一(yi)、裝置簡介
合(he)成(cheng)氨(an)(an)是(shi)氮肥的(de)(de)(de)(de)(de)(de)基(ji)礎原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)，而氮肥是(shi)農(nong)業生(sheng)產不(bu)(bu)可或缺的(de)(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)產資料(liao)(liao)。氨(an)(an)是(shi)重(zhong)要(yao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)化(hua)(hua)工(gong)(gong)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)，通過與不(bu)(bu)同(tong)(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)元(yuan)素(su)化(hua)(hua)合(he)可以生(sheng)產胺(an)(an)（重(zhong)要(yao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)有機化(hua)(hua)工(gong)(gong)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)）、苯胺(an)(an)（重(zhong)要(yao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)染料(liao)(liao)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)材(cai)(cai)料(liao)(liao)）、酞胺(an)(an)（重(zhong)要(yao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)抗生(sheng)素(su)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)）、硝酸（重(zhong)要(yao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)軍(jun)事工(gong)(gong)業原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)材(cai)(cai)料(liao)(liao)）等(deng)(deng)(deng)。在合(he)成(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)產過程中，其副產品如(ru)一氧化(hua)(hua)碳(tan)、硫等(deng)(deng)(deng)也可成(cheng)為其他化(hua)(hua)工(gong)(gong)產品的(de)(de)(de)(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)材(cai)(cai)料(liao)(liao)。簡單地說(shuo)，合(he)成(cheng)氨(an)(an)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)產原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)理就(jiu)是(shi)把氮氣和(he)氫氣按一定比例(li)混合(he)組成(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)氣，在一定的(de)(de)(de)(de)(de)(de)溫度、壓(ya)力條件和(he)催化(hua)(hua)劑作用(yong)下進行化(hua)(hua)合(he)而成(cheng)。根據采(cai)(cai)用(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)不(bu)(bu)同(tong)(tong)(tong)以及采(cai)(cai)用(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)合(he)成(cheng)方法不(bu)(bu)同(tong)(tong)(tong)，合(he)成(cheng)氨(an)(an)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)產工(gong)(gong)藝(yi)有很多種(zhong)。就(jiu)目(mu)前的(de)(de)(de)(de)(de)(de)大型(xing)合(he)成(cheng)氨(an)(an)裝置所采(cai)(cai)用(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)材(cai)(cai)料(liao)(liao)來源(yuan)來說(shuo)，有氣體(ti)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)（包(bao)(bao)括(kuo)天然(ran)氣、煉廠干氣等(deng)(deng)(deng)）、液體(ti)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)（包(bao)(bao)括(kuo)輕質液態烴和(he)重(zhong)質液態烴）、固體(ti)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)（例(li)如(ru)煤）。就(jiu)合(he)成(cheng)工(gong)(gong)藝(yi)來說(shuo)，目(mu)前常(chang)用(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)有Topsoe 工(gong)(gong)藝(yi)、Braun 工(gong)(gong)藝(yi)、ICI工(gong)(gong)藝(yi)等(deng)(deng)(deng)。