一、裝(zhuang)置簡介
合(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)氨(an)是(shi)氮肥的(de)(de)(de)(de)(de)基礎原(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)，而(er)氮肥是(shi)農(nong)業生產(chan)(chan)(chan)不(bu)可(ke)或缺的(de)(de)(de)(de)(de)生產(chan)(chan)(chan)資(zi)料(liao)(liao)(liao)。氨(an)是(shi)重(zhong)要的(de)(de)(de)(de)(de)化(hua)工(gong)原(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)，通(tong)過與不(bu)同的(de)(de)(de)(de)(de)元素(su)化(hua)合(he)(he)可(ke)以生產(chan)(chan)(chan)胺（重(zhong)要的(de)(de)(de)(de)(de)有機(ji)化(hua)工(gong)原(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)）、苯(ben)胺（重(zhong)要的(de)(de)(de)(de)(de)染料(liao)(liao)(liao)原(yuan)(yuan)(yuan)材(cai)料(liao)(liao)(liao)）、酞胺（重(zhong)要的(de)(de)(de)(de)(de)抗生素(su)原(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)）、硝(xiao)酸（重(zhong)要的(de)(de)(de)(de)(de)軍(jun)事工(gong)業原(yuan)(yuan)(yuan)材(cai)料(liao)(liao)(liao)）等(deng)。在(zai)(zai)合(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)生產(chan)(chan)(chan)過程中(zhong)，其副產(chan)(chan)(chan)品如一氧化(hua)碳、硫等(deng)也可(ke)成(cheng)(cheng)(cheng)為其他化(hua)工(gong)產(chan)(chan)(chan)品的(de)(de)(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)(yuan)材(cai)料(liao)(liao)(liao)。簡單地(di)說(shuo)，合(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)氨(an)的(de)(de)(de)(de)(de)生產(chan)(chan)(chan)原(yuan)(yuan)(yuan)理就(jiu)是(shi)把氮氣(qi)(qi)和(he)氫氣(qi)(qi)按一定(ding)比例(li)混合(he)(he)組成(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)氣(qi)(qi)，在(zai)(zai)一定(ding)的(de)(de)(de)(de)(de)溫度、壓(ya)力條(tiao)件和(he)催化(hua)劑(ji)作用下(xia)進行化(hua)合(he)(he)而(er)成(cheng)(cheng)(cheng)。根據采用的(de)(de)(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)不(bu)同以及采用的(de)(de)(de)(de)(de)合(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)方法不(bu)同，合(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)氨(an)的(de)(de)(de)(de)(de)生產(chan)(chan)(chan)工(gong)藝(yi)(yi)有很多種。就(jiu)目(mu)前的(de)(de)(de)(de)(de)大型(xing)合(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)氨(an)裝置所采用的(de)(de)(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)(yuan)材(cai)料(liao)(liao)(liao)來源來說(shuo)，有氣(qi)(qi)體(ti)(ti)原(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)（包括(kuo)天然氣(qi)(qi)、煉廠干氣(qi)(qi)等(deng)）、液體(ti)(ti)原(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)（包括(kuo)輕質(zhi)(zhi)液態烴(jing)和(he)重(zhong)質(zhi)(zhi)液態烴(jing)）、固體(ti)(ti)原(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)（例(li)如煤）。就(jiu)合(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)工(gong)藝(yi)(yi)來說(shuo)，目(mu)前常用的(de)(de)(de)(de)(de)有Topsoe 工(gong)藝(yi)(yi)、Braun 工(gong)藝(yi)(yi)、ICI工(gong)藝(yi)(yi)等(deng)。不(bu)同類型(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)(yuan)材(cai)料(liao)(liao)(liao)和(he)不(bu)同的(de)(de)(de)(de)(de)生產(chan)(chan)(chan)工(gong)藝(yi)(yi)，采用的(de)(de)(de)(de)(de)生產(chan)(chan)(chan)流程和(he)生產(chan)(chan)(chan)參數有較(jiao)大的(de)(de)(de)(de)(de)差別(bie)。這里以氣(qi)(qi)體(ti)(ti)原(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)＋Braun工(gong)藝(yi)(yi)為例(li)介(jie)紹。
