一(yi)、裝置(zhi)簡介(jie)
合(he)(he)成(cheng)氨是(shi)氮(dan)肥的(de)(de)(de)基(ji)礎原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)(liao)，而氮(dan)肥是(shi)農(nong)業生(sheng)產(chan)(chan)(chan)(chan)不(bu)可(ke)或缺的(de)(de)(de)生(sheng)產(chan)(chan)(chan)(chan)資料(liao)(liao)(liao)(liao)。氨是(shi)重要(yao)(yao)的(de)(de)(de)化工(gong)(gong)(gong)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)(liao)，通(tong)過(guo)與不(bu)同的(de)(de)(de)元(yuan)素(su)化合(he)(he)可(ke)以生(sheng)產(chan)(chan)(chan)(chan)胺（重要(yao)(yao)的(de)(de)(de)有(you)機化工(gong)(gong)(gong)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)(liao)）、苯胺（重要(yao)(yao)的(de)(de)(de)染料(liao)(liao)(liao)(liao)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)材料(liao)(liao)(liao)(liao)）、酞胺（重要(yao)(yao)的(de)(de)(de)抗(kang)生(sheng)素(su)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)(liao)）、硝酸(suan)（重要(yao)(yao)的(de)(de)(de)軍事(shi)工(gong)(gong)(gong)業原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)材料(liao)(liao)(liao)(liao)）等。在合(he)(he)成(cheng)的(de)(de)(de)生(sheng)產(chan)(chan)(chan)(chan)過(guo)程(cheng)中，其(qi)副產(chan)(chan)(chan)(chan)品(pin)(pin)如一氧化碳、硫等也(ye)可(ke)成(cheng)為(wei)其(qi)他化工(gong)(gong)(gong)產(chan)(chan)(chan)(chan)品(pin)(pin)的(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)材料(liao)(liao)(liao)(liao)。簡單地說，合(he)(he)成(cheng)氨的(de)(de)(de)生(sheng)產(chan)(chan)(chan)(chan)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)理就是(shi)把氮(dan)氣和(he)氫氣按一定比例混合(he)(he)組成(cheng)的(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)(liao)氣，在一定的(de)(de)(de)溫度、壓力條件(jian)和(he)催化劑作用下進行(xing)化合(he)(he)而成(cheng)。根(gen)據采(cai)用的(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)(liao)不(bu)同以及采(cai)用的(de)(de)(de)合(he)(he)成(cheng)方法不(bu)同，合(he)(he)成(cheng)氨的(de)(de)(de)生(sheng)產(chan)(chan)(chan)(chan)工(gong)(gong)(gong)藝有(you)很多種。就目(mu)前的(de)(de)(de)大(da)型合(he)(he)成(cheng)氨裝置所采(cai)用的(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)材料(liao)(liao)(liao)(liao)來源來說，有(you)氣體原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)(liao)（包括天然氣、煉廠干氣等）、液體原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)(liao)（包括輕(qing)質液態烴和(he)重質液態烴）、固體原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)(liao)（例如煤）。就合(he)(he)成(cheng)工(gong)(gong)(gong)藝來說，目(mu)前常用的(de)(de)(de)有(you)Topsoe 工(gong)(gong)(gong)藝、Braun 工(gong)(gong)(gong)藝、ICI工(gong)(gong)(gong)藝等。不(bu)同類型的(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)材料(liao)(liao)(liao)(liao)和(he)不(bu)同的(de)(de)(de)生(sheng)產(chan)(chan)(chan)(chan)工(gong)(gong)(gong)藝，采(cai)用的(de)(de)(de)生(sheng)產(chan)(chan)(chan)(chan)流(liu)程(cheng)和(he)生(sheng)產(chan)(chan)(chan)(chan)參數有(you)較大(da)的(de)(de)(de)差別。這里以氣體原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)(liao)＋Braun工(gong)(gong)(gong)藝為(wei)例介紹。
