一、裝(zhuang)置簡介(jie)


  合(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)氨(an)是(shi)氮(dan)肥的(de)(de)(de)(de)(de)基礎原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)(liao)，而(er)氮(dan)肥是(shi)農業生(sheng)產(chan)(chan)不(bu)(bu)(bu)(bu)可或(huo)缺的(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)產(chan)(chan)資料(liao)(liao)(liao)(liao)。氨(an)是(shi)重要的(de)(de)(de)(de)(de)化(hua)工(gong)(gong)(gong)(gong)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)(liao)，通過與不(bu)(bu)(bu)(bu)同(tong)(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)元(yuan)素化(hua)合(he)(he)可以生(sheng)產(chan)(chan)胺（重要的(de)(de)(de)(de)(de)有(you)機化(hua)工(gong)(gong)(gong)(gong)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)(liao)）、苯胺（重要的(de)(de)(de)(de)(de)染(ran)料(liao)(liao)(liao)(liao)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)材料(liao)(liao)(liao)(liao)）、酞胺（重要的(de)(de)(de)(de)(de)抗生(sheng)素原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)(liao)）、硝酸（重要的(de)(de)(de)(de)(de)軍事工(gong)(gong)(gong)(gong)業原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)材料(liao)(liao)(liao)(liao)）等。在(zai)合(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)產(chan)(chan)過程中，其(qi)(qi)副產(chan)(chan)品(pin)如一(yi)氧化(hua)碳、硫等也(ye)可成(cheng)(cheng)(cheng)為其(qi)(qi)他化(hua)工(gong)(gong)(gong)(gong)產(chan)(chan)品(pin)的(de)(de)(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)材料(liao)(liao)(liao)(liao)。簡單地說，合(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)氨(an)的(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)產(chan)(chan)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)理(li)就(jiu)是(shi)把氮(dan)氣和氫氣按一(yi)定比例混合(he)(he)組成(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)(liao)氣，在(zai)一(yi)定的(de)(de)(de)(de)(de)溫度、壓力(li)條件(jian)和催化(hua)劑作用(yong)下(xia)進行化(hua)合(he)(he)而(er)成(cheng)(cheng)(cheng)。根據采用(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)(liao)不(bu)(bu)(bu)(bu)同(tong)(tong)(tong)以及采用(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)合(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)方法不(bu)(bu)(bu)(bu)同(tong)(tong)(tong)，合(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)氨(an)的(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)產(chan)(chan)工(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)有(you)很多種。就(jiu)目(mu)前的(de)(de)(de)(de)(de)大(da)型合(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)氨(an)裝置所采用(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)材料(liao)(liao)(liao)(liao)來源來說，有(you)氣體(ti)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)(liao)（包(bao)括(kuo)天(tian)然氣、煉(lian)廠干氣等）、液(ye)體(ti)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)(liao)（包(bao)括(kuo)輕質(zhi)液(ye)態(tai)烴和重質(zhi)液(ye)態(tai)烴）、固(gu)體(ti)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)(liao)（例如煤）。就(jiu)合(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)工(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)來說，目(mu)前常(chang)用(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)有(you)Topsoe 工(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)、Braun 工(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)、ICI工(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)等。不(bu)(bu)(bu)(bu)同(tong)(tong)(tong)類型的(de)(de)(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)材料(liao)(liao)(liao)(liao)和不(bu)(bu)(bu)(bu)同(tong)(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)產(chan)(chan)工(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)，采用(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)產(chan)(chan)流(liu)程和生(sheng)產(chan)(chan)參(can)數有(you)較大(da)的(de)(de)(de)(de)(de)差別。這里以氣體(ti)原(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)(liao)＋Braun工(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)為例介紹。



二、典型合(he)成氨裝(zhuang)置(zhi)的工藝(yi)及特點


  以燃料氣(qi)為(wei)原料的合成(cheng)氨工藝，主要(yao)分為(wei)脫硫、轉化、變換、凈化、壓(ya)縮與(yu)合成(cheng)、冷凍(dong)共六個環節。


 1. 脫硫 


   由于硫(liu)對(dui)后續工序中的(de)(de)(de)催(cui)化(hua)劑有(you)害，因此對(dui)原(yuan)料氣(qi)進(jin)行(xing)脫(tuo)硫(liu)的(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)是將(jiang)原(yuan)料氣(qi)中的(de)(de)(de)硫(liu)含(han)量脫(tuo)除至一定含(han)量以下。原(yuan)料氣(qi)先經過壓(ya)縮機加壓(ya)，然后逐步換熱進(jin)入加氫(qing)轉化(hua)器，在催(cui)化(hua)劑的(de)(de)(de)作用(yong)下原(yuan)料氣(qi)中的(de)(de)(de)各(ge)種有(you)機硫(liu)與氫(qing)氣(qi)反應生成硫(liu)化(hua)氫(qing)，然后進(jin)入脫(tuo)硫(liu)槽(cao)內通過氧化(hua)鋅將(jiang)硫(liu)化(hua)氫(qing)脫(tuo)除。


 2. 轉(zhuan)化(hua) 


