一、裝置簡介
合(he)(he)(he)成(cheng)氨(an)是(shi)氮(dan)肥的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)基礎原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)，而(er)氮(dan)肥是(shi)農業生(sheng)(sheng)產(chan)不(bu)(bu)可或缺的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)產(chan)資料(liao)(liao)。氨(an)是(shi)重(zhong)要的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)化(hua)工(gong)(gong)(gong)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)，通(tong)過(guo)與不(bu)(bu)同(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)元素化(hua)合(he)(he)(he)可以(yi)生(sheng)(sheng)產(chan)胺（重(zhong)要的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)有(you)(you)(you)機化(hua)工(gong)(gong)(gong)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)）、苯胺（重(zhong)要的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)染(ran)料(liao)(liao)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)材(cai)料(liao)(liao)）、酞胺（重(zhong)要的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)抗(kang)生(sheng)(sheng)素原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)）、硝酸（重(zhong)要的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)軍事(shi)工(gong)(gong)(gong)業原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)材(cai)料(liao)(liao)）等。在(zai)合(he)(he)(he)成(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)產(chan)過(guo)程(cheng)中，其(qi)副產(chan)品如一(yi)氧化(hua)碳、硫等也可成(cheng)為其(qi)他化(hua)工(gong)(gong)(gong)產(chan)品的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)材(cai)料(liao)(liao)。簡(jian)單地(di)說，合(he)(he)(he)成(cheng)氨(an)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)產(chan)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)理就(jiu)是(shi)把氮(dan)氣(qi)(qi)(qi)和(he)氫氣(qi)(qi)(qi)按一(yi)定比(bi)例(li)(li)混(hun)合(he)(he)(he)組成(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)氣(qi)(qi)(qi)，在(zai)一(yi)定的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)溫度、壓(ya)力條件(jian)和(he)催化(hua)劑(ji)作用下進行化(hua)合(he)(he)(he)而(er)成(cheng)。根據采用的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)不(bu)(bu)同(tong)以(yi)及采用的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)合(he)(he)(he)成(cheng)方法不(bu)(bu)同(tong)，合(he)(he)(he)成(cheng)氨(an)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)產(chan)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)有(you)(you)(you)很多(duo)種。就(jiu)目(mu)前的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)大型合(he)(he)(he)成(cheng)氨(an)裝置所(suo)采用的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)材(cai)料(liao)(liao)來源來說，有(you)(you)(you)氣(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)（包(bao)括(kuo)天然(ran)氣(qi)(qi)(qi)、煉廠(chang)干氣(qi)(qi)(qi)等）、液體(ti)(ti)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)（包(bao)括(kuo)輕質(zhi)(zhi)液態烴和(he)重(zhong)質(zhi)(zhi)液態烴）、固(gu)體(ti)(ti)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)（例(li)(li)如煤）。就(jiu)合(he)(he)(he)成(cheng)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)來說，目(mu)前常用的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)有(you)(you)(you)Topsoe 工(gong)(gong)(gong)藝(yi)、Braun 工(gong)(gong)(gong)藝(yi)、ICI工(gong)(gong)(gong)藝(yi)等。不(bu)(bu)同(tong)類型的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)材(cai)料(liao)(liao)和(he)不(bu)(bu)同(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)產(chan)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)，采用的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)產(chan)流程(cheng)和(he)生(sheng)(sheng)產(chan)參數(shu)有(you)(you)(you)較大的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)差別。這(zhe)里以(yi)氣(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)＋Braun工(gong)(gong)(gong)藝(yi)為例(li)(li)介紹。
二、典型合成氨裝(zhuang)置的(de)工(gong)藝及特(te)點
以燃料氣為原料的合成(cheng)氨工藝，主(zhu)要分為脫硫、轉化、變換、凈化、壓縮與合成(cheng)、冷凍共六個(ge)環節。