二、典型(xing)合(he)成(cheng)氨裝置的(de)工藝及特點(dian)
以燃料氣(qi)為原料的合(he)(he)成氨工藝(yi)，主要(yao)分為脫硫、轉化(hua)、變換、凈化(hua)、壓縮與合(he)(he)成、冷凍共六個環節。
1. 脫硫(liu)
由于硫(liu)(liu)(liu)對后續工序中的(de)(de)催化(hua)(hua)劑有(you)害，因此對原料(liao)(liao)氣進(jin)行脫(tuo)硫(liu)(liu)(liu)的(de)(de)目的(de)(de)是將原料(liao)(liao)氣中的(de)(de)硫(liu)(liu)(liu)含(han)量脫(tuo)除至一定含(han)量以下。原料(liao)(liao)氣先(xian)經過(guo)壓縮機加壓，然(ran)后逐步(bu)換熱進(jin)入加氫(qing)轉化(hua)(hua)器，在(zai)催化(hua)(hua)劑的(de)(de)作用下原料(liao)(liao)氣中的(de)(de)各種有(you)機硫(liu)(liu)(liu)與氫(qing)氣反(fan)應生(sheng)成硫(liu)(liu)(liu)化(hua)(hua)氫(qing)，然(ran)后進(jin)入脫(tuo)硫(liu)(liu)(liu)槽內通(tong)過(guo)氧化(hua)(hua)鋅將硫(liu)(liu)(liu)化(hua)(hua)氫(qing)脫(tuo)除。
2. 轉化(hua)
轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)就是將烴類(lei)氣(qi)(qi)(qi)體與水(shui)蒸(zheng)氣(qi)(qi)(qi)、空氣(qi)(qi)(qi)（為合成(cheng)氣(qi)(qi)(qi)提供(gong)氮），在(zai)一(yi)定(ding)的(de)條件下化(hua)合生(sheng)成(cheng)氫氣(qi)(qi)(qi)、氮氣(qi)(qi)(qi)、一(yi)氧(yang)(yang)化(hua)碳、二(er)氧(yang)(yang)化(hua)碳等混(hun)合氣(qi)(qi)(qi)體的(de)過(guo)程。其中，混(hun)合氣(qi)(qi)(qi)體中會殘留(liu)甲(jia)烷不凝氣(qi)(qi)(qi)。常用(yong)的(de)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)方法(fa)（美(mei)國凱洛格法(fa)）分(fen)(fen)為兩(liang)段(duan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)，分(fen)(fen)別為蒸(zheng)汽(qi)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)和部分(fen)(fen)氧(yang)(yang)化(hua)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)。典(dian)型的(de)合成(cheng)氨(an)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)工(gong)序的(de)工(gong)藝流程如圖2.32所示(shi)。脫硫后(hou)的(de)氣(qi)(qi)(qi)態烴與中壓蒸(zheng)汽(qi)混(hun)合，進(jin)(jin)(jin)入(ru)一(yi)段(duan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)爐預熱段(duan)加熱，然后(hou)進(jin)(jin)(jin)入(ru)輻射(she)段(duan)，在(zai)催化(hua)劑的(de)作用(yong)下進(jin)(jin)(jin)行(xing)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)反(fan)應(ying)。一(yi)段(duan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)的(de)反(fan)應(ying)流出物(wu)(wu)中含殘存甲(jia)烷，需(xu)要(yao)進(jin)(jin)(jin)一(yi)步(bu)進(jin)(jin)(jin)行(xing)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)，即將一(yi)段(duan)反(fan)應(ying)流出物(wu)(wu)引入(ru)二(er)段(duan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)爐，與空氣(qi)(qi)(qi)和蒸(zheng)汽(qi)的(de)混(hun)合物(wu)(wu)在(zai)二(er)段(duan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)爐內燃燒，進(jin)(jin)(jin)一(yi)步(bu)將甲(jia)烷脫除。