【文章內(nèi)容簡介】 溫度、壓力和有觸媒催化的條件下，將經(jīng)過精制的氫氮混合氣體，在合成塔內(nèi)直接合成為氨。然后將所得的氣氨， 從氫氮混合氣中經(jīng)冷卻冷凝成為液態(tài)氨分離出來。液氨由氨罐進入氨冷器蒸發(fā)為氣氨，送碳化崗位制取碳酸氫銨；或送硝酸車間制取硝酸和硝銨；或送硫銨車間制取硫酸銨；或?qū)⒁喊彼湍蛩剀囬g制取尿素等。未合成為氨的氫氮混合氣體繼續(xù)在合成系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)使用。 合成氨生產(chǎn)的特點，概括起來有如下幾方面 [7]： (1)工藝流程長、設(shè)備管道多； (2)生產(chǎn)過程有高度的連續(xù)性； (3)各工序生產(chǎn)操作相互影響； (4)生產(chǎn)是在高溫、高壓、易燃、易爆、易中毒、易灼傷的情況下進行的。 在整個合成氨生產(chǎn)過程中，合成氨生產(chǎn)比較復雜，始終存在著高溫、高壓、易燃 、易爆、易中毒等危險因素，各種控制條件比較嚴格，稍有疏忽就可能發(fā)生事故。同時，因生產(chǎn)工藝流程長、連續(xù)性強，設(shè)備長期承受高溫和高壓，還有內(nèi)部介質(zhì)的沖刷、滲透和外部環(huán)境的腐蝕等，各類事故發(fā)生率比較高，尤其是火災(zāi)、爆炸和重大設(shè)備事故經(jīng)常發(fā)生。但是，只要我們能充分認識這一客觀規(guī)律并掌握這一客觀規(guī)律就能做到安全生產(chǎn)，實現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)。 8 因此，合成氨生產(chǎn)必須滿足高溫、高壓、高純度要求。在生產(chǎn)過程中有一系列化學反應(yīng)、傳熱、燃燒、分離等過程 ,溫度、壓力、濃度等因素都影響反應(yīng)的進行 ,這些因素又受到設(shè)備質(zhì)量、水質(zhì)、煤質(zhì)、季節(jié)、氣 候、操作水平、調(diào)度與管理的影響 ,這樣就形成了合成氨生產(chǎn)工藝過程、設(shè)備結(jié)構(gòu)、操作管理與生產(chǎn)技術(shù)的復雜性 生產(chǎn)流程及生產(chǎn)方法的確定 合成氨的基本工藝步驟 實現(xiàn)氨合成的循環(huán)，必須包括如下幾個步驟 [4]：氮氫原料氣的壓縮并補入循環(huán)系統(tǒng)；循環(huán)氣的預(yù)熱與氨的合成；氨的分離；熱能的回收利用；對未反應(yīng)氣體補充壓力并循環(huán)使用，排放部分循環(huán)氣以維持循環(huán)氣中惰性氣體的平衡等。 由于采用壓縮機的型式、氨分冷凝級數(shù)、熱能回收形式以及各部分相對位置的差異，而形成不同的工業(yè)生產(chǎn)流程，但實現(xiàn)氨合成過程的基本工藝步驟是相 同的。 (1)氣體的壓縮和除油 為了將新鮮原料氣和循環(huán)氣壓縮到氨合成所要求的操作壓力，就需要在流程中設(shè)置壓縮機。當使用往復式壓縮機時，在壓縮過程中氣體夾帶的潤滑油和水蒸汽混合在一起，呈細霧狀懸浮在氣流中。氣體中所含的油不僅會使氨合成催化劑中毒、而且附著在熱交換器壁上，降低傳熱效率，因此必須清除干凈。除油的方法是壓縮機每段出口處設(shè)置油分離器，并在氨合成系統(tǒng)設(shè)置濾油器。若采用離心式壓縮機或采用無油潤滑的往復式壓縮機，氣體中不含油水，可以取消濾油設(shè)備，簡化了流程。 (2)氣體的預(yù)熱和合成 壓縮后的 氫氮混合氣需加熱到催化劑的起始活性溫度，才能送入催化劑層進行氨合成反應(yīng)。在正常操作的情況下，加熱氣體的熱源主要是利用氨合成時放出的反應(yīng)熱，即在換熱器中反應(yīng)前的氫氮混合氣被反應(yīng)后的高溫氣體預(yù)熱到反應(yīng)溫度。