1. 脫硫
由于硫(liu)(liu)對(dui)后續工序中(zhong)(zhong)的催化(hua)劑(ji)有害，因此對(dui)原(yuan)料氣(qi)進行(xing)脫(tuo)(tuo)硫(liu)(liu)的目的是將(jiang)原(yuan)料氣(qi)中(zhong)(zhong)的硫(liu)(liu)含量脫(tuo)(tuo)除至(zhi)一定含量以下。原(yuan)料氣(qi)先經過壓縮機(ji)加壓，然(ran)后逐步換(huan)熱(re)進入加氫(qing)轉化(hua)器，在(zai)催化(hua)劑(ji)的作(zuo)用下原(yuan)料氣(qi)中(zhong)(zhong)的各(ge)種有機(ji)硫(liu)(liu)與氫(qing)氣(qi)反(fan)應生(sheng)成硫(liu)(liu)化(hua)氫(qing)，然(ran)后進入脫(tuo)(tuo)硫(liu)(liu)槽內通(tong)過氧化(hua)鋅(xin)將(jiang)硫(liu)(liu)化(hua)氫(qing)脫(tuo)(tuo)除。
2. 轉化
轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)就(jiu)是(shi)將(jiang)烴類(lei)氣(qi)(qi)體與水蒸氣(qi)(qi)、空氣(qi)(qi)（為(wei)(wei)合(he)成(cheng)氣(qi)(qi)提供氮），在一定的(de)(de)(de)條件下化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)合(he)生成(cheng)氫氣(qi)(qi)、氮氣(qi)(qi)、一氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳、二氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳等混(hun)合(he)氣(qi)(qi)體的(de)(de)(de)過(guo)程。其中(zhong)，混(hun)合(he)氣(qi)(qi)體中(zhong)會(hui)殘留甲烷(wan)(wan)不凝氣(qi)(qi)。常用(yong)的(de)(de)(de)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)方(fang)法(fa)（美國凱洛格法(fa)）分為(wei)(wei)兩段(duan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)，分別為(wei)(wei)蒸汽轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)和部分氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)。典型的(de)(de)(de)合(he)成(cheng)氨轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)工(gong)(gong)序的(de)(de)(de)工(gong)(gong)藝流(liu)程如圖2.32所示。脫硫后的(de)(de)(de)氣(qi)(qi)態烴與中(zhong)壓蒸汽混(hun)合(he)，進入(ru)一段(duan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)爐預(yu)熱(re)段(duan)加熱(re)，然(ran)(ran)后進入(ru)輻(fu)射(she)段(duan)，在催化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)的(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)下進行轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)反應(ying)(ying)。一段(duan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)的(de)(de)(de)反應(ying)(ying)流(liu)出(chu)(chu)物(wu)中(zhong)含殘存甲烷(wan)(wan)，需(xu)要進一步進行轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)，即(ji)將(jiang)一段(duan)反應(ying)(ying)流(liu)出(chu)(chu)物(wu)引入(ru)二段(duan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)爐，與空氣(qi)(qi)和蒸汽的(de)(de)(de)混(hun)合(he)物(wu)在二段(duan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)爐內燃燒，進一步將(jiang)甲烷(wan)(wan)脫除。三(san)段(duan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)爐的(de)(de)(de)反應(ying)(ying)流(liu)出(chu)(chu)物(wu)先進入(ru)廢熱(re)鍋爐，副(fu)產蒸汽，然(ran)(ran)后逐漸冷卻(que)送到變換工(gong)(gong)序。
3. 變(bian)換(huan)
變(bian)換(huan)的(de)目的(de)是(shi)將轉化后(hou)的(de)反(fan)應流出物（粗(cu)原(yuan)料(liao)氣）中的(de)一(yi)(yi)氧(yang)化碳(tan)與水蒸氣進(jin)(jin)行(xing)反(fan)應，以達到把一(yi)(yi)氧(yang)化碳(tan)變(bian)換(huan)成二(er)氧(yang)化碳(tan)并(bing)進(jin)(jin)行(xing)脫除。常用的(de)變(bian)換(huan)工(gong)藝是(shi)將來自轉化工(gong)序的(de)粗(cu)原(yuan)料(liao)，與中壓蒸汽混合后(hou)進(jin)(jin)入高溫(wen)(wen)變(bian)換(huan)爐并(bing)在催化劑的(de)作用下進(jin)(jin)行(xing)變(bian)換(huan)，進(jin)(jin)入低溫(wen)(wen)變(bian)換(huan)爐做進(jin)(jin)一(yi)(yi)步變(bian)換(huan)。
4. 凈化
凈(jing)化(hua)(hua)的(de)目的(de)是脫(tuo)(tuo)除粗原料(liao)(liao)氣中(zhong)(zhong)的(de)二(er)(er)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)碳(tan)，并使其一(yi)(yi)(yi)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)碳(tan)和(he)(he)二(er)(er)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)碳(tan)的(de)總含量降低。凈(jing)化(hua)(hua)通常(chang)分(fen)兩步(bu)進行。第一(yi)(yi)(yi)步(bu)是采用吸收(shou)解(jie)吸的(de)方(fang)(fang)法(fa)(fa)（例(li)如，苯菲爾溶(rong)液吸收(shou)法(fa)(fa)）脫(tuo)(tuo)除大量的(de)二(er)(er)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)碳(tan)，此工藝過(guo)(guo)程也(ye)(ye)常(chang)稱為(wei)脫(tuo)(tuo)碳(tan)。