【正文】 的商品氨水，氨溶解時(shí)放出大量的熱。氨水溶液呈弱堿性，易揮發(fā)。液氨和干燥的氣氨對(duì)大部分材料沒有腐蝕性，但是在有水存在的條件下。對(duì)銅、銀、鋅等金屬有腐蝕性。氨是一種可燃性物質(zhì)，自然點(diǎn)為630C，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，%~28%%~82% 氨的化學(xué)性質(zhì)較活潑，能與堿反應(yīng)生成鹽。分流進(jìn)塔：反應(yīng)氣分成兩部分進(jìn)塔，一部分經(jīng)塔外換熱器預(yù)熱，依次進(jìn)入塔內(nèi)換熱管、中心管，送到催化劑第一床層，另一部分經(jīng)環(huán)隙直接進(jìn)入冷管束，兩部分氣體在菱形分布器內(nèi)匯合，繼續(xù)反應(yīng)，這樣使低溫未反應(yīng)氣直接竟如冷管束，稍加熱后，作為一、二段間的冷激氣，從而減少冷管面積和占用空間，提高了催化劑筐的有效容積，并強(qiáng)化了床層溫度的可調(diào)性。同時(shí)僅有65~70%的冷氣進(jìn)入塔內(nèi)換熱器和中心管，減輕了換熱器負(fù)荷，因而減少了換熱面積，相對(duì)增加了有效的高壓容積，也使出塔反應(yīng)氣溫度提高（310~340℃），即回收熱品位提高。氣體分流進(jìn)塔還使塔阻力和系統(tǒng)阻力比傳流程小。進(jìn)塔外換熱器的冷氣不經(jīng)環(huán)隙，這樣溫度更低，使進(jìn)水冷器的合成氣溫度更低（約75℃左右），提高了合成反應(yīng)熱的利用率，降低了水冷器的負(fù)荷和冷卻水的消耗。水冷后的合成氣直接進(jìn)入冷交管間，由上而下邊冷凝邊分離，液氨在重力和離心力的作用下分離，既提高了分離效果，又減小了阻力。塔后放空置于水冷、冷交后，氣體經(jīng)連續(xù)冷卻，冷凝量多，因此氣體中氨含量低，惰氣含量高，故放空量少，降低了原料氣消耗。塔前補(bǔ)壓：循環(huán)機(jī)設(shè)于冷交之后，氣體直接進(jìn)塔，使合成反應(yīng)處于系統(tǒng)壓力最高點(diǎn)，有利于反應(yīng)，同時(shí)循環(huán)機(jī)壓縮的溫升不消耗冷量，降低了冷凍能耗。設(shè)備選用結(jié)構(gòu)合理，使消耗低，運(yùn)行平穩(wěn)，檢修量減少，工藝趨于完善。選用先進(jìn)的自控手段，如兩級(jí)放氨，氨冷加氨，廢鍋加水，系統(tǒng)近路的控制，均用了DCS計(jì)算機(jī)集散系統(tǒng)自動(dòng)化控制，冷交、氨分用液位檢測(cè)采用國(guó)內(nèi)近幾年問世的電容式液位傳感器等新技術(shù)使操作更加靈活、平穩(wěn)、可靠，降低了操作強(qiáng)度。7．4氨合成工藝條件（1）溫度：合成塔壁≤150℃進(jìn)塔主氣流175℃185℃ 分流氣出塔150℃160℃ 零米360℃380℃ 一段熱點(diǎn)二段進(jìn)口廢鍋進(jìn)口廢鍋出口水冷進(jìn)口水冷出口氨冷出口2）壓力：系統(tǒng)壓力輸氨壓力放氨壓力氨蒸發(fā)壓力廢鍋蒸汽壓力總回收壓力：3）氣體成分：460℃470℃ 400℃430℃ 310℃340℃ 190℃200℃ ≤75℃ ≤30℃ 0—5℃≤ Mpa≤ Mpa≤ Mpa≤ Mpa≤ Mpa Mpa（（補(bǔ)充氣CO+CO2≤20PPm 進(jìn)塔H2/N2 進(jìn)塔CH4+Ar20% 進(jìn)塔NH3%：≤%由合成車間液氨倉庫經(jīng)液氨升壓泵加壓后的原料液氨，壓力大于20kg/cm2（表壓），溫度約來自一段循環(huán)系統(tǒng)冷凝器回收的液氨，自氨冷凝器A、B流入液氨緩沖槽的回流室，其中一部分液氨正常為60%，作為一段吸收塔回流液氨用，而其余液氨經(jīng)過液氨緩沖槽的中部溢流隔板，進(jìn)入原料室與新鮮原料液氨混合后一起至高壓氨泵，這樣可使液氨保持較低的溫度以減少高壓氨泵進(jìn)口氨氣化。