   轉(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)就是(shi)將烴(jing)類氣(qi)(qi)體(ti)與水蒸(zheng)(zheng)氣(qi)(qi)、空(kong)氣(qi)(qi)（為(wei)合(he)(he)(he)成氣(qi)(qi)提(ti)供(gong)氮），在(zai)一定的(de)(de)(de)(de)條件下化(hua)(hua)(hua)(hua)合(he)(he)(he)生成氫氣(qi)(qi)、氮氣(qi)(qi)、一氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)碳、二(er)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)碳等混合(he)(he)(he)氣(qi)(qi)體(ti)的(de)(de)(de)(de)過程。其(qi)中(zhong)，混合(he)(he)(he)氣(qi)(qi)體(ti)中(zhong)會殘(can)留甲烷不凝(ning)氣(qi)(qi)。常(chang)用(yong)的(de)(de)(de)(de)轉(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)方法(fa)（美國凱洛格法(fa)）分為(wei)兩段(duan)(duan)轉(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)，分別為(wei)蒸(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)(qi)轉(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)和(he)部分氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)轉(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)。典型(xing)的(de)(de)(de)(de)合(he)(he)(he)成氨轉(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)工(gong)序的(de)(de)(de)(de)工(gong)藝流(liu)(liu)程如圖2.32所(suo)示。脫(tuo)硫后(hou)(hou)的(de)(de)(de)(de)氣(qi)(qi)態烴(jing)與中(zhong)壓蒸(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)(qi)混合(he)(he)(he)，進入一段(duan)(duan)轉(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)爐(lu)(lu)預熱段(duan)(duan)加熱，然后(hou)(hou)進入輻射段(duan)(duan)，在(zai)催(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)的(de)(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)下進行轉(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)反應(ying)。一段(duan)(duan)轉(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)的(de)(de)(de)(de)反應(ying)流(liu)(liu)出物中(zhong)含殘(can)存甲烷，需要進一步進行轉(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)，即將一段(duan)(duan)反應(ying)流(liu)(liu)出物引入二(er)段(duan)(duan)轉(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)爐(lu)(lu)，與空(kong)氣(qi)(qi)和(he)蒸(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)混合(he)(he)(he)物在(zai)二(er)段(duan)(duan)轉(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)爐(lu)(lu)內燃燒，進一步將甲烷脫(tuo)除。三段(duan)(duan)轉(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)爐(lu)(lu)的(de)(de)(de)(de)反應(ying)流(liu)(liu)出物先進入廢熱鍋爐(lu)(lu)，副產蒸(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)(qi)，然后(hou)(hou)逐漸冷(leng)卻送到變換工(gong)序。


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 3. 變換(huan) 


   變(bian)換(huan)的目的是(shi)將(jiang)轉(zhuan)化后的反(fan)應(ying)流出物（粗(cu)原料氣(qi)）中的一氧化碳與水蒸氣(qi)進(jin)(jin)行(xing)(xing)反(fan)應(ying)，以(yi)達到把一氧化碳變(bian)換(huan)成(cheng)二氧化碳并進(jin)(jin)行(xing)(xing)脫(tuo)除。常(chang)用(yong)的變(bian)換(huan)工藝是(shi)將(jiang)來自(zi)轉(zhuan)化工序的粗(cu)原料，與中壓蒸汽混合后進(jin)(jin)入高溫變(bian)換(huan)爐(lu)并在催化劑(ji)的作用(yong)下進(jin)(jin)行(xing)(xing)變(bian)換(huan)，進(jin)(jin)入低溫變(bian)換(huan)爐(lu)做進(jin)(jin)一步變(bian)換(huan)。


 4. 凈化 


   凈化(hua)(hua)(hua)的(de)(de)目(mu)的(de)(de)是脫(tuo)除(chu)粗(cu)原(yuan)料(liao)氣(qi)中(zhong)的(de)(de)二(er)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)碳(tan)，并使(shi)其一(yi)(yi)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)碳(tan)和二(er)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)碳(tan)的(de)(de)總含量(liang)降低。凈化(hua)(hua)(hua)通常分兩步(bu)進(jin)行。第(di)一(yi)(yi)步(bu)是采(cai)用吸收(shou)解吸的(de)(de)方法（例如(ru)，苯(ben)菲爾溶液吸收(shou)法）脫(tuo)除(chu)大量(liang)的(de)(de)二(er)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)碳(tan)，此工藝過程(cheng)也(ye)常稱為脫(tuo)碳(tan)。由于(yu)一(yi)(yi)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)碳(tan)和二(er)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)碳(tan)會造成(cheng)合成(cheng)氨催化(hua)(hua)(hua)劑(ji)的(de)(de)中(zhong)毒，所以還需要第(di)二(er)步(bu)，即利用甲(jia)烷(wan)化(hua)(hua)(hua)的(de)(de)方法進(jin)一(yi)(yi)步(bu)對粗(cu)原(yuan)料(liao)氣(qi)中(zhong)的(de)(de)二(er)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)碳(tan)和一(yi)(yi)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)碳(tan)進(jin)行脫(tuo)除(chu)。此工藝過程(cheng)也(ye)常稱為甲(jia)烷(wan)化(hua)(hua)(hua)過程(cheng)。第(di)一(yi)(yi)步(bu)凈化(hua)(hua)(hua)工藝類似于(yu)煉油裝置的(de)(de)酸性水汽提，其工藝流程(cheng)示意(yi)圖如(ru)圖2.33所示。解吸出(chu)來(lai)的(de)(de)二(er)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)碳(tan)將作為尿素裝置的(de)(de)原(yuan)料(liao)送到(dao)尿素生產裝置。第(di)二(er)步(bu)凈化(hua)(hua)(hua)是利用一(yi)(yi)定(ding)的(de)(de)工藝條件(jian)（壓力取決于(yu)凈化(hua)(hua)(hua)壓力），并在(zai)催化(hua)(hua)(hua)劑(ji)的(de)(de)作用下使(shi)原(yuan)料(liao)氣(qi)中(zhong)的(de)(de)一(yi)(yi)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)碳(tan)和二(er)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)碳(tan)與(yu)氫(qing)氣(qi)化(hua)(hua)(hua)合成(cheng)甲(jia)烷(wan)，從(cong)而達到(dao)脫(tuo)除(chu)一(yi)(yi)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)碳(tan)和二(er)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)碳(tan)的(de)(de)目(mu)的(de)(de)。


