一(yi)、裝置(zhi)簡介(jie)
合(he)成氨(an)(an)(an)是(shi)氮肥的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)基礎原(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)(liao)，而(er)氮肥是(shi)農(nong)業生(sheng)產(chan)不可(ke)或缺的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)產(chan)資料(liao)(liao)(liao)(liao)。氨(an)(an)(an)是(shi)重(zhong)(zhong)(zhong)要(yao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)化工(gong)(gong)(gong)原(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)(liao)，通過(guo)與不同(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)元素化合(he)可(ke)以(yi)(yi)生(sheng)產(chan)胺(an)（重(zhong)(zhong)(zhong)要(yao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)有機化工(gong)(gong)(gong)原(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)(liao)）、苯胺(an)（重(zhong)(zhong)(zhong)要(yao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)染料(liao)(liao)(liao)(liao)原(yuan)(yuan)(yuan)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)）、酞胺(an)（重(zhong)(zhong)(zhong)要(yao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)抗生(sheng)素原(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)(liao)）、硝酸（重(zhong)(zhong)(zhong)要(yao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)軍(jun)事工(gong)(gong)(gong)業原(yuan)(yuan)(yuan)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)）等(deng)。在合(he)成的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)產(chan)過(guo)程中，其(qi)副產(chan)品(pin)(pin)如一(yi)(yi)氧化碳、硫等(deng)也可(ke)成為其(qi)他化工(gong)(gong)(gong)產(chan)品(pin)(pin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)(yuan)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)。簡單地說(shuo)，合(he)成氨(an)(an)(an)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)產(chan)原(yuan)(yuan)(yuan)理就是(shi)把氮氣(qi)(qi)和(he)(he)氫氣(qi)(qi)按一(yi)(yi)定比例混合(he)組成的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)(liao)氣(qi)(qi)，在一(yi)(yi)定的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)溫度(du)、壓力條(tiao)件(jian)和(he)(he)催化劑作用下進(jin)行化合(he)而(er)成。根據采(cai)用的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)(liao)不同(tong)(tong)以(yi)(yi)及采(cai)用的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)合(he)成方法(fa)不同(tong)(tong)，合(he)成氨(an)(an)(an)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)產(chan)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)有很(hen)多種(zhong)。就目(mu)(mu)前的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)大型合(he)成氨(an)(an)(an)裝置所采(cai)用的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)(yuan)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)來(lai)源來(lai)說(shuo)，有氣(qi)(qi)體原(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)(liao)（包(bao)(bao)括天(tian)然(ran)氣(qi)(qi)、煉廠干氣(qi)(qi)等(deng)）、液體原(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)(liao)（包(bao)(bao)括輕質液態烴和(he)(he)重(zhong)(zhong)(zhong)質液態烴）、固體原(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)(liao)（例如煤(mei)）。