一、裝置簡介
合(he)(he)(he)成(cheng)氨(an)(an)是(shi)氮(dan)(dan)肥的(de)(de)(de)(de)(de)基礎原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)，而(er)氮(dan)(dan)肥是(shi)農(nong)業(ye)生產(chan)(chan)不(bu)可(ke)(ke)或(huo)缺的(de)(de)(de)(de)(de)生產(chan)(chan)資料(liao)(liao)(liao)。氨(an)(an)是(shi)重要(yao)(yao)(yao)的(de)(de)(de)(de)(de)化(hua)工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)，通過(guo)與不(bu)同的(de)(de)(de)(de)(de)元素化(hua)合(he)(he)(he)可(ke)(ke)以生產(chan)(chan)胺（重要(yao)(yao)(yao)的(de)(de)(de)(de)(de)有(you)機化(hua)工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)）、苯胺（重要(yao)(yao)(yao)的(de)(de)(de)(de)(de)染(ran)料(liao)(liao)(liao)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)）、酞胺（重要(yao)(yao)(yao)的(de)(de)(de)(de)(de)抗生素原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)）、硝酸（重要(yao)(yao)(yao)的(de)(de)(de)(de)(de)軍事(shi)工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)業(ye)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)）等。在(zai)合(he)(he)(he)成(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)生產(chan)(chan)過(guo)程中(zhong)，其(qi)副產(chan)(chan)品(pin)如一(yi)氧(yang)化(hua)碳、硫等也可(ke)(ke)成(cheng)為其(qi)他(ta)化(hua)工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)產(chan)(chan)品(pin)的(de)(de)(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)。簡單地說，合(he)(he)(he)成(cheng)氨(an)(an)的(de)(de)(de)(de)(de)生產(chan)(chan)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)理就是(shi)把氮(dan)(dan)氣(qi)(qi)(qi)和(he)(he)氫氣(qi)(qi)(qi)按一(yi)定(ding)比例混合(he)(he)(he)組成(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)氣(qi)(qi)(qi)，在(zai)一(yi)定(ding)的(de)(de)(de)(de)(de)溫度、壓力條件和(he)(he)催化(hua)劑作(zuo)用(yong)下進行(xing)化(hua)合(he)(he)(he)而(er)成(cheng)。根據采用(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)不(bu)同以及(ji)采用(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)合(he)(he)(he)成(cheng)方(fang)法不(bu)同，合(he)(he)(he)成(cheng)氨(an)(an)的(de)(de)(de)(de)(de)生產(chan)(chan)工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)藝有(you)很多種。就目前(qian)的(de)(de)(de)(de)(de)大(da)型(xing)合(he)(he)(he)成(cheng)氨(an)(an)裝置所(suo)采用(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)來(lai)源(yuan)來(lai)說，有(you)氣(qi)(qi)(qi)體原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)（包(bao)括天然氣(qi)(qi)(qi)、煉(lian)廠干氣(qi)(qi)(qi)等）、液(ye)體原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)（包(bao)括輕質液(ye)態烴和(he)(he)重質液(ye)態烴）、固體原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)（例如煤）。就合(he)(he)(he)成(cheng)工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)藝來(lai)說，目前(qian)常用(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)有(you)Topsoe 工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)藝、Braun 工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)藝、ICI工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)藝等。不(bu)同類型(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)和(he)(he)不(bu)同的(de)(de)(de)(de)(de)生產(chan)(chan)工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)藝，采用(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)生產(chan)(chan)流程和(he)(he)生產(chan)(chan)參(can)數(shu)有(you)較大(da)的(de)(de)(de)(de)(de)差別。這里以氣(qi)(qi)(qi)體原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)＋Braun工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)藝為例介紹。
二、典型(xing)合成氨裝置的(de)工藝及特點
以燃料(liao)(liao)氣為原料(liao)(liao)的合成氨工藝，主要分為脫硫、轉化、變換、凈化、壓(ya)縮與合成、冷凍(dong)共六個(ge)環節。
