一、裝置簡介
合(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)氨(an)是(shi)氮(dan)(dan)肥的(de)(de)(de)(de)基礎原(yuan)(yuan)料(liao)(liao)，而(er)氮(dan)(dan)肥是(shi)農業生(sheng)產(chan)不(bu)可(ke)或缺的(de)(de)(de)(de)生(sheng)產(chan)資料(liao)(liao)。氨(an)是(shi)重(zhong)(zhong)要的(de)(de)(de)(de)化(hua)工原(yuan)(yuan)料(liao)(liao)，通過與不(bu)同(tong)的(de)(de)(de)(de)元素化(hua)合(he)(he)(he)可(ke)以(yi)生(sheng)產(chan)胺(an)（重(zhong)(zhong)要的(de)(de)(de)(de)有(you)機化(hua)工原(yuan)(yuan)料(liao)(liao)）、苯胺(an)（重(zhong)(zhong)要的(de)(de)(de)(de)染料(liao)(liao)原(yuan)(yuan)材(cai)料(liao)(liao)）、酞胺(an)（重(zhong)(zhong)要的(de)(de)(de)(de)抗生(sheng)素原(yuan)(yuan)料(liao)(liao)）、硝酸（重(zhong)(zhong)要的(de)(de)(de)(de)軍事工業原(yuan)(yuan)材(cai)料(liao)(liao)）等(deng)。在(zai)合(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)(de)生(sheng)產(chan)過程中，其副(fu)產(chan)品(pin)如一(yi)氧化(hua)碳(tan)、硫等(deng)也可(ke)成(cheng)(cheng)為其他化(hua)工產(chan)品(pin)的(de)(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)材(cai)料(liao)(liao)。簡單(dan)地說，合(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)氨(an)的(de)(de)(de)(de)生(sheng)產(chan)原(yuan)(yuan)理就是(shi)把氮(dan)(dan)氣(qi)(qi)和(he)氫(qing)氣(qi)(qi)按一(yi)定比例混合(he)(he)(he)組成(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)料(liao)(liao)氣(qi)(qi)，在(zai)一(yi)定的(de)(de)(de)(de)溫度(du)、壓力(li)條件和(he)催化(hua)劑作用(yong)下進行(xing)化(hua)合(he)(he)(he)而(er)成(cheng)(cheng)。根據采用(yong)的(de)(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)料(liao)(liao)不(bu)同(tong)以(yi)及(ji)采用(yong)的(de)(de)(de)(de)合(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)方法不(bu)同(tong)，合(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)氨(an)的(de)(de)(de)(de)生(sheng)產(chan)工藝(yi)有(you)很多種。就目前的(de)(de)(de)(de)大型(xing)合(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)氨(an)裝置所采用(yong)的(de)(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)材(cai)料(liao)(liao)來(lai)源(yuan)來(lai)說，有(you)氣(qi)(qi)體原(yuan)(yuan)料(liao)(liao)（包(bao)括天然(ran)氣(qi)(qi)、煉(lian)廠干氣(qi)(qi)等(deng)）、液體原(yuan)(yuan)料(liao)(liao)（包(bao)括輕質液態烴(jing)(jing)和(he)重(zhong)(zhong)質液態烴(jing)(jing)）、固體原(yuan)(yuan)料(liao)(liao)（例如煤）。就合(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)工藝(yi)來(lai)說，目前常(chang)用(yong)的(de)(de)(de)(de)有(you)Topsoe 工藝(yi)、Braun 工藝(yi)、ICI工藝(yi)等(deng)。不(bu)同(tong)類型(xing)的(de)(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)材(cai)料(liao)(liao)和(he)不(bu)同(tong)的(de)(de)(de)(de)生(sheng)產(chan)工藝(yi)，采用(yong)的(de)(de)(de)(de)生(sheng)產(chan)流(liu)程和(he)生(sheng)產(chan)參數有(you)較大的(de)(de)(de)(de)差別。這里以(yi)氣(qi)(qi)體原(yuan)(yuan)料(liao)(liao)＋Braun工藝(yi)為例介紹(shao)。
二、典型合成氨(an)裝置(zhi)的工藝及特點(dian)
以(yi)燃料(liao)氣為(wei)原料(liao)的(de)合成(cheng)氨工藝，主(zhu)要分為(wei)脫硫、轉化、變換、凈(jing)化、壓縮(suo)與合成(cheng)、冷凍共六個環節。
1. 脫(tuo)硫
由于硫(liu)對后續工序中的催化(hua)劑有害，因此對原料氣(qi)進行脫硫(liu)的目的是將原料氣(qi)中的硫(liu)含(han)量脫除至一(yi)定含(han)量以(yi)下(xia)。原料氣(qi)先(xian)經(jing)過壓縮機(ji)加壓，然(ran)后逐步(bu)換熱進入(ru)(ru)加氫轉化(hua)器(qi)，在催化(hua)劑的作用下(xia)原料氣(qi)中的各種有機(ji)硫(liu)與氫氣(qi)反應生成硫(liu)化(hua)氫，然(ran)后進入(ru)(ru)脫硫(liu)槽(cao)內通過氧化(hua)鋅將硫(liu)化(hua)氫脫除。
2. 轉(zhuan)化
轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)就是將(jiang)烴類氣(qi)(qi)(qi)體與水蒸氣(qi)(qi)(qi)、空(kong)氣(qi)(qi)(qi)（為合(he)(he)成氣(qi)(qi)(qi)提供(gong)氮(dan)），在一定的(de)條件下(xia)化(hua)(hua)合(he)(he)生成氫(qing)氣(qi)(qi)(qi)、氮(dan)氣(qi)(qi)(qi)、一氧(yang)化(hua)(hua)碳、二(er)氧(yang)化(hua)(hua)碳等混(hun)(hun)合(he)(he)氣(qi)(qi)(qi)體的(de)過程(cheng)。其中，混(hun)(hun)合(he)(he)氣(qi)(qi)(qi)體中會殘(can)(can)留(liu)甲烷(wan)不(bu)凝氣(qi)(qi)(qi)。常用的(de)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)方法（美國(guo)凱洛格法）分(fen)為兩段轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)，分(fen)別為蒸汽(qi)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)和部分(fen)氧(yang)化(hua)(hua)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)。典型的(de)合(he)(he)成氨(an)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)工序的(de)工藝流程(cheng)如圖2.32所示。脫硫后(hou)(hou)的(de)氣(qi)(qi)(qi)態烴與中壓蒸汽(qi)混(hun)(hun)合(he)(he)，進(jin)入(ru)(ru)一段轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)爐(lu)(lu)預熱(re)段加熱(re)，然(ran)后(hou)(hou)進(jin)入(ru)(ru)輻射段，在催(cui)化(hua)(hua)劑的(de)作(zuo)用下(xia)進(jin)行轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)反應(ying)。一段轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)的(de)反應(ying)流出(chu)物(wu)中含(han)殘(can)(can)存甲烷(wan)，需要進(jin)一步進(jin)行轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)，即將(jiang)一段反應(ying)流出(chu)物(wu)引(yin)入(ru)(ru)二(er)段轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)爐(lu)(lu)，與空(kong)氣(qi)(qi)(qi)和蒸汽(qi)的(de)混(hun)(hun)合(he)(he)物(wu)在二(er)段轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)爐(lu)(lu)內燃燒(shao)，進(jin)一步將(jiang)甲烷(wan)脫除(chu)。三(san)段轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)爐(lu)(lu)的(de)反應(ying)流出(chu)物(wu)先進(jin)入(ru)(ru)廢熱(re)鍋(guo)爐(lu)(lu)，副產蒸汽(qi)，然(ran)后(hou)(hou)逐漸冷卻送到變換工序。
3. 變換
變(bian)(bian)換(huan)的目的是(shi)將轉化(hua)后(hou)的反應(ying)流出物(wu)（粗(cu)原(yuan)料氣）中(zhong)(zhong)的一氧化(hua)碳與(yu)水蒸氣進(jin)行反應(ying)，以達到把一氧化(hua)碳變(bian)(bian)換(huan)成(cheng)二氧化(hua)碳并進(jin)行脫(tuo)除(chu)。常用(yong)的變(bian)(bian)換(huan)工藝是(shi)將來自轉化(hua)工序的粗(cu)原(yuan)料，與(yu)中(zhong)(zhong)壓蒸汽(qi)混(hun)合后(hou)進(jin)入高溫變(bian)(bian)換(huan)爐并在催(cui)化(hua)劑(ji)的作用(yong)下進(jin)行變(bian)(bian)換(huan)，進(jin)入低溫變(bian)(bian)換(huan)爐做進(jin)一步變(bian)(bian)換(huan)。
4. 凈(jing)化
凈化(hua)(hua)(hua)(hua)的(de)(de)(de)目(mu)的(de)(de)(de)是脫(tuo)除(chu)(chu)粗原(yuan)料(liao)氣(qi)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)二(er)(er)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)(tan)，并使其一(yi)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)(tan)和(he)二(er)(er)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)(tan)的(de)(de)(de)總含量(liang)(liang)降低(di)。凈化(hua)(hua)(hua)(hua)通常分兩步(bu)(bu)進行。第(di)一(yi)步(bu)(bu)是采用(yong)吸收解(jie)(jie)吸的(de)(de)(de)方(fang)法（例如，苯菲爾溶(rong)液吸收法）脫(tuo)除(chu)(chu)大量(liang)(liang)的(de)(de)(de)二(er)(er)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)(tan)，此工(gong)藝(yi)過(guo)(guo)(guo)程也(ye)常稱為脫(tuo)碳(tan)(tan)(tan)(tan)。由于(yu)(yu)一(yi)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)(tan)和(he)二(er)(er)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)(tan)會造成(cheng)合成(cheng)氨催化(hua)(hua)(hua)(hua)劑的(de)(de)(de)中(zhong)(zhong)毒，所以還(huan)需要第(di)二(er)(er)步(bu)(bu)，即利用(yong)甲烷化(hua)(hua)(hua)(hua)的(de)(de)(de)方(fang)法進一(yi)步(bu)(bu)對粗原(yuan)料(liao)氣(qi)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)二(er)(er)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)(tan)和(he)一(yi)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)(tan)進行脫(tuo)除(chu)(chu)。此工(gong)藝(yi)過(guo)(guo)(guo)程也(ye)常稱為甲烷化(hua)(hua)(hua)(hua)過(guo)(guo)(guo)程。第(di)一(yi)步(bu)(bu)凈化(hua)(hua)(hua)(hua)工(gong)藝(yi)類似于(yu)(yu)煉(lian)油裝置(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)酸性水汽提，其工(gong)藝(yi)流程示意圖如圖2.33所示。解(jie)(jie)吸出來(lai)的(de)(de)(de)二(er)(er)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)(tan)將作為尿(niao)素裝置(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)原(yuan)料(liao)送到(dao)(dao)尿(niao)素生產裝置(zhi)(zhi)。