浅谈合成氨生产过程的危险性

浅谈合成氨生产过程的危险性
摘要：近年来，煤气化技术得到了飞速发展，包括干粉煤、水煤浆以及碎煤
加压气化技术均取得了很大的进展。

水煤浆气化法合成氨工艺也日益成熟，该工
艺包括煤浆制备、气化、氨合成等多个工序，涉及了氢气、一氧化碳、氨等易燃
易爆有毒有害的物质，并且部分工序的操作条件要求比较苛刻，识别水煤浆气化
法各工序的危险性是保证合成氨安全生产的前提，生产企业应予以重视。

关键词：合成氨；生产过程；危险性
引言
在供给侧改革的基础上，综合实力和经济实力都有了长足的进步，推动了我
国化工产品的发展。

当前，对化学制品的需求是市场经济发展的必然要求。

因此，在工业中发展合成氨生产技术显得尤为重要。

然而，目前我国合成氨生产过程中
存在着许多问题，其中包括能耗问题最主要的就是安全问题。

如何改进现代化的
合成氨生产技术，一直是人们普遍关心的问题。

在工业中，合成氨技术的进一步
发展，要求进一步完善其技术指标，完善生产设备，完善生产工艺，强化安全管理，以实现合成氨生产工艺的安稳长满优运行。

我国合成氨的主要原材料来自原油，但由于我国原油资源日益枯竭，需要对上游的合成氨进行替代，以降低能耗，进而实现对社会生态的优化。

1我国合成氨工艺技术的现状
水煤浆制气工艺采用先进的水煤浆气化、耐硫变换、低温甲醇洗、制酸。

多
喷嘴对置式水煤浆气化分为煤浆制备、气化、渣水处理三个工序，煤浆制备送来
的煤浆与高压氧气经烧嘴喷入气化炉，在1350℃下反应，产生的粗煤气经水洗塔
洗涤后送净化系统。

气化来的粗煤气依次经宽温耐硫变换、低温甲醇洗、液氮洗
精制的1：3氮氢气送往合成氨装置，经催化剂的催化作用，化学反应生成氨，
经冷凝分离后得到产品液氨供尿素使用，甲醇洗产生纯度为98.5%的二氧化碳气
供尿素使用。

硫回收采用上海科洋工艺包处理酸性气副产97.5%浓硫酸。

合成氨
工业是我国化学工业的基础之一，也是生产尿素的原料，在如今耕地面积日益减少、恶劣天气日益增多的情况下，保证合成氨装置安全稳定运行，有序提供尿素
生产所需原料，是保证粮食安全的一项重要举措。

且合成氨企业投资大，链条厂，解决就业量大，因此，作为合成氨生产企业，应将安全作为一切的基础，在安全
投入上做到应投尽投，在安全管理上要做到全面危害因素辨识，严格过程监督管控，以确保实现合成氨企业长周期安全稳定运行。

