一、裝置簡(jian)介
合(he)(he)成(cheng)氨(an)是(shi)(shi)(shi)氮肥(fei)的(de)(de)(de)基礎(chu)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)，而氮肥(fei)是(shi)(shi)(shi)農(nong)業生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)不(bu)(bu)可(ke)或(huo)缺的(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)資料(liao)(liao)(liao)。氨(an)是(shi)(shi)(shi)重(zhong)(zhong)要(yao)(yao)(yao)的(de)(de)(de)化(hua)(hua)工(gong)(gong)(gong)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)，通過與不(bu)(bu)同(tong)(tong)的(de)(de)(de)元素(su)化(hua)(hua)合(he)(he)可(ke)以生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)胺(an)(an)（重(zhong)(zhong)要(yao)(yao)(yao)的(de)(de)(de)有(you)(you)(you)機化(hua)(hua)工(gong)(gong)(gong)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)）、苯胺(an)(an)（重(zhong)(zhong)要(yao)(yao)(yao)的(de)(de)(de)染(ran)料(liao)(liao)(liao)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)材料(liao)(liao)(liao)）、酞胺(an)(an)（重(zhong)(zhong)要(yao)(yao)(yao)的(de)(de)(de)抗生(sheng)(sheng)素(su)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)）、硝酸（重(zhong)(zhong)要(yao)(yao)(yao)的(de)(de)(de)軍事工(gong)(gong)(gong)業原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)材料(liao)(liao)(liao)）等(deng)(deng)(deng)(deng)。在合(he)(he)成(cheng)的(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)過程(cheng)中，其副(fu)產(chan)(chan)品如一(yi)氧化(hua)(hua)碳、硫(liu)等(deng)(deng)(deng)(deng)也可(ke)成(cheng)為其他化(hua)(hua)工(gong)(gong)(gong)產(chan)(chan)品的(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)材料(liao)(liao)(liao)。簡(jian)單地(di)說，合(he)(he)成(cheng)氨(an)的(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)理就(jiu)是(shi)(shi)(shi)把氮氣(qi)(qi)(qi)(qi)和(he)氫氣(qi)(qi)(qi)(qi)按一(yi)定比例混合(he)(he)組成(cheng)的(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)氣(qi)(qi)(qi)(qi)，在一(yi)定的(de)(de)(de)溫度、壓力條件和(he)催化(hua)(hua)劑作用(yong)(yong)下進行化(hua)(hua)合(he)(he)而成(cheng)。根(gen)據采(cai)用(yong)(yong)的(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)不(bu)(bu)同(tong)(tong)以及采(cai)用(yong)(yong)的(de)(de)(de)合(he)(he)成(cheng)方法不(bu)(bu)同(tong)(tong)，合(he)(he)成(cheng)氨(an)的(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)有(you)(you)(you)很多(duo)種。就(jiu)目前的(de)(de)(de)大型(xing)(xing)合(he)(he)成(cheng)氨(an)裝(zhuang)置(zhi)所采(cai)用(yong)(yong)的(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)材料(liao)(liao)(liao)來源來說，有(you)(you)(you)氣(qi)(qi)(qi)(qi)體原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)（包括天然(ran)氣(qi)(qi)(qi)(qi)、煉廠干氣(qi)(qi)(qi)(qi)等(deng)(deng)(deng)(deng)）、液(ye)體原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)（包括輕質液(ye)態(tai)烴(jing)和(he)重(zhong)(zhong)質液(ye)態(tai)烴(jing)）、固體原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)（例如煤）。