一、裝置簡(jian)介

  合成(cheng)氨是(shi)(shi)氮肥(fei)的(de)(de)(de)(de)(de)基(ji)礎原(yuan)(yuan)料(liao)(liao)，而氮肥(fei)是(shi)(shi)農業生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)不(bu)可(ke)或缺的(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)資料(liao)(liao)。氨是(shi)(shi)重(zhong)要(yao)的(de)(de)(de)(de)(de)化工原(yuan)(yuan)料(liao)(liao)，通過與不(bu)同(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)元素化合可(ke)以(yi)生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)胺(an)（重(zhong)要(yao)的(de)(de)(de)(de)(de)有(you)(you)機化工原(yuan)(yuan)料(liao)(liao)）、苯胺(an)（重(zhong)要(yao)的(de)(de)(de)(de)(de)染料(liao)(liao)原(yuan)(yuan)材料(liao)(liao)）、酞(tai)胺(an)（重(zhong)要(yao)的(de)(de)(de)(de)(de)抗生(sheng)(sheng)(sheng)素原(yuan)(yuan)料(liao)(liao)）、硝酸（重(zhong)要(yao)的(de)(de)(de)(de)(de)軍事(shi)工業原(yuan)(yuan)材料(liao)(liao)）等(deng)。在(zai)合成(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)過程中，其副產(chan)品如一氧化碳、硫等(deng)也可(ke)成(cheng)為(wei)其他化工產(chan)品的(de)(de)(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)材料(liao)(liao)。簡(jian)單地(di)說(shuo)，合成(cheng)氨的(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)原(yuan)(yuan)理就是(shi)(shi)把氮氣和(he)(he)氫氣按一定比例(li)混合組成(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)料(liao)(liao)氣，在(zai)一定的(de)(de)(de)(de)(de)溫度、壓力條件和(he)(he)催(cui)化劑作用(yong)(yong)(yong)下(xia)進行化合而成(cheng)。根(gen)據采(cai)用(yong)(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)料(liao)(liao)不(bu)同(tong)(tong)以(yi)及采(cai)用(yong)(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)合成(cheng)方法不(bu)同(tong)(tong)，合成(cheng)氨的(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)工藝(yi)(yi)有(you)(you)很(hen)多(duo)種。就目前的(de)(de)(de)(de)(de)大型(xing)合成(cheng)氨裝置所采(cai)用(yong)(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)材料(liao)(liao)來源來說(shuo)，有(you)(you)氣體原(yuan)(yuan)料(liao)(liao)（包括(kuo)天然氣、煉廠干氣等(deng)）、液體原(yuan)(yuan)料(liao)(liao)（包括(kuo)輕質液態烴和(he)(he)重(zhong)質液態烴）、固(gu)體原(yuan)(yuan)料(liao)(liao)（例(li)如煤）。就合成(cheng)工藝(yi)(yi)來說(shuo)，目前常用(yong)(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)有(you)(you)Topsoe 工藝(yi)(yi)、Braun 工藝(yi)(yi)、ICI工藝(yi)(yi)等(deng)。不(bu)同(tong)(tong)類型(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)材料(liao)(liao)和(he)(he)不(bu)同(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)工藝(yi)(yi)，采(cai)用(yong)(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)流程和(he)(he)生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)參(can)數有(you)(you)較大的(de)(de)(de)(de)(de)差別。這里以(yi)氣體原(yuan)(yuan)料(liao)(liao)＋Braun工藝(yi)(yi)為(wei)例(li)介(jie)紹。

二、典型合成(cheng)氨(an)裝(zhuang)置的(de)工藝(yi)及特點

  以燃(ran)料(liao)氣為原(yuan)料(liao)的合(he)成(cheng)氨(an)工藝，主要分為脫硫、轉化、變換、凈化、壓縮與合(he)成(cheng)、冷凍共六個環節。