三段(duan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)爐的(de)反(fan)應(ying)流出物(wu)(wu)先進(jin)(jin)(jin)入(ru)廢熱鍋爐，副(fu)產蒸(zheng)汽(qi)，然后(hou)逐漸冷卻送到(dao)變換工(gong)序。
3. 變換
變(bian)(bian)換(huan)的(de)目的(de)是將(jiang)轉化(hua)(hua)后的(de)反應流出物(wu)（粗原料(liao)氣）中的(de)一(yi)氧(yang)化(hua)(hua)碳(tan)與水(shui)蒸氣進行(xing)反應，以達到把一(yi)氧(yang)化(hua)(hua)碳(tan)變(bian)(bian)換(huan)成(cheng)二氧(yang)化(hua)(hua)碳(tan)并進行(xing)脫除。常(chang)用(yong)的(de)變(bian)(bian)換(huan)工藝是將(jiang)來自轉化(hua)(hua)工序的(de)粗原料(liao)，與中壓蒸汽混(hun)合后進入高(gao)溫變(bian)(bian)換(huan)爐并在催(cui)化(hua)(hua)劑的(de)作用(yong)下進行(xing)變(bian)(bian)換(huan)，進入低溫變(bian)(bian)換(huan)爐做(zuo)進一(yi)步變(bian)(bian)換(huan)。
4. 凈(jing)化
凈(jing)化(hua)(hua)(hua)的(de)目的(de)是脫(tuo)(tuo)除(chu)粗原(yuan)料(liao)氣中的(de)二(er)(er)(er)(er)(er)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)，并(bing)使(shi)(shi)其(qi)一(yi)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)和二(er)(er)(er)(er)(er)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)的(de)總含(han)量降低。凈(jing)化(hua)(hua)(hua)通常分兩(liang)步(bu)進行。第(di)(di)一(yi)步(bu)是采(cai)用(yong)吸收解(jie)吸的(de)方(fang)法（例如，苯菲(fei)爾(er)溶液(ye)吸收法）脫(tuo)(tuo)除(chu)大量的(de)二(er)(er)(er)(er)(er)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)，此(ci)工(gong)藝過(guo)程(cheng)(cheng)也常稱(cheng)(cheng)為脫(tuo)(tuo)碳(tan)(tan)(tan)。由于一(yi)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)和二(er)(er)(er)(er)(er)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)會造成(cheng)合成(cheng)氨催化(hua)(hua)(hua)劑的(de)中毒，所(suo)以還(huan)需要第(di)(di)二(er)(er)(er)(er)(er)步(bu)，即(ji)利用(yong)甲(jia)烷(wan)化(hua)(hua)(hua)的(de)方(fang)法進一(yi)步(bu)對粗原(yuan)料(liao)氣中的(de)二(er)(er)(er)(er)(er)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)和一(yi)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)進行脫(tuo)(tuo)除(chu)。此(ci)工(gong)藝過(guo)程(cheng)(cheng)也常稱(cheng)(cheng)為甲(jia)烷(wan)化(hua)(hua)(hua)過(guo)程(cheng)(cheng)。第(di)(di)一(yi)步(bu)凈(jing)化(hua)(hua)(hua)工(gong)藝類似于煉油裝置的(de)酸性水汽提，其(qi)工(gong)藝流程(cheng)(cheng)示(shi)(shi)意圖如圖2.33所(suo)示(shi)(shi)。解(jie)吸出來的(de)二(er)(er)(er)(er)(er)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)將作為尿素裝置的(de)原(yuan)料(liao)送到尿素生(sheng)產裝置。