一、裝置(zhi)簡介
合(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)氨是(shi)(shi)氮(dan)肥的(de)(de)(de)(de)(de)基礎(chu)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)(liao)，而氮(dan)肥是(shi)(shi)農業生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)不(bu)可或缺(que)的(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)資料(liao)(liao)(liao)(liao)。氨是(shi)(shi)重(zhong)要(yao)(yao)(yao)的(de)(de)(de)(de)(de)化工(gong)(gong)(gong)(gong)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)(liao)，通(tong)過與不(bu)同的(de)(de)(de)(de)(de)元素化合(he)(he)(he)可以(yi)生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)胺(an)（重(zhong)要(yao)(yao)(yao)的(de)(de)(de)(de)(de)有(you)機化工(gong)(gong)(gong)(gong)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)(liao)）、苯胺(an)（重(zhong)要(yao)(yao)(yao)的(de)(de)(de)(de)(de)染(ran)料(liao)(liao)(liao)(liao)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)）、酞胺(an)（重(zhong)要(yao)(yao)(yao)的(de)(de)(de)(de)(de)抗(kang)生(sheng)(sheng)素原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)(liao)）、硝(xiao)酸（重(zhong)要(yao)(yao)(yao)的(de)(de)(de)(de)(de)軍事工(gong)(gong)(gong)(gong)業原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)）等(deng)。在合(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)過程中，其(qi)副產(chan)(chan)品如(ru)一氧化碳、硫等(deng)也可成(cheng)(cheng)為其(qi)他化工(gong)(gong)(gong)(gong)產(chan)(chan)品的(de)(de)(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)。簡單(dan)地說，合(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)氨的(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)理就是(shi)(shi)把氮(dan)氣(qi)(qi)和(he)(he)氫氣(qi)(qi)按(an)一定比例混合(he)(he)(he)組成(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)(liao)氣(qi)(qi)，在一定的(de)(de)(de)(de)(de)溫(wen)度、壓力條件和(he)(he)催化劑(ji)作用下進行化合(he)(he)(he)而成(cheng)(cheng)。根據采用的(de)(de)(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)(liao)不(bu)同以(yi)及采用的(de)(de)(de)(de)(de)合(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)方法不(bu)同，合(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)氨的(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)工(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)有(you)很多種。就目前的(de)(de)(de)(de)(de)大型(xing)合(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)氨裝(zhuang)置(zhi)所采用的(de)(de)(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)來(lai)源來(lai)說，有(you)氣(qi)(qi)體(ti)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)(liao)（包(bao)括(kuo)天然氣(qi)(qi)、煉(lian)廠干(gan)氣(qi)(qi)等(deng)）、液(ye)體(ti)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)(liao)（包(bao)括(kuo)輕質液(ye)態烴和(he)(he)重(zhong)質液(ye)態烴）、固體(ti)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)(liao)（例如(ru)煤(mei)）。就合(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)工(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)來(lai)說，目前常用的(de)(de)(de)(de)(de)有(you)Topsoe 工(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)、Braun 工(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)、ICI工(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)等(deng)。不(bu)同類(lei)型(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)和(he)(he)不(bu)同的(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)工(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)，采用的(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)流程和(he)(he)生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)參數有(you)較(jiao)大的(de)(de)(de)(de)(de)差別。這里以(yi)氣(qi)(qi)體(ti)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)(liao)＋Braun工(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)為例介紹。