就是合成氨工业。

，合成氨工
业的重点，就是能源的使用问题。

而人们生活水平的提升，对粮食有着旺盛的需求。

但随着不断增加的化肥使用量，使合成氨工业超负荷工作。

但在当前有限的
技术水平制约下，在合成氨生产中，因为要将大量的能源消耗掉，所以也必然会
有大量有害气体产生。

据相关调查资料显示，在社会总能耗中，合成氨工业生产
所使用的能源占到 3%。

在排放的过程中，会严重危害到我国的环境，阻碍了我
国能源事业的发展，也不利于人体健康。

这些问题己经成为了合成氨工业的顽疾。

为此，我国合成氨工业改善的重点，就是节能减排。

对工业布局及时调整，加大
技能减排工作的研究。

在今后的工作中，我们应从设备管理和生产技术等多方面，做好节能减排工作。

2火灾爆炸
2.1主要生产装置
该工艺涉及的化学品中，氢气、一氧化碳、水煤气、氨等均为易燃、易爆物质。

(1)该类物质输送、转移等操作中，当流速过快或落差较大，控制不当可导
致静电积聚;若设备、管线导除静电装置不完善，可造成放电，引起燃烧或爆炸。

(2)生产过程中在进料之前及设备检修，需要对管道和设备进行吹扫，管道残留
气体多属于高度易燃气体，泄漏后遇明火、高热能引起燃烧爆炸。

(3)气化单元、变换、合成单元如控制、联锁等保护措施失灵，出现各物料量不稳定，进而引发
系统失控。

气化与合成单元存在较高的火灾爆炸危险，一旦失控，后果会非常严重。

因此需要采取严密的安全防护措施，有效控制事故。

气化单元、变换、合成
单元反应温度很高，反应过程中会放出大量的热，若由于撤热不及时而导致热量
聚集，将会引发重大事故。

(4)涉及的原料(煤)和副产品(硫磺)具有可燃性，其
火灾危险性为丙类，遇明火等点火源可发生燃烧，引起火灾事故。

2.2原料气制备
合成氨制气采用四喷嘴水煤浆加压气化工艺，水煤浆与纯度在99.6%以上的
氧气在在气化炉反应，生产CO+H2浓度在82%以上的高压、高温可燃气体，煤气
泄露是造成安全危害的重要因素。

煤气泄露的原因及危害主要有：（1）煤气设
备和管道发生破损，由于系统压力突然升高, 可能会造成跑煤气现象从而导致操
作人员煤气中毒。

（2）管道连接处、阀门处密封不严密,煤气泄漏有可能导致中
毒事故。

（3）放散系统及燃烧放散管,遇煤气压力波动及自然气候的低气压天气, 煤气放散管因故障熄灭,未能及时发现(排除)隐患, 可能引起煤气放散下风侧多
人中毒的重大伤亡事故。

（4）气化炉的原料煤在输送过程中会对管道、设备产
生磨蚀造成泄漏。

（5）气化炉是化学反应容器，如果气化炉长期超期使用而不
进行及时必要的维护和检测时，则气化炉在长期超期使用过程中可能因炉体及相
关的设备、仪表的受损而导致气化炉在出现问题时反应不出来而继续使用，有导
致气化炉发生爆裂和爆炸的危险。

2.23原料气净化
对粗原料气进行净化处理。

原料气的净化是氨合成生产的重要环节，也是比
较复杂的环节，此环节包括变换过程、脱硫脱碳低温甲醇洗过程和气体精制过程
液氮洗，以下对各个环节进行具体分析。

(1)一氧化碳变换。

在煤气化生成的原
料气中，一氧化碳占有较大比重，在合成氨工艺中需要使一氧化碳与水蒸气反应
转换成二氧化碳和氢气，从而将难以脱除的一氧化碳转化为容易脱除的二氧化碳，并且提高有效气体氢气的含量。

变换反应在变换炉中进行，变换炉的操作条件为
高温、高压，高温、高压气体物料从设备管线泄漏时会迅速膨胀与空气混合形成
爆炸性混合物，遇到明火或因高流速物料与裂（喷）口处摩擦产生静电火花引起
着火和空间爆炸。

一氧化碳变换工序是工业过程中耗能最大的工序之一，所以，
工业过程中要降低本工序能耗是解决资源浪费的关键步骤。

（2）原料气脱硫脱
碳过程低温甲醇洗。

进入和出该装置的气体中，氢气含量都是较高，因此设备、
管道及附件发生泄漏时，遇空气很容易形成爆炸性混合物，遇点火源引起着火爆炸；该装置的设备中高低压同时存在，并且相互串联，如果操作不当或阀门等内漏、控制仪表失灵，一旦高压气体串入低压系统，则容易发生设备爆炸。

