一、裝置簡(jian)介

  合(he)(he)成氨(an)是(shi)氮(dan)肥(fei)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)基礎原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)，而(er)氮(dan)肥(fei)是(shi)農業(ye)(ye)生(sheng)產(chan)(chan)(chan)不(bu)可(ke)或缺(que)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)產(chan)(chan)(chan)資料(liao)(liao)(liao)。氨(an)是(shi)重要(yao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)化(hua)工(gong)(gong)(gong)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)，通(tong)過(guo)與(yu)不(bu)同(tong)(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)元素化(hua)合(he)(he)可(ke)以生(sheng)產(chan)(chan)(chan)胺(an)（重要(yao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)有機化(hua)工(gong)(gong)(gong)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)）、苯胺(an)（重要(yao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)染料(liao)(liao)(liao)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)材(cai)料(liao)(liao)(liao)）、酞(tai)胺(an)（重要(yao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)抗生(sheng)素原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)）、硝酸（重要(yao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)軍事工(gong)(gong)(gong)業(ye)(ye)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)材(cai)料(liao)(liao)(liao)）等(deng)。在合(he)(he)成的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)產(chan)(chan)(chan)過(guo)程中(zhong)，其副(fu)產(chan)(chan)(chan)品(pin)如(ru)一(yi)氧化(hua)碳、硫等(deng)也可(ke)成為其他化(hua)工(gong)(gong)(gong)產(chan)(chan)(chan)品(pin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)材(cai)料(liao)(liao)(liao)。簡單地(di)說(shuo)，合(he)(he)成氨(an)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)產(chan)(chan)(chan)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)理就(jiu)是(shi)把(ba)氮(dan)氣(qi)(qi)和(he)氫氣(qi)(qi)按一(yi)定(ding)(ding)比(bi)例(li)(li)混合(he)(he)組成的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)氣(qi)(qi)，在一(yi)定(ding)(ding)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)溫(wen)度、壓力條件(jian)和(he)催化(hua)劑(ji)作用下進行化(hua)合(he)(he)而(er)成。根據采用的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)不(bu)同(tong)(tong)(tong)以及采用的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)合(he)(he)成方法不(bu)同(tong)(tong)(tong)，合(he)(he)成氨(an)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)產(chan)(chan)(chan)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)有很多(duo)種(zhong)。就(jiu)目前的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)大(da)型(xing)合(he)(he)成氨(an)裝置所(suo)采用的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)材(cai)料(liao)(liao)(liao)來(lai)(lai)源(yuan)來(lai)(lai)說(shuo)，有氣(qi)(qi)體原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)（包括(kuo)天然(ran)氣(qi)(qi)、煉(lian)廠干氣(qi)(qi)等(deng)）、液體原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)（包括(kuo)輕質液態烴和(he)重質液態烴）、固體原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)（例(li)(li)如(ru)煤）。就(jiu)合(he)(he)成工(gong)(gong)(gong)藝(yi)來(lai)(lai)說(shuo)，目前常(chang)用的(de)(de)(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(deng)。不(bu)同(tong)(tong)(tong)類(lei)型(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)材(cai)料(liao)(liao)(liao)和(he)不(bu)同(tong)(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)產(chan)(chan)(chan)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)，采用的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)產(chan)(chan)(chan)流程和(he)生(sheng)產(chan)(chan)(chan)參數有較大(da)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)差別。這(zhe)里(li)以氣(qi)(qi)體原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)＋Braun工(gong)(gong)(gong)藝(yi)為例(li)(li)介紹。

二、典型合成(cheng)氨(an)裝(zhuang)置(zhi)的工(gong)藝及特點

  以燃料(liao)氣為原(yuan)料(liao)的(de)合成氨工藝，主要(yao)分為脫硫、轉化(hua)、變換、凈化(hua)、壓縮與合成、冷凍共六個環節。

