本科毕业设计（论文）
题目合成氨反应安全分析评价
学院化学与材料工程学院 年级13级专业安全工程 班级安全工程13学号学生姓名徐凯 指导教师职称 论文提交日期
基于合成氨反应的安全分析评价
摘 要
本文首先对合成氨工艺的定义、意义、研究重点、研究状况进行了介绍；并介绍了关于合成氨反应的相关安全、危险性的分析。然后通过结合具体的合成氨事故情况，分析、认识合成氨反应。最后通过安全检查表的形式表现分析的结果。
关键词：合成氨事故预防工艺安全管理
目录
1. 引言„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1
1.1 --------的国内外研究现状„„„„„„„„„„„„„„„„„2 1.2 --------研究的目的和意义„„„„„„„„„„„„„„„„„7
2. -----反应概述„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„9 3. -----评价概述„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„9 4. --反应--分析评价„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„9
„„
结语„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„104 参考文献„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„106
合成氨指由氮和氢在高温高压和催化剂存在下直接合成的氨，为一种基本无机化工流程。关于合成氨，肥料的三要素是氮、磷、钾。但是要制造氮肥却很困难，过去只能利用天然途径。后来随着有机农业的兴起，人们利用细菌吸收空气
中的氮，以变换成氨与有机氮来制造肥料。但这仍不能摆脱天然途径。于是，科学家们开始研究用人工方法大规模地固定空气中的氮。19世纪末期，德国人、威廉皇家研究所的化学家哈伯(F．Heber，1868－1934)首先获得成功。氮气占大气成分的80%，但它极不活跃，总是处于气态，而成不了固态。这样，处于气态的氮就不能成为肥料。哈伯在1905年通过热力学理论探讨和实验得到结论：“氨可能在数十兆帕下，在较低的温度条件下产生。”根据这一论断，德国巴登苯胺和纯碱制造公司(BASF)开始进行研制。首先向焦炭中通入水蒸气，产生水煤气，再使水煤气中的一氧化碳与水蒸气反应得到了氢和氮的混合气体。这之后，又解决了利用高压合成塔使混合气体在高达20265干帕下进行反应的工艺，以及用氧化铁为催化剂加快反应速度这两个关键问题。德国接收了合成氨专利权，分别制出了合成氨系列装置。上述成果是哈伯的基础理论研究、克虏伯公司的高压塔制造技术和以染料工业为代表的德国高水平化学工业技术三结合的产物。【3】合成氨反应式如下：
(该反应为可逆反应，等号上反应条件为：“高温高压”，
下为：“催化剂”)[3]
合成氨的主要初始原料可分为固体原料、液体原料和气体原料。如天然气、石脑油、重质油和煤（或焦炭）等【5】。工艺过程①天然气制氨。天然气先经脱硫，然后通过二次转化，再分别经过一氧化碳变换、二氧化碳脱除等工序，得到的氮氢混合气，其中尚含有一氧化碳和二氧化碳约0.10.3体积），经甲烷化作用除去后，制得氢氮摩尔比为3的纯净气，经压缩机压缩而进入氨合成回路，制得产品氨。以石脑油为原料的合成氨生产流程与此流程相似。②重质油制氨。重质油包括各种深度加工所得的渣油，可用部分氧化法制得合成氨原料气，生产过程比天然气蒸气转化法简单，但需要有空气分离装置。空气分离装置制得的氧用于重质油气化，氮作为氨合成原料外，液态氮还用作脱除一氧化碳、甲烷及氩的洗涤剂。③煤（焦炭）制氨。随着石油化工和天然气化工的发展，以煤（焦炭）为原料制取氨的方式在世界上已很少采用。中国能源结构上存在多煤缺油少气的特点，煤炭成为主要的合成氨原料，天然气制氨工艺则受到严格限制。这些原材料都是一些危化品，因此安全管理又是格外重要。产品氨是重要的无机化工产品之一，在国民经济中占有重要地位，其中约有80%氨用来生产化学肥料，20%为其它化工
