一、裝(zhuang)置簡介
合(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)氨(an)(an)是(shi)氮(dan)肥的(de)(de)(de)(de)基礎原(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)，而(er)(er)氮(dan)肥是(shi)農業(ye)生(sheng)產(chan)(chan)(chan)不(bu)(bu)(bu)(bu)可(ke)或(huo)缺的(de)(de)(de)(de)生(sheng)產(chan)(chan)(chan)資料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)。氨(an)(an)是(shi)重(zhong)要(yao)的(de)(de)(de)(de)化工(gong)(gong)原(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)，通過與不(bu)(bu)(bu)(bu)同(tong)的(de)(de)(de)(de)元素化合(he)(he)可(ke)以(yi)(yi)生(sheng)產(chan)(chan)(chan)胺(an)（重(zhong)要(yao)的(de)(de)(de)(de)有(you)機化工(gong)(gong)原(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)）、苯胺(an)（重(zhong)要(yao)的(de)(de)(de)(de)染料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)原(yuan)(yuan)材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)）、酞胺(an)（重(zhong)要(yao)的(de)(de)(de)(de)抗生(sheng)素原(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)）、硝酸(suan)（重(zhong)要(yao)的(de)(de)(de)(de)軍事工(gong)(gong)業(ye)原(yuan)(yuan)材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)）等(deng)。在合(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)(de)生(sheng)產(chan)(chan)(chan)過程(cheng)中，其副產(chan)(chan)(chan)品如一(yi)氧化碳、硫等(deng)也可(ke)成(cheng)(cheng)(cheng)為(wei)(wei)其他化工(gong)(gong)產(chan)(chan)(chan)品的(de)(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)。簡單地說，合(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)氨(an)(an)的(de)(de)(de)(de)生(sheng)產(chan)(chan)(chan)原(yuan)(yuan)理就是(shi)把氮(dan)氣(qi)(qi)(qi)和(he)氫氣(qi)(qi)(qi)按一(yi)定比(bi)例混合(he)(he)組成(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)氣(qi)(qi)(qi)，在一(yi)定的(de)(de)(de)(de)溫度、壓力條件和(he)催化劑作(zuo)用下進行化合(he)(he)而(er)(er)成(cheng)(cheng)(cheng)。根據采(cai)用的(de)(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)不(bu)(bu)(bu)(bu)同(tong)以(yi)(yi)及采(cai)用的(de)(de)(de)(de)合(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)方法(fa)不(bu)(bu)(bu)(bu)同(tong)，合(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)氨(an)(an)的(de)(de)(de)(de)生(sheng)產(chan)(chan)(chan)工(gong)(gong)藝(yi)(yi)有(you)很多種。就目前的(de)(de)(de)(de)大型合(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)氨(an)(an)裝置所采(cai)用的(de)(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)來源來說，有(you)氣(qi)(qi)(qi)體(ti)原(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)（包括天然氣(qi)(qi)(qi)、煉廠干(gan)氣(qi)(qi)(qi)等(deng)）、液體(ti)原(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)（包括輕質液態烴和(he)重(zhong)質液態烴）、固(gu)體(ti)原(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)（例如煤）。就合(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)工(gong)(gong)藝(yi)(yi)來說，目前常用的(de)(de)(de)(de)有(you)Topsoe 工(gong)(gong)藝(yi)(yi)、Braun 工(gong)(gong)藝(yi)(yi)、ICI工(gong)(gong)藝(yi)(yi)等(deng)。不(bu)(bu)(bu)(bu)同(tong)類(lei)型的(de)(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)和(he)不(bu)(bu)(bu)(bu)同(tong)的(de)(de)(de)(de)生(sheng)產(chan)(chan)(chan)工(gong)(gong)藝(yi)(yi)，采(cai)用的(de)(de)(de)(de)生(sheng)產(chan)(chan)(chan)流程(cheng)和(he)生(sheng)產(chan)(chan)(chan)參數有(you)較大的(de)(de)(de)(de)差別。這里以(yi)(yi)氣(qi)(qi)(qi)體(ti)原(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)＋Braun工(gong)(gong)藝(yi)(yi)為(wei)(wei)例介紹。