第(di)(di)二(er)(er)(er)(er)(er)步(bu)凈(jing)化(hua)(hua)(hua)是利用(yong)一(yi)定的(de)工(gong)藝條件（壓力取(qu)決于凈(jing)化(hua)(hua)(hua)壓力），并(bing)在催化(hua)(hua)(hua)劑的(de)作用(yong)下使(shi)(shi)原(yuan)料(liao)氣中的(de)一(yi)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)和二(er)(er)(er)(er)(er)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)與氫氣化(hua)(hua)(hua)合成(cheng)甲(jia)烷(wan)，從而達到脫(tuo)(tuo)除(chu)一(yi)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)和二(er)(er)(er)(er)(er)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)的(de)目的(de)。
5. 壓縮與合成
凈化(hua)后(hou)的(de)(de)(de)(de)原料氣(qi)(qi)在高(gao)溫、高(gao)壓(ya)(ya)(ya)條件和(he)催(cui)化(hua)劑的(de)(de)(de)(de)作用(yong)下化(hua)合(he)(he)(he)成氨(an)(an)(an)氣(qi)(qi)。典型(xing)的(de)(de)(de)(de)氨(an)(an)(an)合(he)(he)(he)成工藝流程(cheng)示意圖如圖2.34所(suo)示。原料氣(qi)(qi)經(jing)壓(ya)(ya)(ya)縮(suo)機(ji)一級壓(ya)(ya)(ya)縮(suo)后(hou)，再(zai)與循(xun)環氣(qi)(qi)匯合(he)(he)(he)進(jin)行(xing)(xing)二級壓(ya)(ya)(ya)縮(suo)。經(jing)逐(zhu)(zhu)次(ci)換(huan)熱(re)(re)(re)后(hou)，送入(ru)第(di)一合(he)(he)(he)成塔(ta)進(jin)行(xing)(xing)合(he)(he)(he)成反應(ying)。合(he)(he)(he)成塔(ta)底(di)部出來(lai)的(de)(de)(de)(de)合(he)(he)(he)成氣(qi)(qi)（含氨(an)(an)(an)氣(qi)(qi)、氫氣(qi)(qi)、氮氣(qi)(qi)、甲(jia)烷、氮氣(qi)(qi)等(deng)），經(jing)過(guo)廢(fei)熱(re)(re)(re)鍋爐（用(yong)于副產蒸汽(qi)）降(jiang)(jiang)熱(re)(re)(re)后(hou)進(jin)入(ru)第(di)二合(he)(he)(he)成塔(ta)、第(di)三合(he)(he)(he)成塔(ta)，逐(zhu)(zhu)次(ci)再(zai)進(jin)行(xing)(xing)合(he)(he)(he)成反應(ying)。從第(di)三合(he)(he)(he)成塔(ta)出來(lai)的(de)(de)(de)(de)合(he)(he)(he)成氣(qi)(qi)經(jing)過(guo)逐(zhu)(zhu)次(ci)降(jiang)(jiang)溫，進(jin)入(ru)分(fen)離器(qi)。分(fen)離器(qi)頂(ding)部出來(lai)的(de)(de)(de)(de)循(xun)環氣(qi)(qi)（含氫氣(qi)(qi)、氮氣(qi)(qi)、甲(jia)烷、氦氣(qi)(qi)和(he)少量的(de)(de)(de)(de)氨(an)(an)(an)氣(qi)(qi)等(deng)），經(jing)換(huan)熱(re)(re)(re)后(hou)循(xun)環利用(yong)。分(fen)離器(qi)底(di)部出來(lai)的(de)(de)(de)(de)液氨(an)(an)(an)經(jing)降(jiang)(jiang)壓(ya)(ya)(ya)后(hou)送入(ru)冰機(ji)氨(an)(an)(an)罐。
6. 冷(leng)凍
合(he)成(cheng)(cheng)工段出來的液氨(an)最后被送至冷(leng)凍(dong)工段，經氣化和壓縮（冰機），得到成(cheng)(cheng)品(pin)液氨(an)。成(cheng)(cheng)品(pin)液氨(an)可送至儲罐或(huo)用戶。
三、介質特點
合成氨(an)(an)生產裝置(zhi)中含有許多具有特殊(shu)性(xing)質(zhi)的(de)(de)介(jie)質(zhi)，包括一氧(yang)化(hua)碳、二氧(yang)化(hua)碳、氫(qing)氣、硫(liu)化(hua)氫(qing)、氨(an)(an)和高溫氮氣。一氧(yang)化(hua)碳常態下是一種無(wu)色(se)、無(wu)臭、無(wu)味氣體(ti)，比空氣略輕，在水中的(de)(de)溶(rong)(rong)解(jie)度甚低，但易(yi)溶(rong)(rong)于氨(an)(an)水，主要表現為一氧(yang)化(hua)碳在血中與(yu)血紅蛋(dan)白(bai)結合而造成組織缺氧(yang)，被GB 5044列為高度危(wei)害介(jie)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(fu)蝕開裂（ASCC）。
四(si)、合成氨裝置的配管設(she)計
主要是對塔、罐、泵、反應(ying)器等設備的配管設計。