 1. 脫(tuo)硫 

   由于(yu)硫(liu)對后(hou)(hou)續工序(xu)中的(de)(de)催(cui)化劑有害，因此對原(yuan)料氣進行脫(tuo)硫(liu)的(de)(de)目的(de)(de)是將(jiang)原(yuan)料氣中的(de)(de)硫(liu)含(han)量脫(tuo)除(chu)至一定(ding)含(han)量以下。原(yuan)料氣先經(jing)過壓縮機(ji)加壓，然后(hou)(hou)逐步換熱進入加氫(qing)轉化器，在催(cui)化劑的(de)(de)作用(yong)下原(yuan)料氣中的(de)(de)各(ge)種有機(ji)硫(liu)與氫(qing)氣反應生成硫(liu)化氫(qing)，然后(hou)(hou)進入脫(tuo)硫(liu)槽(cao)內通過氧(yang)化鋅將(jiang)硫(liu)化氫(qing)脫(tuo)除(chu)。

 2. 轉化(hua) 

   轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)就是將烴(jing)類氣(qi)體(ti)與水蒸氣(qi)、空(kong)(kong)氣(qi)（為合(he)(he)成氣(qi)提(ti)供(gong)氮），在(zai)一(yi)(yi)定(ding)的(de)(de)(de)(de)條件下化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)合(he)(he)生成氫氣(qi)、氮氣(qi)、一(yi)(yi)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳、二(er)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳等(deng)混(hun)合(he)(he)氣(qi)體(ti)的(de)(de)(de)(de)過程。其中(zhong)(zhong)，混(hun)合(he)(he)氣(qi)體(ti)中(zhong)(zhong)會殘留甲(jia)烷(wan)不凝氣(qi)。常用的(de)(de)(de)(de)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)方法(fa)（美(mei)國(guo)凱洛格法(fa)）分為兩段(duan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)，分別為蒸汽(qi)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)和部分氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)。典型(xing)的(de)(de)(de)(de)合(he)(he)成氨轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)工(gong)序的(de)(de)(de)(de)工(gong)藝流(liu)(liu)程如圖2.32所示。脫硫后的(de)(de)(de)(de)氣(qi)態烴(jing)與中(zhong)(zhong)壓蒸汽(qi)混(hun)合(he)(he)，進(jin)(jin)入一(yi)(yi)段(duan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)爐(lu)(lu)預(yu)熱(re)段(duan)加熱(re)，然(ran)(ran)后進(jin)(jin)入輻射段(duan)，在(zai)催化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)劑的(de)(de)(de)(de)作用下進(jin)(jin)行(xing)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)反(fan)應(ying)(ying)(ying)。一(yi)(yi)段(duan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)的(de)(de)(de)(de)反(fan)應(ying)(ying)(ying)流(liu)(liu)出(chu)物(wu)(wu)中(zhong)(zhong)含殘存(cun)甲(jia)烷(wan)，需(xu)要進(jin)(jin)一(yi)(yi)步進(jin)(jin)行(xing)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)，即將一(yi)(yi)段(duan)反(fan)應(ying)(ying)(ying)流(liu)(liu)出(chu)物(wu)(wu)引入二(er)段(duan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)爐(lu)(lu)，與空(kong)(kong)氣(qi)和蒸汽(qi)的(de)(de)(de)(de)混(hun)合(he)(he)物(wu)(wu)在(zai)二(er)段(duan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)爐(lu)(lu)內燃燒(shao)，進(jin)(jin)一(yi)(yi)步將甲(jia)烷(wan)脫除。三段(duan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)爐(lu)(lu)的(de)(de)(de)(de)反(fan)應(ying)(ying)(ying)流(liu)(liu)出(chu)物(wu)(wu)先進(jin)(jin)入廢熱(re)鍋爐(lu)(lu)，副產(chan)蒸汽(qi)，然(ran)(ran)后逐漸(jian)冷卻送到變換工(gong)序。