产品的原料。氨主要用于制造氮肥和复合肥料，例如尿素、硝酸铵、磷酸铵、氯化铵以及各种含氮复合肥，都是以氨为原料的。氨作为工业原料和氨化饲料，用量约占世界产量的1/2。【2】硝酸、各种含氮的无机盐及有机中间体、磺胺药、聚氨酯、聚酰胺纤维和丁腈橡胶等都需直接以氨为原料。液氨常用作制冷剂，贮运商品氨中有一部分是以液态由制造厂运往外地。此外，为保证制造厂内合成氨和氨加工车间之间的供需平衡，防止因短期事故而停产，需设置液氨库。液氨库根据容量大小不同，有不冷冻、半冷冻和全冷冻三种类型。液氨的运输方式有海运、驳船运、管道运、槽车运、卡车运。【6】这些都是需要严格安全监管的部分。 解放前中国只有两家规模不大的合成氨厂，解放后合成氨工业有了迅速发展。1949年全国氮肥产量仅0.6万吨，而1982年达到1021.9万吨，成为世界上产量最高的国家之一。中国引进了一批年产30万吨氮肥的大型化肥厂设备。中国自行设计和建造的上海吴泾化工厂也是年产30万吨氮肥的大型化肥厂。这些化肥厂以天然气、石油、炼油气等为原料，生产中能量损耗低、产量高，技术和设备都很先进【1】。 2006年8月国务院下发了《关于加强节能工作的决定》，要求将“十一五”节能目标逐级分解，落实责任，重点行业主要产品能耗总体要达到或接近本世纪初国际先进水品。为了落实“十一五”节能目标，国家发改委还制定发布了《千家企业节能行动实施方案》，千家企业是指钢铁、有色、煤炭、电力、石油石化、化工、建材、纺织、造纸等九个重点耗能行业规模以上独立核算企业，其中有16.4%的是氮肥企业【4】。由于合成氨是属于高危工艺之一，所使用的原料、催化剂、产品等均具有危险化学品的性质，在化学品的生产、经营、储存、使用以及废弃物处置过程中，如果管理、防护不当，将会损害人体健康，造成财产损失、生态环境污染，因此，对于合成氨的一系列过程要严格重视以及管理。
现结合事故情况详细分析。1）事故概况及经过：2006年5月15日14时38分，浙江省某化学工业公司合成氨厂压缩机爆炸，死亡3人，重伤6人，轻伤10人，经济损失1600万元。是日6时30分，该厂油气化车间2号油气化炉停车检修，下午13时检修完毕投油开炉。14时20分，变换气合格，送7号压缩机，按工序送铜洗工段。14时33分，铜洗气体合格后送合成，当打开配氮阀约5分钟后，合成车间即发生爆炸着火。爆炸的主要部位在7号压缩机的主铺机和
（1）油气化充氮与合成配氮应分别由二条总管送气，同一台氮压缩机不得同时向一条总管供气。
（2）为了保证合成氮气质量，在合成配氮管装微量氧自动分析仪和压力自动调节，控制合成氮管的压力不低于21公斤／平方厘米（表），以防水洗气倒回，重要操作阀门坚持执行操作票制度。
（3）进气化炉高压蒸汽，进变换炉一、二段补充蒸汽管线、气化炉、脱硫、加变的充氮管线等分别加装止逆阀，并对全厂重要岗位的工艺操作规程和安全操作规程进行全面审查、修订。
（4）根据安全检查表制定预防措施。
参考文献
【1】 田伟军，杨春华．合成氨生产：化学工业出版社，2012 【2】 哈伯法合成氨 ．百度百科[引用日期2015-01-13]
【4】 李平辉，田伟军.合成氨原料气生产.化学工业出版社，2009,10 【5】化学反应条件的优化-工业合成氨 科学网[引用日期2015-01-13] 【6】田伟军，杨春华．合成氨生产：化学工业出版社，2012
【7】化学反应条件的优化-工业合成氨 ．科学网[引用日期2015-01-13]