就(jiu)合(he)(he)成(cheng)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)來說，目前常(chang)用(yong)(yong)的(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(deng)(deng)(deng)(deng)。不(bu)(bu)同(tong)(tong)類型(xing)(xing)的(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)材料(liao)(liao)(liao)和(he)不(bu)(bu)同(tong)(tong)的(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)，采(cai)用(yong)(yong)的(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)流(liu)程(cheng)和(he)生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)參數有(you)(you)(you)較大的(de)(de)(de)差別(bie)。這里以氣(qi)(qi)(qi)(qi)體原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)＋Braun工(gong)(gong)(gong)藝(yi)為例介紹。
二、典型合成氨裝置的工藝及特點
以燃料(liao)氣為(wei)原料(liao)的(de)合成氨工藝(yi)，主(zhu)要分為(wei)脫硫、轉化、變(bian)換、凈化、壓縮與合成、冷(leng)凍共六個環(huan)節。
1. 脫硫
由于硫(liu)(liu)(liu)對后續工(gong)序中(zhong)的(de)催化劑有(you)(you)害(hai)，因此對原料氣(qi)(qi)進行脫(tuo)(tuo)硫(liu)(liu)(liu)的(de)目的(de)是將原料氣(qi)(qi)中(zhong)的(de)硫(liu)(liu)(liu)含(han)量脫(tuo)(tuo)除(chu)(chu)至一(yi)定含(han)量以下(xia)(xia)。原料氣(qi)(qi)先經過壓縮機加(jia)壓，然后逐步換(huan)熱進入(ru)加(jia)氫(qing)轉化器，在催化劑的(de)作用下(xia)(xia)原料氣(qi)(qi)中(zhong)的(de)各種有(you)(you)機硫(liu)(liu)(liu)與氫(qing)氣(qi)(qi)反應生成硫(liu)(liu)(liu)化氫(qing)，然后進入(ru)脫(tuo)(tuo)硫(liu)(liu)(liu)槽(cao)內通過氧化鋅將硫(liu)(liu)(liu)化氫(qing)脫(tuo)(tuo)除(chu)(chu)。
2. 轉化(hua)
轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)就(jiu)是將烴(jing)類氣(qi)體與(yu)水蒸(zheng)(zheng)氣(qi)、空氣(qi)（為(wei)合(he)(he)成(cheng)氣(qi)提供氮(dan)），在一(yi)定的(de)(de)條(tiao)件下(xia)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)合(he)(he)生(sheng)成(cheng)氫氣(qi)、氮(dan)氣(qi)、一(yi)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)、二氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)等混合(he)(he)氣(qi)體的(de)(de)過程。其中，混合(he)(he)氣(qi)體中會殘(can)留甲(jia)烷不凝氣(qi)。常用的(de)(de)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)方法（美國凱洛格法）分為(wei)兩段(duan)(duan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)，分別為(wei)蒸(zheng)(zheng)汽(qi)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)和部分氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)。典型的(de)(de)合(he)(he)成(cheng)氨轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)工(gong)(gong)序的(de)(de)工(gong)(gong)藝(yi)流程如圖2.32所示。脫(tuo)硫后的(de)(de)氣(qi)態(tai)烴(jing)與(yu)中壓蒸(zheng)(zheng)汽(qi)混合(he)(he)，進(jin)入一(yi)段(duan)(duan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)爐(lu)預熱(re)段(duan)(duan)加熱(re)，然后進(jin)入輻射段(duan)(duan)，在催化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)劑的(de)(de)作用下(xia)進(jin)行(xing)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)反應(ying)(ying)(ying)。