1、低
温甲醇洗装置的塔、罐及换热器等设备一般在-20℃～-70℃温度范围内操作，且
承受一定的压力，属于具有冷脆破坏危险性的低温压力容器。

2、甲醇循环操作
过程中，由于介质为危险物质，或常伴有切液操作，控制不当，在排液过程中有
可能将甲醇排出，成为火灾爆炸的的隐患。

3、由于操作失误或者设备缺陷，使
设备、生产系统含氧量超过规定指标时，引起过氧爆炸。

脱碳工序是合成氨工艺
流程中的重要环节，脱碳主要方法有物理吸收法和化学吸收法两种。

这个环节是
为了防止氨合成催化剂中毒现象的发生，在脱碳工序中重要的是二氧化碳的回收
和利用，因为二氧化碳可以制造制造尿素、纯碱、碳酸氢铵，所以对于二氧化碳
的回收利用既可以节约资源，又可以保护环境。

其次是是脱硫工序。

工业脱硫方
法有干法脱硫或湿法脱硫两种方法。

干法脱硫是用固体脱硫剂，脱硫效果好但是
脱硫剂再生困难，常用于精脱硫。

而湿法脱硫是用溶液脱硫，优点是再生容易，
常用于粗脱硫。

（3）原料气精制原料气的精制主要是精炼脱硫脱碳后原料气中
残余的杂质，这些杂质成分包括少量的一氧化碳、二氧化碳和水等，以保护氨合
成的催化剂。

原料气的精制有多种方法，其中通常使用的方法有铜氨液吸收法、
甲烷化法和深冷液氮洗涤法等。

（3）液氮洗。

进入和出该装置的气体中，可燃
气体含量较高，因此设备、管道及附件发生泄漏时，遇空气很容易形成爆炸性混
合物，遇点火源引起着火爆炸。

2.34脱硫氨合成和冷冻
合成系统由合成塔、水加热器、热交换器、冷交换器、水冷器、氨冷器、氨
分离器等高压设备组成，是装置中高压设备集中的区域。

涉及的主要介质为H2、
N2和NH3。

合成工段在合成氨生产中是最后一道工序，该工段最大的特点是温度高、压力高，爆炸性气体浓度高，高低压并存相通，产品氨具有毒性和冷冻作用。

易发生火灾、爆炸、急性中毒事故。

2.5硫回收
硫回收装置易引发腐蚀、火灾爆炸、泄漏与环境污染。

（1）生产过程中因
设备、管道腐蚀或其它故障而致使硫酸泄漏时，硫酸与可燃物接触会引起燃烧，
遇电石、金属粉末等接触能发生爆炸或着火。

在硫酸容器的检修过程中，设备内
残余的浓硫酸会吸收空气中的水分而稀释，继而腐蚀钢材并放出氢气，当氢气浓
度达到爆炸极限时会引发爆炸。

这类事故即使在近年也屡有发生。

如果控制不当
或发生设备故障，废热锅炉以及其它压力容器存在超压爆炸的危险。

（2）化学
灼伤是硫酸生产中常见的危险。

如果有关设备、管道发生腐蚀或存在缺陷导致硫
酸泄漏，与之接触会造成化学灼伤。

(1)在脱硫塔中用脱硫剂溶液与半水煤气进行逆流接触，硫化氢被脱除，操
作中应注意脱硫塔液位，严防抽空，吸入空气时有发生火灾爆炸的危险。

(2)硫
化氢腐蚀性较强，硫化氢爆炸极限比较宽，体积分数为4．0%～46%，在脱硫时设
备设施发生气体泄漏，易形成爆炸性混合物，避雷设施不能有效覆盖或避雷引下
线接地电阻超标，遭雷击，有引发火灾爆炸的危险。

