一(yi)、裝置簡(jian)介
合(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)氨(an)是(shi)(shi)氮(dan)(dan)肥的(de)(de)(de)(de)基礎(chu)原(yuan)料(liao)(liao)(liao)，而氮(dan)(dan)肥是(shi)(shi)農(nong)業(ye)生產(chan)不(bu)可(ke)或缺的(de)(de)(de)(de)生產(chan)資料(liao)(liao)(liao)。氨(an)是(shi)(shi)重(zhong)(zhong)要的(de)(de)(de)(de)化(hua)工(gong)(gong)(gong)原(yuan)料(liao)(liao)(liao)，通過與不(bu)同(tong)的(de)(de)(de)(de)元(yuan)素化(hua)合(he)(he)可(ke)以(yi)生產(chan)胺（重(zhong)(zhong)要的(de)(de)(de)(de)有(you)機(ji)化(hua)工(gong)(gong)(gong)原(yuan)料(liao)(liao)(liao)）、苯胺（重(zhong)(zhong)要的(de)(de)(de)(de)染(ran)料(liao)(liao)(liao)原(yuan)材料(liao)(liao)(liao)）、酞胺（重(zhong)(zhong)要的(de)(de)(de)(de)抗(kang)生素原(yuan)料(liao)(liao)(liao)）、硝酸（重(zhong)(zhong)要的(de)(de)(de)(de)軍事工(gong)(gong)(gong)業(ye)原(yuan)材料(liao)(liao)(liao)）等(deng)。在(zai)合(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)(de)生產(chan)過程(cheng)中(zhong)，其副(fu)產(chan)品如一氧化(hua)碳、硫(liu)等(deng)也可(ke)成(cheng)(cheng)(cheng)為其他化(hua)工(gong)(gong)(gong)產(chan)品的(de)(de)(de)(de)原(yuan)材料(liao)(liao)(liao)。簡單地說(shuo)，合(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)氨(an)的(de)(de)(de)(de)生產(chan)原(yuan)理(li)就(jiu)是(shi)(shi)把氮(dan)(dan)氣(qi)和(he)氫氣(qi)按一定比(bi)例混合(he)(he)組(zu)成(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)(de)原(yuan)料(liao)(liao)(liao)氣(qi)，在(zai)一定的(de)(de)(de)(de)溫(wen)度、壓力(li)條(tiao)件(jian)和(he)催化(hua)劑作用(yong)(yong)下進行化(hua)合(he)(he)而成(cheng)(cheng)(cheng)。根(gen)據采(cai)用(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)原(yuan)料(liao)(liao)(liao)不(bu)同(tong)以(yi)及采(cai)用(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)合(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)方法不(bu)同(tong)，合(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)氨(an)的(de)(de)(de)(de)生產(chan)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)有(you)很多種。就(jiu)目(mu)前的(de)(de)(de)(de)大型(xing)(xing)合(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)氨(an)裝(zhuang)置所采(cai)用(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)原(yuan)材料(liao)(liao)(liao)來源來說(shuo)，有(you)氣(qi)體(ti)原(yuan)料(liao)(liao)(liao)（包括(kuo)天然氣(qi)、煉廠干氣(qi)等(deng)）、液(ye)(ye)體(ti)原(yuan)料(liao)(liao)(liao)（包括(kuo)輕質液(ye)(ye)態(tai)烴和(he)重(zhong)(zhong)質液(ye)(ye)態(tai)烴）、固(gu)體(ti)原(yuan)料(liao)(liao)(liao)（例如煤）。就(jiu)合(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)來說(shuo)，目(mu)前常用(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)有(you)Topsoe 工(gong)(gong)(gong)藝(yi)、Braun 工(gong)(gong)(gong)藝(yi)、ICI工(gong)(gong)(gong)藝(yi)等(deng)。不(bu)同(tong)類型(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)原(yuan)材料(liao)(liao)(liao)和(he)不(bu)同(tong)的(de)(de)(de)(de)生產(chan)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)，采(cai)用(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)生產(chan)流程(cheng)和(he)生產(chan)參數有(you)較大的(de)(de)(de)(de)差(cha)別。這(zhe)里以(yi)氣(qi)體(ti)原(yuan)料(liao)(liao)(liao)＋Braun工(gong)(gong)(gong)藝(yi)為例介紹。