氨緩沖槽壓力維持在17kg/cm2左右，設(shè)置在高為23米平面上，是為了具有足夠的壓頭，使液氨回流進(jìn)入一段吸收塔，同時(shí)也為了保證高壓氨泵所需要的吸入壓頭。氨緩沖槽原料室的液氨，進(jìn)入高壓氨泵（單動(dòng)臥式三聯(lián)柱塞泵、打液能力為每臺(tái)24M3/hr，反復(fù)次數(shù)180次/分、電動(dòng)機(jī)250KW、三臺(tái)高壓氨泵一臺(tái)備用）將液氨加壓（1）合成塔進(jìn)入合成塔的其他主要由兩部分組成，一部分是占?xì)怏w總量65%70%的主反應(yīng)氣，從塔底進(jìn)入位于塔內(nèi)最底層的換熱器和中心管進(jìn)行加熱，升溫至360℃370℃，進(jìn)入第一催化劑床層反應(yīng)，反應(yīng)溫度達(dá)到470℃480℃，另外一部分為為熱護(hù)氣和冷護(hù)氣的混合氣體，約占總氣體量的30%35%，由下而上進(jìn)入合成塔內(nèi)件與殼層的環(huán)隙，從塔頂頂部進(jìn)入催化劑層冷管束，被管外熱氣加熱至250℃，上 27 升至冷激分氣盒進(jìn)入催化劑第二床層。主反應(yīng)氣與熱護(hù)氣和冷護(hù)氣的混合氣體在第一反應(yīng)床層混合后依次進(jìn)入第二、第三床層反應(yīng)。進(jìn)入合成塔內(nèi)件與殼層環(huán)隙的氣體主要起保護(hù)作用：因?yàn)楹铣砂钡姆磻?yīng)條件為高溫高壓，而塔設(shè)備的材料決定了其只能在反應(yīng)時(shí)承受高溫或者高壓，而不能同時(shí)承受高溫高壓，進(jìn)入環(huán)隙的保護(hù)氣在加壓后壓力和塔內(nèi)的壓力相當(dāng)，避免了塔內(nèi)件承受高壓而只承受高溫，同時(shí)氣體處于低溫狀態(tài)可以吸收反應(yīng)放出的熱量，避免了塔的殼層承受高溫而只承受高壓。反應(yīng)放出的熱量對(duì)保護(hù)氣加熱也實(shí)現(xiàn)了能量的充分利用。（2）一段轉(zhuǎn)化爐一段轉(zhuǎn)化爐為方格式爐子，整個(gè)爐子由輻射段、過渡段、對(duì)流段、出口煙道、引風(fēng)機(jī)組成。輻射段是爐子的主體，里面設(shè)置完成轉(zhuǎn)化過程的“豎琴” 系統(tǒng)，它由進(jìn)口急風(fēng)管、豬尾管、轉(zhuǎn)化管、下集氣管、上升管和輸氣總管組成、爐頂設(shè)燒嘴向下噴燒供熱，對(duì)流段有多組換熱器，用煙道氣加熱其他介質(zhì)。原料氣脫硫后，則希望以比較經(jīng)濟(jì)的方法將原料氣轉(zhuǎn)化生成氫氣。原料氣蒸汽混合氣與鎳催化劑接觸，同時(shí)提高溫度和壓力來促進(jìn)此反應(yīng)。該反應(yīng)是一吸熱反應(yīng)，需要一段爐供給恒定的熱量以維持適合一段轉(zhuǎn)化反應(yīng)的溫度。在一段爐和二段爐中，催化劑促使兩個(gè)同時(shí)發(fā)生的平衡反應(yīng)，它們是蒸汽甲烷反應(yīng)： CH4+H2O174。CO+3H2和一氧化碳的變換反應(yīng)：CO+H2O174。CO2+H2CH4+2H2O174。CO2+4H2如果兩個(gè)反應(yīng)進(jìn)行的很完全，則總反應(yīng)為： 但事實(shí)上不是這樣的，二段爐出口氣中含有大量的CO，大部分未變換的CO再變換中氧化成CO2從而提高產(chǎn)氫率。一段轉(zhuǎn)化爐爐管內(nèi)裝有環(huán)狀或圓柱狀的鎳催化劑，各爐管內(nèi)催化劑裝填應(yīng)均勻，從而保證其壓降相等，使通過每根轉(zhuǎn)化管的氣體分配均勻。如果某根轉(zhuǎn)化管的壓降不正常，則可能會(huì)發(fā)生過熱或轉(zhuǎn)化不充分，造成操作不正常。（3）二段轉(zhuǎn)化爐二段轉(zhuǎn)化爐為立式圓筒形反應(yīng)器。