二、典型合成氨裝置的工(gong)藝及特(te)點
以燃料氣為原料的合(he)成(cheng)氨(an)工藝，主(zhu)要(yao)分為脫硫、轉化、變換、凈化、壓縮與(yu)合(he)成(cheng)、冷(leng)凍(dong)共(gong)六(liu)個環(huan)節。
1. 脫硫
由于硫對(dui)后續工序中的(de)催化(hua)劑有害(hai)，因(yin)此對(dui)原料氣(qi)進行(xing)脫(tuo)硫的(de)目(mu)的(de)是將原料氣(qi)中的(de)硫含量(liang)脫(tuo)除(chu)至一定含量(liang)以下。原料氣(qi)先經過壓縮機加壓，然(ran)后逐步換熱(re)進入(ru)加氫(qing)轉化(hua)器，在催化(hua)劑的(de)作用(yong)下原料氣(qi)中的(de)各種有機硫與氫(qing)氣(qi)反應生成硫化(hua)氫(qing)，然(ran)后進入(ru)脫(tuo)硫槽內(nei)通(tong)過氧化(hua)鋅(xin)將硫化(hua)氫(qing)脫(tuo)除(chu)。
2. 轉化
轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)就是將(jiang)(jiang)烴(jing)類氣(qi)體(ti)與水蒸氣(qi)、空氣(qi)（為(wei)合成氣(qi)提(ti)供氮），在一(yi)定的(de)(de)條件(jian)下(xia)化(hua)(hua)(hua)合生成氫氣(qi)、氮氣(qi)、一(yi)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)、二(er)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)等混(hun)合氣(qi)體(ti)的(de)(de)過程(cheng)。其中，混(hun)合氣(qi)體(ti)中會(hui)殘留甲(jia)烷(wan)不凝氣(qi)。常用的(de)(de)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)方法（美國凱洛格法）分(fen)為(wei)兩段(duan)(duan)(duan)(duan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)，分(fen)別為(wei)蒸汽(qi)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)和部分(fen)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)。典型(xing)的(de)(de)合成氨轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)工序(xu)的(de)(de)工藝流(liu)(liu)程(cheng)如(ru)圖(tu)2.32所示(shi)。脫(tuo)(tuo)硫(liu)后(hou)的(de)(de)氣(qi)態(tai)烴(jing)與中壓蒸汽(qi)混(hun)合，進(jin)入(ru)(ru)一(yi)段(duan)(duan)(duan)(duan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)爐(lu)(lu)預(yu)熱段(duan)(duan)(duan)(duan)加熱，然后(hou)進(jin)入(ru)(ru)輻射(she)段(duan)(duan)(duan)(duan)，在催化(hua)(hua)(hua)劑的(de)(de)作用下(xia)進(jin)行(xing)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)反(fan)應。一(yi)段(duan)(duan)(duan)(duan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)的(de)(de)反(fan)應流(liu)(liu)出(chu)物中含(han)殘存甲(jia)烷(wan)，需要進(jin)一(yi)步進(jin)行(xing)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)，即將(jiang)(jiang)一(yi)段(duan)(duan)(duan)(duan)反(fan)應流(liu)(liu)出(chu)物引入(ru)(ru)二(er)段(duan)(duan)(duan)(duan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)爐(lu)(lu)，與空氣(qi)和蒸汽(qi)的(de)(de)混(hun)合物在二(er)段(duan)(duan)(duan)(duan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)爐(lu)(lu)內燃(ran)燒，進(jin)一(yi)步將(jiang)(jiang)甲(jia)烷(wan)脫(tuo)(tuo)除。三段(duan)(duan)(duan)(duan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)爐(lu)(lu)的(de)(de)反(fan)應流(liu)(liu)出(chu)物先進(jin)入(ru)(ru)廢熱鍋爐(lu)(lu)，副(fu)產(chan)蒸汽(qi)，然后(hou)逐漸冷卻送到(dao)變換工序(xu)。