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 5. 壓縮(suo)與合(he)成 


   凈(jing)化后(hou)的(de)原料氣(qi)(qi)(qi)在(zai)高(gao)溫、高(gao)壓(ya)條(tiao)件和(he)催化劑的(de)作用(yong)(yong)下(xia)化合(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)氨(an)(an)氣(qi)(qi)(qi)。典型的(de)氨(an)(an)合(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)工藝流程示意圖(tu)如圖(tu)2.34所示。原料氣(qi)(qi)(qi)經壓(ya)縮機(ji)一(yi)級(ji)壓(ya)縮后(hou)，再(zai)與(yu)循環氣(qi)(qi)(qi)匯合(he)(he)進(jin)行二級(ji)壓(ya)縮。經逐(zhu)次(ci)換(huan)熱(re)(re)后(hou)，送入第一(yi)合(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)塔進(jin)行合(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)反(fan)應。合(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)塔底(di)部(bu)出來的(de)合(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)氣(qi)(qi)(qi)（含氨(an)(an)氣(qi)(qi)(qi)、氫氣(qi)(qi)(qi)、氮(dan)氣(qi)(qi)(qi)、甲烷、氮(dan)氣(qi)(qi)(qi)等），經過廢(fei)熱(re)(re)鍋爐(lu)（用(yong)(yong)于副產蒸汽）降(jiang)熱(re)(re)后(hou)進(jin)入第二合(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)塔、第三(san)合(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)塔，逐(zhu)次(ci)再(zai)進(jin)行合(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)反(fan)應。從第三(san)合(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)塔出來的(de)合(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)氣(qi)(qi)(qi)經過逐(zhu)次(ci)降(jiang)溫，進(jin)入分離器。分離器頂部(bu)出來的(de)循環氣(qi)(qi)(qi)（含氫氣(qi)(qi)(qi)、氮(dan)氣(qi)(qi)(qi)、甲烷、氦氣(qi)(qi)(qi)和(he)少量的(de)氨(an)(an)氣(qi)(qi)(qi)等），經換(huan)熱(re)(re)后(hou)循環利(li)用(yong)(yong)。分離器底(di)部(bu)出來的(de)液(ye)氨(an)(an)經降(jiang)壓(ya)后(hou)送入冰(bing)機(ji)氨(an)(an)罐。


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 6. 冷凍 


   合成(cheng)工段(duan)出來的液氨最后被送(song)至冷凍工段(duan)，經氣(qi)化和壓縮（冰機），得到(dao)成(cheng)品(pin)液氨。成(cheng)品(pin)液氨可送(song)至儲罐或用戶。



三、介質特點(dian)


  合成(cheng)氨(an)生(sheng)產裝置(zhi)中含有許多具有特殊(shu)性質(zhi)的介質(zhi)，包括一(yi)(yi)氧(yang)(yang)化(hua)碳(tan)、二氧(yang)(yang)化(hua)碳(tan)、氫氣(qi)、硫(liu)化(hua)氫、氨(an)和高(gao)溫氮氣(qi)。一(yi)(yi)氧(yang)(yang)化(hua)碳(tan)常態下是一(yi)(yi)種無色、無臭、無味氣(qi)體，比空氣(qi)略輕，在水中的溶解度甚低，但(dan)易溶于氨(an)水，主要表現(xian)為一(yi)(yi)氧(yang)(yang)化(hua)碳(tan)在血中與(yu)血紅蛋白結(jie)合而造成(cheng)組(zu)織缺氧(yang)(yang)，被GB 5044列為高(gao)度危(wei)害(hai)介質(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(ying)力(li)腐蝕開裂（ASCC）。



四(si)、合成氨裝置的配管設(she)計


  主要(yao)是對塔、罐、泵、反應器等設備(bei)的配管設計。