受壓主體為碳鋼制圓筒殼，兩端為錐形封頭，由于內(nèi)部溫度高，在殼外部有水夾套，這樣既可降低殼體溫度，也可是殼體受熱均勻?？諝庹羝苫旌掀骶鶆驀姵觯に嚉鈩t通過帶孔的環(huán)形分布板，這樣可保證空氣蒸汽和工藝氣均勻混合燃燒。轉(zhuǎn)化爐下部為帶孔的耐火金剛玉磚拼成的球形承重拱。出一段爐的經(jīng)部分轉(zhuǎn)化的氣體經(jīng)過一段有水夾套的輸送管線107D，沿切線方向進(jìn)入二段爐（103D）的入口室，二段轉(zhuǎn)化爐進(jìn)口的溫度大約830176。C。一段轉(zhuǎn)化后的氣體仍含有較多的甲烷，為了進(jìn)一步轉(zhuǎn)化則需要更高的溫度。這個(gè)任務(wù)在內(nèi)熱式二段爐里完成。在此加入空氣，于是氣體中的H2與空氣中的氧燃燒，同時(shí)氣體中的CHCO也可能燃燒，放出大量的熱，溫度可達(dá)12001250176。C，因此，殘余的CH4繼 30 續(xù)轉(zhuǎn)化。出口溫度降到9001000176。C左右。進(jìn)入二段轉(zhuǎn)化的空氣，也為合成提供了N2。（4）熱交換器熱交換器為管式換熱器，進(jìn)熱交換器的冷氣不經(jīng)過合成塔的間隙，這樣使溫度更低，使進(jìn)水冷器的合成氣溫度更低，提高了合成反應(yīng)熱利用，同時(shí)也降低了水冷器的負(fù)荷和冷卻水的消耗。（5）循環(huán)機(jī)循環(huán)機(jī)設(shè)與冷交換熱氣之后，氣體經(jīng)循環(huán)機(jī)加壓后直接進(jìn)塔，使合成反應(yīng)處于系統(tǒng)壓力最高點(diǎn)，有利于反應(yīng)。氣體在設(shè)備中流動(dòng)和反應(yīng)都會(huì)使得整個(gè)體系的壓力降低，循環(huán)機(jī)起到補(bǔ)充系統(tǒng)壓力的作用近年來,氨合成工藝技術(shù)已取得長(zhǎng)足進(jìn)步。特別是市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)體制的建立,各氮肥企業(yè)為了在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中走在前列,紛紛圍繞節(jié)能降耗,加大技改力度,為氨合成技術(shù)的新發(fā)展提供了一個(gè)平臺(tái)。在此形勢(shì)下,各企業(yè)對(duì)氨合成裝置的要求,逐漸由以前的強(qiáng)化高負(fù)荷生產(chǎn)轉(zhuǎn)變到現(xiàn)在的輕負(fù)荷低消耗運(yùn)行模式上來。因此氨合成的關(guān)鍵設(shè)備合成塔,在同等規(guī)模條件下,也逐漸的被大塔取代,出現(xiàn)了“大馬拉小車”的局面。一些Φ1 200、Φ1 500、Φ1 600、Φ1 800、Φ2 000的大直徑塔逐漸被研制出來,并投入到工業(yè)生產(chǎn)中去。伴隨著大直徑塔的使用,氨合成系統(tǒng)工藝運(yùn)行條件發(fā)生了變化。低溫低壓氨合成催化劑的應(yīng)用,也是企業(yè)節(jié)能降耗可行途徑之一。大直徑塔及低溫低壓催化劑的使用,加大了企業(yè)的設(shè)備投入。企業(yè)勢(shì)必采取各種措施保持裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行,以求得更多的有效生產(chǎn)時(shí)間。因此,原料氣的凈化度高,避免催化劑中毒,至關(guān)重要。積極使用原料氣凈化新技術(shù),實(shí)現(xiàn)原料氣微量(CO+CO2)趨近于“零”,避免銅液、油水入塔,最大限度的減少毒物對(duì)催化劑的影響將會(huì)被人們逐漸重視。（二）尿素的合成 1尿素的基本性質(zhì)尿素的化學(xué)命名為碳酸銨，分子式是CO(NH2)，無嗅，無味的針狀或棱柱狀結(jié)晶，工業(yè)產(chǎn)品為白色，%。