3. 變(bian)換(huan)
變(bian)(bian)換(huan)的(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)是將轉化(hua)(hua)(hua)后(hou)的(de)(de)(de)反應流出(chu)物(wu)（粗(cu)原(yuan)(yuan)料(liao)氣）中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)一氧(yang)化(hua)(hua)(hua)碳(tan)與水蒸(zheng)氣進(jin)行(xing)反應，以達到(dao)把一氧(yang)化(hua)(hua)(hua)碳(tan)變(bian)(bian)換(huan)成(cheng)二氧(yang)化(hua)(hua)(hua)碳(tan)并進(jin)行(xing)脫除。常用的(de)(de)(de)變(bian)(bian)換(huan)工藝是將來自(zi)轉化(hua)(hua)(hua)工序(xu)的(de)(de)(de)粗(cu)原(yuan)(yuan)料(liao)，與中(zhong)(zhong)壓蒸(zheng)汽混合后(hou)進(jin)入高溫變(bian)(bian)換(huan)爐(lu)并在催(cui)化(hua)(hua)(hua)劑的(de)(de)(de)作用下進(jin)行(xing)變(bian)(bian)換(huan)，進(jin)入低溫變(bian)(bian)換(huan)爐(lu)做進(jin)一步變(bian)(bian)換(huan)。
4. 凈化
凈(jing)(jing)化(hua)(hua)(hua)(hua)的(de)(de)(de)(de)目(mu)的(de)(de)(de)(de)是脫(tuo)除(chu)粗原(yuan)料(liao)氣(qi)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)二(er)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)(tan)，并(bing)使其一(yi)(yi)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)(tan)和(he)二(er)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)(tan)的(de)(de)(de)(de)總(zong)含量降低(di)。凈(jing)(jing)化(hua)(hua)(hua)(hua)通常(chang)分兩步(bu)(bu)(bu)(bu)進行。第(di)一(yi)(yi)步(bu)(bu)(bu)(bu)是采用(yong)吸收解吸的(de)(de)(de)(de)方法(fa)(fa)（例如，苯(ben)菲爾溶(rong)液吸收法(fa)(fa)）脫(tuo)除(chu)大量的(de)(de)(de)(de)二(er)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)(tan)，此(ci)工藝過程(cheng)也常(chang)稱為脫(tuo)碳(tan)(tan)(tan)(tan)。由于一(yi)(yi)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)(tan)和(he)二(er)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)(tan)會(hui)造成(cheng)合(he)成(cheng)氨催(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)中(zhong)毒(du)，所(suo)(suo)以還需要第(di)二(er)步(bu)(bu)(bu)(bu)，即利用(yong)甲烷化(hua)(hua)(hua)(hua)的(de)(de)(de)(de)方法(fa)(fa)進一(yi)(yi)步(bu)(bu)(bu)(bu)對粗原(yuan)料(liao)氣(qi)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)二(er)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)(tan)和(he)一(yi)(yi)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)(tan)進行脫(tuo)除(chu)。此(ci)工藝過程(cheng)也常(chang)稱為甲烷化(hua)(hua)(hua)(hua)過程(cheng)。第(di)一(yi)(yi)步(bu)(bu)(bu)(bu)凈(jing)(jing)化(hua)(hua)(hua)(hua)工藝類似于煉(lian)油裝(zhuang)(zhuang)置的(de)(de)(de)(de)酸(suan)性水汽提，其工藝流(liu)程(cheng)示(shi)意圖如圖2.33所(suo)(suo)示(shi)。解吸出來的(de)(de)(de)(de)二(er)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)(tan)將作(zuo)為尿素(su)裝(zhuang)(zhuang)置的(de)(de)(de)(de)原(yuan)料(liao)送到尿素(su)生產(chan)裝(zhuang)(zhuang)置。第(di)二(er)步(bu)(bu)(bu)(bu)凈(jing)(jing)化(hua)(hua)(hua)(hua)是利用(yong)一(yi)(yi)定的(de)(de)(de)(de)工藝條件(jian)（壓(ya)力(li)取決于凈(jing)(jing)化(hua)(hua)(hua)(hua)壓(ya)力(li)），并(bing)在催(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)下使原(yuan)料(liao)氣(qi)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)一(yi)(yi)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)(tan)和(he)二(er)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)(tan)與氫(qing)氣(qi)化(hua)(hua)(hua)(hua)合(he)成(cheng)甲烷，從而達到脫(tuo)除(chu)一(yi)(yi)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)(tan)和(he)二(er)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)(tan)(tan)(tan)的(de)(de)(de)(de)目(mu)的(de)(de)(de)(de)。