就合(he)成工(gong)(gong)(gong)藝(yi)來(lai)說(shuo)，目(mu)(mu)前常用的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)有Topsoe 工(gong)(gong)(gong)藝(yi)、Braun 工(gong)(gong)(gong)藝(yi)、ICI工(gong)(gong)(gong)藝(yi)等(deng)。不同(tong)(tong)類型的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)(yuan)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)和(he)(he)不同(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)產(chan)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)，采(cai)用的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)產(chan)流程和(he)(he)生(sheng)產(chan)參數有較大的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)差別(bie)。這里以(yi)(yi)氣(qi)(qi)體原(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)(liao)＋Braun工(gong)(gong)(gong)藝(yi)為例介紹。
二、典型合(he)成氨(an)裝置(zhi)的工藝及(ji)特點(dian)
以燃料(liao)氣為(wei)原(yuan)料(liao)的合成氨工藝，主要(yao)分(fen)為(wei)脫硫、轉化、變換(huan)、凈(jing)化、壓縮與(yu)合成、冷凍共六個環節。
1. 脫硫
由于(yu)硫(liu)(liu)(liu)(liu)對后續(xu)工(gong)序中(zhong)的(de)催化(hua)(hua)劑有(you)害，因此對原料(liao)氣(qi)進(jin)行脫(tuo)硫(liu)(liu)(liu)(liu)的(de)目的(de)是(shi)將原料(liao)氣(qi)中(zhong)的(de)硫(liu)(liu)(liu)(liu)含量脫(tuo)除(chu)至一定含量以下(xia)。原料(liao)氣(qi)先經(jing)過(guo)壓(ya)縮(suo)機加(jia)壓(ya)，然后逐步換熱進(jin)入(ru)加(jia)氫轉化(hua)(hua)器，在催化(hua)(hua)劑的(de)作用下(xia)原料(liao)氣(qi)中(zhong)的(de)各種有(you)機硫(liu)(liu)(liu)(liu)與氫氣(qi)反(fan)應生(sheng)成硫(liu)(liu)(liu)(liu)化(hua)(hua)氫，然后進(jin)入(ru)脫(tuo)硫(liu)(liu)(liu)(liu)槽(cao)內通過(guo)氧化(hua)(hua)鋅將硫(liu)(liu)(liu)(liu)化(hua)(hua)氫脫(tuo)除(chu)。
2. 轉化
轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)就是將(jiang)烴類氣(qi)(qi)體與(yu)(yu)水蒸氣(qi)(qi)、空氣(qi)(qi)（為合(he)成氣(qi)(qi)提供氮），在一定(ding)的(de)(de)(de)條(tiao)件下化(hua)(hua)(hua)合(he)生成氫氣(qi)(qi)、氮氣(qi)(qi)、一氧化(hua)(hua)(hua)碳、二(er)氧化(hua)(hua)(hua)碳等混合(he)氣(qi)(qi)體的(de)(de)(de)過程(cheng)。其中，混合(he)氣(qi)(qi)體中會殘留(liu)甲(jia)烷不(bu)凝氣(qi)(qi)。常用(yong)的(de)(de)(de)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)方(fang)法（美國凱洛格法）分為兩段(duan)(duan)(duan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)，分別(bie)為蒸汽(qi)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)和部分氧化(hua)(hua)(hua)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)。典型(xing)的(de)(de)(de)合(he)成氨轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)工(gong)(gong)序的(de)(de)(de)工(gong)(gong)藝流(liu)(liu)程(cheng)如圖2.32所示。脫硫后的(de)(de)(de)氣(qi)(qi)態烴與(yu)(yu)中壓蒸汽(qi)混合(he)，進入(ru)一段(duan)(duan)(duan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)爐(lu)預熱段(duan)(duan)(duan)加熱，然后進入(ru)輻射(she)段(duan)(duan)(duan)，在催化(hua)(hua)(hua)劑(ji)的(de)(de)(de)作用(yong)下進行轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)反(fan)應(ying)。