一(yi)、裝(zhuang)置(zhi)簡介
合(he)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)氨是氮(dan)肥(fei)的(de)(de)(de)(de)基(ji)礎原(yuan)料(liao)(liao)(liao)，而氮(dan)肥(fei)是農業生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)不(bu)(bu)(bu)可或缺的(de)(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)資料(liao)(liao)(liao)。氨是重(zhong)要(yao)的(de)(de)(de)(de)化(hua)工(gong)(gong)(gong)原(yuan)料(liao)(liao)(liao)，通過與不(bu)(bu)(bu)同(tong)的(de)(de)(de)(de)元素(su)化(hua)合(he)可以生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)胺（重(zhong)要(yao)的(de)(de)(de)(de)有機化(hua)工(gong)(gong)(gong)原(yuan)料(liao)(liao)(liao)）、苯(ben)胺（重(zhong)要(yao)的(de)(de)(de)(de)染料(liao)(liao)(liao)原(yuan)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)）、酞胺（重(zhong)要(yao)的(de)(de)(de)(de)抗生(sheng)(sheng)(sheng)素(su)原(yuan)料(liao)(liao)(liao)）、硝(xiao)酸(suan)（重(zhong)要(yao)的(de)(de)(de)(de)軍(jun)事工(gong)(gong)(gong)業原(yuan)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)）等(deng)(deng)。在合(he)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)過程中，其(qi)副產(chan)品如一氧化(hua)碳、硫等(deng)(deng)也可成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)為(wei)其(qi)他化(hua)工(gong)(gong)(gong)產(chan)品的(de)(de)(de)(de)原(yuan)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)。簡單地說(shuo)，合(he)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)氨的(de)(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)原(yuan)理就是把氮(dan)氣和氫(qing)氣按一定(ding)比例混合(he)組成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)(de)原(yuan)料(liao)(liao)(liao)氣，在一定(ding)的(de)(de)(de)(de)溫(wen)度、壓(ya)力條(tiao)件和催化(hua)劑作(zuo)用(yong)(yong)下(xia)進行(xing)化(hua)合(he)而成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)。根據采用(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)原(yuan)料(liao)(liao)(liao)不(bu)(bu)(bu)同(tong)以及采用(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)合(he)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)方(fang)法不(bu)(bu)(bu)同(tong)，合(he)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)氨的(de)(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)有很多(duo)種。就目(mu)前(qian)的(de)(de)(de)(de)大型合(he)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)氨裝(zhuang)置所采用(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)原(yuan)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)來(lai)源(yuan)來(lai)說(shuo)，有氣體原(yuan)料(liao)(liao)(liao)（包(bao)括天然氣、煉廠干氣等(deng)(deng)）、液體原(yuan)料(liao)(liao)(liao)（包(bao)括輕質(zhi)液態烴和重(zhong)質(zhi)液態烴）、固體原(yuan)料(liao)(liao)(liao)（例如煤(mei)）。