一(yi)、裝置(zhi)簡介
合(he)(he)成(cheng)氨(an)(an)是(shi)(shi)氮肥(fei)的(de)(de)(de)(de)基(ji)礎原(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)，而氮肥(fei)是(shi)(shi)農業(ye)生產(chan)不(bu)可或缺的(de)(de)(de)(de)生產(chan)資料(liao)(liao)。氨(an)(an)是(shi)(shi)重(zhong)(zhong)要(yao)(yao)(yao)的(de)(de)(de)(de)化(hua)(hua)(hua)工原(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)，通過(guo)與不(bu)同的(de)(de)(de)(de)元素化(hua)(hua)(hua)合(he)(he)可以生產(chan)胺（重(zhong)(zhong)要(yao)(yao)(yao)的(de)(de)(de)(de)有(you)(you)機化(hua)(hua)(hua)工原(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)）、苯胺（重(zhong)(zhong)要(yao)(yao)(yao)的(de)(de)(de)(de)染料(liao)(liao)原(yuan)(yuan)(yuan)材(cai)(cai)料(liao)(liao)）、酞(tai)胺（重(zhong)(zhong)要(yao)(yao)(yao)的(de)(de)(de)(de)抗生素原(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)）、硝酸（重(zhong)(zhong)要(yao)(yao)(yao)的(de)(de)(de)(de)軍事工業(ye)原(yuan)(yuan)(yuan)材(cai)(cai)料(liao)(liao)）等。在合(he)(he)成(cheng)的(de)(de)(de)(de)生產(chan)過(guo)程(cheng)中，其副產(chan)品如一氧化(hua)(hua)(hua)碳、硫(liu)等也可成(cheng)為(wei)其他化(hua)(hua)(hua)工產(chan)品的(de)(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)(yuan)材(cai)(cai)料(liao)(liao)。簡單(dan)地說(shuo)，合(he)(he)成(cheng)氨(an)(an)的(de)(de)(de)(de)生產(chan)原(yuan)(yuan)(yuan)理就是(shi)(shi)把氮氣(qi)(qi)(qi)和(he)氫氣(qi)(qi)(qi)按一定(ding)比例(li)混合(he)(he)組(zu)成(cheng)的(de)(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)氣(qi)(qi)(qi)，在一定(ding)的(de)(de)(de)(de)溫度、壓力條(tiao)件和(he)催化(hua)(hua)(hua)劑作用下進行(xing)化(hua)(hua)(hua)合(he)(he)而成(cheng)。根(gen)據采用的(de)(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)不(bu)同以及采用的(de)(de)(de)(de)合(he)(he)成(cheng)方法不(bu)同，合(he)(he)成(cheng)氨(an)(an)的(de)(de)(de)(de)生產(chan)工藝(yi)有(you)(you)很多種。就目前的(de)(de)(de)(de)大(da)型合(he)(he)成(cheng)氨(an)(an)裝置所(suo)采用的(de)(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)(yuan)材(cai)(cai)料(liao)(liao)來(lai)源來(lai)說(shuo)，有(you)(you)氣(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)原(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)（包括天然氣(qi)(qi)(qi)、煉廠干氣(qi)(qi)(qi)等）、液體(ti)(ti)原(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)（包括輕質液態烴(jing)和(he)重(zhong)(zhong)質液態烴(jing)）、固體(ti)(ti)原(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)（例(li)如煤(mei)）。就合(he)(he)成(cheng)工藝(yi)來(lai)說(shuo)，目前常用的(de)(de)(de)(de)有(you)(you)Topsoe 工藝(yi)、Braun 工藝(yi)、ICI工藝(yi)等。不(bu)同類(lei)型的(de)(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)(yuan)材(cai)(cai)料(liao)(liao)和(he)不(bu)同的(de)(de)(de)(de)生產(chan)工藝(yi)，采用的(de)(de)(de)(de)生產(chan)流程(cheng)和(he)生產(chan)參數(shu)有(you)(you)較大(da)的(de)(de)(de)(de)差別。這里以氣(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)原(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)＋Braun工藝(yi)為(wei)例(li)介紹。
二、典型合成氨裝(zhuang)置的工藝及特點
以燃料(liao)氣為(wei)原(yuan)料(liao)的合(he)成(cheng)氨工(gong)藝，主要(yao)分為(wei)脫硫、轉化、變換、凈(jing)化、壓縮與合(he)成(cheng)、冷凍共六個環節(jie)。
1. 脫硫
由于硫對后續工序中(zhong)的催(cui)化(hua)劑有(you)害(hai)，因(yin)此對原料氣(qi)進(jin)行(xing)脫(tuo)硫的目的是將原料氣(qi)中(zhong)的硫含(han)量脫(tuo)除至一定含(han)量以下(xia)。原料氣(qi)先(xian)經(jing)過(guo)壓縮機加壓，然后逐(zhu)步換熱進(jin)入(ru)加氫轉(zhuan)化(hua)器(qi)，在催(cui)化(hua)劑的作用(yong)下(xia)原料氣(qi)中(zhong)的各種有(you)機硫與氫氣(qi)反應生(sheng)成硫化(hua)氫，然后進(jin)入(ru)脫(tuo)硫槽內通過(guo)氧化(hua)鋅將硫化(hua)氫脫(tuo)除。
2. 轉化