在開工或反應(yīng)不能自熱時，可利用塔內(nèi)電加熱爐或塔外加熱爐供給熱量。 (3)氨的分離 9 進入氨合成塔催化層的氫氮混合氣，只有少部分起反應(yīng)生成氨，合成塔出口氣體氨含量一般為 10～ 20％，因此需要將氨分離出來。氨分離的方法有兩種，一是水吸收法；二是冷凝法，將合成后氣體降溫，使其中的氣氮冷凝成液氨，然后在氨分離器 中，從不凝氣體中分離出來。 目前工業(yè)上主要采用冷凝法分離循環(huán)氣中的氨。以水和氨冷卻氣體的過程是在水冷器和氨冷器中進行的。在水冷器和氨冷器之后設(shè)置氨分離器，把冷凝下來的液氨從氣相中分離出來，經(jīng)減壓后送至液氮貯槽。在氨冷凝過程，部分氫氮氣及惰性氣體溶解在液氨中。當液氨在貯槽內(nèi)減壓后，溶解的氣體大部分釋放出來，通常稱為“貯罐氣”。 (4)氣體的循環(huán) 氫氮混合氣經(jīng)過氨合成塔以后，只有一小部分合成為氨。分離氨后剩余的氫氮氣，除為降低情性氣體含量而少量放空以外，與新鮮原料氣混合后，重新返回合成塔，再進行氨的合成，從而構(gòu) 成了循環(huán)法生產(chǎn)流程。由于氣體在設(shè)備、管道中流動時，產(chǎn)生了壓力損失。為補償這一損失，流程中必須設(shè)置循環(huán)壓縮機。循環(huán)機進出口壓差約為 20～ 30 大氣壓，它表示了整個合成循環(huán)系統(tǒng)阻力降的大小。 (5)惰性氣體的排除 氨合成循環(huán)系統(tǒng)的情性氣體通過以下三個途徑帶出： (1)一小部分從系統(tǒng)中漏損； (2)一小部分溶解在液氨中被帶走； (3)大部分采用放空的辦法，即間斷或連續(xù)地從系統(tǒng)中排放。 在氨合成循環(huán)系統(tǒng)中，流程中各部位的惰性氣體含量是不同的，放空位置應(yīng)該選擇在惰性氣體含量最大而氨含量最小的地方，這樣放空的損失最小。由此可見 ，放空的位置應(yīng)該在氨已大部分分離之后，而又在新鮮氣加入之前。放空氣中的氨可用水吸收法或冷凝法加以回收，其余的氣體一股可用作燃料。也可采用冷凝法將放空氣中的甲烷分離出來，得到氫、氮氣，然后將甲烷轉(zhuǎn)化為氫，回收利用，從而降低原料氣的消耗。 有些工廠設(shè)置二循環(huán)合成系統(tǒng)，合成系統(tǒng)放空氣進入二循環(huán)系統(tǒng)的合成塔，繼續(xù)進行合成反應(yīng)，分離氨后部分情性氣體放空，其余部分在二循環(huán)系統(tǒng)繼續(xù)循環(huán)。這樣，提高了放空氣中惰性氣體含量，從而減少了氫氮氣損失。 (6)反應(yīng)熱的回收利用 10 氨的合成反應(yīng)是放熱反應(yīng)，必須回收利用這部分反應(yīng)熱。目前 回收利用反應(yīng)熱的方法主要有以下幾種： (1) 預(yù)熱反應(yīng)前的氫氮混合氣。在塔內(nèi)設(shè)置換熱器，用反應(yīng)后的高溫氣體預(yù)熱反應(yīng)前的氫氮混合氣，使其達到催化劑的活性溫度。這種方法簡單，但熱量回收不完全。目前小型氨廠及部分中型氨廠采用此法回收利用反應(yīng)熱。 (2) 預(yù)熱反應(yīng)前的氫氮混合氣和副產(chǎn)蒸汽。既在塔內(nèi)設(shè)置換熱器預(yù)熱反應(yīng)前的氫氮混合氣，又利用余熱副產(chǎn)蒸汽。按副產(chǎn)蒸汽鍋爐安裝位置的不同，可分為塔內(nèi)副產(chǎn)蒸汽合成塔 (內(nèi)置式 )和塔外副產(chǎn)蒸汽合成塔 (外置式 )兩類。目前一般采用外置式，該法熱量回收比較完全，同時得到了副產(chǎn)蒸汽，目前中 型氮廠應(yīng)用較多。 (3)預(yù)熱反應(yīng)前的氫氮混合氣和預(yù)熱高壓鍋爐