本科毕业设计（论文）
题目合成氨反应安全分析评价
学院化学与材料工程学院 年级13级专业安全工程 班级安全工程13学号学生姓名徐凯 指导教师职称 论文提交日期
基于合成氨反应的安全分析评价
摘 要
本文首先对合成氨工艺的定义、意义、研究重点、研究状况进行了介绍；并介绍了关于合成氨反应的相关安全、危险性的分析。然后通过结合具体的合成氨事故情况，分析、认识合成氨反应。最后通过安全检查表的形式表现分析的结果。
关键词：合成氨事故预防工艺安全管理
目录
1. 引言„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1
1.1 --------的国内外研究现状„„„„„„„„„„„„„„„„„2 1.2 --------研究的目的和意义„„„„„„„„„„„„„„„„„7
2. -----反应概述„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„9 3. -----评价概述„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„9 4. --反应--分析评价„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„9
„„
结语„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„104 参考文献„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„106
合成氨指由氮和氢在高温高压和催化剂存在下直接合成的氨，为一种基本无机化工流程。关于合成氨，肥料的三要素是氮、磷、钾。但是要制造氮肥却很困难，过去只能利用天然途径。后来随着有机农业的兴起，人们利用细菌吸收空气
中的氮，以变换成氨与有机氮来制造肥料。但这仍不能摆脱天然途径。于是，科学家们开始研究用人工方法大规模地固定空气中的氮。19世纪末期，德国人、威廉皇家研究所的化学家哈伯(F．Heber，1868－1934)首先获得成功。氮气占大气成分的80%，但它极不活跃，总是处于气态，而成不了固态。这样，处于气态的氮就不能成为肥料。哈伯在1905年通过热力学理论探讨和实验得到结论：“氨可能在数十兆帕下，在较低的温度条件下产生。”根据这一论断，德国巴登苯胺和纯碱制造公司(BASF)开始进行研制。首先向焦炭中通入水蒸气，产生水煤气，再使水煤气中的一氧化碳与水蒸气反应得到了氢和氮的混合气体。这之后，又解决了利用高压合成塔使混合气体在高达20265干帕下进行反应的工艺，以及用氧化铁为催化剂加快反应速度这两个关键问题。德国接收了合成氨专利权，分别制出了合成氨系列装置。上述成果是哈伯的基础理论研究、克虏伯公司的高压塔制造技术和以染料工业为代表的德国高水平化学工业技术三结合的产物。【3】合成氨反应式如下：
(该反应为可逆反应，等号上反应条件为：“高温高压”，
下为：“催化剂”)[3]
合成氨的主要初始原料可分为固体原料、液体原料和气体原料。如天然气、石脑油、重质油和煤（或焦炭）等【5】。工艺过程①天然气制氨。天然气先经脱硫，然后通过二次转化，再分别经过一氧化碳变换、二氧化碳脱除等工序，得到的氮氢混合气，其中尚含有一氧化碳和二氧化碳约0.10.3体积），经甲烷化作用除去后，制得氢氮摩尔比为3的纯净气，经压缩机压缩而进入氨合成回路，制得产品氨。以石脑油为原料的合成氨生产流程与此流程相似。②重质油制氨。重质油包括各种深度加工所得的渣油，可用部分氧化法制得合成氨原料气，生产过程比天然气蒸气转化法简单，但需要有空气分离装置。空气分离装置制得的氧用于重质油气化，氮作为氨合成原料外，液态氮还用作脱除一氧化碳、甲烷及氩的洗涤剂。③煤（焦炭）制氨。随着石油化工和天然气化工的发展，以煤（焦炭）为原料制取氨的方式在世界上已很少采用。中国能源结构上存在多煤缺油少气的特点，煤炭成为主要的合成氨原料，天然气制氨工艺则受到严格限制。这些原材料都是一些危化品，因此安全管理又是格外重要。产品氨是重要的无机化工产品之一，在国民经济中占有重要地位，其中约有80%氨用来生产化学肥料，20%为其它化工