不(bu)(bu)同(tong)(tong)(tong)類型(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)材(cai)(cai)料(liao)(liao)和(he)不(bu)(bu)同(tong)(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)產工(gong)(gong)藝(yi)，采(cai)(cai)用(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)產流程和(he)生(sheng)產參數(shu)有較大的(de)(de)(de)(de)(de)(de)差別(bie)。這(zhe)里以氣體(ti)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)＋Braun工(gong)(gong)藝(yi)為例(li)介紹。
二、典型合成氨裝置的工(gong)藝及特點
以燃料氣(qi)為原(yuan)料的合成氨工藝，主要(yao)分(fen)為脫硫、轉(zhuan)化(hua)、變換、凈化(hua)、壓(ya)縮與合成、冷(leng)凍(dong)共六個(ge)環節。
1. 脫硫(liu)
由于硫(liu)對(dui)后續工序中的(de)催化(hua)劑(ji)有害，因(yin)此(ci)對(dui)原(yuan)(yuan)料(liao)(liao)氣(qi)進(jin)行(xing)脫硫(liu)的(de)目(mu)的(de)是將原(yuan)(yuan)料(liao)(liao)氣(qi)中的(de)硫(liu)含量(liang)脫除(chu)至一定含量(liang)以下(xia)。原(yuan)(yuan)料(liao)(liao)氣(qi)先經過壓縮機(ji)加壓，然后逐步(bu)換(huan)熱(re)進(jin)入加氫轉(zhuan)化(hua)器，在(zai)催化(hua)劑(ji)的(de)作用下(xia)原(yuan)(yuan)料(liao)(liao)氣(qi)中的(de)各種有機(ji)硫(liu)與氫氣(qi)反應生成硫(liu)化(hua)氫，然后進(jin)入脫硫(liu)槽內(nei)通(tong)過氧(yang)化(hua)鋅將硫(liu)化(hua)氫脫除(chu)。
2. 轉(zhuan)化
轉(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)就是將(jiang)烴類氣(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)(ti)與水(shui)蒸氣(qi)(qi)(qi)、空(kong)氣(qi)(qi)(qi)（為合(he)(he)(he)(he)成氣(qi)(qi)(qi)提(ti)供氮），在一(yi)定的(de)條件下化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)合(he)(he)(he)(he)生成氫(qing)氣(qi)(qi)(qi)、氮氣(qi)(qi)(qi)、一(yi)氧化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳、二氧化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳等混(hun)(hun)合(he)(he)(he)(he)氣(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)(ti)的(de)過程(cheng)。其中(zhong)，混(hun)(hun)合(he)(he)(he)(he)氣(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)(ti)中(zhong)會殘留(liu)甲(jia)烷(wan)(wan)不凝氣(qi)(qi)(qi)。常用的(de)轉(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)方法(fa)（美國凱洛格法(fa)）分為兩段(duan)(duan)轉(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)，分別為蒸汽轉(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)和(he)部分氧化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)轉(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)。典(dian)型的(de)合(he)(he)(he)(he)成氨轉(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)工(gong)序的(de)工(gong)藝流(liu)程(cheng)如(ru)圖2.32所示。脫硫后的(de)氣(qi)(qi)(qi)態(tai)烴與中(zhong)壓蒸汽混(hun)(hun)合(he)(he)(he)(he)，進(jin)(jin)入一(yi)段(duan)(duan)轉(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)爐預熱段(duan)(duan)加熱，然后進(jin)(jin)入輻射段(duan)(duan)，在催化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)劑的(de)作用下進(jin)(jin)行(xing)轉(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)反應。