二、典(dian)型合成氨裝置的工藝及特點
以(yi)燃料氣(qi)為原料的(de)合成(cheng)氨工藝，主要分為脫(tuo)硫、轉化、變換、凈化、壓縮與(yu)合成(cheng)、冷凍(dong)共六個環節。
1. 脫硫
由于硫對后續(xu)工(gong)序(xu)中(zhong)的(de)(de)(de)催化(hua)(hua)(hua)劑有害，因此(ci)對原料(liao)氣(qi)(qi)進(jin)行脫硫的(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)是將(jiang)原料(liao)氣(qi)(qi)中(zhong)的(de)(de)(de)硫含量脫除至一(yi)定含量以下(xia)。原料(liao)氣(qi)(qi)先經(jing)過壓縮(suo)機加(jia)壓，然(ran)(ran)后逐步換熱進(jin)入加(jia)氫轉化(hua)(hua)(hua)器，在催化(hua)(hua)(hua)劑的(de)(de)(de)作用下(xia)原料(liao)氣(qi)(qi)中(zhong)的(de)(de)(de)各種有機硫與(yu)氫氣(qi)(qi)反(fan)應生成硫化(hua)(hua)(hua)氫，然(ran)(ran)后進(jin)入脫硫槽內通過氧化(hua)(hua)(hua)鋅將(jiang)硫化(hua)(hua)(hua)氫脫除。
2. 轉(zhuan)化
轉(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)就是將烴類氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)體與(yu)水蒸氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)、空(kong)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)（為合(he)成氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)提供氮(dan)），在一定(ding)的(de)條(tiao)件下(xia)化(hua)(hua)(hua)(hua)合(he)生成氫氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)、氮(dan)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)、一氧化(hua)(hua)(hua)(hua)碳、二氧化(hua)(hua)(hua)(hua)碳等混合(he)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)體的(de)過程(cheng)。其中(zhong)，混合(he)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)體中(zhong)會殘(can)留甲烷不(bu)凝氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)。常用的(de)轉(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)方法(fa)(fa)（美國凱洛格法(fa)(fa)）分為兩段(duan)(duan)(duan)轉(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)，分別為蒸汽(qi)(qi)轉(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)和部分氧化(hua)(hua)(hua)(hua)轉(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)。典(dian)型的(de)合(he)成氨轉(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)工序(xu)的(de)工藝流(liu)程(cheng)如圖2.32所示(shi)。脫硫后(hou)(hou)(hou)的(de)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)態烴與(yu)中(zhong)壓蒸汽(qi)(qi)混合(he)，進(jin)(jin)(jin)入(ru)一段(duan)(duan)(duan)轉(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)爐預熱(re)(re)段(duan)(duan)(duan)加熱(re)(re)，然后(hou)(hou)(hou)進(jin)(jin)(jin)入(ru)輻射段(duan)(duan)(duan)，在催化(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)的(de)作(zuo)用下(xia)進(jin)(jin)(jin)行轉(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)反應(ying)。一段(duan)(duan)(duan)轉(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)的(de)反應(ying)流(liu)出(chu)物(wu)(wu)中(zhong)含殘(can)存甲烷，需要進(jin)(jin)(jin)一步(bu)進(jin)(jin)(jin)行轉(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)，即(ji)將一段(duan)(duan)(duan)反應(ying)流(liu)出(chu)物(wu)(wu)引入(ru)二段(duan)(duan)(duan)轉(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)爐，與(yu)空(kong)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)和蒸汽(qi)(qi)的(de)混合(he)物(wu)(wu)在二段(duan)(duan)(duan)轉(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)爐內燃燒，進(jin)(jin)(jin)一步(bu)將甲烷脫除(chu)。三段(duan)(duan)(duan)轉(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)爐的(de)反應(ying)流(liu)出(chu)物(wu)(wu)先進(jin)(jin)(jin)入(ru)廢(fei)熱(re)(re)鍋爐，副產蒸汽(qi)(qi)，然后(hou)(hou)(hou)逐漸冷卻送到(dao)變換工序(xu)。