 1. 脫硫 

   由于硫(liu)(liu)對后續工序中的(de)(de)催化劑有害，因此對原料氣(qi)(qi)進(jin)行(xing)脫(tuo)(tuo)硫(liu)(liu)的(de)(de)目(mu)的(de)(de)是將原料氣(qi)(qi)中的(de)(de)硫(liu)(liu)含量脫(tuo)(tuo)除至一定含量以下。原料氣(qi)(qi)先經(jing)過(guo)壓縮機加壓，然后逐(zhu)步換熱進(jin)入加氫(qing)轉化器，在(zai)催化劑的(de)(de)作用(yong)下原料氣(qi)(qi)中的(de)(de)各種有機硫(liu)(liu)與(yu)氫(qing)氣(qi)(qi)反應生成硫(liu)(liu)化氫(qing)，然后進(jin)入脫(tuo)(tuo)硫(liu)(liu)槽內通過(guo)氧(yang)化鋅將硫(liu)(liu)化氫(qing)脫(tuo)(tuo)除。

 2. 轉化 

   轉(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)就是將烴類(lei)氣(qi)(qi)(qi)體與水蒸(zheng)氣(qi)(qi)(qi)、空氣(qi)(qi)(qi)（為(wei)(wei)合(he)成氣(qi)(qi)(qi)提供(gong)氮），在(zai)(zai)(zai)一定(ding)的(de)(de)(de)(de)條件下化(hua)(hua)(hua)(hua)合(he)生成氫氣(qi)(qi)(qi)、氮氣(qi)(qi)(qi)、一氧化(hua)(hua)(hua)(hua)碳、二氧化(hua)(hua)(hua)(hua)碳等混合(he)氣(qi)(qi)(qi)體的(de)(de)(de)(de)過程。其中，混合(he)氣(qi)(qi)(qi)體中會(hui)殘留甲(jia)烷不(bu)凝(ning)氣(qi)(qi)(qi)。常用的(de)(de)(de)(de)轉(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)方法(fa)（美國(guo)凱洛格(ge)法(fa)）分(fen)為(wei)(wei)兩段(duan)轉(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)，分(fen)別為(wei)(wei)蒸(zheng)汽(qi)轉(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)和部分(fen)氧化(hua)(hua)(hua)(hua)轉(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)。典型的(de)(de)(de)(de)合(he)成氨轉(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)工(gong)序的(de)(de)(de)(de)工(gong)藝流程如(ru)圖2.32所示。脫硫后的(de)(de)(de)(de)氣(qi)(qi)(qi)態烴與中壓蒸(zheng)汽(qi)混合(he)，進(jin)(jin)入(ru)一段(duan)轉(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)爐(lu)(lu)預熱段(duan)加熱，然后進(jin)(jin)入(ru)輻射段(duan)，在(zai)(zai)(zai)催化(hua)(hua)(hua)(hua)劑的(de)(de)(de)(de)作(zuo)用下進(jin)(jin)行轉(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)反應(ying)。一段(duan)轉(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)的(de)(de)(de)(de)反應(ying)流出(chu)(chu)物中含殘存甲(jia)烷，需(xu)要(yao)進(jin)(jin)一步進(jin)(jin)行轉(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)，即將一段(duan)反應(ying)流出(chu)(chu)物引入(ru)二段(duan)轉(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)爐(lu)(lu)，與空氣(qi)(qi)(qi)和蒸(zheng)汽(qi)的(de)(de)(de)(de)混合(he)物在(zai)(zai)(zai)二段(duan)轉(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)爐(lu)(lu)內燃(ran)燒，進(jin)(jin)一步將甲(jia)烷脫除。三段(duan)轉(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)爐(lu)(lu)的(de)(de)(de)(de)反應(ying)流出(chu)(chu)物先進(jin)(jin)入(ru)廢熱鍋爐(lu)(lu)，副產蒸(zheng)汽(qi)，然后逐(zhu)漸冷卻送到變換工(gong)序。