第(di)二(er)(er)步(bu)(bu)凈化(hua)(hua)(hua)(hua)是利用(yong)一(yi)定的(de)(de)(de)工(gong)藝(yi)條件（壓(ya)力取(qu)決于(yu)(yu)凈化(hua)(hua)(hua)(hua)壓(ya)力），并在(zai)催化(hua)(hua)(hua)(hua)劑的(de)(de)(de)作用(yong)下使原(yuan)料(liao)氣(qi)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)一(yi)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)(tan)和(he)二(er)(er)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)(tan)與氫氣(qi)化(hua)(hua)(hua)(hua)合成(cheng)甲烷，從而達(da)到(dao)(dao)脫(tuo)除(chu)(chu)一(yi)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)(tan)和(he)二(er)(er)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)(tan)的(de)(de)(de)目(mu)的(de)(de)(de)。
5. 壓縮與(yu)合成
凈化后(hou)(hou)的(de)原(yuan)料氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)在高(gao)溫(wen)、高(gao)壓(ya)條件(jian)和催化劑(ji)的(de)作用(yong)下化合(he)(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)氨(an)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)。典(dian)型的(de)氨(an)合(he)(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)工藝流(liu)程示意圖如圖2.34所示。原(yuan)料氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)經壓(ya)縮(suo)機一級壓(ya)縮(suo)后(hou)(hou)，再與循(xun)環氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)匯(hui)合(he)(he)(he)(he)進(jin)行(xing)二級壓(ya)縮(suo)。經逐次(ci)換熱后(hou)(hou)，送(song)入(ru)(ru)第(di)一合(he)(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)塔進(jin)行(xing)合(he)(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)反(fan)應(ying)。合(he)(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)塔底(di)部出來(lai)(lai)的(de)合(he)(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)（含氨(an)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)、氫氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)、氮(dan)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)、甲烷(wan)、氮(dan)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)等），經過廢熱鍋爐(lu)（用(yong)于副產蒸汽）降熱后(hou)(hou)進(jin)入(ru)(ru)第(di)二合(he)(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)塔、第(di)三合(he)(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)塔，逐次(ci)再進(jin)行(xing)合(he)(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)反(fan)應(ying)。從(cong)第(di)三合(he)(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)塔出來(lai)(lai)的(de)合(he)(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)經過逐次(ci)降溫(wen)，進(jin)入(ru)(ru)分(fen)離器(qi)。分(fen)離器(qi)頂部出來(lai)(lai)的(de)循(xun)環氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)（含氫氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)、氮(dan)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)、甲烷(wan)、氦氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)和少量(liang)的(de)氨(an)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)等），經換熱后(hou)(hou)循(xun)環利用(yong)。分(fen)離器(qi)底(di)部出來(lai)(lai)的(de)液(ye)氨(an)經降壓(ya)后(hou)(hou)送(song)入(ru)(ru)冰(bing)機氨(an)罐。
6. 冷凍
合成工段出來的液(ye)氨最后被送(song)至(zhi)冷凍工段，經氣(qi)化和壓縮（冰機），得到成品(pin)液(ye)氨。成品(pin)液(ye)氨可送(song)至(zhi)儲罐或用(yong)戶。
三、介(jie)質特點
合成氨生(sheng)產裝置中(zhong)含(han)有許(xu)多具有特殊性質的(de)介質，包括一氧(yang)(yang)化碳(tan)(tan)、二氧(yang)(yang)化碳(tan)(tan)、氫氣、硫化氫、氨和(he)高溫氮氣。一氧(yang)(yang)化碳(tan)(tan)常態(tai)下是一種無色、無臭、無味氣體，比空氣略輕，在水中(zhong)的(de)溶解度甚低，但易溶于氨水，主要表現為一氧(yang)(yang)化碳(tan)(tan)在血(xue)中(zhong)與血(xue)紅蛋白結合而造(zao)成組(zu)織(zhi)缺氧(yang)(yang)，被GB 5044列(lie)為高度危害介質。
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腐蝕開裂（ASCC）。
四、合成氨裝(zhuang)置的配管設計
主要是對塔、罐、泵(beng)、反應器等設(she)備的配管設(she)計。
