一、裝置(zhi)簡介
合(he)(he)(he)(he)成(cheng)氨(an)(an)是(shi)氮肥(fei)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)基礎原(yuan)料(liao)(liao)(liao)(liao)，而氮肥(fei)是(shi)農業生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)(chan)不(bu)可或(huo)缺的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)(chan)資料(liao)(liao)(liao)(liao)。氨(an)(an)是(shi)重要的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)化(hua)工(gong)(gong)(gong)原(yuan)料(liao)(liao)(liao)(liao)，通過(guo)與(yu)不(bu)同(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)元素(su)化(hua)合(he)(he)(he)(he)可以生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)(chan)胺(an)（重要的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)有機化(hua)工(gong)(gong)(gong)原(yuan)料(liao)(liao)(liao)(liao)）、苯胺(an)（重要的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)染料(liao)(liao)(liao)(liao)原(yuan)材料(liao)(liao)(liao)(liao)）、酞胺(an)（重要的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)抗生(sheng)(sheng)(sheng)素(su)原(yuan)料(liao)(liao)(liao)(liao)）、硝(xiao)酸（重要的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)軍事工(gong)(gong)(gong)業原(yuan)材料(liao)(liao)(liao)(liao)）等。在(zai)(zai)合(he)(he)(he)(he)成(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)(chan)過(guo)程(cheng)(cheng)中(zhong)，其(qi)副產(chan)(chan)品如一(yi)氧化(hua)碳、硫等也可成(cheng)為(wei)其(qi)他化(hua)工(gong)(gong)(gong)產(chan)(chan)品的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)原(yuan)材料(liao)(liao)(liao)(liao)。簡單(dan)地說(shuo)，合(he)(he)(he)(he)成(cheng)氨(an)(an)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)(chan)原(yuan)理就(jiu)(jiu)是(shi)把氮氣和(he)氫氣按一(yi)定比例混合(he)(he)(he)(he)組成(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)原(yuan)料(liao)(liao)(liao)(liao)氣，在(zai)(zai)一(yi)定的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)溫(wen)度、壓力條(tiao)件(jian)和(he)催化(hua)劑(ji)作用(yong)下進行化(hua)合(he)(he)(he)(he)而成(cheng)。根據采用(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)原(yuan)料(liao)(liao)(liao)(liao)不(bu)同(tong)(tong)以及采用(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)合(he)(he)(he)(he)成(cheng)方法不(bu)同(tong)(tong)，合(he)(he)(he)(he)成(cheng)氨(an)(an)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)(chan)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)有很(hen)多(duo)種。就(jiu)(jiu)目前的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)大型(xing)合(he)(he)(he)(he)成(cheng)氨(an)(an)裝置(zhi)所采用(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)原(yuan)材料(liao)(liao)(liao)(liao)來源(yuan)來說(shuo)，有氣體原(yuan)料(liao)(liao)(liao)(liao)（包(bao)括(kuo)天(tian)然氣、煉廠干氣等）、液(ye)體原(yuan)料(liao)(liao)(liao)(liao)（包(bao)括(kuo)輕(qing)質液(ye)態烴和(he)重質液(ye)態烴）、固體原(yuan)料(liao)(liao)(liao)(liao)（例如煤）。就(jiu)(jiu)合(he)(he)(he)(he)成(cheng)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)來說(shuo)，目前常(chang)用(yong)的(de)(de)(de)(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。不(bu)同(tong)(tong)類型(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)原(yuan)材料(liao)(liao)(liao)(liao)和(he)不(bu)同(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)(chan)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)，采用(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)(chan)流程(cheng)(cheng)和(he)生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)(chan)參數有較大的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)差(cha)別。這里(li)以氣體原(yuan)料(liao)(liao)(liao)(liao)＋Braun工(gong)(gong)(gong)藝(yi)為(wei)例介紹(shao)。
二、典型合(he)成氨裝置的工藝及特(te)點
以燃(ran)料(liao)氣為(wei)原料(liao)的合成(cheng)氨工藝，主要分(fen)為(wei)脫(tuo)硫、轉化(hua)、變換、凈化(hua)、壓縮與合成(cheng)、冷(leng)凍共六(liu)個環節(jie)。
1. 脫(tuo)硫
由(you)于硫對后續工序中的催(cui)(cui)化(hua)劑(ji)有害(hai)，因此對原料(liao)氣(qi)(qi)進(jin)行脫(tuo)(tuo)(tuo)硫的目的是將原料(liao)氣(qi)(qi)中的硫含(han)量(liang)脫(tuo)(tuo)(tuo)除至一定含(han)量(liang)以(yi)下。原料(liao)氣(qi)(qi)先經過壓縮(suo)機加(jia)壓，然(ran)(ran)后逐步換熱進(jin)入加(jia)氫(qing)轉(zhuan)化(hua)器，在催(cui)(cui)化(hua)劑(ji)的作用下原料(liao)氣(qi)(qi)中的各種有機硫與氫(qing)氣(qi)(qi)反應生成(cheng)硫化(hua)氫(qing)，然(ran)(ran)后進(jin)入脫(tuo)(tuo)(tuo)硫槽內(nei)通(tong)過氧化(hua)鋅將硫化(hua)氫(qing)脫(tuo)(tuo)(tuo)除。