 3. 變換 

   變(bian)(bian)(bian)換(huan)的(de)目的(de)是(shi)將轉(zhuan)化(hua)(hua)(hua)后的(de)反(fan)應流出(chu)物（粗原料(liao)氣）中(zhong)的(de)一氧化(hua)(hua)(hua)碳(tan)與水蒸氣進行反(fan)應，以達到把一氧化(hua)(hua)(hua)碳(tan)變(bian)(bian)(bian)換(huan)成二氧化(hua)(hua)(hua)碳(tan)并(bing)(bing)進行脫(tuo)除。常用的(de)變(bian)(bian)(bian)換(huan)工藝(yi)是(shi)將來自(zi)轉(zhuan)化(hua)(hua)(hua)工序(xu)的(de)粗原料(liao)，與中(zhong)壓蒸汽混合后進入高溫(wen)變(bian)(bian)(bian)換(huan)爐并(bing)(bing)在催化(hua)(hua)(hua)劑的(de)作用下進行變(bian)(bian)(bian)換(huan)，進入低溫(wen)變(bian)(bian)(bian)換(huan)爐做進一步(bu)變(bian)(bian)(bian)換(huan)。

 4. 凈(jing)化 

   凈化(hua)(hua)(hua)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)目(mu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)是脫(tuo)除粗原(yuan)料氣(qi)中的(de)(de)(de)(de)(de)(de)二(er)(er)(er)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)，并使其一氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)和(he)(he)二(er)(er)(er)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)總含量降低。凈化(hua)(hua)(hua)通常分兩步(bu)(bu)進行。第(di)(di)(di)一步(bu)(bu)是采(cai)用(yong)吸收解吸的(de)(de)(de)(de)(de)(de)方法(fa)（例(li)如(ru)，苯菲爾溶液吸收法(fa)）脫(tuo)除大量的(de)(de)(de)(de)(de)(de)二(er)(er)(er)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)，此(ci)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)過(guo)(guo)程(cheng)也常稱(cheng)為(wei)(wei)脫(tuo)碳(tan)(tan)(tan)。由(you)于(yu)一氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)和(he)(he)二(er)(er)(er)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)會造成(cheng)合(he)成(cheng)氨催(cui)化(hua)(hua)(hua)劑的(de)(de)(de)(de)(de)(de)中毒，所以還需要(yao)第(di)(di)(di)二(er)(er)(er)步(bu)(bu)，即利用(yong)甲(jia)烷化(hua)(hua)(hua)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)方法(fa)進一步(bu)(bu)對粗原(yuan)料氣(qi)中的(de)(de)(de)(de)(de)(de)二(er)(er)(er)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)和(he)(he)一氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)進行脫(tuo)除。此(ci)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)過(guo)(guo)程(cheng)也常稱(cheng)為(wei)(wei)甲(jia)烷化(hua)(hua)(hua)過(guo)(guo)程(cheng)。第(di)(di)(di)一步(bu)(bu)凈化(hua)(hua)(hua)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)類似(si)于(yu)煉油裝(zhuang)置(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)酸性水(shui)汽提，其工(gong)(gong)(gong)藝(yi)流(liu)程(cheng)示(shi)意(yi)圖如(ru)圖2.33所示(shi)。解吸出來的(de)(de)(de)(de)(de)(de)二(er)(er)(er)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)將作(zuo)為(wei)(wei)尿素(su)裝(zhuang)置(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)原(yuan)料送到尿素(su)生產裝(zhuang)置(zhi)。第(di)(di)(di)二(er)(er)(er)步(bu)(bu)凈化(hua)(hua)(hua)是利用(yong)一定(ding)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)條件（壓力(li)(li)取決于(yu)凈化(hua)(hua)(hua)壓力(li)(li)），并在催(cui)化(hua)(hua)(hua)劑的(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)下使原(yuan)料氣(qi)中的(de)(de)(de)(de)(de)(de)一氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)和(he)(he)二(er)(er)(er)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)與氫氣(qi)化(hua)(hua)(hua)合(he)成(cheng)甲(jia)烷，從而達到脫(tuo)除一氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)和(he)(he)二(er)(er)(er)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)目(mu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)。