二、典型(xing)合成氨裝置的(de)工藝及特(te)點
以燃料氣為(wei)原料的合(he)成氨工藝，主要分為(wei)脫硫、轉化(hua)、變換、凈化(hua)、壓縮與合(he)成、冷凍共六個環節。
1. 脫硫
由(you)于硫(liu)(liu)對后續(xu)工序中(zhong)的(de)(de)催化(hua)劑有害，因此對原(yuan)料氣(qi)進(jin)(jin)行脫(tuo)硫(liu)(liu)的(de)(de)目的(de)(de)是將原(yuan)料氣(qi)中(zhong)的(de)(de)硫(liu)(liu)含量(liang)脫(tuo)除至一定含量(liang)以(yi)下(xia)。原(yuan)料氣(qi)先經(jing)過壓(ya)縮機加壓(ya)，然后逐步(bu)換(huan)熱進(jin)(jin)入加氫(qing)轉化(hua)器，在催化(hua)劑的(de)(de)作用下(xia)原(yuan)料氣(qi)中(zhong)的(de)(de)各種有機硫(liu)(liu)與氫(qing)氣(qi)反(fan)應生成硫(liu)(liu)化(hua)氫(qing)，然后進(jin)(jin)入脫(tuo)硫(liu)(liu)槽內通過氧化(hua)鋅將硫(liu)(liu)化(hua)氫(qing)脫(tuo)除。
2. 轉化
轉(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)就是將烴類氣(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)與(yu)水蒸(zheng)(zheng)氣(qi)(qi)(qi)、空(kong)氣(qi)(qi)(qi)（為合(he)成氣(qi)(qi)(qi)提供氮），在(zai)(zai)一(yi)定的條件下化(hua)(hua)(hua)(hua)合(he)生成氫(qing)氣(qi)(qi)(qi)、氮氣(qi)(qi)(qi)、一(yi)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)、二氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)等混合(he)氣(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)的過程。其中，混合(he)氣(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)中會殘留(liu)甲(jia)烷不凝氣(qi)(qi)(qi)。常用(yong)的轉(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)方法（美國凱(kai)洛格法）分(fen)為兩段(duan)(duan)轉(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)，分(fen)別為蒸(zheng)(zheng)汽(qi)轉(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)和(he)部分(fen)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)轉(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)。典型的合(he)成氨(an)轉(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)工(gong)序(xu)的工(gong)藝流程如(ru)圖(tu)2.32所示(shi)。脫硫后的氣(qi)(qi)(qi)態(tai)烴與(yu)中壓蒸(zheng)(zheng)汽(qi)混合(he)，進(jin)(jin)入(ru)一(yi)段(duan)(duan)轉(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)爐(lu)(lu)預熱段(duan)(duan)加熱，然后進(jin)(jin)入(ru)輻射段(duan)(duan)，在(zai)(zai)催化(hua)(hua)(hua)(hua)劑的作(zuo)用(yong)下進(jin)(jin)行轉(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)反應(ying)。一(yi)段(duan)(duan)轉(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)的反應(ying)流出(chu)物(wu)中含(han)殘存甲(jia)烷，需要進(jin)(jin)一(yi)步進(jin)(jin)行轉(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)，即將一(yi)段(duan)(duan)反應(ying)流出(chu)物(wu)引入(ru)二段(duan)(duan)轉(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)爐(lu)(lu)，與(yu)空(kong)氣(qi)(qi)(qi)和(he)蒸(zheng)(zheng)汽(qi)的混合(he)物(wu)在(zai)(zai)二段(duan)(duan)轉(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)爐(lu)(lu)內燃燒，進(jin)(jin)一(yi)步將甲(jia)烷脫除(chu)。三段(duan)(duan)轉(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)爐(lu)(lu)的反應(ying)流出(chu)物(wu)先進(jin)(jin)入(ru)廢熱鍋(guo)爐(lu)(lu)，副(fu)產蒸(zheng)(zheng)汽(qi)，然后逐漸冷卻送到(dao)變(bian)換(huan)工(gong)序(xu)。
3. 變換