轉(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)就是將(jiang)烴(jing)類(lei)氣(qi)體(ti)與(yu)水蒸(zheng)(zheng)氣(qi)、空氣(qi)（為合成(cheng)(cheng)氣(qi)提供氮），在一(yi)定的條件下化(hua)(hua)合生成(cheng)(cheng)氫氣(qi)、氮氣(qi)、一(yi)氧(yang)化(hua)(hua)碳(tan)、二(er)氧(yang)化(hua)(hua)碳(tan)等混(hun)合氣(qi)體(ti)的過程(cheng)。其(qi)中，混(hun)合氣(qi)體(ti)中會殘(can)留甲(jia)烷不凝氣(qi)。常(chang)用的轉(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)方(fang)法（美(mei)國(guo)凱(kai)洛格法）分為兩段(duan)轉(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)，分別為蒸(zheng)(zheng)汽轉(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)和部分氧(yang)化(hua)(hua)轉(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)。典型的合成(cheng)(cheng)氨轉(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)工(gong)(gong)序(xu)的工(gong)(gong)藝(yi)流程(cheng)如圖2.32所示。脫硫后的氣(qi)態烴(jing)與(yu)中壓蒸(zheng)(zheng)汽混(hun)合，進入一(yi)段(duan)轉(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)爐預熱(re)(re)段(duan)加熱(re)(re)，然后進入輻(fu)射段(duan)，在催化(hua)(hua)劑(ji)的作用下進行(xing)轉(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)反應(ying)。一(yi)段(duan)轉(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)的反應(ying)流出(chu)物(wu)(wu)中含殘(can)存甲(jia)烷，需要(yao)進一(yi)步進行(xing)轉(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)，即將(jiang)一(yi)段(duan)反應(ying)流出(chu)物(wu)(wu)引入二(er)段(duan)轉(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)爐，與(yu)空氣(qi)和蒸(zheng)(zheng)汽的混(hun)合物(wu)(wu)在二(er)段(duan)轉(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)爐內燃燒，進一(yi)步將(jiang)甲(jia)烷脫除。三段(duan)轉(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)爐的反應(ying)流出(chu)物(wu)(wu)先進入廢熱(re)(re)鍋(guo)爐，副產蒸(zheng)(zheng)汽，然后逐漸(jian)冷卻送到變換工(gong)(gong)序(xu)。
3. 變換
變(bian)換(huan)的(de)(de)目(mu)的(de)(de)是將轉(zhuan)(zhuan)化(hua)后(hou)的(de)(de)反應流(liu)出物（粗(cu)原料氣(qi)）中(zhong)的(de)(de)一氧化(hua)碳(tan)與水(shui)蒸(zheng)氣(qi)進(jin)(jin)行反應，以達到(dao)把一氧化(hua)碳(tan)變(bian)換(huan)成二氧化(hua)碳(tan)并進(jin)(jin)行脫除(chu)。常用的(de)(de)變(bian)換(huan)工藝(yi)是將來自(zi)轉(zhuan)(zhuan)化(hua)工序的(de)(de)粗(cu)原料，與中(zhong)壓蒸(zheng)汽混合后(hou)進(jin)(jin)入高溫(wen)變(bian)換(huan)爐(lu)并在催化(hua)劑的(de)(de)作用下(xia)進(jin)(jin)行變(bian)換(huan)，進(jin)(jin)入低溫(wen)變(bian)換(huan)爐(lu)做進(jin)(jin)一步變(bian)換(huan)。
4. 凈化
凈化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)的(de)(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)(de)是(shi)脫除粗原料氣中(zhong)的(de)(de)(de)(de)二(er)(er)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)(tan)，并使其一(yi)(yi)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)(tan)和二(er)(er)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)(tan)的(de)(de)(de)(de)總含量(liang)降低(di)。凈化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)通(tong)常(chang)分兩步進行。第(di)(di)一(yi)(yi)步是(shi)采(cai)用(yong)(yong)吸收(shou)解吸的(de)(de)(de)(de)方法(fa)(fa)（例如，苯菲爾溶(rong)液吸收(shou)法(fa)(fa)）脫除大量(liang)的(de)(de)(de)(de)二(er)(er)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)(tan)，此工(gong)藝過(guo)程也(ye)常(chang)稱為脫碳(tan)(tan)(tan)(tan)。由(you)于(yu)一(yi)(yi)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)(tan)和二(er)(er)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)(tan)會造成合(he)成氨(an)催化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)劑的(de)(de)(de)(de)中(zhong)毒，所以(yi)還需要第(di)(di)二(er)(er)步，即利用(yong)(yong)甲(jia)烷化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)的(de)(de)(de)(de)方法(fa)(fa)進一(yi)(yi)步對粗原料氣中(zhong)的(de)(de)(de)(de)二(er)(er)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)(tan)和一(yi)(yi)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)(tan)進行脫除。此工(gong)藝過(guo)程也(ye)常(chang)稱為甲(jia)烷化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)過(guo)程。