 5. 壓(ya)縮與合成 

   凈化后(hou)的(de)(de)(de)原(yuan)料(liao)氣(qi)(qi)在高溫(wen)、高壓(ya)條件和(he)催化劑的(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)下(xia)化合(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)氨氣(qi)(qi)。典(dian)型的(de)(de)(de)氨合(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)工(gong)藝(yi)流(liu)程示(shi)意圖如圖2.34所示(shi)。原(yuan)料(liao)氣(qi)(qi)經(jing)壓(ya)縮機一級壓(ya)縮后(hou)，再(zai)與循(xun)環氣(qi)(qi)匯(hui)合(he)(he)(he)進(jin)(jin)行二級壓(ya)縮。經(jing)逐(zhu)次換熱(re)后(hou)，送入第一合(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)塔進(jin)(jin)行合(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)反應(ying)。合(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)塔底(di)部(bu)出(chu)來(lai)的(de)(de)(de)合(he)(he)(he)成(cheng)(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(deng)），經(jing)過(guo)廢熱(re)鍋(guo)爐(lu)（用(yong)于(yu)副產蒸汽）降熱(re)后(hou)進(jin)(jin)入第二合(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)塔、第三合(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)塔，逐(zhu)次再(zai)進(jin)(jin)行合(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)反應(ying)。從第三合(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)塔出(chu)來(lai)的(de)(de)(de)合(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)氣(qi)(qi)經(jing)過(guo)逐(zhu)次降溫(wen)，進(jin)(jin)入分(fen)離(li)(li)器(qi)(qi)。分(fen)離(li)(li)器(qi)(qi)頂部(bu)出(chu)來(lai)的(de)(de)(de)循(xun)環氣(qi)(qi)（含氫氣(qi)(qi)、氮氣(qi)(qi)、甲烷、氦氣(qi)(qi)和(he)少量的(de)(de)(de)氨氣(qi)(qi)等(deng)），經(jing)換熱(re)后(hou)循(xun)環利用(yong)。分(fen)離(li)(li)器(qi)(qi)底(di)部(bu)出(chu)來(lai)的(de)(de)(de)液氨經(jing)降壓(ya)后(hou)送入冰(bing)機氨罐。

 6. 冷凍 

   合成(cheng)工(gong)段(duan)(duan)出來的液氨(an)最(zui)后被(bei)送至(zhi)冷凍(dong)工(gong)段(duan)(duan)，經氣化和壓(ya)縮（冰機），得到成(cheng)品(pin)液氨(an)。成(cheng)品(pin)液氨(an)可送至(zhi)儲罐(guan)或用(yong)戶(hu)。

三、介質特點

  合成氨(an)生產裝置中(zhong)含有(you)許多具有(you)特殊性質(zhi)的介質(zhi)，包括一(yi)氧(yang)(yang)化(hua)碳(tan)(tan)、二氧(yang)(yang)化(hua)碳(tan)(tan)、氫氣(qi)(qi)(qi)(qi)、硫化(hua)氫、氨(an)和高(gao)溫氮氣(qi)(qi)(qi)(qi)。一(yi)氧(yang)(yang)化(hua)碳(tan)(tan)常態下是一(yi)種無(wu)(wu)色、無(wu)(wu)臭、無(wu)(wu)味氣(qi)(qi)(qi)(qi)體，比空氣(qi)(qi)(qi)(qi)略輕(qing)，在水中(zhong)的溶(rong)解度甚低，但易(yi)溶(rong)于氨(an)水，主要(yao)表(biao)現為一(yi)氧(yang)(yang)化(hua)碳(tan)(tan)在血中(zhong)與(yu)血紅蛋白結合而造成組(zu)織缺氧(yang)(yang)，被(bei)GB 5044列(lie)為高(gao)度危害介質(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(cheng)氨裝置的(de)配管設計

  主要是對(dui)塔(ta)、罐、泵、反(fan)應器等設(she)備(bei)的(de)配管設(she)計。