就合(he)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)來(lai)說(shuo)，目(mu)前(qian)常用(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)有Topsoe 工(gong)(gong)(gong)藝(yi)、Braun 工(gong)(gong)(gong)藝(yi)、ICI工(gong)(gong)(gong)藝(yi)等(deng)(deng)。不(bu)(bu)(bu)同(tong)類型的(de)(de)(de)(de)原(yuan)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)和不(bu)(bu)(bu)同(tong)的(de)(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)，采用(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)流程和生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)參數有較大的(de)(de)(de)(de)差(cha)別(bie)。這里(li)以氣體原(yuan)料(liao)(liao)(liao)＋Braun工(gong)(gong)(gong)藝(yi)為(wei)例介紹。
二、典型合成氨裝置的(de)工藝(yi)及特點(dian)
以燃料氣為原料的(de)合(he)成(cheng)氨工藝，主要(yao)分為脫(tuo)硫(liu)、轉化(hua)(hua)、變(bian)換、凈化(hua)(hua)、壓縮與合(he)成(cheng)、冷凍共六個(ge)環節。
1. 脫硫
由(you)于硫(liu)(liu)對(dui)后續工序中(zhong)的(de)(de)(de)催化(hua)劑有害，因此(ci)對(dui)原料(liao)(liao)氣(qi)進(jin)行脫硫(liu)(liu)的(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)是將原料(liao)(liao)氣(qi)中(zhong)的(de)(de)(de)硫(liu)(liu)含(han)量(liang)(liang)脫除(chu)至一定含(han)量(liang)(liang)以下。原料(liao)(liao)氣(qi)先經過(guo)(guo)壓縮(suo)機加壓，然(ran)后逐步換(huan)熱進(jin)入加氫(qing)轉化(hua)器，在(zai)催化(hua)劑的(de)(de)(de)作用下原料(liao)(liao)氣(qi)中(zhong)的(de)(de)(de)各種有機硫(liu)(liu)與氫(qing)氣(qi)反(fan)應生成(cheng)硫(liu)(liu)化(hua)氫(qing)，然(ran)后進(jin)入脫硫(liu)(liu)槽內通(tong)過(guo)(guo)氧化(hua)鋅將硫(liu)(liu)化(hua)氫(qing)脫除(chu)。
2. 轉化
轉(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)就(jiu)是將(jiang)烴(jing)類氣(qi)(qi)(qi)(qi)體(ti)與(yu)水蒸(zheng)氣(qi)(qi)(qi)(qi)、空氣(qi)(qi)(qi)(qi)（為(wei)合(he)(he)成氣(qi)(qi)(qi)(qi)提供氮），在一(yi)定的(de)(de)(de)條件下化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)合(he)(he)生成氫氣(qi)(qi)(qi)(qi)、氮氣(qi)(qi)(qi)(qi)、一(yi)氧化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)、二氧化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)等混(hun)合(he)(he)氣(qi)(qi)(qi)(qi)體(ti)的(de)(de)(de)過程(cheng)。其中(zhong)，混(hun)合(he)(he)氣(qi)(qi)(qi)(qi)體(ti)中(zhong)會殘(can)留甲(jia)烷(wan)不凝氣(qi)(qi)(qi)(qi)。常(chang)用(yong)的(de)(de)(de)轉(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)方(fang)法（美國凱洛格法）分(fen)為(wei)兩段(duan)轉(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)，分(fen)別為(wei)蒸(zheng)汽轉(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)和(he)部分(fen)氧化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)轉(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)。典型的(de)(de)(de)合(he)(he)成氨轉(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)工序(xu)的(de)(de)(de)工藝流程(cheng)如圖2.32所示。