變(bian)換(huan)(huan)(huan)的(de)目的(de)是將轉化(hua)(hua)后(hou)的(de)反應(ying)流出物（粗原料氣(qi)）中的(de)一(yi)氧(yang)化(hua)(hua)碳(tan)(tan)與水蒸(zheng)氣(qi)進(jin)行(xing)反應(ying)，以達到把一(yi)氧(yang)化(hua)(hua)碳(tan)(tan)變(bian)換(huan)(huan)(huan)成二氧(yang)化(hua)(hua)碳(tan)(tan)并進(jin)行(xing)脫除。常(chang)用(yong)的(de)變(bian)換(huan)(huan)(huan)工藝是將來(lai)自轉化(hua)(hua)工序的(de)粗原料，與中壓蒸(zheng)汽混合(he)后(hou)進(jin)入高(gao)溫變(bian)換(huan)(huan)(huan)爐(lu)并在催化(hua)(hua)劑(ji)的(de)作用(yong)下進(jin)行(xing)變(bian)換(huan)(huan)(huan)，進(jin)入低溫變(bian)換(huan)(huan)(huan)爐(lu)做進(jin)一(yi)步變(bian)換(huan)(huan)(huan)。
4. 凈化
凈(jing)化(hua)(hua)(hua)(hua)的(de)(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)(de)是脫(tuo)(tuo)除粗(cu)原(yuan)(yuan)料氣中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)二(er)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)，并使其(qi)一(yi)(yi)(yi)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)和(he)二(er)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)的(de)(de)(de)(de)總含量降低。凈(jing)化(hua)(hua)(hua)(hua)通常(chang)分兩(liang)步(bu)(bu)(bu)進行(xing)。第(di)(di)一(yi)(yi)(yi)步(bu)(bu)(bu)是采用(yong)吸(xi)收解吸(xi)的(de)(de)(de)(de)方法（例(li)如，苯菲爾溶液吸(xi)收法）脫(tuo)(tuo)除大量的(de)(de)(de)(de)二(er)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)，此工(gong)藝(yi)過程(cheng)(cheng)也常(chang)稱(cheng)為(wei)(wei)(wei)脫(tuo)(tuo)碳(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)。由于一(yi)(yi)(yi)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)和(he)二(er)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)會造成(cheng)合成(cheng)氨(an)催化(hua)(hua)(hua)(hua)劑的(de)(de)(de)(de)中(zhong)(zhong)毒，所(suo)(suo)以還需要(yao)第(di)(di)二(er)步(bu)(bu)(bu)，即利用(yong)甲(jia)烷化(hua)(hua)(hua)(hua)的(de)(de)(de)(de)方法進一(yi)(yi)(yi)步(bu)(bu)(bu)對(dui)粗(cu)原(yuan)(yuan)料氣中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)二(er)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)和(he)一(yi)(yi)(yi)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)進行(xing)脫(tuo)(tuo)除。此工(gong)藝(yi)過程(cheng)(cheng)也常(chang)稱(cheng)為(wei)(wei)(wei)甲(jia)烷化(hua)(hua)(hua)(hua)過程(cheng)(cheng)。第(di)(di)一(yi)(yi)(yi)步(bu)(bu)(bu)凈(jing)化(hua)(hua)(hua)(hua)工(gong)藝(yi)類似于煉油裝置(zhi)的(de)(de)(de)(de)酸性水汽提，其(qi)工(gong)藝(yi)流程(cheng)(cheng)示意圖如圖2.33所(suo)(suo)示。解吸(xi)出來(lai)的(de)(de)(de)(de)二(er)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)將作為(wei)(wei)(wei)尿素裝置(zhi)的(de)(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)料送(song)到尿素生產裝置(zhi)。第(di)(di)二(er)步(bu)(bu)(bu)凈(jing)化(hua)(hua)(hua)(hua)是利用(yong)一(yi)(yi)(yi)定(ding)的(de)(de)(de)(de)工(gong)藝(yi)條件（壓力取決于凈(jing)化(hua)(hua)(hua)(hua)壓力），并在(zai)催化(hua)(hua)(hua)(hua)劑的(de)(de)(de)(de)作用(yong)下使原(yuan)(yuan)料氣中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)一(yi)(yi)(yi)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)和(he)二(er)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)與氫(qing)氣化(hua)(hua)(hua)(hua)合成(cheng)甲(jia)烷，從而(er)達到脫(tuo)(tuo)除一(yi)(yi)(yi)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)和(he)二(er)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)的(de)(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)(de)。