第(di)(di)一(yi)(yi)步凈化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)工(gong)藝類似于(yu)煉(lian)油裝置的(de)(de)(de)(de)酸性(xing)水汽提，其工(gong)藝流(liu)程示意(yi)圖如圖2.33所示。解吸出來的(de)(de)(de)(de)二(er)(er)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)(tan)將(jiang)作為尿(niao)素(su)裝置的(de)(de)(de)(de)原料送到(dao)(dao)尿(niao)素(su)生產(chan)裝置。第(di)(di)二(er)(er)步凈化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)是(shi)利用(yong)(yong)一(yi)(yi)定的(de)(de)(de)(de)工(gong)藝條件（壓力取決于(yu)凈化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)壓力），并在催化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)劑的(de)(de)(de)(de)作用(yong)(yong)下使原料氣中(zhong)的(de)(de)(de)(de)一(yi)(yi)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)(tan)和二(er)(er)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)(tan)與氫氣化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)合(he)成甲(jia)烷，從而達到(dao)(dao)脫除一(yi)(yi)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)(tan)和二(er)(er)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)(tan)的(de)(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)(de)。
5. 壓縮與合成
凈化(hua)(hua)后(hou)的(de)(de)(de)原料(liao)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)在(zai)高溫、高壓條件和催化(hua)(hua)劑(ji)的(de)(de)(de)作用下化(hua)(hua)合(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)氨氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)。典型的(de)(de)(de)氨合(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)工藝流程(cheng)示(shi)意圖如圖2.34所示(shi)。原料(liao)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)經(jing)壓縮機一級壓縮后(hou)，再與循環(huan)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)匯(hui)合(he)(he)進(jin)行二級壓縮。經(jing)逐次(ci)換熱(re)(re)后(hou)，送入第(di)(di)一合(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)塔(ta)進(jin)行合(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)反(fan)(fan)應。合(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)塔(ta)底部出來的(de)(de)(de)合(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)（含氨氣(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），經(jing)過廢(fei)熱(re)(re)鍋爐(lu)（用于副產蒸(zheng)汽）降熱(re)(re)后(hou)進(jin)入第(di)(di)二合(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)塔(ta)、第(di)(di)三(san)合(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)塔(ta)，逐次(ci)再進(jin)行合(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)反(fan)(fan)應。從第(di)(di)三(san)合(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)塔(ta)出來的(de)(de)(de)合(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)經(jing)過逐次(ci)降溫，進(jin)入分離(li)器(qi)(qi)。分離(li)器(qi)(qi)頂(ding)部出來的(de)(de)(de)循環(huan)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(hai)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)和少量的(de)(de)(de)氨氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)等），經(jing)換熱(re)(re)后(hou)循環(huan)利用。分離(li)器(qi)(qi)底部出來的(de)(de)(de)液氨經(jing)降壓后(hou)送入冰(bing)機氨罐。
6. 冷凍
合成工(gong)段(duan)出來(lai)的(de)液(ye)氨最后被送至冷凍(dong)工(gong)段(duan)，經氣化(hua)和壓縮（冰機），得到成品(pin)液(ye)氨。成品(pin)液(ye)氨可送至儲罐或(huo)用戶。
三、介質特(te)點
合成氨(an)生(sheng)產裝置中(zhong)含(han)有(you)許(xu)多具有(you)特殊性質(zhi)(zhi)的(de)介質(zhi)(zhi)，包括一氧(yang)化碳(tan)(tan)(tan)、二氧(yang)化碳(tan)(tan)(tan)、氫(qing)氣(qi)、硫(liu)化氫(qing)、氨(an)和高溫氮(dan)氣(qi)。一氧(yang)化碳(tan)(tan)(tan)常態下是(shi)一種無(wu)(wu)(wu)色、無(wu)(wu)(wu)臭、無(wu)(wu)(wu)味氣(qi)體，比空氣(qi)略輕，在水中(zhong)的(de)溶解度甚低，但易溶于氨(an)水，主要表現為(wei)一氧(yang)化碳(tan)(tan)(tan)在血中(zhong)與血紅蛋白結合而造成組織缺(que)氧(yang)，被GB 5044列為(wei)高度危害介質(zhi)(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(he)成氨裝置(zhi)的配管設計
主要是(shi)對塔、罐(guan)、泵(beng)、反(fan)應(ying)器等設(she)備的(de)配管設(she)計。