3. 變換
變(bian)換(huan)的(de)目的(de)是將轉(zhuan)化(hua)(hua)后的(de)反(fan)應流(liu)出物(wu)（粗(cu)原料氣）中的(de)一氧(yang)化(hua)(hua)碳(tan)與水蒸氣進(jin)(jin)(jin)行(xing)(xing)反(fan)應，以達到(dao)把一氧(yang)化(hua)(hua)碳(tan)變(bian)換(huan)成二氧(yang)化(hua)(hua)碳(tan)并(bing)(bing)進(jin)(jin)(jin)行(xing)(xing)脫除。常用的(de)變(bian)換(huan)工(gong)藝是將來自(zi)轉(zhuan)化(hua)(hua)工(gong)序的(de)粗(cu)原料，與中壓(ya)蒸汽混合后進(jin)(jin)(jin)入高溫變(bian)換(huan)爐并(bing)(bing)在(zai)催化(hua)(hua)劑的(de)作用下進(jin)(jin)(jin)行(xing)(xing)變(bian)換(huan)，進(jin)(jin)(jin)入低溫變(bian)換(huan)爐做進(jin)(jin)(jin)一步變(bian)換(huan)。
4. 凈化
凈化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)(de)(de)(de)是脫(tuo)(tuo)除粗原料(liao)氣(qi)(qi)中的(de)(de)(de)(de)(de)(de)二(er)(er)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)(tan)，并使其(qi)一(yi)(yi)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)(tan)和(he)(he)二(er)(er)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)(tan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)總(zong)含量降低。凈化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)通常(chang)分兩(liang)步(bu)(bu)進行。第一(yi)(yi)步(bu)(bu)是采用(yong)吸(xi)收解吸(xi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)方法（例如(ru)，苯菲爾溶液吸(xi)收法）脫(tuo)(tuo)除大量的(de)(de)(de)(de)(de)(de)二(er)(er)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)(tan)，此工(gong)藝(yi)過程(cheng)(cheng)也常(chang)稱為脫(tuo)(tuo)碳(tan)(tan)(tan)(tan)。由于(yu)(yu)一(yi)(yi)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)(tan)和(he)(he)二(er)(er)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)(tan)會(hui)造成(cheng)(cheng)合成(cheng)(cheng)氨(an)催(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)劑的(de)(de)(de)(de)(de)(de)中毒，所以(yi)還需(xu)要第二(er)(er)步(bu)(bu)，即利(li)用(yong)甲烷(wan)(wan)(wan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)方法進一(yi)(yi)步(bu)(bu)對粗原料(liao)氣(qi)(qi)中的(de)(de)(de)(de)(de)(de)二(er)(er)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)(tan)和(he)(he)一(yi)(yi)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)(tan)進行脫(tuo)(tuo)除。此工(gong)藝(yi)過程(cheng)(cheng)也常(chang)稱為甲烷(wan)(wan)(wan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)過程(cheng)(cheng)。第一(yi)(yi)步(bu)(bu)凈化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)工(gong)藝(yi)類似(si)于(yu)(yu)煉油裝(zhuang)置的(de)(de)(de)(de)(de)(de)酸性水汽提，其(qi)工(gong)藝(yi)流程(cheng)(cheng)示意圖(tu)如(ru)圖(tu)2.33所示。