由于(yu)一(yi)(yi)(yi)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)碳(tan)和(he)(he)二(er)(er)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)碳(tan)會造成(cheng)合(he)成(cheng)氨催化(hua)(hua)劑的(de)中(zhong)(zhong)毒，所以還需要(yao)第二(er)(er)步(bu)，即(ji)利用甲(jia)烷(wan)化(hua)(hua)的(de)方(fang)(fang)法(fa)(fa)進一(yi)(yi)(yi)步(bu)對粗原料(liao)(liao)氣中(zhong)(zhong)的(de)二(er)(er)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)碳(tan)和(he)(he)一(yi)(yi)(yi)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)碳(tan)進行脫(tuo)(tuo)除。此工藝過(guo)(guo)程也(ye)(ye)常(chang)稱為(wei)甲(jia)烷(wan)化(hua)(hua)過(guo)(guo)程。第一(yi)(yi)(yi)步(bu)凈(jing)化(hua)(hua)工藝類似于(yu)煉油裝置(zhi)的(de)酸性水汽提，其工藝流程示意圖如圖2.33所示。解(jie)吸出(chu)來(lai)的(de)二(er)(er)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)碳(tan)將(jiang)作為(wei)尿素(su)裝置(zhi)的(de)原料(liao)(liao)送到(dao)尿素(su)生產裝置(zhi)。第二(er)(er)步(bu)凈(jing)化(hua)(hua)是利用一(yi)(yi)(yi)定的(de)工藝條件（壓力取決(jue)于(yu)凈(jing)化(hua)(hua)壓力），并在催化(hua)(hua)劑的(de)作用下使原料(liao)(liao)氣中(zhong)(zhong)的(de)一(yi)(yi)(yi)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)碳(tan)和(he)(he)二(er)(er)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)碳(tan)與氫氣化(hua)(hua)合(he)成(cheng)甲(jia)烷(wan)，從而達(da)到(dao)脫(tuo)(tuo)除一(yi)(yi)(yi)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)碳(tan)和(he)(he)二(er)(er)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)碳(tan)的(de)目的(de)。
5. 壓縮與(yu)合成
凈化后(hou)(hou)(hou)(hou)的(de)(de)(de)原料(liao)氣(qi)(qi)在高(gao)溫、高(gao)壓(ya)條件(jian)和催化劑(ji)的(de)(de)(de)作用下化合(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)氨(an)氣(qi)(qi)。典型(xing)的(de)(de)(de)氨(an)合(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)工藝流程(cheng)示(shi)意(yi)圖如圖2.34所示(shi)。原料(liao)氣(qi)(qi)經(jing)壓(ya)縮機一級壓(ya)縮后(hou)(hou)(hou)(hou)，再(zai)與循(xun)環(huan)(huan)氣(qi)(qi)匯合(he)(he)(he)進(jin)行二(er)級壓(ya)縮。經(jing)逐(zhu)次換熱(re)(re)后(hou)(hou)(hou)(hou)，送入第(di)一合(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)塔進(jin)行合(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)反(fan)應。合(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)塔底(di)部(bu)出(chu)(chu)來(lai)(lai)的(de)(de)(de)合(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)氣(qi)(qi)（含氨(an)氣(qi)(qi)、氫(qing)(qing)氣(qi)(qi)、氮氣(qi)(qi)、甲(jia)烷、氮氣(qi)(qi)等），經(jing)過廢熱(re)(re)鍋爐（用于副(fu)產蒸汽(qi)）降熱(re)(re)后(hou)(hou)(hou)(hou)進(jin)入第(di)二(er)合(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)塔、第(di)三(san)合(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)塔，逐(zhu)次再(zai)進(jin)行合(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)反(fan)應。從第(di)三(san)合(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)塔出(chu)(chu)來(lai)(lai)的(de)(de)(de)合(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)氣(qi)(qi)經(jing)過逐(zhu)次降溫，進(jin)入分(fen)(fen)(fen)離(li)(li)器。分(fen)(fen)(fen)離(li)(li)器頂(ding)部(bu)出(chu)(chu)來(lai)(lai)的(de)(de)(de)循(xun)環(huan)(huan)氣(qi)(qi)（含氫(qing)(qing)氣(qi)(qi)、氮氣(qi)(qi)、甲(jia)烷、氦氣(qi)(qi)和少(shao)量的(de)(de)(de)氨(an)氣(qi)(qi)等），經(jing)換熱(re)(re)后(hou)(hou)(hou)(hou)循(xun)環(huan)(huan)利(li)用。分(fen)(fen)(fen)離(li)(li)器底(di)部(bu)出(chu)(chu)來(lai)(lai)的(de)(de)(de)液氨(an)經(jing)降壓(ya)后(hou)(hou)(hou)(hou)送入冰(bing)機氨(an)罐。
6. 冷(leng)凍
合成工(gong)段(duan)出來的液(ye)氨最后(hou)被送至冷凍工(gong)段(duan)，經氣化(hua)和壓(ya)縮（冰機(ji)），得(de)到(dao)成品液(ye)氨。成品液(ye)氨可送至儲罐或用(yong)戶。
三、介質特點
合成氨生產(chan)裝置中(zhong)含有(you)許多(duo)具有(you)特殊性質的(de)介質，包括一氧化(hua)碳(tan)、二氧化(hua)碳(tan)、氫氣(qi)、硫化(hua)氫、氨和高溫氮氣(qi)。一氧化(hua)碳(tan)常(chang)態下是(shi)一種無色(se)、無臭、無味氣(qi)體，比空氣(qi)略(lve)輕，在(zai)水中(zhong)的(de)溶(rong)解度甚低，但易溶(rong)于氨水，主(zhu)要表現為一氧化(hua)碳(tan)在(zai)血中(zhong)與血紅蛋白結合而造(zao)成組織缺氧，被GB 5044列為高度危害介質。
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腐蝕開裂（ASCC）。
四、合成氨裝置的配(pei)管(guan)設計
主要(yao)是對塔、罐、泵、反應器等設(she)備的配管設(she)計。
