【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 溶解有NH3和CO2的溶液，特別是高溫高濃度的甲銨液、尿素甲銨液和熔融尿素，對(duì)大多數(shù)金屬都具有強(qiáng)烈的腐蝕作用。主要的腐蝕根源在于氨基甲酸根COONH2—的還原性，破壞了不銹鋼金屬表面的氧化膜。此外，高溫下尿素水溶液中存在尿素異構(gòu)化反應(yīng)， NH2CONH2 ==== NH4CNO ==== NH3 + HCN氰酸根CNO也是強(qiáng)還原性酸根，對(duì)不銹鋼的氧化膜也具有很強(qiáng)的破壞作用。不銹鋼在腐蝕介質(zhì)中之所以抗腐蝕，是由于金屬表面形成一層保護(hù)性的氧化膜。只要這層氧化膜不被破壞，金屬的腐蝕速度是很低的。在介質(zhì)無氧情況下，不銹鋼處于活化腐蝕狀態(tài)。只有當(dāng)溶液溶解有足夠的氧，溶液由還原性轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸?，形成組織致密的鈍化膜，不銹鋼處于鈍化狀態(tài)，才能大大降低腐蝕速度。玉龍公司采取的防腐措施有兩項(xiàng)。其一是在原料二氧化碳?xì)怏w中加入5%空氣。其二是在流程中一分塔部位加入空氣。如此一來，溶液中有一定的氧含量，保證管道和設(shè)備內(nèi)表面處于鈍化狀態(tài)，從而達(dá)到防腐的目的。Ⅲ、合成氨工段 氨的性質(zhì)和用途 　 (一)氨的性質(zhì) 　　 氨分子式NH3，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下是無色氣體，比空氣密度小，具有刺激性氣味。會(huì)灼傷皮膚、眼睛，刺激呼吸器官粘膜。人在大于100cm3/m3氨的環(huán)境中，每天接觸8h會(huì)引起慢性中毒。 氨的相對(duì)分子質(zhì)量為173，沸點(diǎn)(01013MPa)為335℃，冰點(diǎn)為777℃，臨界溫度1324℃，臨界1128MPa。液氨的密度（01013MPa、334℃）為06813kg/L。標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氣氨的密度7．714104 kg/L。 摩爾體積2208L/mol。氨極易溶于水，溶解時(shí)放出大量的熱，可生產(chǎn)含NH315%~30%的氨水，氨水溶液是堿性，易揮發(fā)。液氨或干燥的氨氣對(duì)大部分物質(zhì)沒有腐蝕性，但在有水條件下，對(duì)銅、銀、鋅等金屬有腐蝕作用?！　“痹诔貢r(shí)相當(dāng)穩(wěn)定，在高溫、電火花或紫外光的作用下可分解為氮和氫，其分解速度在很大程度上與氣體接觸的表面性質(zhì)有關(guān)。氨是一種可燃性物質(zhì)，自燃點(diǎn)為630℃，一般較難點(diǎn)燃。氨與空氣或氧的混合物在一定范圍內(nèi)能夠發(fā)生爆炸。常壓，常溫下的爆炸范圍分別為155%~28%（空氣）和135%~82%（氧氣）。氨的性質(zhì)比較活潑，能與各種無機(jī)酸反應(yīng)生成鹽。氨也能和CO2反應(yīng)生成氨基甲酸銨，脫水成尿素?！　。ǘ┌钡挠猛? 　　 氨在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位。