一段(duan)(duan)(duan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)的(de)(de)(de)反(fan)應(ying)流(liu)(liu)出物中含殘存甲(jia)烷，需要進一步(bu)進行轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)，即將(jiang)一段(duan)(duan)(duan)反(fan)應(ying)流(liu)(liu)出物引入(ru)二(er)段(duan)(duan)(duan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)爐(lu)，與(yu)(yu)空氣(qi)(qi)和蒸汽(qi)的(de)(de)(de)混合(he)物在二(er)段(duan)(duan)(duan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)爐(lu)內燃燒，進一步(bu)將(jiang)甲(jia)烷脫除。三段(duan)(duan)(duan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)爐(lu)的(de)(de)(de)反(fan)應(ying)流(liu)(liu)出物先進入(ru)廢(fei)熱鍋爐(lu)，副產蒸汽(qi)，然后逐漸冷卻(que)送到變換工(gong)(gong)序。
3. 變換
變(bian)(bian)換(huan)的(de)(de)目的(de)(de)是將(jiang)轉化(hua)(hua)后(hou)的(de)(de)反應流出(chu)物（粗(cu)原料(liao)氣）中的(de)(de)一氧(yang)化(hua)(hua)碳與(yu)水蒸氣進(jin)行(xing)反應，以達到(dao)把一氧(yang)化(hua)(hua)碳變(bian)(bian)換(huan)成二(er)氧(yang)化(hua)(hua)碳并進(jin)行(xing)脫除。常(chang)用的(de)(de)變(bian)(bian)換(huan)工藝是將(jiang)來(lai)自轉化(hua)(hua)工序的(de)(de)粗(cu)原料(liao)，與(yu)中壓(ya)蒸汽混合后(hou)進(jin)入(ru)高溫(wen)變(bian)(bian)換(huan)爐(lu)并在催化(hua)(hua)劑的(de)(de)作用下(xia)進(jin)行(xing)變(bian)(bian)換(huan)，進(jin)入(ru)低(di)溫(wen)變(bian)(bian)換(huan)爐(lu)做進(jin)一步(bu)變(bian)(bian)換(huan)。
4. 凈化
凈化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)的(de)(de)目(mu)的(de)(de)是脫(tuo)(tuo)(tuo)除粗原(yuan)(yuan)料(liao)氣(qi)(qi)(qi)中(zhong)(zhong)的(de)(de)二(er)(er)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)，并使其(qi)一(yi)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)和(he)(he)二(er)(er)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)的(de)(de)總含量(liang)降低。凈化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)通(tong)常(chang)分兩(liang)步進(jin)行。第(di)一(yi)步是采(cai)用吸收解(jie)吸的(de)(de)方(fang)法(fa)（例(li)如，苯菲(fei)爾溶液吸收法(fa)）脫(tuo)(tuo)(tuo)除大量(liang)的(de)(de)二(er)(er)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)，此工(gong)藝(yi)過(guo)程也(ye)常(chang)稱(cheng)為(wei)(wei)脫(tuo)(tuo)(tuo)碳(tan)。由于一(yi)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)和(he)(he)二(er)(er)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)會造(zao)成(cheng)(cheng)合成(cheng)(cheng)氨催化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)劑的(de)(de)中(zhong)(zhong)毒，所(suo)以還需要第(di)二(er)(er)步，即利用甲(jia)烷化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)的(de)(de)方(fang)法(fa)進(jin)一(yi)步對粗原(yuan)(yuan)料(liao)氣(qi)(qi)(qi)中(zhong)(zhong)的(de)(de)二(er)(er)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)和(he)(he)一(yi)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)進(jin)行脫(tuo)(tuo)(tuo)除。此工(gong)藝(yi)過(guo)程也(ye)常(chang)稱(cheng)為(wei)(wei)甲(jia)烷化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)過(guo)程。第(di)一(yi)步凈化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)工(gong)藝(yi)類似于煉油裝置(zhi)的(de)(de)酸(suan)性(xing)水汽提，其(qi)工(gong)藝(yi)流程示(shi)意圖如圖2.33所(suo)示(shi)。解(jie)吸出來的(de)(de)二(er)(er)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)將作(zuo)為(wei)(wei)尿素(su)裝置(zhi)的(de)(de)原(yuan)(yuan)料(liao)送到(dao)尿素(su)生產裝置(zhi)。