5. 壓縮(suo)與合成
凈化(hua)后(hou)的(de)原料(liao)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)在高溫(wen)、高壓(ya)條件(jian)和催化(hua)劑的(de)作用下化(hua)合(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)氨(an)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)。典型的(de)氨(an)合(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)工藝流(liu)程示(shi)意圖(tu)如(ru)圖(tu)2.34所示(shi)。原料(liao)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)經(jing)壓(ya)縮機(ji)一級(ji)壓(ya)縮后(hou)，再(zai)與循環氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)匯合(he)(he)(he)進(jin)行(xing)二級(ji)壓(ya)縮。經(jing)逐(zhu)次(ci)換(huan)(huan)熱(re)(re)后(hou)，送入第(di)(di)一合(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)塔進(jin)行(xing)合(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)反(fan)應。合(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)塔底(di)部(bu)出(chu)來的(de)合(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)（含(han)氨(an)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)、氫(qing)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(jing)過廢熱(re)(re)鍋爐（用于(yu)副產蒸汽）降(jiang)熱(re)(re)后(hou)進(jin)入第(di)(di)二合(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)塔、第(di)(di)三合(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)塔，逐(zhu)次(ci)再(zai)進(jin)行(xing)合(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)反(fan)應。從(cong)第(di)(di)三合(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)塔出(chu)來的(de)合(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)經(jing)過逐(zhu)次(ci)降(jiang)溫(wen)，進(jin)入分離(li)器(qi)。分離(li)器(qi)頂部(bu)出(chu)來的(de)循環氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)（含(han)氫(qing)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)和少量的(de)氨(an)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)等），經(jing)換(huan)(huan)熱(re)(re)后(hou)循環利用。分離(li)器(qi)底(di)部(bu)出(chu)來的(de)液氨(an)經(jing)降(jiang)壓(ya)后(hou)送入冰機(ji)氨(an)罐。
6. 冷(leng)凍(dong)
合成工(gong)段(duan)出來(lai)的液氨(an)最后被送至冷凍(dong)工(gong)段(duan)，經氣化和壓縮（冰機），得到成品液氨(an)。成品液氨(an)可(ke)送至儲罐(guan)或(huo)用戶。
三(san)、介(jie)質特點
合(he)成氨(an)生產裝置中含有許(xu)多具(ju)有特(te)殊(shu)性(xing)質的介(jie)質，包括一(yi)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)碳(tan)、二(er)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)碳(tan)、氫(qing)氣、硫化(hua)氫(qing)、氨(an)和高(gao)溫氮(dan)氣。一(yi)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)碳(tan)常態下是一(yi)種無(wu)(wu)色、無(wu)(wu)臭、無(wu)(wu)味氣體，比空氣略(lve)輕(qing)，在(zai)水中的溶解(jie)度甚低，但易溶于氨(an)水，主要表現為一(yi)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)碳(tan)在(zai)血(xue)中與血(xue)紅蛋白結合(he)而造(zao)成組織缺氧(yang)(yang)(yang)，被GB 5044列為高(gao)度危(wei)害(hai)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、合成氨裝置的配管設計(ji)
主(zhu)要(yao)是(shi)對(dui)塔(ta)、罐、泵、反應器等設(she)備的配(pei)管設(she)計。
