1.1 合成氨生产工艺及其意义

   氨是重要的无机化工产品之一，合成氨工业在国民经济中占有重要地位。除液氨可直接作为肥料外，农业上使用的氮肥，例如尿素、铵、磷酸铵、氯化铵以及各种含氮复合肥，都是以氨为原料的。合成氨是大宗化工产品之一，世界每年合成氨产量已达到1亿吨以上，其中约有80%的氨用来生产化学肥料，20%作为其它化工产品的原料。 我国合成氨装置很多，但合成氨装置的控制水平都比较低，大部分厂家还停留在半自动化水平，靠人工控制的也不少，普遍存在的问题是：能耗大、成本高、流程长，自动控制水平低。这种生产状况下生产的产品成本高，市场竞争力差，因此大部分化肥行业处于低利润甚至处于亏损状态。为了改变这种状态，除了改变比较落后的工艺流程外，实现装置生产过程优化控制是行之有效的方法。

   合成氨生产装置是我国化肥生产的基础，提高整个合成氨生产装置的自动化控制水平，对目前我国化肥行业状况，只有进一步稳定生产降低能耗，才能降低成本，增加效益。而实现合成氨装置的优化是投资少、见效快的有效措施之一。合成氨装置优化控制的意义是提高整个合成氨装置的自动化水平，在现有工艺条件下，发挥优化控制的优势，使整个生产长期运行在最佳状态下，同时，优化系统的应用还能节约原材料消耗，降低能源消耗，提高产品的合格率，增强产品的市场竞争能力。

 1.2 国内外发展情况  

 1.2.1我国合成氨工业发展

   1. 我国合成氨产量虽然已跃居世界第1位，但单系列装臵规模较小。合成氮平均规模为5万t/a，无法适应世界合成氨的发展趋势。据有关资料统计，俄罗斯约有35套合成氨装臵，合成氮平均规模为40万t/a；美国有50多套合成氨装臵，合成氨平均规模30万t/a以上。近年来合成氨装臵大型化是世界合成氨的主流发展趋势，目前世界最大单系列合成氨装臵规模已达130万t/a，该装臵属于FertiNitro公司。FertiNitro公司是委内瑞拉的Pequiven公司、美国的Koch工业公司、意大利的Snamprogett公司以及委内瑞拉的Empresas Polar公司的合资企业，该公司还有1套150万t/a颗粒尿素装臵，产品主要出口美国、墨西哥和中南美诸国。

  2：目前我国化肥生产厂原料组成气、油、煤比例小。大致为14％、22％和65％。由于原料在成本构成中占有很大比重，因此要提高国际市场竞争力，首要的是选用价格较低的原料，不再新建以煤、油为原料的大型合成氨装臵。对现有以天然气为原料的，要保证原料供应，有条件的要进行挖潜改造，提高装臵规模；以油为原料的合成氨装臵要改为以天然气为原料；对于以无烟煤或焦炭为原料，采用固定层间歇气化的中小型厂，有天然气资源的，要改为以天然气为原料，没有天然气资源的，特别是远离原料煤产地的企业，要加快推广富氧连续气化、碎煤或煤粉加压气化技术。

   3：中型合成氨装臵必须进行改造。中型合成氨装臵设备效率低是主要矛盾，技术改造主要是提高设备效率，不要盲目扩大设备能力。我国的中型合成氨装臵基本上都是我国自行设计、自己制造设备建设起来的，国外没有这方面的实践和投入，因此中型合成氨装臵技术改造应以国内技术为主。建议采用 2001年中国氮肥工业协会推荐的新技术、新产品和新设备，这些新技术、新产品和新设备经企业使用证明是有效。

  4：必须压小保大。 我国长期以来对化肥企业实行了多项优惠，特别是对小化肥企业免征，从2002年起国家对小氮肥的尿素生产企业开始征收。2002年全征退50％，2003年全征。这一税收的实行，对小氮肥生产尿素企业来说，则意味着2002年成本增加30－50元/吨（进项税抵消后），2003年开始成本增加80－100元/吨（进项税抵消后）。这说明国家已下决心压小保大，腾出有限的市场空间，净化现有的市场格局。这也是很多工业行业成功的做法。对现有大中型氮肥企业进行资产重组，建立若干个大型化肥企业集团。从地域看，建立几个区域性大型化肥企业集团是可行的，这些产品一致、市场趋同的企业应该探索走联合发展的路子，建立大型化肥企业集团，实现资源最优配臵，以发挥整体优势。而自然淘汰下来的小型合成氨企业可为单一元素基础肥料进行二次加工，生产市场需求的各种专用或多功能肥料化肥，由于自然淘汰下来的小型合成氨企业遍布各地，直接面向市场，可形成化肥加工、销售、服务一条龙系统。