 3. 變換 

   變(bian)換(huan)(huan)的(de)(de)(de)目(mu)的(de)(de)(de)是(shi)將轉(zhuan)化(hua)(hua)后的(de)(de)(de)反應流出物（粗原料氣(qi)）中的(de)(de)(de)一氧(yang)(yang)化(hua)(hua)碳與水蒸氣(qi)進行(xing)(xing)反應，以達(da)到把一氧(yang)(yang)化(hua)(hua)碳變(bian)換(huan)(huan)成(cheng)二氧(yang)(yang)化(hua)(hua)碳并進行(xing)(xing)脫除。常用(yong)的(de)(de)(de)變(bian)換(huan)(huan)工藝是(shi)將來自轉(zhuan)化(hua)(hua)工序的(de)(de)(de)粗原料，與中壓蒸汽(qi)混合后進入(ru)高(gao)溫(wen)變(bian)換(huan)(huan)爐(lu)并在催(cui)化(hua)(hua)劑的(de)(de)(de)作用(yong)下進行(xing)(xing)變(bian)換(huan)(huan)，進入(ru)低溫(wen)變(bian)換(huan)(huan)爐(lu)做(zuo)進一步變(bian)換(huan)(huan)。

 4. 凈化 

   凈(jing)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)的(de)(de)(de)(de)(de)目(mu)的(de)(de)(de)(de)(de)是(shi)脫(tuo)(tuo)除粗(cu)(cu)原料(liao)(liao)氣中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)二(er)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)，并(bing)(bing)使(shi)其(qi)一氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)和二(er)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)的(de)(de)(de)(de)(de)總含量降低。凈(jing)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)通(tong)常(chang)(chang)分(fen)兩(liang)步(bu)(bu)(bu)進行。第(di)一步(bu)(bu)(bu)是(shi)采(cai)用(yong)吸(xi)(xi)收解吸(xi)(xi)的(de)(de)(de)(de)(de)方法(fa)（例如，苯菲(fei)爾溶液吸(xi)(xi)收法(fa)）脫(tuo)(tuo)除大量的(de)(de)(de)(de)(de)二(er)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)，此(ci)工(gong)(gong)(gong)藝過程也常(chang)(chang)稱(cheng)(cheng)為脫(tuo)(tuo)碳(tan)。由于(yu)一氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)和二(er)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)會造(zao)成(cheng)合成(cheng)氨催(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)劑的(de)(de)(de)(de)(de)中(zhong)(zhong)毒(du)，所(suo)以(yi)還(huan)需要第(di)二(er)步(bu)(bu)(bu)，即利用(yong)甲(jia)烷化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)的(de)(de)(de)(de)(de)方法(fa)進一步(bu)(bu)(bu)對粗(cu)(cu)原料(liao)(liao)氣中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)二(er)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)和一氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)進行脫(tuo)(tuo)除。此(ci)工(gong)(gong)(gong)藝過程也常(chang)(chang)稱(cheng)(cheng)為甲(jia)烷化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)過程。第(di)一步(bu)(bu)(bu)凈(jing)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)工(gong)(gong)(gong)藝類似于(yu)煉油裝(zhuang)置的(de)(de)(de)(de)(de)酸性水汽提，其(qi)工(gong)(gong)(gong)藝流程示意圖如圖2.33所(suo)示。解吸(xi)(xi)出來的(de)(de)(de)(de)(de)二(er)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)將作為尿素(su)裝(zhuang)置的(de)(de)(de)(de)(de)原料(liao)(liao)送(song)到尿素(su)生(sheng)產裝(zhuang)置。第(di)二(er)步(bu)(bu)(bu)凈(jing)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)是(shi)利用(yong)一定的(de)(de)(de)(de)(de)工(gong)(gong)(gong)藝條件(jian)（壓力(li)取決于(yu)凈(jing)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)壓力(li)），并(bing)(bing)在催(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)劑的(de)(de)(de)(de)(de)作用(yong)下使(shi)原料(liao)(liao)氣中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)一氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)和二(er)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)與氫氣化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)合成(cheng)甲(jia)烷，從(cong)而(er)達(da)到脫(tuo)(tuo)除一氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)和二(er)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)的(de)(de)(de)(de)(de)目(mu)的(de)(de)(de)(de)(de)。