解吸(xi)出(chu)來的(de)(de)(de)(de)(de)(de)二(er)(er)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)(tan)將作(zuo)為尿素(su)裝(zhuang)置的(de)(de)(de)(de)(de)(de)原料(liao)送到(dao)尿素(su)生(sheng)產裝(zhuang)置。第二(er)(er)步(bu)(bu)凈化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)是利(li)用(yong)一(yi)(yi)定的(de)(de)(de)(de)(de)(de)工(gong)藝(yi)條件（壓(ya)力(li)(li)取(qu)決(jue)于(yu)(yu)凈化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)壓(ya)力(li)(li)），并在(zai)催(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)劑的(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)下使原料(liao)氣(qi)(qi)中的(de)(de)(de)(de)(de)(de)一(yi)(yi)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)(tan)和(he)(he)二(er)(er)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)(tan)與氫氣(qi)(qi)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)合成(cheng)(cheng)甲烷(wan)(wan)(wan)，從而達到(dao)脫(tuo)(tuo)除一(yi)(yi)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)(tan)和(he)(he)二(er)(er)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)(tan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)(de)(de)(de)。
5. 壓縮與合(he)成
凈化后的(de)(de)原料氣(qi)(qi)(qi)在高溫、高壓(ya)條(tiao)件和催化劑(ji)的(de)(de)作用下化合(he)(he)(he)成氨(an)(an)氣(qi)(qi)(qi)。典型的(de)(de)氨(an)(an)合(he)(he)(he)成工藝流程示意(yi)圖(tu)如(ru)圖(tu)2.34所(suo)示。原料氣(qi)(qi)(qi)經(jing)(jing)壓(ya)縮(suo)機一(yi)級(ji)壓(ya)縮(suo)后，再與(yu)循(xun)環(huan)氣(qi)(qi)(qi)匯合(he)(he)(he)進行二(er)級(ji)壓(ya)縮(suo)。經(jing)(jing)逐次(ci)換熱(re)后，送入(ru)第(di)(di)(di)一(yi)合(he)(he)(he)成塔進行合(he)(he)(he)成反應(ying)。合(he)(he)(he)成塔底部出來的(de)(de)合(he)(he)(he)成氣(qi)(qi)(qi)（含氨(an)(an)氣(qi)(qi)(qi)、氫(qing)氣(qi)(qi)(qi)、氮氣(qi)(qi)(qi)、甲(jia)烷(wan)、氮氣(qi)(qi)(qi)等），經(jing)(jing)過廢(fei)熱(re)鍋爐（用于(yu)副產蒸汽）降熱(re)后進入(ru)第(di)(di)(di)二(er)合(he)(he)(he)成塔、第(di)(di)(di)三(san)合(he)(he)(he)成塔，逐次(ci)再進行合(he)(he)(he)成反應(ying)。從第(di)(di)(di)三(san)合(he)(he)(he)成塔出來的(de)(de)合(he)(he)(he)成氣(qi)(qi)(qi)經(jing)(jing)過逐次(ci)降溫，進入(ru)分離(li)器(qi)。分離(li)器(qi)頂部出來的(de)(de)循(xun)環(huan)氣(qi)(qi)(qi)（含氫(qing)氣(qi)(qi)(qi)、氮氣(qi)(qi)(qi)、甲(jia)烷(wan)、氦氣(qi)(qi)(qi)和少(shao)量的(de)(de)氨(an)(an)氣(qi)(qi)(qi)等），經(jing)(jing)換熱(re)后循(xun)環(huan)利用。分離(li)器(qi)底部出來的(de)(de)液氨(an)(an)經(jing)(jing)降壓(ya)后送入(ru)冰機氨(an)(an)罐。
6. 冷凍
合成(cheng)(cheng)工段(duan)出來的液(ye)氨(an)最后(hou)被送至冷凍工段(duan)，經氣(qi)化和壓縮（冰機），得到成(cheng)(cheng)品(pin)液(ye)氨(an)。成(cheng)(cheng)品(pin)液(ye)氨(an)可送至儲(chu)罐或(huo)用戶。
三、介質特點(dian)
合(he)成(cheng)氨生產裝置中含(han)有(you)許(xu)多具有(you)特殊性質的介質，包括一(yi)(yi)氧(yang)(yang)化(hua)碳(tan)、二氧(yang)(yang)化(hua)碳(tan)、氫氣、硫化(hua)氫、氨和高溫氮氣。一(yi)(yi)氧(yang)(yang)化(hua)碳(tan)常態(tai)下是(shi)一(yi)(yi)種(zhong)無色、無臭、無味氣體，比(bi)空氣略(lve)輕，在水中的溶解度甚低，但(dan)易溶于氨水，主要表現為一(yi)(yi)氧(yang)(yang)化(hua)碳(tan)在血(xue)中與血(xue)紅蛋白結合(he)而造(zao)成(cheng)組織缺氧(yang)(yang)，被(bei)GB 5044列為高度危(wei)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(ying)力腐蝕(shi)開裂（ASCC）。
四、合成氨裝置(zhi)的配管設計
主要(yao)是對塔(ta)、罐(guan)、泵(beng)、反應器等設備的配管設計。