約有80%的氨用來制造化學(xué)肥料，其余作為生產(chǎn)其他化工產(chǎn)品的原料。除液氨可直接作為肥料外，農(nóng)業(yè)上使用的氮肥，例如尿素、硝酸銨、磷酸銨、硫酸銨、氯化銨、氨水以及各種含氮混肥和復(fù)肥，都是以氨為原料的。氨在工業(yè)上主要用來制造炸藥和各種化學(xué)纖維及塑料。從氨可以制得硝酸，進(jìn)而再制造硝酸銨、硝化甘油、三硝基甲苯和硝基纖維素等。在化纖和塑料工業(yè)中，則以氨、硝酸和尿素等作為氮源，生產(chǎn)己內(nèi)酰胺、尼龍6單體、己二胺、人造絲、丙烯腈、酚醛樹脂和脲醛樹脂等產(chǎn)品。氨的其他工業(yè)用途也十分廣泛，例如，用作制冰、空調(diào)、冷藏等系統(tǒng)的制冷劑，在冶金工業(yè)中用來提煉礦石中的銅、鎳等金屬，在醫(yī)藥和生物化學(xué)方面用作生產(chǎn)磺胺類藥物、維生素、蛋氨酸和其他氨基酸等等。 合成Ⅰ、Ⅱ合成Ⅰ為Φ800塔，合成Ⅱ?yàn)棣?000塔，兩套氨合成系統(tǒng)的反應(yīng)原理相同，工藝流程也大同小異，此處一并介紹并作對(duì)比。（1）崗位任務(wù)氨合成工序的任務(wù)是將精制合格的氫氮?dú)庠诖呋瘎┑淖饔孟潞铣蔀榘?，并采用冷凍的方法，將生成的氣氨從系統(tǒng)中分離出來而得到液氨，送氨去加工制尿素或其他產(chǎn)品，分離后的氫氮?dú)庠谙到y(tǒng)中循環(huán)使用，以維持系統(tǒng)反應(yīng)物濃度?；瘜W(xué)反應(yīng)熱經(jīng)余熱鍋爐回收，副產(chǎn)蒸汽供全系統(tǒng)蒸汽的綜合利用。 （2）反應(yīng)原理 氨合成反應(yīng)是在高溫、高壓、催化劑存在的情況下進(jìn)行的。反應(yīng)中氫氮混合氣一次不能全部合成為氨。因此，將氨進(jìn)行分離后把未經(jīng)反應(yīng)的氫氮混合氣進(jìn)行循環(huán)再次反應(yīng)。在氫氮合成反應(yīng)的同時(shí)要產(chǎn)生大量的反應(yīng)熱，而在分離過程中，需要消耗大量的冷量。氨合成率的高低直接影響壓縮機(jī)和冰機(jī)動(dòng)力消耗。 氨合成的化學(xué)反應(yīng)式： 高溫、高壓 3H2+ N2 2NH3 + Q 催化劑 這是一個(gè)體積縮小的可逆放熱反應(yīng)，只有當(dāng)催化劑存在時(shí)才能快速進(jìn)行。平衡氨含量隨壓力、溫度。惰性氣體含量、氫氮比、催化劑活性而變化，即壓力升高，溫度降低，惰性氣體含量減少及合適的氫氮比有利于平衡氨含量的提高。 （3）工藝流程 由氫氮?dú)鈮嚎s機(jī)送來的合格補(bǔ)充氣（P＞25MPa，T≤40℃，CO+CO2 ≤25ppm），進(jìn)入補(bǔ)充氣油水分離器除去油污和水分后，加入冷交出口，與循環(huán)氣匯合進(jìn)入氨冷器高壓列管內(nèi)，利用液氨蒸發(fā)吸熱，混合氣被冷至3~﹣5℃，使氣體中部分氣氨冷凝成液氨，氣液混合物進(jìn)入氨分離器（Φ800塔系統(tǒng)為第二氨分），將液氨分離出來，液氨經(jīng)減壓至26MPa左右進(jìn)入氨罐。氣體出氨分后進(jìn)入冷交換熱器列管內(nèi)，將冷量傳給水冷器出口氣，混合氣進(jìn)入循環(huán)機(jī)。 