1. 脫(tuo)硫
由于硫(liu)(liu)對后(hou)續工序中的(de)催化(hua)劑(ji)有害，因此對原(yuan)料(liao)氣(qi)(qi)進(jin)行脫硫(liu)(liu)的(de)目的(de)是(shi)將(jiang)原(yuan)料(liao)氣(qi)(qi)中的(de)硫(liu)(liu)含量(liang)脫除至一定含量(liang)以下(xia)。原(yuan)料(liao)氣(qi)(qi)先經過(guo)壓(ya)縮機加壓(ya)，然后(hou)逐步換熱進(jin)入(ru)加氫轉化(hua)器(qi)，在催化(hua)劑(ji)的(de)作用(yong)下(xia)原(yuan)料(liao)氣(qi)(qi)中的(de)各種(zhong)有機硫(liu)(liu)與氫氣(qi)(qi)反應生成硫(liu)(liu)化(hua)氫，然后(hou)進(jin)入(ru)脫硫(liu)(liu)槽內通過(guo)氧(yang)化(hua)鋅將(jiang)硫(liu)(liu)化(hua)氫脫除。
2. 轉化
轉(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)就是將(jiang)烴類氣體(ti)與水蒸(zheng)氣、空氣（為(wei)合(he)成(cheng)氣提供氮(dan)(dan)），在(zai)一(yi)定的條件下化(hua)(hua)(hua)合(he)生成(cheng)氫氣、氮(dan)(dan)氣、一(yi)氧化(hua)(hua)(hua)碳、二(er)氧化(hua)(hua)(hua)碳等混(hun)合(he)氣體(ti)的過(guo)程(cheng)。其中，混(hun)合(he)氣體(ti)中會殘留甲烷(wan)不凝(ning)氣。常用的轉(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)方法（美國凱洛格法）分(fen)為(wei)兩(liang)段(duan)(duan)轉(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)，分(fen)別為(wei)蒸(zheng)汽轉(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)和部分(fen)氧化(hua)(hua)(hua)轉(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)。典(dian)型(xing)的合(he)成(cheng)氨轉(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)工序的工藝流程(cheng)如圖2.32所(suo)示。脫硫后(hou)的氣態(tai)烴與中壓蒸(zheng)汽混(hun)合(he)，進(jin)入一(yi)段(duan)(duan)轉(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)爐(lu)(lu)預(yu)熱段(duan)(duan)加熱，然后(hou)進(jin)入輻(fu)射段(duan)(duan)，在(zai)催化(hua)(hua)(hua)劑(ji)的作(zuo)用下進(jin)行(xing)轉(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)反應。一(yi)段(duan)(duan)轉(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)的反應流出物中含殘存甲烷(wan)，需(xu)要進(jin)一(yi)步進(jin)行(xing)轉(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)，即將(jiang)一(yi)段(duan)(duan)反應流出物引入二(er)段(duan)(duan)轉(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)爐(lu)(lu)，與空氣和蒸(zheng)汽的混(hun)合(he)物在(zai)二(er)段(duan)(duan)轉(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)爐(lu)(lu)內(nei)燃燒，進(jin)一(yi)步將(jiang)甲烷(wan)脫除(chu)。三段(duan)(duan)轉(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)爐(lu)(lu)的反應流出物先(xian)進(jin)入廢(fei)熱鍋爐(lu)(lu)，副(fu)產蒸(zheng)汽，然后(hou)逐漸冷卻送到變換(huan)工序。
3. 變(bian)換
變(bian)換(huan)(huan)的目的是將轉化(hua)后的反(fan)(fan)應(ying)流(liu)出物(wu)（粗原料(liao)氣(qi)(qi)）中的一氧化(hua)碳(tan)與水蒸氣(qi)(qi)進行(xing)(xing)反(fan)(fan)應(ying)，以達到把一氧化(hua)碳(tan)變(bian)換(huan)(huan)成二(er)氧化(hua)碳(tan)并進行(xing)(xing)脫除(chu)。常用的變(bian)換(huan)(huan)工藝(yi)是將來自(zi)轉化(hua)工序的粗原料(liao)，與中壓蒸汽(qi)混合(he)后進入(ru)高溫變(bian)換(huan)(huan)爐(lu)并在(zai)催(cui)化(hua)劑的作(zuo)用下進行(xing)(xing)變(bian)換(huan)(huan)，進入(ru)低溫變(bian)換(huan)(huan)爐(lu)做進一步變(bian)換(huan)(huan)。
4. 凈(jing)化
凈(jing)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)的(de)目的(de)是(shi)(shi)脫(tuo)除(chu)粗(cu)原料(liao)氣(qi)中(zhong)(zhong)的(de)二(er)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)(tan)，并使其(qi)一(yi)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)(tan)和(he)二(er)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)(tan)的(de)總含(han)量降低。凈(jing)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)通常(chang)(chang)分(fen)兩步(bu)進行(xing)。第(di)一(yi)步(bu)是(shi)(shi)采用吸(xi)收解吸(xi)的(de)方(fang)法(fa)（例如，苯(ben)菲爾溶(rong)液(ye)吸(xi)收法(fa)）脫(tuo)除(chu)大量的(de)二(er)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)(tan)，此工藝過(guo)程(cheng)(cheng)也常(chang)(chang)稱(cheng)為(wei)脫(tuo)碳(tan)(tan)(tan)(tan)。