第(di)二(er)(er)步凈化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)是利用一(yi)定的(de)(de)工(gong)藝(yi)條件（壓(ya)力(li)取(qu)決于凈化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)壓(ya)力(li)），并在催化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)劑的(de)(de)作(zuo)用下使原(yuan)(yuan)料(liao)氣(qi)(qi)(qi)中(zhong)(zhong)的(de)(de)一(yi)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)和(he)(he)二(er)(er)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)與氫氣(qi)(qi)(qi)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)合成(cheng)(cheng)甲(jia)烷，從而達到(dao)脫(tuo)(tuo)(tuo)除一(yi)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)和(he)(he)二(er)(er)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)的(de)(de)目(mu)的(de)(de)。
5. 壓(ya)縮與(yu)合成
凈化(hua)后的(de)(de)(de)(de)原料(liao)氣(qi)在高(gao)溫、高(gao)壓(ya)(ya)條件和(he)(he)催化(hua)劑的(de)(de)(de)(de)作(zuo)用下化(hua)合(he)(he)(he)成(cheng)氨(an)氣(qi)。典型的(de)(de)(de)(de)氨(an)合(he)(he)(he)成(cheng)工藝流程示(shi)意(yi)圖如(ru)圖2.34所(suo)示(shi)。原料(liao)氣(qi)經(jing)壓(ya)(ya)縮機一(yi)級壓(ya)(ya)縮后，再(zai)與循(xun)環氣(qi)匯合(he)(he)(he)進(jin)行二級壓(ya)(ya)縮。經(jing)逐次(ci)(ci)換熱后，送(song)(song)入第(di)一(yi)合(he)(he)(he)成(cheng)塔(ta)進(jin)行合(he)(he)(he)成(cheng)反(fan)應(ying)。合(he)(he)(he)成(cheng)塔(ta)底(di)部(bu)出來(lai)的(de)(de)(de)(de)合(he)(he)(he)成(cheng)氣(qi)（含氨(an)氣(qi)、氫氣(qi)、氮氣(qi)、甲(jia)烷(wan)、氮氣(qi)等(deng)），經(jing)過(guo)廢熱鍋(guo)爐（用于副產(chan)蒸(zheng)汽）降(jiang)熱后進(jin)入第(di)二合(he)(he)(he)成(cheng)塔(ta)、第(di)三合(he)(he)(he)成(cheng)塔(ta)，逐次(ci)(ci)再(zai)進(jin)行合(he)(he)(he)成(cheng)反(fan)應(ying)。從第(di)三合(he)(he)(he)成(cheng)塔(ta)出來(lai)的(de)(de)(de)(de)合(he)(he)(he)成(cheng)氣(qi)經(jing)過(guo)逐次(ci)(ci)降(jiang)溫，進(jin)入分(fen)離(li)器。分(fen)離(li)器頂(ding)部(bu)出來(lai)的(de)(de)(de)(de)循(xun)環氣(qi)（含氫氣(qi)、氮氣(qi)、甲(jia)烷(wan)、氦(hai)氣(qi)和(he)(he)少(shao)量的(de)(de)(de)(de)氨(an)氣(qi)等(deng)），經(jing)換熱后循(xun)環利用。分(fen)離(li)器底(di)部(bu)出來(lai)的(de)(de)(de)(de)液氨(an)經(jing)降(jiang)壓(ya)(ya)后送(song)(song)入冰機氨(an)罐。
6. 冷凍
合成工段出(chu)來的液(ye)氨(an)最后被(bei)送至冷凍工段，經氣化和壓縮（冰機），得到成品液(ye)氨(an)。成品液(ye)氨(an)可送至儲罐或用戶。
三、介質特點(dian)
合成氨生產裝置(zhi)中含有許多具有特殊性質的介質，包括(kuo)一氧(yang)(yang)(yang)化(hua)碳(tan)、二(er)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)碳(tan)、氫氣、硫化(hua)氫、氨和高(gao)溫(wen)氮氣。一氧(yang)(yang)(yang)化(hua)碳(tan)常(chang)態下是(shi)一種無色、無臭、無味氣體，比(bi)空氣略輕(qing)，在水(shui)中的溶解度甚低，但(dan)易溶于氨水(shui)，主要表現為(wei)一氧(yang)(yang)(yang)化(hua)碳(tan)在血(xue)中與血(xue)紅蛋白結合而造成組織缺氧(yang)(yang)(yang)，被GB 5044列為(wei)高(gao)度危害(hai)介質。
氨標準狀態下沸點為-33.35℃，臨界溫度為132.4℃，標準狀態下凝固溫度為-77.7℃，氨在常溫、常壓下為具有特殊性惡臭的無色有毒氣體，比空氣輕。在常壓下，冷卻到143℃或在148℃加壓到1.0MPa，氨可凝結為液體（稱為液氨）。液氨氣化時吸收大量的熱，所以氨可用作制冷劑。氨是極性分子，易溶于極性溶劑如水或酒精中。在常溫下，1 體積水約可溶解700體積氨。氨的水溶液叫做氨水。氨在常溫下穩定，但是在高溫下可分解成氫和氮。液氨易引起碳鋼和低合金鋼的應力(li)腐蝕開(kai)裂（ASCC）。
四、合成(cheng)氨裝置(zhi)的配管(guan)設計
主要是(shi)對(dui)塔(ta)、罐(guan)、泵、反(fan)應器等(deng)設備(bei)的(de)配管設計。
