤潮。减少合成氨工业负面影响并发挥其正面作用对保护生态环境具有十分重要的意义。
        一、合成氨生产过程存在的危险性
        1.转化阶段
        生产合成氨过程，在转化阶段，氨形态从半水煤气状态变为气态，周围环境存在着大量氢气。氢气的化学性质较为活泼，当处于高温状态下时如果气体泄漏、遇到明火等，就会导致爆炸危险，对相关人员的生命安全造成威胁。转化过程，当合成氨生产系统和机械设备中产生负压时，就会导致设备内部吸收过量氢气，此时内部煤气混合物和氢气会发生剧烈的化学反应，发生爆炸，威胁周围人员安全。
        2.碳化过程
        合成氨生产过程，碳化为重要阶段，此过程合成氨浓度处于最高状态，因此危险程度较高。合成氨碳化主要是使用设备将合成氨进行净化处理，转化成其他状态。此过程也是碳酸氢铵制作的最终流程，危险系数较高。要求操作人员准确操作，防止操作失误，产生燃烧、爆炸等事故。碳化反应在常温、常压下操作，因此，操作人员可能忽略操作安全，对碳化阶段危险性意识不强。
        3.高压合成
        生产合成氨时，大部分流程处于高温、高压等状态，同时还需要其他类型的化学物质。这些化学物质具有易燃性、有毒、易爆性等特点，表明在合成阶段存在危险性。为保证生产安全，应重点对生产介质、化学物质在高温和高压下的状态加以控制，同时控制人员的操作流程，消除合成氨生产环节的潜在危险。合成阶段为生产最终阶段，如果操作人员不重视生产安全，极易产生爆炸事故。对比于碳化阶段，合成阶段是在高温、高压以及高浓度条件下进行的，并且合成环节同时存在高压区、低压区，此时若操作人员没有重视操作安全，可能出现操作失误，造成氨泄漏，导致人员中毒。
        二、合成氨工业的发展现状
        自 1911 年 BASF 建成世界第一套合成氨装置至今，合成氨技术取得了巨大的进步。单套合成氨生产能力已经从年产1500t 发展到年产 90 万吨，氨合成塔压力已经从 100MPaG 下降到 15MPaG，单位能耗已经从 78GJ 下降到 27．2GJ，已经接近理论极限 20．1GJ。世界第一套合成氨装置采用氯碱工业电解制氢，并通过氢气在空气中燃烧制得氮气。现在，合成氨工业的主要原料为天然气和油田气等气态烃、渣油、煤等。合成工艺也随原料的不同而改变：对于天然气和油田气等气态烃，采用空气-水蒸气为气化剂的蒸汽转化法；对于渣油，则采用氧-水蒸气为气化剂的部分氧化法；对于煤，则采用氧-水蒸气的加压气化法。

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上世纪六七十年代，化肥工业迅猛发展，美、英、德、法、日等老牌资本主义国家生产大量化肥，不仅满足国内需求，还可以大量出口，此时期合成氨原料主要为天然气与轻油。七十年代中期爆发石油危机，天然气与轻油趁势价格飞涨，上述国家合成氨工厂成本已无法在国际市场竞争。与此同时，资源丰富的国家，如俄罗斯、墨西哥、加拿大，合成氨工业迅速崛起，新建年产几十万吨甚至上百万吨的大型合成氨企业，将资源优势转化为产品优势，向发达国家出口氮肥。建国初期，中国只有南京、大连两个化肥厂，年产约为 6000吨。到七十年代，随着石油、天然气工业的发展，我国相继从国外引进 16 套以天然气、轻油、渣油为原料和 1 套以煤为原料的日产 1000 吨合成氨装置。九十年代，又引进多套世界先进的节能型工艺合成氨装置。现在中国合成氨工业产量位居世界第一位，已经掌握了以天然气、渣油、煤等各种原料的工艺技术。随着中国基础产业的飞速发展，中国合成氨技术提供商的水平已经跻身世界前列，重要设备已经可以全部国产化。湖南安淳、南京国昌、南京聚拓等中国技术提供商已经可以供货单套 60 万吨/年的氨合成塔内件，沈鼓集团、陕鼓集团等也有能力为大型合成氨企业提供气体压缩机。
        三、液氨储存及安全培训工作
        1.合理规划
        存储位置按照国家《危险化学品安全管理》规定，储存危险化学品的装置、设施等应远离以下场所：第一，人员密集的公园、商业区、居住区；第二，远离公共设施（学校和医院等）；第三，远离水源和水厂；第三，除法律许可的运输码头外，应远离道路干线、水路和铁路干线、机场以及通信枢纽区域；第五，远离农田、养殖场、水产基地等；第六，远离湖泊、河流与名胜古迹、保护区等；第七，远离军事要地。根据法规，在液氨储存的选址方面，应综合储存地的区域的自然环境以及社会环境，保证液氨储存合乎规范。按照储存位置临近区域设施、工厂、企业等特征，将火灾隐患考虑其中，兼顾风向因素、地形因素等，合理选择储存区域。将液氨的装卸、存储场所需设置于厂区周边区域，同时处于小频风上方位置。例如：在电解金属锰生产过程，需要使用硫酸浸泡锰粉，生成硫酸锰，之后向其中添加液氨，发生中和反应，经过滤、电解后获取金属锰相关产品。
        2.建立严格的市场法规
        根据氨合成装置的技术水平、环境保护、安全、能耗等要求提高相关标准，规范新合成氨项目的建设，并遵守市场规则，及时公布公司清单数量。建立落后产能的淘汰机制，随着时间的推移淘汰落后产能，为先进的生产能力提供一个更大的市场。
        3.合成氨工艺的节能减排
        各种原料的合成氨工艺的基本原理和步骤是相同的。首先都是先预处理得到目标混合气，后经过脱硫、脱碳、精制等步骤得到纯度极高的氢气和氮气，最后导入合成塔反应生成氨。整体过程制气过程的能耗和成本较大，占到了整体能耗的 60%~70%，其次催化合成氨能耗受反应速率影响也很大。总体而言，有如下几种节能减排措施：一是加快高效催化剂的研发和推广，提高制混合气和合成氨的反应速率，降低工艺时长，如采用低压（3~7MPa）高活性催化剂的合成氨工艺；二是加快新原料合成氨的技术开发，随着世界三大能源主体煤、石油和天然气的日益枯竭，新的合成氨的原材料开发就显得极为迫切。
        结束语
        总而言之，合成氨生产过程可能产生诸多危险因素，一旦出现操作失误，就会严重威胁人们的安全。同时，液氨储存地点的选择，储存装置的管理以及操作人员素质都会影响存储安全。所以，我国要从能源危机，清洁和环保要素的限制以及低碳发展理念进行研究，提高合成氨的生产技术，保护生态环境。
        参考文献：
        ［1］李慧敏．合成氨工业现状和未来发展趋势［J］．现代工业经济和信息化，2017，7（19）
        ［2］张卫峰，马林，黄高强．中国氮肥发展、贡献和挑战［J］．中国农业科学，2013（15）