脫硫后(hou)的(de)(de)(de)氣(qi)(qi)(qi)(qi)態烴(jing)與(yu)中(zhong)壓蒸(zheng)汽混(hun)合(he)(he)，進(jin)入(ru)一(yi)段(duan)轉(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)爐預熱段(duan)加(jia)熱，然(ran)后(hou)進(jin)入(ru)輻(fu)射(she)段(duan)，在催化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)劑的(de)(de)(de)作用(yong)下進(jin)行(xing)轉(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)反(fan)應(ying)。一(yi)段(duan)轉(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)的(de)(de)(de)反(fan)應(ying)流出(chu)物(wu)中(zhong)含殘(can)存甲(jia)烷(wan)，需要進(jin)一(yi)步進(jin)行(xing)轉(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)，即將(jiang)一(yi)段(duan)反(fan)應(ying)流出(chu)物(wu)引入(ru)二段(duan)轉(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)爐，與(yu)空氣(qi)(qi)(qi)(qi)和(he)蒸(zheng)汽的(de)(de)(de)混(hun)合(he)(he)物(wu)在二段(duan)轉(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)爐內燃(ran)燒，進(jin)一(yi)步將(jiang)甲(jia)烷(wan)脫除。三段(duan)轉(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)爐的(de)(de)(de)反(fan)應(ying)流出(chu)物(wu)先(xian)進(jin)入(ru)廢(fei)熱鍋爐，副產(chan)蒸(zheng)汽，然(ran)后(hou)逐(zhu)漸冷卻(que)送到變(bian)換工序(xu)。
3. 變換(huan)
變(bian)(bian)換的(de)目的(de)是將(jiang)轉(zhuan)化(hua)后(hou)的(de)反應(ying)(ying)流(liu)出(chu)物(wu)（粗(cu)原料氣(qi)）中的(de)一氧(yang)化(hua)碳與水(shui)蒸(zheng)(zheng)氣(qi)進行反應(ying)(ying)，以達(da)到(dao)把一氧(yang)化(hua)碳變(bian)(bian)換成(cheng)二氧(yang)化(hua)碳并(bing)進行脫除。常用(yong)的(de)變(bian)(bian)換工(gong)藝(yi)是將(jiang)來自轉(zhuan)化(hua)工(gong)序的(de)粗(cu)原料，與中壓蒸(zheng)(zheng)汽(qi)混合后(hou)進入高(gao)溫(wen)變(bian)(bian)換爐(lu)并(bing)在催化(hua)劑的(de)作用(yong)下進行變(bian)(bian)換，進入低溫(wen)變(bian)(bian)換爐(lu)做進一步變(bian)(bian)換。
4. 凈化(hua)
凈(jing)(jing)化(hua)(hua)(hua)的(de)目(mu)的(de)是(shi)脫(tuo)除(chu)粗原(yuan)料(liao)氣中(zhong)的(de)二(er)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)，并使其(qi)一(yi)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)和二(er)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)的(de)總含量(liang)降低。凈(jing)(jing)化(hua)(hua)(hua)通常分兩步(bu)進(jin)行(xing)。第一(yi)步(bu)是(shi)采用(yong)吸(xi)收解吸(xi)的(de)方(fang)(fang)法（例如(ru)(ru)，苯菲爾(er)溶液吸(xi)收法）脫(tuo)除(chu)大量(liang)的(de)二(er)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)，此(ci)工藝(yi)過程(cheng)也常稱為(wei)(wei)脫(tuo)碳(tan)(tan)。由(you)于(yu)一(yi)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)和二(er)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)會造成合(he)(he)成氨(an)催化(hua)(hua)(hua)劑(ji)的(de)中(zhong)毒，所以還需要第二(er)步(bu)，即利(li)用(yong)甲(jia)烷化(hua)(hua)(hua)的(de)方(fang)(fang)法進(jin)一(yi)步(bu)對粗原(yuan)料(liao)氣中(zhong)的(de)二(er)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)和一(yi)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)進(jin)行(xing)脫(tuo)除(chu)。此(ci)工藝(yi)過程(cheng)也常稱為(wei)(wei)甲(jia)烷化(hua)(hua)(hua)過程(cheng)。