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1、 本本科科毕毕业业设设计计 （论论文文）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 150713116 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。关键词关键词：合成氨 事故预防 工艺 安全管理目 录1. 引言11.1 -的国内外研究现状21.2 -研究的目的和意义72.
2、 -反应概述93. -评价概述94. -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(FHeber，18681934)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
3、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
4、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。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
5、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。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
6、，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
7、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
8、.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
9、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 3 号铜液塔附近的设备管道，7 号压缩机的辅助设备一段回收管、一段缸、一段出口缓冲器、一段出口水冷器、二段进口缓冲器、二段出口缓冲器、二段出口油水分离器和 3 号铜液塔进气管三通等 8 处都有爆裂口。另外，由于爆炸的影响，气体外泄，使 TD 总管、3 号铜液塔顶部和底部、2 号碱液塔下部、6号压缩机进口水封槽等 15 处着火燃烧。7 号压缩机一段缸为爆炸中心遭到严重损坏，一段气体出口阀腔、阀腔外壳西侧大部炸飞，其中一
10、气阀阀座炸飞后击穿厂房屋面板飞出室外，一块重约 30 千克的缸体碎片飞离原位 87 米，一段出口缓冲器和二段进出口缓冲器全部炸碎，一段出口水冷器外壳及二段油水分离器等均被炸坏。6 号压缩机一段水封槽体被碎片击破，破洞直径约 400 毫米。8号压缩机二段油水分离器筒体受碎片撞击，打成深 40 毫米，直径为 200 毫米的凹坑。 3 号铜液塔由于内部发生爆炸，塔体下部外径胀大了 735 毫米，塑性变形达 67，爆炸冲力将塔顶盖掀动，缝隙达 10 至 30 毫米。铜液塔顶部操作平台有一块重 26 干克的方形盖板，被炸飞离塔顶远达 100 米塔体从框架坠落，陷入地下 1 米多深，铜液塔气体进口连接高压
11、焊接三通被炸飞一块。合成车间主厂房、铜洗厂房以及框架、配电室等建筑物均遭不同程度的破坏，电气仪表装置大部分被烧坏或震坏，门窗、玻璃、石棉瓦等几乎全部被毁。爆炸波及范围半径为 150 至 200 米，在这半径范围内各建筑物的门窗玻璃均有不同程度的损坏。2）事故原因分析：根据当时情况和记录表明，水洗气中含氧量超标，高达5115（正常生产要求低于 02） ，形成了爆炸性混合气体而引起爆炸。造成水洗气中混入氧气的主要原因是在 2 号油气化炉停车检修完毕后，进行最后一次充氮，准备投油时，当班操作人员忘记关掉气化炉上 32 毫米和 40 毫米两只充氮阀门，造成氧蒸汽倒入氮气总管。当合成车间合成工段打开配氮
12、阀后，使氧气进入水洗系统及 7 号压缩机，因而导致系统爆炸事故。3）安全检查表：序号检查项目检查项目依 据检查 情况实际 结果备注1厂长、技术科长、车间主任、 班组长的责任制2专职安全人员的岗位责任3操作工的生产安全与完成情 况4建立、健 全岗位安 全生产责 任制外来人员的安全注意职责5合成氨工艺的流程标准6各个车间附加项目的流程标 准7合成氨工 艺工艺的持续改进8合成氨设备的维护检查9管道线路的安全检查10阀门管件开关的灵活、灵敏、 泄露等情况的检查11温度、压力等物理因素的控 制12各类仪表状态的管理13设备工件各种报警器的管理14合成氨原料的储存15合成氨催化剂的储存16合成氨过程其他物
13、质的管理17储存合成氨产物的管理18厂内机动车辆的管理、检修19运输外来运输车辆的管理20危险源各类危险源的辨识控制21安全管理人员的持续安全教 育22操作人员上岗前的岗位培训23安全监督人员的控制检查24安全教育安全管理人员的现场监察25作业场所的安全尺寸26防火防爆防毒设施的配备27作业场所操作人员的防护装备28应急救援方案的制定与实施29应急救援 措施危化品应急预案的制定与实施30应急救援设施的配备31其他通风管理32防火静电设施4）防止同类事故的措施 （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
14、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