Φ1000合成塔：混合氣經(jīng)循環(huán)機(jī)補(bǔ)壓后進(jìn)入緩沖分離器，除去油污和水分后，分成三部分：少部分（約占總氣量5% 10%）直接進(jìn)入合成塔底部作環(huán)隙氣，還有一部分進(jìn)入熱交換器加熱至170 180℃，出熱交后又分成兩部分，一部分（約20% 30%）的熱氣與環(huán)隙氣混合，從塔頂部進(jìn)入催化劑層冷管束，被管外熱氣加熱至280℃，上升到菱形分布器，進(jìn)入催化劑第二層反應(yīng)。另一部分熱氣從塔底進(jìn)入塔底換熱器和中心管，溫度達(dá)360 370℃，進(jìn)入第一催化劑床層反應(yīng)，溫度達(dá)470 480℃，進(jìn)入菱形分布器與冷管束的分流氣混合，依次進(jìn)入第二、三、四催化劑床層反應(yīng)。Φ800合成塔：混合氣經(jīng)循環(huán)機(jī)加壓后進(jìn)入緩沖分離器，除去油污和水分后，分成三部分，一部分（約5% ~ 10%）經(jīng)冷副閥直接進(jìn)入合成塔作環(huán)隙氣（由冷副閥再分流一小股氣體經(jīng)二冷閥與熱副閥分流的一小股氣體混合后進(jìn)入段間冷激器，作為段間冷激氣），另一部分經(jīng)一冷閥進(jìn)入觸媒層一段作為一段觸媒冷激氣，還有一部分進(jìn)入熱交換器列管加熱至170 ~180℃，出熱交又分成兩部分，一部分約20 ~30%的熱氣經(jīng)熱副閥與8% ~ 10%的環(huán)隙出口氣混合進(jìn)入催化劑冷管束，被管外熱氣加熱至250℃上升至觸媒零床層。另一部分熱氣從塔底依次進(jìn)入塔內(nèi)熱交換器和中心管，溫度達(dá)360 ~370℃，出中心管與冷管束的分流氣體混合后進(jìn)入第一催化劑床層反應(yīng)，溫度達(dá)470 ~480℃，進(jìn)入段間冷激器與段間冷激氣混合依次進(jìn)入第二、三、四催化劑床層反應(yīng)。經(jīng)第四層催化劑反應(yīng)后溫度約430 ~440℃的合成氣進(jìn)入塔內(nèi)換熱器列管內(nèi)，將熱量傳給管間進(jìn)塔氣。溫度降至310 ~340℃，再?gòu)牡撞砍鏊?，進(jìn)入余熱鍋爐管內(nèi)。管間用冷卻水冷卻副產(chǎn)蒸汽，溫度則降至190 ~205℃后進(jìn)入熱交換器列管內(nèi)。，以加熱進(jìn)塔氣。出塔氣溫度約96℃左右進(jìn)入水冷器，經(jīng)水冷器降溫至35℃進(jìn)入冷交換器管間吸收冷量（Φ800塔系統(tǒng)為管內(nèi)），將氣體中的大部分氣氨冷凝成液態(tài)氨，進(jìn)入分離段分理出液氨（Φ800塔系統(tǒng)為第一氨分），減壓至26MPa左右送往氨罐，分離氨后的氣體稱循環(huán)氣，與補(bǔ)充氣匯合進(jìn)入氨冷器，繼續(xù)下一個(gè)循環(huán)。 （4）合成Ⅰ、合成Ⅱ的區(qū)別合成Ⅰ（Φ800）合成Ⅱ（Φ1000） 內(nèi)件冷副閥氣體進(jìn)入環(huán)隙冷熱氣體在催化劑零床層匯合冷熱副閥氣體混合進(jìn)入環(huán)隙冷熱氣體在第一催化劑床層匯合 外件補(bǔ)充氣進(jìn)行一次油水分離在一級(jí)氨分離器分離出液氨水冷器為淋灑式補(bǔ)充氣經(jīng)過粗分和精分兩次油水分離無一氨分，在冷交換器分離出液氨（既換熱又換氨）水冷器為套管式 利弊合成塔中心管徑小，不能及時(shí)移走反應(yīng)熱淋灑式水冷器換熱效果更好，但是水資源浪費(fèi)大且不環(huán)保套管式水冷器高壓氣體走管程，冷卻水走殼程，逆流換熱，換熱充分，有利于輻射換熱利用高壓空氣鼓泡，使冷卻水帶走管殼內(nèi)的污垢（5）膜分離 基本原理： 氫氣在高分子膜表面的滲透速率是甲烷，氮?dú)饧皻鍤獾鹊膸资?