由于(yu)一(yi)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)(tan)和(he)二(er)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)(tan)會造成合成氨(an)催化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)劑的(de)中(zhong)(zhong)毒，所以還(huan)需(xu)要第(di)二(er)步(bu)，即利(li)用甲烷化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)的(de)方(fang)法(fa)進一(yi)步(bu)對粗(cu)原料(liao)氣(qi)中(zhong)(zhong)的(de)二(er)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)(tan)和(he)一(yi)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)(tan)進行(xing)脫(tuo)除(chu)。此工藝過(guo)程(cheng)(cheng)也常(chang)(chang)稱(cheng)為(wei)甲烷化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)過(guo)程(cheng)(cheng)。第(di)一(yi)步(bu)凈(jing)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)工藝類似于(yu)煉(lian)油裝(zhuang)置的(de)酸(suan)性(xing)水汽提，其(qi)工藝流程(cheng)(cheng)示(shi)(shi)意圖如圖2.33所示(shi)(shi)。解吸(xi)出來的(de)二(er)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)(tan)將(jiang)作為(wei)尿素裝(zhuang)置的(de)原料(liao)送(song)到(dao)(dao)尿素生產(chan)裝(zhuang)置。第(di)二(er)步(bu)凈(jing)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)是(shi)(shi)利(li)用一(yi)定的(de)工藝條件（壓力(li)取決于(yu)凈(jing)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)壓力(li)），并在催化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)劑的(de)作用下使原料(liao)氣(qi)中(zhong)(zhong)的(de)一(yi)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)(tan)和(he)二(er)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)(tan)與氫氣(qi)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)合成甲烷，從而達到(dao)(dao)脫(tuo)除(chu)一(yi)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)(tan)和(he)二(er)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)(tan)的(de)目的(de)。
5. 壓(ya)縮(suo)與(yu)合成
凈化(hua)后的(de)(de)原料氣(qi)(qi)在高(gao)溫、高(gao)壓(ya)(ya)(ya)條件和催化(hua)劑(ji)的(de)(de)作(zuo)用下化(hua)合(he)成氨(an)氣(qi)(qi)。典(dian)型的(de)(de)氨(an)合(he)成工藝流程示(shi)意圖如圖2.34所(suo)示(shi)。原料氣(qi)(qi)經(jing)壓(ya)(ya)(ya)縮機一級(ji)壓(ya)(ya)(ya)縮后，再(zai)與循(xun)環氣(qi)(qi)匯合(he)進(jin)行(xing)二(er)級(ji)壓(ya)(ya)(ya)縮。經(jing)逐次換熱(re)(re)后，送入第一合(he)成塔進(jin)行(xing)合(he)成反應(ying)。合(he)成塔底部出(chu)來(lai)的(de)(de)合(he)成氣(qi)(qi)（含氨(an)氣(qi)(qi)、氫氣(qi)(qi)、氮氣(qi)(qi)、甲(jia)(jia)烷、氮氣(qi)(qi)等），經(jing)過廢熱(re)(re)鍋爐（用于副產(chan)蒸汽）降熱(re)(re)后進(jin)入第二(er)合(he)成塔、第三合(he)成塔，逐次再(zai)進(jin)行(xing)合(he)成反應(ying)。從第三合(he)成塔出(chu)來(lai)的(de)(de)合(he)成氣(qi)(qi)經(jing)過逐次降溫，進(jin)入分(fen)離(li)器(qi)。分(fen)離(li)器(qi)頂部出(chu)來(lai)的(de)(de)循(xun)環氣(qi)(qi)（含氫氣(qi)(qi)、氮氣(qi)(qi)、甲(jia)(jia)烷、氦氣(qi)(qi)和少量的(de)(de)氨(an)氣(qi)(qi)等），經(jing)換熱(re)(re)后循(xun)環利用。分(fen)離(li)器(qi)底部出(chu)來(lai)的(de)(de)液(ye)氨(an)經(jing)降壓(ya)(ya)(ya)后送入冰機氨(an)罐(guan)。
6. 冷凍(dong)
合成(cheng)工段出來的液氨(an)最后被送至(zhi)冷凍工段，經(jing)氣化(hua)和(he)壓縮（冰機），得到成(cheng)品(pin)液氨(an)。成(cheng)品(pin)液氨(an)可送至(zhi)儲(chu)罐或(huo)用戶。
三、介質特點
合(he)成氨(an)生(sheng)產裝置(zhi)中含(han)有(you)許多具(ju)有(you)特殊性質的(de)介質，包括一(yi)氧化(hua)(hua)碳、二氧化(hua)(hua)碳、氫(qing)氣、硫(liu)化(hua)(hua)氫(qing)、氨(an)和(he)高(gao)溫氮(dan)氣。一(yi)氧化(hua)(hua)碳常(chang)態(tai)下是(shi)一(yi)種無(wu)色、無(wu)臭、無(wu)味氣體(ti)，比空(kong)氣略輕，在水中的(de)溶解度甚低，但易溶于氨(an)水，主要表現(xian)為一(yi)氧化(hua)(hua)碳在血(xue)中與血(xue)紅(hong)蛋白結合(he)而造成組織缺氧，被GB 5044列為高(gao)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(ying)力腐蝕開裂（ASCC）。
四、合(he)成氨裝置的配管設計
主要是(shi)對塔、罐、泵、反應器(qi)等設備的配管設計(ji)。