   5：原料占了合成氨生产成本的75%。由于原料来源困难和价格高，一些厂将调整原料结构，有天然气的地方改用天然气为原料，没有天然气的地方改用煤为原料。但煤和天然气也将受国内、国际价格的影响，也不能完全靠一种原料，要保证装臵也`要适用天然气、煤（焦）、轻油和重油等原料。2001年6月以来，打击各地关停后又私开的小煤矿，致使煤炭价格大幅度上涨，到目前为止煤炭价格每吨上涨近百元；另外，我国化肥工业布局存在靠近市场、远离原料产地的现象，加上公路运输禁止超限，原料长距离运输费用增高，拿尿素来说，每吨成本上升至少100元以上。国家对化肥运输实行优惠运价，国家规定的1000千米的尿素运输价为23.4元，加上装卸费合计不到50元／吨，而"西气东输"至上海的输送价为0.884元／m3，每1000千米约为0.21元，每吨尿素消耗的天然气的输送费用为126元／千千米，高于尿素的运输成本。因此，对化肥而言，输气不如输产品，氮肥装臵应建设在天然气资源产地，天然气价格也是制约合成氨项目成败的主要因素之一 。 

三.国外研究概况和发展趋势  

      1：由于世界石油价格的飞涨和深加工技术的进步，国外以天然气、重油、煤作为合成氨 原料结构，并以天然气为主体的格局有了很大的变化。基于装置经济性考虑，轻油和重油 型合成氨装置已经不具备市场竞争能力，绝大多数装置目前已经停车或进行以结构调整为 核心内容的技术改造。其结构调整包括原料结构、品质构调整。由于煤的储量约为天然气 与石油储量总和的10倍，以煤为原料制氨等煤化工及其相关技术的开发再度成为世界技 术开发的热点，煤有可能在未来的合成氨装置原料份额中再次占举足轻重的地位，形成与 天然气共为原料主体的格局。

  2：国际上基本以高浓度化肥为主。而近年来发达国家化肥生产主要以复合肥料为主，英国复合肥料占80％、美国占65％、法国占61％、日本占55％，并正在进一步向多功能、专用化方向发展。因此必须调整下游产品结构，生产部分复合肥料或混配肥料，以适应农业发展的需要。我国氮肥中高浓度的尿素、铵约占56％，低浓度的碳铵、硫酸铵等占40％，复合肥、专用肥比例小，跟不上农业生产对化肥需求的变化。

     参考文献

       [1] 节能新技术在合成氨技术改造中的应用[J]. 娄勇.  化肥工业. 2011(03)

       [2] 固定层煤气发生炉节能降耗的措施[J]. 李俊峰.  广州化工. 2010(12)

       [3] 应用ASPEN模拟氨合成回路的物性方法分析[J]. 解光燕,叶枫,王中博,薛援,丁苏文.  化工进         发展. .2010(S1)

       [4] 氨合成工段过程模拟与优化[J]. 王定标,张荣,向飒,黄莺,陶钧,张飞升.  郑州大学学报(工学  版)        版. 2009(04)

       [5] 在科学发展观的指导下发展煤化工(上)[J]. 潘连生,张瑞和.  上海化工. 2009(09)

       [6] 氨合成回路增产节能技术改造[J]. 吴少鹏.  大氮肥. 2009(03)

       [7] 合成氨行业能耗现状与主要节能途径[J]. 於子方.  小氮肥. 2009(02)

       [8] 中国合成氨生产能源消耗状况及其节能潜力[J]. 曹仑,张卫峰,高力,王利,马文奇,高祥照,张福.         锁.化肥工业. 2008(02)

       [9] 节能型合成氨工艺与技术[J]. 王瑾.  贵州化工. 2008(01)

       [10] 氨合成回路的技术改造[J]. 胡远益.  大氮肥. 2007(05)

 2.1 本课题主要研究的问题

   一、哪种催化剂对促进氨的合成速率影响最大。

   二、找出该催化剂的最适温度和压强。

   三、找出该催化剂在最适条件下的最适装置。

 2.2本课题主要研究方案 

  （1）通过查文献、与老师做实验，在经过大量计算找出最适催化剂和反应条件。

  （2）通过上网咨询有关人士和查找文献找出最适装置。 

2．对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测：

 指导教师：               

     年   月   日

 负责人：               

 年 月 日