(3)脱硫液管道，没有止回
阀和止逆水封，当风机出现故障突发停车，存在空气倒压进入半水煤气形成爆炸
性气体，易发生火灾爆炸危险。

3合成氨储存及安全培训工作
3.1合理规划存储位置
储存危险化学品的装置应严格按照国家相关规定来进行，应将设施远离人员
密集区域。

例如公园、商业区、居住区、学校、医院等地，还需远离水厂，交通
干线、铁路、机场、通信枢纽等地，除此之外，需远离军事区域。

所以，在存储
液氨时，需要结合周围地区自然环境与社会环境，确保存储更加规范。

还应考虑
火灾隐患等因素，尽可能将装卸液氨、存储液氨的区域设置在厂区周围，小频风
上方位置最佳。

例如生产电解金属锰之前，先将锰粉浸泡在硫酸中，从而能够产
生更多的硫酸锰，在其中加入液氨，此时会发生中和反应，再经过过滤、电解、
最终产生金属锰产品。

另外，生产期间会有大量的工作人员，因此，需对液氨储
存位置加以重视，否则液氨在使用时会由于存储不当发生损坏，引发泄漏，以此
发生安全事故。

3.2加强企业职工安全培训
在合成氨生产企业中，安全教育培训工作是规范管理工作的核心，是合成氨
企业进行安全教育的重要途径，因此，在实际进行合成氨安全教育培训工作之前，先开展合成氨生产培训工作，结合实际情况有针对性地进行培训，在实际培训期
间，还要制定考核计划，通过考核的工作人员才能够进行生产与管理；企业新入
职员工应积极开展岗前培训工作，由于化工生产过程中涉及不同性质的化学品，
其具有易燃、易爆等特点，因此，必须进行安全教育，培训后的工作人员不仅能
够提高自身安全防范意识，而且能够提高自身的专业技术水平。

另外，在实际开
展培训工作时，开展具有针对性的培训工作，有助于企业整体管理水平的提高。

3.3安全仪表系统的维护要点
3.3.1 保证安全仪表系统的使用周期
(1) 要做好安全仪表系统的维护工作，利用科学的实验手段为系统运行提供
数据保障，确保系统运行的可靠性。

(2) 要利用科学的测试及实验明确系统仪表
可使用时间，保证安全仪表系统在规定时间内使用，确保其安全性。

(3) 维护人
员通过对安全仪表使用周期的精心管理维护，可以延长其使用年限，保障装置的
安全稳定运行。

3.3.2增强维护水平、完善检测工作
安全仪表维护水平的提升有赖于维护人员的专业能力，维护人员需要具备工
艺生产知识，同时准确掌握各类安全仪表及控制系统性能，这样才能在技术层面
提高安全仪表维护水平。

另外维护人员还需具有较高的职业道德水平和良好的责
任意识，能对安全仪表维护检测做到仔细认真，保障其符合相关标准要求。

最后，维护人员需对应用于合成氨装置中的安全仪表进行周期性检修调试，技术人员也
需对安全仪表做出正确的选择，这样才能双向保障安全质量。

3.3.3 控制系统硬件预防性维护
第一，运行环境。

机柜室内卫生每两个月打扫一次，确保卫生满足要求；防
鼠检查、封堵，半年一次；机柜间消防器材、方静电球检查，每月两次；机柜风扇、照明灯检查，每月一次。

第二，系统硬件检查。

系统机架、底板、辅助设备
等表面清扫灰尘，操作站、服务器等主机开箱清扫，半年一次；电源红外线温度
检查，每季度一次；CPU、电源、卡件热成像检查，发热情况是否正常，半年一次；服务器内系统检查，发现报警立即处理，每天一次；卡件、交换机、光电转
换器等冗余设备切换，确保冗余设备完好无损；交换机、三层网防火墙端口状态、串口网络服务器检查，每月一次；现场机柜间检查CPU、卡件、电源灯运行情况
及指示灯是否正常，每周一次；检查DCS 操作网站与服务器、PLC、SIS 等与
DCS 系统是否时钟同步，每季度一次。

结语
合成氨技术是一种特殊的技术，在我们的工作、生活中都是不可或缺的，我
们的合成氨技术虽然在国际上已经很成熟了，产量也在国际上是数一数二的，但
要满足国内的农业和化工的要求，还是要继续发展下去，特别是在全球能源还很
缺乏的情况下，必须要做到最大限度的符合节能减排的理念。

通过技术进步、设
备优化、技术水平的提高，提高企业整体技术水平，促进合成氨生产技术水平的
提高。

参考文献
[1]喻旋.合成氨生产中的危险特性及安全培训研究[J].化工管理，
2020(02):59-60.
[2]马宝元，韩涛涛.浅谈合成氨生产危险因素的分析辨识[J].化工管理，2018(14):158.。