产品的原料。氨主要用于制造氮肥和复合肥料，例如尿素、硝酸铵、磷酸铵、氯化铵以及各种含氮复合肥，都是以氨为原料的。氨作为工业原料和氨化饲料，用量约占世界产量的1/2。【2】硝酸、各种含氮的无机盐及有机中间体、磺胺药、聚氨酯、聚酰胺纤维和丁腈橡胶等都需直接以氨为原料。液氨常用作制冷剂，贮运商品氨中有一部分是以液态由制造厂运往外地。此外，为保证制造厂内合成氨和氨加工车间之间的供需平衡，防止因短期事故而停产，需设置液氨库。液氨库根据容量大小不同，有不冷冻、半冷冻和全冷冻三种类型。液氨的运输方式有海运、驳船运、管道运、槽车运、卡车运。【6】这些都是需要严格安全监管的部分。 解放前中国只有两家规模不大的合成氨厂，解放后合成氨工业有了迅速发展。1949年全国氮肥产量仅0.6万吨，而1982年达到1021.9万吨，成为世界上产量最高的国家之一。中国引进了一批年产30万吨氮肥的大型化肥厂设备。中国自行设计和建造的上海吴泾化工厂也是年产30万吨氮肥的大型化肥厂。这些化肥厂以天然气、石油、炼油气等为原料，生产中能量损耗低、产量高，技术和设备都很先进【1】。 2006年8月国务院下发了《关于加强节能工作的决定》，要求将“十一五”节能目标逐级分解，落实责任，重点行业主要产品能耗总体要达到或接近本世纪初国际先进水品。为了落实“十一五”节能目标，国家发改委还制定发布了《千家企业节能行动实施方案》，千家企业是指钢铁、有色、煤炭、电力、石油石化、化工、建材、纺织、造纸等九个重点耗能行业规模以上独立核算企业，其中有16.4%的是氮肥企业【4】。由于合成氨是属于高危工艺之一，所使用的原料、催化剂、产品等均具有危险化学品的性质，在化学品的生产、经营、储存、使用以及废弃物处置过程中，如果管理、防护不当，将会损害人体健康，造成财产损失、生态环境污染，因此，对于合成氨的一系列过程要严格重视以及管理。
现结合事故情况详细分析。1）事故概况及经过：2006年5月15日14时38分，浙江省某化学工业公司合成氨厂压缩机爆炸，死亡3人，重伤6人，轻伤10人，经济损失1600万元。是日6时30分，该厂油气化车间2号油气化炉停车检修，下午13时检修完毕投油开炉。14时20分，变换气合格，送7号压缩机，按工序送铜洗工段。14时33分，铜洗气体合格后送合成，当打开配氮阀约5分钟后，合成车间即发生爆炸着火。爆炸的主要部位在7号压缩机的主铺机和
（1）油气化充氮与合成配氮应分别由二条总管送气，同一台氮压缩机不得同时向一条总管供气。
（2）为了保证合成氮气质量，在合成配氮管装微量氧自动分析仪和压力自动调节，控制合成氮管的压力不低于21公斤／平方厘米（表），以防水洗气倒回，重要操作阀门坚持执行操作票制度。
（3）进气化炉高压蒸汽，进变换炉一、二段补充蒸汽管线、气化炉、脱硫、加变的充氮管线等分别加装止逆阀，并对全厂重要岗位的工艺操作规程和安全操作规程进行全面审查、修订。
（4）根据安全检查表制定预防措施。
参考文献
【1】 田伟军，杨春华．合成氨生产：化学工业出版社，2012 【2】 哈伯法合成氨 ．百度百科[引用日期2015-01-13]
【4】 李平辉，田伟军.合成氨原料气生产.化学工业出版社，2009,10 【5】化学反应条件的优化-工业合成氨 科学网[引用日期2015-01-13] 【6】田伟军，杨春华．合成氨生产：化学工业出版社，2012
【7】化学反应条件的优化-工业合成氨 ．科学网[引用日期2015-01-13]