一(yi)段(duan)(duan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)的(de)(de)反應(ying)(ying)(ying)流出物中含殘(can)存甲(jia)烷，需要進(jin)一(yi)步進(jin)行(xing)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)，即將一(yi)段(duan)(duan)反應(ying)(ying)(ying)流出物引入二段(duan)(duan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)爐(lu)，與(yu)空氣(qi)和蒸(zheng)(zheng)汽(qi)的(de)(de)混合(he)(he)物在二段(duan)(duan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)爐(lu)內燃燒，進(jin)一(yi)步將甲(jia)烷脫(tuo)除。三段(duan)(duan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)爐(lu)的(de)(de)反應(ying)(ying)(ying)流出物先(xian)進(jin)入廢熱(re)鍋爐(lu)，副(fu)產蒸(zheng)(zheng)汽(qi)，然后逐(zhu)漸冷卻送到變換工(gong)(gong)序。
3. 變(bian)換(huan)
變(bian)換(huan)的(de)(de)目的(de)(de)是將(jiang)轉(zhuan)化(hua)后的(de)(de)反(fan)應流出(chu)物（粗原料氣）中的(de)(de)一氧(yang)(yang)化(hua)碳(tan)與水蒸(zheng)氣進(jin)行反(fan)應，以達(da)到把一氧(yang)(yang)化(hua)碳(tan)變(bian)換(huan)成二氧(yang)(yang)化(hua)碳(tan)并進(jin)行脫除(chu)。常用的(de)(de)變(bian)換(huan)工藝是將(jiang)來自(zi)轉(zhuan)化(hua)工序的(de)(de)粗原料，與中壓蒸(zheng)汽混合后進(jin)入高溫變(bian)換(huan)爐并在(zai)催化(hua)劑的(de)(de)作用下進(jin)行變(bian)換(huan)，進(jin)入低溫變(bian)換(huan)爐做進(jin)一步(bu)變(bian)換(huan)。
4. 凈化(hua)
凈(jing)(jing)化(hua)(hua)(hua)(hua)的(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)是脫除(chu)粗(cu)原料氣中的(de)(de)(de)二(er)(er)(er)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)(tan)，并使(shi)其(qi)一(yi)(yi)(yi)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)(tan)和(he)二(er)(er)(er)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)(tan)的(de)(de)(de)總含量降低。凈(jing)(jing)化(hua)(hua)(hua)(hua)通常分兩步進(jin)(jin)行。第一(yi)(yi)(yi)步是采用(yong)(yong)(yong)(yong)吸(xi)收解吸(xi)的(de)(de)(de)方(fang)法（例如，苯菲(fei)爾溶液吸(xi)收法）脫除(chu)大量的(de)(de)(de)二(er)(er)(er)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)(tan)，此工(gong)藝(yi)過(guo)程也常稱為脫碳(tan)(tan)(tan)(tan)。由于(yu)一(yi)(yi)(yi)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)(tan)和(he)二(er)(er)(er)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)(tan)會造成合成氨(an)催化(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)的(de)(de)(de)中毒(du)，所以還需要第二(er)(er)(er)步，即(ji)利(li)用(yong)(yong)(yong)(yong)甲烷(wan)化(hua)(hua)(hua)(hua)的(de)(de)(de)方(fang)法進(jin)(jin)一(yi)(yi)(yi)步對粗(cu)原料氣中的(de)(de)(de)二(er)(er)(er)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)(tan)和(he)一(yi)(yi)(yi)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)(tan)進(jin)(jin)行脫除(chu)。此工(gong)藝(yi)過(guo)程也常稱為甲烷(wan)化(hua)(hua)(hua)(hua)過(guo)程。