一(yi)段(duan)(duan)轉(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)的(de)反應流(liu)出物(wu)中(zhong)含殘存(cun)甲(jia)烷(wan)(wan)，需(xu)要(yao)進(jin)(jin)一(yi)步進(jin)(jin)行(xing)轉(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)，即將(jiang)一(yi)段(duan)(duan)反應流(liu)出物(wu)引入二段(duan)(duan)轉(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)爐，與空(kong)氣(qi)(qi)(qi)和(he)蒸汽的(de)混(hun)(hun)合(he)(he)(he)(he)物(wu)在二段(duan)(duan)轉(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)爐內(nei)燃燒(shao)，進(jin)(jin)一(yi)步將(jiang)甲(jia)烷(wan)(wan)脫除。三段(duan)(duan)轉(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)爐的(de)反應流(liu)出物(wu)先進(jin)(jin)入廢(fei)熱鍋爐，副產(chan)蒸汽，然后逐(zhu)漸冷卻送到變換(huan)工(gong)序。
3. 變換
變(bian)(bian)換(huan)的(de)目的(de)是將轉(zhuan)化(hua)后(hou)的(de)反(fan)應流出物（粗原料氣(qi)）中(zhong)的(de)一(yi)氧(yang)化(hua)碳(tan)與水蒸氣(qi)進(jin)行(xing)反(fan)應，以達(da)到把(ba)一(yi)氧(yang)化(hua)碳(tan)變(bian)(bian)換(huan)成二氧(yang)化(hua)碳(tan)并進(jin)行(xing)脫(tuo)除(chu)。常用的(de)變(bian)(bian)換(huan)工(gong)藝是將來自轉(zhuan)化(hua)工(gong)序的(de)粗原料，與中(zhong)壓蒸汽混合后(hou)進(jin)入高溫變(bian)(bian)換(huan)爐(lu)并在催化(hua)劑(ji)的(de)作用下進(jin)行(xing)變(bian)(bian)換(huan)，進(jin)入低溫變(bian)(bian)換(huan)爐(lu)做進(jin)一(yi)步變(bian)(bian)換(huan)。
4. 凈化
凈化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)的(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)是脫(tuo)(tuo)除(chu)粗原(yuan)料氣(qi)中的(de)(de)(de)二(er)(er)(er)(er)(er)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)，并使其一(yi)(yi)(yi)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)和(he)(he)二(er)(er)(er)(er)(er)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)的(de)(de)(de)總含量降低。凈化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)通常分(fen)兩步(bu)進(jin)行。第(di)一(yi)(yi)(yi)步(bu)是采(cai)用(yong)吸收解吸的(de)(de)(de)方法（例如，苯菲爾(er)溶(rong)液吸收法）脫(tuo)(tuo)除(chu)大量的(de)(de)(de)二(er)(er)(er)(er)(er)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)，此工(gong)(gong)(gong)藝(yi)過程(cheng)(cheng)也常稱為脫(tuo)(tuo)碳(tan)(tan)(tan)。由(you)于(yu)一(yi)(yi)(yi)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)和(he)(he)二(er)(er)(er)(er)(er)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)會造成(cheng)合成(cheng)氨(an)催化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)劑的(de)(de)(de)中毒，所以還需要第(di)二(er)(er)(er)(er)(er)步(bu)，即利用(yong)甲烷(wan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)的(de)(de)(de)方法進(jin)一(yi)(yi)(yi)步(bu)對(dui)粗原(yuan)料氣(qi)中的(de)(de)(de)二(er)(er)(er)(er)(er)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)和(he)(he)一(yi)(yi)(yi)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)進(jin)行脫(tuo)(tuo)除(chu)。此工(gong)(gong)(gong)藝(yi)過程(cheng)(cheng)也常稱為甲烷(wan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)過程(cheng)(cheng)。第(di)一(yi)(yi)(yi)步(bu)凈化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)類似于(yu)煉(lian)油裝置(zhi)的(de)(de)(de)酸(suan)性水汽提，其工(gong)(gong)(gong)藝(yi)流程(cheng)(cheng)示意圖(tu)如圖(tu)2.33所示。