，?dāng)原料氣進(jìn)入膜分離器后，中空纖維膜對(duì)氫氣有較高的選擇性，在中空纖維膜內(nèi)外兩側(cè)壓差的推動(dòng)下，通過溶解—擴(kuò)散—解析等步驟，氫氣優(yōu)先滲過膜而被富集成為滲透氣，外側(cè)滯留的惰性氣成為尾氣，從而實(shí)現(xiàn)氫氣的分離和回收。滲透氣經(jīng)壓縮重返合成系統(tǒng)，尾氣供燃燒。 工藝流程： 來自合成系統(tǒng)的放空氣，其壓力（表壓）為24~28Mpa，經(jīng)薄膜調(diào)節(jié)閥MB1減壓至10~，進(jìn)入洗氨塔，自下而上與高壓水泵打進(jìn)的軟化水在填料層中逆流接觸，氣相中的氨被水吸收，氨含量降至15PPm以下的放空氣由塔頂排出，進(jìn)入氣液分離器，使水系過程中產(chǎn)生的霧沫夾帶得到分離排至地溝，氣體則經(jīng)過加熱器被加熱到40~50℃，成為膜分離合格的原料氣。經(jīng)過水洗，加熱后的原料氣依次進(jìn)入膜分離器A、B、C、D、E中進(jìn)行滲透分離。每根分離器的滲透氣都匯入滲透氣總管經(jīng)調(diào)節(jié)閥MB4送到高壓機(jī)三出甲總管（）返回合成氨系統(tǒng)，~，送轉(zhuǎn)化系統(tǒng)燃燒。自軟水總管來的軟水進(jìn)入軟水貯槽（常壓），自上而下與放空氣逆流接觸，吸收氣相中的氨，成為1015%的稀氨水，經(jīng)調(diào)節(jié)閥MB2減壓后送碳化系統(tǒng)。自蒸汽總管來的蒸汽（）經(jīng)調(diào)節(jié)閥MB3進(jìn)入加熱器殼程加熱管內(nèi)的放空氣，冷凝水經(jīng)疏水閥排至地溝。 （6）催化劑 氨合成采用鐵催化劑，又稱鐵觸媒，其活性組分為鐵觸媒，并添加其他組分作為助催化劑,其組份有主要是Fe3O4和FeO，助催化劑為氧化鋁、氧化鉀、氧化鈣鈣、二氧化硅，在催化劑未還原前，氧化鐵主要以Fe3O4形態(tài)存在，由于它沒有催化作用，所以要在反應(yīng)前將其還原成Fe，鐵觸媒在500 ℃左右時(shí)的活性最大，這也是合成氨反應(yīng)一般選擇在500 ℃左右進(jìn)行的重要原因之一。 助催化劑的存在，使催化劑的熱穩(wěn)定性和壽命都比單催化劑好，而且增大了總表面積，增大了表面活性。 能使催化劑中毒的物質(zhì)有氧及氧的化合物，硫及硫的化合物，磷及磷的化合物，砷及砷的化合物等。砷、磷、硫及其化合物的中毒作用是不可逆的，稱為永久中毒，而氧及其化合物是可逆中毒，稱為暫時(shí)中毒。為此，原料氣送至合成系統(tǒng)之前應(yīng)充分清除各種毒物。（7）主要設(shè)備氨合成是在高溫下進(jìn)行的，因此合成塔應(yīng)當(dāng)具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，在高溫高壓下，原料氣中的氫對(duì)鋼材具有明顯的腐蝕作用。為了適應(yīng)氨合成的反應(yīng)條件，合理解決存在的矛盾，氨合成塔的氣體先經(jīng)過內(nèi)件與外筒之間的環(huán)境。內(nèi)件的外表面設(shè)有保溫層，以減少向外筒散熱。這樣外筒主要承受由操作壓力