第一(yi)步(bu)凈(jing)(jing)化(hua)(hua)(hua)工藝(yi)類似于(yu)煉油裝置的(de)酸性(xing)水(shui)汽提，其(qi)工藝(yi)流程(cheng)示意圖如(ru)(ru)圖2.33所示。解吸(xi)出來的(de)二(er)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)將作為(wei)(wei)尿素裝置的(de)原(yuan)料(liao)送到(dao)尿素生產裝置。第二(er)步(bu)凈(jing)(jing)化(hua)(hua)(hua)是(shi)利(li)用(yong)一(yi)定的(de)工藝(yi)條件（壓(ya)力取決于(yu)凈(jing)(jing)化(hua)(hua)(hua)壓(ya)力），并在催化(hua)(hua)(hua)劑(ji)的(de)作用(yong)下使原(yuan)料(liao)氣中(zhong)的(de)一(yi)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)和二(er)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)與(yu)氫氣化(hua)(hua)(hua)合(he)(he)成甲(jia)烷，從而達到(dao)脫(tuo)除(chu)一(yi)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)和二(er)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)的(de)目(mu)的(de)。
5. 壓(ya)縮與合成
凈化(hua)后(hou)(hou)的(de)(de)原料(liao)氣(qi)(qi)在(zai)高(gao)溫(wen)、高(gao)壓(ya)條件(jian)和催化(hua)劑的(de)(de)作(zuo)用下化(hua)合(he)成(cheng)(cheng)(cheng)氨(an)氣(qi)(qi)。典型的(de)(de)氨(an)合(he)成(cheng)(cheng)(cheng)工藝流程示(shi)意圖如圖2.34所示(shi)。原料(liao)氣(qi)(qi)經壓(ya)縮(suo)機一級壓(ya)縮(suo)后(hou)(hou)，再(zai)與(yu)循環(huan)氣(qi)(qi)匯合(he)進(jin)行(xing)二級壓(ya)縮(suo)。經逐(zhu)次換(huan)熱后(hou)(hou)，送入(ru)第一合(he)成(cheng)(cheng)(cheng)塔(ta)進(jin)行(xing)合(he)成(cheng)(cheng)(cheng)反(fan)應。合(he)成(cheng)(cheng)(cheng)塔(ta)底部出(chu)來的(de)(de)合(he)成(cheng)(cheng)(cheng)氣(qi)(qi)（含氨(an)氣(qi)(qi)、氫(qing)(qing)氣(qi)(qi)、氮氣(qi)(qi)、甲烷、氮氣(qi)(qi)等），經過廢熱鍋爐(lu)（用于(yu)副(fu)產蒸(zheng)汽）降熱后(hou)(hou)進(jin)入(ru)第二合(he)成(cheng)(cheng)(cheng)塔(ta)、第三合(he)成(cheng)(cheng)(cheng)塔(ta)，逐(zhu)次再(zai)進(jin)行(xing)合(he)成(cheng)(cheng)(cheng)反(fan)應。從(cong)第三合(he)成(cheng)(cheng)(cheng)塔(ta)出(chu)來的(de)(de)合(he)成(cheng)(cheng)(cheng)氣(qi)(qi)經過逐(zhu)次降溫(wen)，進(jin)入(ru)分離器(qi)。分離器(qi)頂部出(chu)來的(de)(de)循環(huan)氣(qi)(qi)（含氫(qing)(qing)氣(qi)(qi)、氮氣(qi)(qi)、甲烷、氦氣(qi)(qi)和少(shao)量(liang)的(de)(de)氨(an)氣(qi)(qi)等），經換(huan)熱后(hou)(hou)循環(huan)利用。分離器(qi)底部出(chu)來的(de)(de)液氨(an)經降壓(ya)后(hou)(hou)送入(ru)冰(bing)機氨(an)罐。
6. 冷凍
合成工段出來的液(ye)氨(an)(an)最(zui)后被送(song)至冷凍工段，經氣化和壓縮（冰機(ji)），得到成品液(ye)氨(an)(an)。成品液(ye)氨(an)(an)可送(song)至儲罐(guan)或用戶。
三(san)、介(jie)質(zhi)特點(dian)
合成氨生產裝置(zhi)中(zhong)含有(you)許(xu)多具有(you)特殊(shu)性質的介質，包括一(yi)(yi)氧化(hua)碳、二氧化(hua)碳、氫(qing)(qing)氣、硫化(hua)氫(qing)(qing)、氨和高(gao)溫氮氣。一(yi)(yi)氧化(hua)碳常態下是一(yi)(yi)種無(wu)色(se)、無(wu)臭、無(wu)味氣體(ti)，比空氣略輕，在(zai)水(shui)中(zhong)的溶解度甚(shen)低，但(dan)易溶于氨水(shui)，主要表現為(wei)一(yi)(yi)氧化(hua)碳在(zai)血(xue)中(zhong)與血(xue)紅蛋白(bai)結合而(er)造成組織缺氧，被(bei)GB 5044列為(wei)高(gao)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(li)腐蝕開裂(lie)（ASCC）。
四、合成氨裝(zhuang)置的配管設計(ji)
主(zhu)要是(shi)對塔、罐、泵、反應(ying)器等設備的配管設計。