解吸出來的(de)(de)(de)二(er)(er)(er)(er)(er)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)將作為尿(niao)素裝置(zhi)的(de)(de)(de)原(yuan)料送到尿(niao)素生產裝置(zhi)。第(di)二(er)(er)(er)(er)(er)步(bu)凈化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)是利用(yong)一(yi)(yi)(yi)定(ding)的(de)(de)(de)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)條件（壓(ya)力取決于(yu)凈化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)壓(ya)力），并在催化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)劑的(de)(de)(de)作用(yong)下使原(yuan)料氣(qi)中的(de)(de)(de)一(yi)(yi)(yi)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)和(he)(he)二(er)(er)(er)(er)(er)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)與氫氣(qi)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)合成(cheng)甲烷(wan)，從而(er)達到脫(tuo)(tuo)除(chu)一(yi)(yi)(yi)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)和(he)(he)二(er)(er)(er)(er)(er)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)的(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)。
5. 壓(ya)縮與合(he)成
凈化后(hou)的原料氣(qi)在高溫、高壓(ya)條件和催化劑的作(zuo)用(yong)下化合(he)(he)(he)(he)成(cheng)氨(an)(an)氣(qi)。典型的氨(an)(an)合(he)(he)(he)(he)成(cheng)工藝流程示意圖如圖2.34所(suo)示。原料氣(qi)經(jing)壓(ya)縮機一(yi)級壓(ya)縮后(hou)，再與循環氣(qi)匯合(he)(he)(he)(he)進(jin)(jin)(jin)(jin)行二級壓(ya)縮。經(jing)逐(zhu)次(ci)換(huan)熱(re)后(hou)，送入(ru)第一(yi)合(he)(he)(he)(he)成(cheng)塔(ta)進(jin)(jin)(jin)(jin)行合(he)(he)(he)(he)成(cheng)反應。合(he)(he)(he)(he)成(cheng)塔(ta)底部(bu)(bu)出來的合(he)(he)(he)(he)成(cheng)氣(qi)（含(han)氨(an)(an)氣(qi)、氫(qing)氣(qi)、氮(dan)氣(qi)、甲(jia)烷、氮(dan)氣(qi)等），經(jing)過(guo)廢(fei)熱(re)鍋(guo)爐（用(yong)于副產蒸汽）降(jiang)熱(re)后(hou)進(jin)(jin)(jin)(jin)入(ru)第二合(he)(he)(he)(he)成(cheng)塔(ta)、第三(san)合(he)(he)(he)(he)成(cheng)塔(ta)，逐(zhu)次(ci)再進(jin)(jin)(jin)(jin)行合(he)(he)(he)(he)成(cheng)反應。從(cong)第三(san)合(he)(he)(he)(he)成(cheng)塔(ta)出來的合(he)(he)(he)(he)成(cheng)氣(qi)經(jing)過(guo)逐(zhu)次(ci)降(jiang)溫，進(jin)(jin)(jin)(jin)入(ru)分(fen)離(li)器。分(fen)離(li)器頂部(bu)(bu)出來的循環氣(qi)（含(han)氫(qing)氣(qi)、氮(dan)氣(qi)、甲(jia)烷、氦氣(qi)和少量的氨(an)(an)氣(qi)等），經(jing)換(huan)熱(re)后(hou)循環利用(yong)。分(fen)離(li)器底部(bu)(bu)出來的液氨(an)(an)經(jing)降(jiang)壓(ya)后(hou)送入(ru)冰機氨(an)(an)罐。
6. 冷凍
合(he)成工段(duan)出來的液氨(an)(an)最(zui)后(hou)被送(song)至(zhi)冷凍工段(duan)，經(jing)氣化和壓縮（冰機(ji)），得(de)到(dao)成品液氨(an)(an)。成品液氨(an)(an)可送(song)至(zhi)儲(chu)罐或用戶。
三、介質特點
合成(cheng)氨生產(chan)裝置(zhi)中含有許多具有特殊性(xing)質的介(jie)質，包括一(yi)氧(yang)化(hua)碳(tan)、二氧(yang)化(hua)碳(tan)、氫氣、硫化(hua)氫、氨和高溫氮氣。一(yi)氧(yang)化(hua)碳(tan)常態(tai)下是(shi)一(yi)種無(wu)色、無(wu)臭、無(wu)味氣體，比空氣略輕，在水(shui)中的溶(rong)解度甚低(di)，但易溶(rong)于氨水(shui)，主要(yao)表(biao)現為一(yi)氧(yang)化(hua)碳(tan)在血(xue)中與血(xue)紅蛋(dan)白(bai)結合而(er)造成(cheng)組織缺氧(yang)，被GB 5044列(lie)為高度危害介(jie)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腐蝕開裂（ASCC）。
四、合成氨裝(zhuang)置的配管設計
主要是對塔、罐(guan)、泵、反應器(qi)等設(she)備(bei)的配管設(she)計。