 5. 壓縮與合成 

   凈化(hua)后(hou)的(de)(de)(de)原料(liao)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)在高溫、高壓(ya)條件和(he)催化(hua)劑的(de)(de)(de)作用(yong)下化(hua)合(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)氨(an)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)。典型(xing)的(de)(de)(de)氨(an)合(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)工藝流程示(shi)意圖(tu)如(ru)圖(tu)2.34所示(shi)。原料(liao)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)經(jing)(jing)壓(ya)縮機一(yi)(yi)級(ji)壓(ya)縮后(hou)，再與(yu)循環氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)匯合(he)(he)進(jin)行二級(ji)壓(ya)縮。經(jing)(jing)逐(zhu)次換(huan)熱(re)后(hou)，送入第(di)一(yi)(yi)合(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)塔(ta)(ta)(ta)進(jin)行合(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)反應(ying)。合(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)塔(ta)(ta)(ta)底(di)(di)部出來(lai)的(de)(de)(de)合(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)（含(han)氨(an)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)、氫氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)、氮(dan)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)、甲(jia)烷、氮(dan)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)等），經(jing)(jing)過(guo)廢熱(re)鍋爐（用(yong)于副產蒸汽(qi)）降熱(re)后(hou)進(jin)入第(di)二合(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)塔(ta)(ta)(ta)、第(di)三合(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)塔(ta)(ta)(ta)，逐(zhu)次再進(jin)行合(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)反應(ying)。從第(di)三合(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)塔(ta)(ta)(ta)出來(lai)的(de)(de)(de)合(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)經(jing)(jing)過(guo)逐(zhu)次降溫，進(jin)入分(fen)(fen)離器(qi)。分(fen)(fen)離器(qi)頂(ding)部出來(lai)的(de)(de)(de)循環氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)（含(han)氫氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)、氮(dan)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)、甲(jia)烷、氦氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)和(he)少量的(de)(de)(de)氨(an)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)等），經(jing)(jing)換(huan)熱(re)后(hou)循環利用(yong)。分(fen)(fen)離器(qi)底(di)(di)部出來(lai)的(de)(de)(de)液氨(an)經(jing)(jing)降壓(ya)后(hou)送入冰機氨(an)罐。

 6. 冷(leng)凍 

   合(he)成(cheng)工(gong)段(duan)出來(lai)的液氨(an)最后被送至(zhi)冷凍工(gong)段(duan)，經氣化和壓縮（冰機），得到成(cheng)品液氨(an)。成(cheng)品液氨(an)可送至(zhi)儲罐或用(yong)戶。

三、介質特點(dian)

  合成(cheng)氨生(sheng)產裝置中含有許多具有特殊(shu)性質的介(jie)質，包括(kuo)一(yi)氧化(hua)碳、二氧化(hua)碳、氫(qing)(qing)氣(qi)、硫化(hua)氫(qing)(qing)、氨和高(gao)溫氮氣(qi)。一(yi)氧化(hua)碳常態下是一(yi)種無(wu)色、無(wu)臭、無(wu)味(wei)氣(qi)體，比空(kong)氣(qi)略輕(qing)，在水(shui)中的溶(rong)解度甚低，但易溶(rong)于氨水(shui)，主(zhu)要(yao)表現為一(yi)氧化(hua)碳在血(xue)中與(yu)血(xue)紅蛋白結(jie)合而(er)造成(cheng)組織缺氧，被(bei)GB 5044列為高(gao)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(si)、合成(cheng)氨裝(zhuang)置(zhi)的配管設計

  主要(yao)是(shi)對塔、罐、泵(beng)、反應(ying)器等(deng)設備的配管設計(ji)。