第一(yi)(yi)(yi)步凈(jing)(jing)化(hua)(hua)(hua)(hua)工(gong)藝(yi)類似于(yu)煉油裝置的(de)(de)(de)酸性水汽提，其(qi)工(gong)藝(yi)流(liu)程示意圖如圖2.33所示。解吸(xi)出來的(de)(de)(de)二(er)(er)(er)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)(tan)將(jiang)作為尿(niao)素裝置的(de)(de)(de)原料送到尿(niao)素生產裝置。第二(er)(er)(er)步凈(jing)(jing)化(hua)(hua)(hua)(hua)是利(li)用(yong)(yong)(yong)(yong)一(yi)(yi)(yi)定的(de)(de)(de)工(gong)藝(yi)條件（壓力(li)取決于(yu)凈(jing)(jing)化(hua)(hua)(hua)(hua)壓力(li)），并在催化(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)的(de)(de)(de)作用(yong)(yong)(yong)(yong)下使(shi)原料氣中的(de)(de)(de)一(yi)(yi)(yi)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)(tan)和(he)二(er)(er)(er)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)(tan)與氫氣化(hua)(hua)(hua)(hua)合成甲烷(wan)，從而達到脫除(chu)一(yi)(yi)(yi)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)(tan)和(he)二(er)(er)(er)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)(tan)的(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)。
5. 壓縮(suo)與合成
凈化后(hou)的(de)原料氣(qi)(qi)在高(gao)溫(wen)、高(gao)壓(ya)條件和催(cui)化劑的(de)作用下化合(he)(he)成(cheng)(cheng)氨氣(qi)(qi)。典型(xing)的(de)氨合(he)(he)成(cheng)(cheng)工藝流(liu)程示意圖如圖2.34所示。原料氣(qi)(qi)經(jing)壓(ya)縮(suo)(suo)機(ji)一級壓(ya)縮(suo)(suo)后(hou)，再(zai)與循(xun)環氣(qi)(qi)匯合(he)(he)進行二(er)級壓(ya)縮(suo)(suo)。經(jing)逐(zhu)次(ci)換(huan)熱后(hou)，送入第一合(he)(he)成(cheng)(cheng)塔進行合(he)(he)成(cheng)(cheng)反應。合(he)(he)成(cheng)(cheng)塔底部出(chu)來(lai)的(de)合(he)(he)成(cheng)(cheng)氣(qi)(qi)（含氨氣(qi)(qi)、氫氣(qi)(qi)、氮氣(qi)(qi)、甲烷、氮氣(qi)(qi)等），經(jing)過(guo)廢熱鍋爐（用于副產蒸(zheng)汽）降(jiang)熱后(hou)進入第二(er)合(he)(he)成(cheng)(cheng)塔、第三合(he)(he)成(cheng)(cheng)塔，逐(zhu)次(ci)再(zai)進行合(he)(he)成(cheng)(cheng)反應。從(cong)第三合(he)(he)成(cheng)(cheng)塔出(chu)來(lai)的(de)合(he)(he)成(cheng)(cheng)氣(qi)(qi)經(jing)過(guo)逐(zhu)次(ci)降(jiang)溫(wen)，進入分離器。分離器頂部出(chu)來(lai)的(de)循(xun)環氣(qi)(qi)（含氫氣(qi)(qi)、氮氣(qi)(qi)、甲烷、氦氣(qi)(qi)和少(shao)量的(de)氨氣(qi)(qi)等），經(jing)換(huan)熱后(hou)循(xun)環利用。分離器底部出(chu)來(lai)的(de)液氨經(jing)降(jiang)壓(ya)后(hou)送入冰機(ji)氨罐。
6. 冷凍
合(he)成工段出(chu)來的液氨(an)最(zui)后被送至冷(leng)凍工段，經氣化和(he)壓(ya)縮（冰機(ji)），得到成品液氨(an)。成品液氨(an)可送至儲罐或用戶。
三、介質特點
合(he)成氨(an)生產裝置中含有(you)許多具有(you)特殊性質(zhi)的介質(zhi)，包括一(yi)氧化(hua)碳(tan)(tan)、二氧化(hua)碳(tan)(tan)、氫氣(qi)(qi)、硫(liu)化(hua)氫、氨(an)和高溫氮氣(qi)(qi)。一(yi)氧化(hua)碳(tan)(tan)常態下是(shi)一(yi)種無色、無臭(chou)、無味氣(qi)(qi)體，比空氣(qi)(qi)略(lve)輕(qing)，在(zai)水中的溶解(jie)度甚低，但易溶于(yu)氨(an)水，主要表(biao)現為一(yi)氧化(hua)碳(tan)(tan)在(zai)血中與血紅蛋白結(jie)合(he)而造成組(zu)織缺(que)氧，被GB 5044列為高度危害(hai)介質(zhi)。
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(si)、合成氨裝置的配管設計
主要是對塔、罐、泵、反應(ying)器等設備的(de)配管設計。