5. 壓縮與合成
凈(jing)化(hua)后(hou)的(de)原料(liao)氣(qi)(qi)在高溫、高壓(ya)(ya)條件和催化(hua)劑的(de)作用(yong)下化(hua)合(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)氨(an)氣(qi)(qi)。典型的(de)氨(an)合(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)工藝流程示意(yi)圖(tu)(tu)如(ru)圖(tu)(tu)2.34所示。原料(liao)氣(qi)(qi)經(jing)壓(ya)(ya)縮(suo)機一級(ji)壓(ya)(ya)縮(suo)后(hou)，再與循(xun)(xun)環(huan)(huan)氣(qi)(qi)匯合(he)(he)(he)進(jin)(jin)行二級(ji)壓(ya)(ya)縮(suo)。經(jing)逐(zhu)(zhu)次(ci)換(huan)熱(re)后(hou)，送(song)入(ru)第(di)一合(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)塔(ta)進(jin)(jin)行合(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)反(fan)應。合(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)塔(ta)底部出(chu)來(lai)的(de)合(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)氣(qi)(qi)（含(han)(han)氨(an)氣(qi)(qi)、氫氣(qi)(qi)、氮(dan)氣(qi)(qi)、甲烷、氮(dan)氣(qi)(qi)等），經(jing)過(guo)廢熱(re)鍋爐（用(yong)于副(fu)產(chan)蒸汽）降熱(re)后(hou)進(jin)(jin)入(ru)第(di)二合(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)塔(ta)、第(di)三合(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)塔(ta)，逐(zhu)(zhu)次(ci)再進(jin)(jin)行合(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)反(fan)應。從第(di)三合(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)塔(ta)出(chu)來(lai)的(de)合(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)氣(qi)(qi)經(jing)過(guo)逐(zhu)(zhu)次(ci)降溫，進(jin)(jin)入(ru)分離(li)器。分離(li)器頂部出(chu)來(lai)的(de)循(xun)(xun)環(huan)(huan)氣(qi)(qi)（含(han)(han)氫氣(qi)(qi)、氮(dan)氣(qi)(qi)、甲烷、氦氣(qi)(qi)和少量的(de)氨(an)氣(qi)(qi)等），經(jing)換(huan)熱(re)后(hou)循(xun)(xun)環(huan)(huan)利用(yong)。分離(li)器底部出(chu)來(lai)的(de)液氨(an)經(jing)降壓(ya)(ya)后(hou)送(song)入(ru)冰(bing)機氨(an)罐。
6. 冷凍(dong)
合成工段出(chu)來(lai)的(de)液氨(an)最后被送至冷凍工段，經氣化(hua)和壓縮（冰機），得到成品(pin)(pin)液氨(an)。成品(pin)(pin)液氨(an)可(ke)送至儲罐或用戶。
三、介質特點
合(he)成氨(an)生產裝置中含(han)有(you)許多(duo)具有(you)特殊性質(zhi)的(de)介質(zhi)，包括(kuo)一氧(yang)化(hua)(hua)(hua)碳(tan)、二(er)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)碳(tan)、氫氣(qi)、硫化(hua)(hua)(hua)氫、氨(an)和高溫(wen)氮氣(qi)。一氧(yang)化(hua)(hua)(hua)碳(tan)常態下(xia)是(shi)一種無(wu)(wu)色、無(wu)(wu)臭、無(wu)(wu)味氣(qi)體，比空氣(qi)略輕，在(zai)水中的(de)溶(rong)解(jie)度(du)甚低，但易溶(rong)于氨(an)水，主要(yao)表(biao)現為(wei)一氧(yang)化(hua)(hua)(hua)碳(tan)在(zai)血(xue)中與(yu)血(xue)紅蛋白結合(he)而造成組織缺(que)氧(yang)，被GB 5044列為(wei)高度(du)危害介質(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力腐蝕開裂(lie)（ASCC）。
四、合成氨裝置(zhi)的配(pei)管設計
主(zhu)要是對塔、罐(guan)、泵、反應器等(deng)設備(bei)的配管設計。