二、典型合成氨裝置的工藝及特點
以燃料氣為原(yuan)料的合成(cheng)(cheng)氨工藝，主要分(fen)為脫硫、轉化(hua)、變換、凈化(hua)、壓縮與合成(cheng)(cheng)、冷凍共六個環節。
1. 脫硫
由(you)于(yu)硫對后(hou)(hou)續(xu)工序(xu)中的(de)催(cui)化劑(ji)有害(hai)，因此對原(yuan)(yuan)料氣(qi)進行脫硫的(de)目的(de)是將原(yuan)(yuan)料氣(qi)中的(de)硫含量脫除至一定含量以下。原(yuan)(yuan)料氣(qi)先經(jing)過壓(ya)縮機加(jia)壓(ya)，然(ran)后(hou)(hou)逐步(bu)換熱進入(ru)加(jia)氫(qing)(qing)轉化器，在催(cui)化劑(ji)的(de)作用(yong)下原(yuan)(yuan)料氣(qi)中的(de)各種有機硫與氫(qing)(qing)氣(qi)反應生成硫化氫(qing)(qing)，然(ran)后(hou)(hou)進入(ru)脫硫槽內(nei)通過氧化鋅(xin)將硫化氫(qing)(qing)脫除。
2. 轉(zhuan)化
轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)就是將(jiang)烴類氣(qi)(qi)體(ti)與水蒸氣(qi)(qi)、空氣(qi)(qi)（為合(he)(he)成氣(qi)(qi)提(ti)供(gong)氮），在一(yi)(yi)定的(de)(de)條(tiao)件下化(hua)(hua)(hua)合(he)(he)生(sheng)成氫氣(qi)(qi)、氮氣(qi)(qi)、一(yi)(yi)氧化(hua)(hua)(hua)碳(tan)、二氧化(hua)(hua)(hua)碳(tan)等混(hun)合(he)(he)氣(qi)(qi)體(ti)的(de)(de)過程。其中(zhong)，混(hun)合(he)(he)氣(qi)(qi)體(ti)中(zhong)會殘留(liu)甲烷(wan)不凝氣(qi)(qi)。常用的(de)(de)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)方法(fa)(fa)（美國(guo)凱洛格法(fa)(fa)）分為兩段(duan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)，分別為蒸汽(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)。典型的(de)(de)合(he)(he)成氨轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)工序的(de)(de)工藝流(liu)(liu)(liu)程如圖2.32所示。脫硫(liu)后的(de)(de)氣(qi)(qi)態烴與中(zhong)壓蒸汽(qi)混(hun)合(he)(he)，進(jin)(jin)入(ru)一(yi)(yi)段(duan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)爐(lu)預熱段(duan)加熱，然(ran)后進(jin)(jin)入(ru)輻射段(duan)，在催化(hua)(hua)(hua)劑(ji)的(de)(de)作(zuo)用下進(jin)(jin)行(xing)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)反(fan)(fan)(fan)應。一(yi)(yi)段(duan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)的(de)(de)反(fan)(fan)(fan)應流(liu)(liu)(liu)出(chu)物中(zhong)含殘存甲烷(wan)，需要進(jin)(jin)一(yi)(yi)步(bu)進(jin)(jin)行(xing)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)，即將(jiang)一(yi)(yi)段(duan)反(fan)(fan)(fan)應流(liu)(liu)(liu)出(chu)物引入(ru)二段(duan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)爐(lu)，與空氣(qi)(qi)和蒸汽(qi)的(de)(de)混(hun)合(he)(he)物在二段(duan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)爐(lu)內燃燒，進(jin)(jin)一(yi)(yi)步(bu)將(jiang)甲烷(wan)脫除。三(san)段(duan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)爐(lu)的(de)(de)反(fan)(fan)(fan)應流(liu)(liu)(liu)出(chu)物先進(jin)(jin)入(ru)廢(fei)熱鍋爐(lu)，副產(chan)蒸汽(qi)，然(ran)后逐漸(jian)冷卻送到變換(huan)工序。
3. 變換
變(bian)換的(de)(de)目(mu)的(de)(de)是(shi)將(jiang)轉(zhuan)化(hua)(hua)后(hou)的(de)(de)反(fan)應(ying)流出物（粗(cu)原(yuan)料氣）中的(de)(de)一氧(yang)化(hua)(hua)碳(tan)與水蒸氣進(jin)(jin)行反(fan)應(ying)，以達到把一氧(yang)化(hua)(hua)碳(tan)變(bian)換成二氧(yang)化(hua)(hua)碳(tan)并進(jin)(jin)行脫除。常(chang)用(yong)的(de)(de)變(bian)換工藝(yi)是(shi)將(jiang)來自轉(zhuan)化(hua)(hua)工序(xu)的(de)(de)粗(cu)原(yuan)料，與中壓蒸汽混合(he)后(hou)進(jin)(jin)入高(gao)溫變(bian)換爐并在催化(hua)(hua)劑的(de)(de)作用(yong)下進(jin)(jin)行變(bian)換，進(jin)(jin)入低溫變(bian)換爐做(zuo)進(jin)(jin)一步變(bian)換。
4. 凈化(hua)
凈化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)的(de)(de)目的(de)(de)是脫除粗原(yuan)料(liao)(liao)氣(qi)(qi)中的(de)(de)二(er)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)，并使其一(yi)(yi)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)和(he)(he)二(er)氧(yang)(yang)(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)通常(chang)分兩步(bu)進行(xing)。第一(yi)(yi)步(bu)是采(cai)用吸收解(jie)吸的(de)(de)方法（例(li)如，苯菲爾溶液(ye)吸收法）脫除大量(liang)的(de)(de)二(er)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)，此工(gong)藝(yi)(yi)過(guo)程也(ye)常(chang)稱為脫碳(tan)。