2. 轉化
轉(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)就是將烴(jing)類氣(qi)(qi)體與(yu)水蒸(zheng)氣(qi)(qi)、空氣(qi)(qi)（為合(he)成氣(qi)(qi)提供氮），在一(yi)(yi)定(ding)的條件下化(hua)(hua)(hua)(hua)合(he)生(sheng)成氫氣(qi)(qi)、氮氣(qi)(qi)、一(yi)(yi)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)、二(er)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)等混合(he)氣(qi)(qi)體的過程。其中，混合(he)氣(qi)(qi)體中會殘留甲烷不凝氣(qi)(qi)。常用(yong)的轉(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)方(fang)法（美國(guo)凱洛格(ge)法）分為兩(liang)段(duan)(duan)(duan)(duan)轉(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)，分別為蒸(zheng)汽轉(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)和部分氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)轉(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)。典型的合(he)成氨轉(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)工(gong)序的工(gong)藝流(liu)(liu)程如圖2.32所示(shi)。脫(tuo)硫(liu)后(hou)(hou)的氣(qi)(qi)態(tai)烴(jing)與(yu)中壓蒸(zheng)汽混合(he)，進入一(yi)(yi)段(duan)(duan)(duan)(duan)轉(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)爐預熱(re)段(duan)(duan)(duan)(duan)加熱(re)，然(ran)后(hou)(hou)進入輻射段(duan)(duan)(duan)(duan)，在催化(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)的作(zuo)用(yong)下進行(xing)(xing)轉(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)反應(ying)(ying)(ying)。一(yi)(yi)段(duan)(duan)(duan)(duan)轉(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)的反應(ying)(ying)(ying)流(liu)(liu)出物(wu)中含殘存甲烷，需要進一(yi)(yi)步進行(xing)(xing)轉(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)，即將一(yi)(yi)段(duan)(duan)(duan)(duan)反應(ying)(ying)(ying)流(liu)(liu)出物(wu)引(yin)入二(er)段(duan)(duan)(duan)(duan)轉(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)爐，與(yu)空氣(qi)(qi)和蒸(zheng)汽的混合(he)物(wu)在二(er)段(duan)(duan)(duan)(duan)轉(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)爐內(nei)燃燒，進一(yi)(yi)步將甲烷脫(tuo)除。三(san)段(duan)(duan)(duan)(duan)轉(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)爐的反應(ying)(ying)(ying)流(liu)(liu)出物(wu)先進入廢熱(re)鍋爐，副產蒸(zheng)汽，然(ran)后(hou)(hou)逐漸冷卻(que)送到變換工(gong)序。
3. 變換
變換(huan)(huan)(huan)的(de)目的(de)是將(jiang)轉(zhuan)化(hua)后的(de)反(fan)應(ying)流出物（粗原料氣）中的(de)一氧(yang)(yang)化(hua)碳(tan)與(yu)(yu)水蒸氣進(jin)行反(fan)應(ying)，以達到把一氧(yang)(yang)化(hua)碳(tan)變換(huan)(huan)(huan)成二氧(yang)(yang)化(hua)碳(tan)并進(jin)行脫除。常用的(de)變換(huan)(huan)(huan)工藝是將(jiang)來自轉(zhuan)化(hua)工序的(de)粗原料，與(yu)(yu)中壓蒸汽混合(he)后進(jin)入(ru)高溫變換(huan)(huan)(huan)爐并在催化(hua)劑的(de)作用下(xia)進(jin)行變換(huan)(huan)(huan)，進(jin)入(ru)低溫變換(huan)(huan)(huan)爐做進(jin)一步變換(huan)(huan)(huan)。
4. 凈化
凈化(hua)(hua)(hua)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)目(mu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)是脫(tuo)(tuo)除(chu)粗(cu)原(yuan)料(liao)(liao)氣中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)二(er)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)，并使其一(yi)(yi)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)和(he)(he)二(er)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)的(de)(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)一(yi)(yi)步(bu)(bu)是采用(yong)吸(xi)(xi)收解吸(xi)(xi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)方法(fa)（例如(ru)，苯(ben)菲爾溶液吸(xi)(xi)收法(fa)）脫(tuo)(tuo)除(chu)大量的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)二(er)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)，此工(gong)(gong)藝(yi)過程也(ye)常稱為脫(tuo)(tuo)碳(tan)(tan)。由于一(yi)(yi)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)和(he)(he)二(er)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)會造(zao)成合成氨催化(hua)(hua)(hua)劑(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)中(zhong)毒，所(suo)以還(huan)需要第(di)二(er)步(bu)(bu)，即利用(yong)甲烷(wan)化(hua)(hua)(hua)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)方法(fa)進一(yi)(yi)步(bu)(bu)對粗(cu)原(yuan)料(liao)(liao)氣中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)二(er)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)和(he)(he)一(yi)(yi)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)進行脫(tuo)(tuo)除(chu)。此工(gong)(gong)藝(yi)過程也(ye)常稱為甲烷(wan)化(hua)(hua)(hua)過程。第(di)一(yi)(yi)步(bu)(bu)凈化(hua)(hua)(hua)工(gong)(gong)藝(yi)類似于煉(lian)油裝置(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)酸性(xing)水汽提(ti)，其工(gong)(gong)藝(yi)流程示(shi)意(yi)圖如(ru)圖2.33所(suo)示(shi)。解吸(xi)(xi)出來的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)二(er)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)將作為尿素裝置(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)原(yuan)料(liao)(liao)送到尿素生產裝置(zhi)。第(di)二(er)步(bu)(bu)凈化(hua)(hua)(hua)是利用(yong)一(yi)(yi)定(ding)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)工(gong)(gong)藝(yi)條件(jian)（壓力取(qu)決于凈化(hua)(hua)(hua)壓力），并在催化(hua)(hua)(hua)劑(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)作用(yong)下使原(yuan)料(liao)(liao)氣中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)一(yi)(yi)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)和(he)(he)二(er)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)與(yu)氫氣化(hua)(hua)(hua)合成甲烷(wan)，從而達(da)到脫(tuo)(tuo)除(chu)一(yi)(yi)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)和(he)(he)二(er)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)目(mu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)。
5. 壓縮與合(he)成
凈化(hua)后(hou)的(de)(de)(de)(de)原料氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)在高(gao)溫、高(gao)壓(ya)(ya)條件和催化(hua)劑的(de)(de)(de)(de)作用下化(hua)合(he)(he)成(cheng)氨(an)(an)(an)(an)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)。典型的(de)(de)(de)(de)氨(an)(an)(an)(an)合(he)(he)成(cheng)工藝流(liu)程示(shi)意圖如圖2.34所(suo)示(shi)。原料氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)經壓(ya)(ya)縮(suo)(suo)機一級壓(ya)(ya)縮(suo)(suo)后(hou)，再與循環氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)匯合(he)(he)進(jin)行二級壓(ya)(ya)縮(suo)(suo)。經逐(zhu)次換熱后(hou)，送入第一合(he)(he)成(cheng)塔進(jin)行合(he)(he)成(cheng)反(fan)應(ying)。合(he)(he)成(cheng)塔底(di)(di)部出(chu)來的(de)(de)(de)(de)合(he)(he)成(cheng)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)（含氨(an)(an)(an)(an)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)、氫氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)、氮氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)、甲烷、氮氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)等(deng)(deng)），經過(guo)(guo)廢(fei)熱鍋(guo)爐（用于(yu)副產蒸汽）降(jiang)(jiang)熱后(hou)進(jin)入第二合(he)(he)成(cheng)塔、第三(san)合(he)(he)成(cheng)塔，逐(zhu)次再進(jin)行合(he)(he)成(cheng)反(fan)應(ying)。從第三(san)合(he)(he)成(cheng)塔出(chu)來的(de)(de)(de)(de)合(he)(he)成(cheng)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)經過(guo)(guo)逐(zhu)次降(jiang)(jiang)溫，進(jin)入分(fen)(fen)離(li)(li)器。分(fen)(fen)離(li)(li)器頂部出(chu)來的(de)(de)(de)(de)循環氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)（含氫氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)、氮氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)、甲烷、氦氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)和少量(liang)的(de)(de)(de)(de)氨(an)(an)(an)(an)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)等(deng)(deng)），經換熱后(hou)循環利(li)用。分(fen)(fen)離(li)(li)器底(di)(di)部出(chu)來的(de)(de)(de)(de)液氨(an)(an)(an)(an)經降(jiang)(jiang)壓(ya)(ya)后(hou)送入冰機氨(an)(an)(an)(an)罐(guan)。
6. 冷(leng)凍(dong)
合成工段出來的液(ye)氨(an)最后被送至冷凍工段，經氣化和壓縮（冰(bing)機），得到成品液(ye)氨(an)。成品液(ye)氨(an)可送至儲(chu)罐(guan)或用戶。
三、介質特(te)點
合成氨生(sheng)產裝置中(zhong)(zhong)含有許多(duo)具有特(te)殊性質(zhi)的介質(zhi)，包括一(yi)氧(yang)化碳、二氧(yang)化碳、氫氣、硫化氫、氨和高溫氮氣。一(yi)氧(yang)化碳常態下是一(yi)種無色、無臭(chou)、無味氣體(ti)，比空氣略(lve)輕(qing)，在水中(zhong)(zhong)的溶解度(du)甚低(di)，但易溶于(yu)氨水，主要表現為一(yi)氧(yang)化碳在血中(zhong)(zhong)與(yu)血紅蛋(dan)白結合而造成組織缺氧(yang)，被GB 5044列為高度(du)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、合成氨裝置的配管設計
主要是對塔、罐(guan)、泵、反應器等設備的(de)配管設計。