由于(yu)一(yi)(yi)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)和(he)(he)二(er)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)會造(zao)成(cheng)(cheng)合成(cheng)(cheng)氨(an)催化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)劑的(de)(de)中毒，所(suo)以還需要第二(er)步(bu)，即利用甲(jia)烷化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)的(de)(de)方法進一(yi)(yi)步(bu)對粗原(yuan)料(liao)(liao)氣(qi)(qi)中的(de)(de)二(er)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)和(he)(he)一(yi)(yi)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)進行(xing)脫除。此工(gong)藝(yi)(yi)過(guo)程也(ye)常(chang)稱為甲(jia)烷化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)過(guo)程。第一(yi)(yi)步(bu)凈化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)工(gong)藝(yi)(yi)類似于(yu)煉(lian)油(you)裝(zhuang)置的(de)(de)酸性(xing)水汽(qi)提，其工(gong)藝(yi)(yi)流程示意(yi)圖(tu)如圖(tu)2.33所(suo)示。解(jie)吸出(chu)來的(de)(de)二(er)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)將(jiang)作為尿素(su)裝(zhuang)置的(de)(de)原(yuan)料(liao)(liao)送(song)到(dao)尿素(su)生產裝(zhuang)置。第二(er)步(bu)凈化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)是利用一(yi)(yi)定(ding)的(de)(de)工(gong)藝(yi)(yi)條件（壓(ya)力取決于(yu)凈化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)壓(ya)力），并在催化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)劑的(de)(de)作用下使原(yuan)料(liao)(liao)氣(qi)(qi)中的(de)(de)一(yi)(yi)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)和(he)(he)二(er)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)與氫(qing)氣(qi)(qi)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)合成(cheng)(cheng)甲(jia)烷，從而達(da)到(dao)脫除一(yi)(yi)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)和(he)(he)二(er)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)的(de)(de)目的(de)(de)。
5. 壓縮與合成(cheng)
凈(jing)化后(hou)(hou)的(de)原料氣(qi)(qi)(qi)(qi)在高溫、高壓條件(jian)和(he)催化劑(ji)的(de)作用(yong)下(xia)化合(he)成(cheng)(cheng)氨(an)氣(qi)(qi)(qi)(qi)。典(dian)型的(de)氨(an)合(he)成(cheng)(cheng)工藝流程示意圖如圖2.34所示。原料氣(qi)(qi)(qi)(qi)經(jing)壓縮機(ji)(ji)一級壓縮后(hou)(hou)，再與循(xun)(xun)環氣(qi)(qi)(qi)(qi)匯合(he)進行二級壓縮。經(jing)逐次(ci)換熱(re)(re)后(hou)(hou)，送入第(di)(di)一合(he)成(cheng)(cheng)塔(ta)進行合(he)成(cheng)(cheng)反(fan)應。合(he)成(cheng)(cheng)塔(ta)底部(bu)出來(lai)的(de)合(he)成(cheng)(cheng)氣(qi)(qi)(qi)(qi)（含(han)氨(an)氣(qi)(qi)(qi)(qi)、氫氣(qi)(qi)(qi)(qi)、氮(dan)氣(qi)(qi)(qi)(qi)、甲(jia)烷、氮(dan)氣(qi)(qi)(qi)(qi)等），經(jing)過廢熱(re)(re)鍋(guo)爐（用(yong)于(yu)副(fu)產(chan)蒸汽）降(jiang)(jiang)熱(re)(re)后(hou)(hou)進入第(di)(di)二合(he)成(cheng)(cheng)塔(ta)、第(di)(di)三(san)合(he)成(cheng)(cheng)塔(ta)，逐次(ci)再進行合(he)成(cheng)(cheng)反(fan)應。從(cong)第(di)(di)三(san)合(he)成(cheng)(cheng)塔(ta)出來(lai)的(de)合(he)成(cheng)(cheng)氣(qi)(qi)(qi)(qi)經(jing)過逐次(ci)降(jiang)(jiang)溫，進入分離器(qi)。分離器(qi)頂部(bu)出來(lai)的(de)循(xun)(xun)環氣(qi)(qi)(qi)(qi)（含(han)氫氣(qi)(qi)(qi)(qi)、氮(dan)氣(qi)(qi)(qi)(qi)、甲(jia)烷、氦氣(qi)(qi)(qi)(qi)和(he)少量的(de)氨(an)氣(qi)(qi)(qi)(qi)等），經(jing)換熱(re)(re)后(hou)(hou)循(xun)(xun)環利用(yong)。分離器(qi)底部(bu)出來(lai)的(de)液氨(an)經(jing)降(jiang)(jiang)壓后(hou)(hou)送入冰機(ji)(ji)氨(an)罐。
6. 冷凍
合成工(gong)段出來的液氨(an)最后被送至冷凍工(gong)段，經氣化和壓縮（冰機），得到(dao)成品液氨(an)。成品液氨(an)可送至儲(chu)罐或用戶。
三、介質(zhi)特點
合(he)(he)成氨(an)生產裝置(zhi)中(zhong)含有許多(duo)具有特(te)殊性質的(de)介(jie)質，包括一(yi)(yi)氧(yang)化(hua)碳(tan)、二氧(yang)化(hua)碳(tan)、氫氣、硫(liu)化(hua)氫、氨(an)和高溫氮(dan)氣。一(yi)(yi)氧(yang)化(hua)碳(tan)常(chang)態(tai)下是一(yi)(yi)種無(wu)(wu)色、無(wu)(wu)臭、無(wu)(wu)味氣體(ti)，比空氣略輕，在(zai)水(shui)中(zhong)的(de)溶解(jie)度甚低，但易溶于(yu)氨(an)水(shui)，主要表現(xian)為一(yi)(yi)氧(yang)化(hua)碳(tan)在(zai)血(xue)中(zhong)與血(xue)紅蛋白結合(he)(he)而(er)造成組織缺氧(yang)，被GB 5044列為高度危(wei)害(hai)介(jie)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)腐蝕開裂（ASCC）。
四、合成氨(an)裝置的配(pei)管設計
主(zhu)要是對塔、罐、泵、反應器(qi)等(deng)設(she)備的(de)配管設(she)計。