熔點(diǎn)：℃重度：20℃40℃,1,335g/cm3（固體），（粒狀）。比重變化量：每1℃ 假比重：,（粒狀）溶解度：易溶于水和液氨中，稍溶于甲醇、苯中，不溶于三氯甲烷、醚類中。溫度在30℃以上，尿素在液氨中溶解度較水中的溶解度大。2尿素合成的基本原理用氨和CO2合成尿素的反應(yīng)，通常認(rèn)為是按以下兩個(gè)步驟，在合成塔內(nèi)連續(xù)進(jìn)行： 第一步：氨與CO2作用生成氨基甲酸銨2NH3+CO2=NH4COONH2+Q1 第二步：氨基甲酸銨脫水生成尿素NH4COONH2=CO(NH2)2+H2OQ2這兩個(gè)反應(yīng)都是可逆反應(yīng)，反應(yīng)（1）是放熱反應(yīng)，在常溫下實(shí)際上可以進(jìn)行到底，在100kg/cm150℃時(shí)，反應(yīng)進(jìn)行的很快、很完全，為瞬時(shí)反應(yīng)，而反應(yīng)（2）是吸熱反應(yīng)，進(jìn)行的比較緩慢，且不完全，這就使其成為合成尿素的控制反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)證明，尿素不能在氣相中直接形成，固體的氨基甲酸銨加熱時(shí)尿素的生成速度比較慢，而在液相中反應(yīng)才較快。所以，尿素的生產(chǎn)過程要求在液相中進(jìn)行，即氨基甲酸銨必須呈液態(tài)存在。溫度要高于熔點(diǎn)145155℃，因此，決定了尿素的合成要在高溫下進(jìn) 32 行。氨基甲酸銨是個(gè)不穩(wěn)定化合物，加熱時(shí)很容易分解，在常溫下60176。C就可以完全分解，制取尿素時(shí)為了使氨基甲酸銨呈液態(tài)，采用了較高溫度，所以必需采用高壓。由上可知，合成尿素的反應(yīng)的基本特點(diǎn)是高溫、高壓下的液相反應(yīng)，并且是可逆放熱反應(yīng)。3尿素合成工藝條件的選擇（1）過剩氨過剩氨是比較NH4和CO2化學(xué)反應(yīng)量所多的氨，常以百分率表示，或NH4/CO2表示。過剩氨可以使反應(yīng)的平衡趨向生成尿素的一方，使產(chǎn)率提高。過剩氨也可以合成速度加快，提高尿素產(chǎn)率，過剩氨的存在，可與系統(tǒng)中的水結(jié)合，從而降低了水的濃度，抑制了副反應(yīng)的發(fā)生。NH4COONH2+H2O174。(NH4)2CO2(NH4)2CO174。NH4HCO3+NH2NH4HCO174。NH4+CO2+H2O過剩氨的存在，帶走了一部分氨基甲酸銨的生成熱，不僅有利于反應(yīng)平衡趨向生成尿素的方向，提高尿素產(chǎn)率，而且有利于維持塔內(nèi)反應(yīng)的自熱平衡，簡(jiǎn)化了合成塔的結(jié)構(gòu)，過剩氨的存在，抑制了氫酸和氫酸氨的生成，降低了對(duì)合成塔的腐蝕。但過剩氨的存在也帶來一些不利影響：過剩氨的增加過大，二氧化碳轉(zhuǎn)化率增加率也逐漸增加，并且提高了合成塔內(nèi)反應(yīng)系的平衡壓力： 過剩氨的增加，會(huì)破壞反應(yīng)物的自然平衡，為維持合成塔內(nèi)頂定溫度，就必須提高濃氨預(yù)熱溫度；過剩氨的增加，會(huì)是反應(yīng)混合物的比重下降，所需反應(yīng)釜的容積加大，處理未生成尿素的反應(yīng)物的設(shè)備也更大，動(dòng)力消耗增加。因此，在尿素水溶液全循環(huán)法中NH3/。（1）水份水是尿素合成過程中的產(chǎn)物，水存在可以降低氨基甲酸銨的熔點(diǎn)，有利于尿素的合成，氨基甲酸銨可以溶解在水中，故可以消除氨基甲酸銨的堵塞現(xiàn)象。但是從化學(xué)反應(yīng)平衡考慮，過量水的存在阻止合成反應(yīng)向著生成尿素的方向移動(dòng)，促進(jìn)氨基甲酸銨水解等付反應(yīng)的進(jìn)行。造成CO2轉(zhuǎn)化率的下降，甚至引起合成與分解的操作條件惡性循環(huán)，水的存在也使合成塔腐蝕加劇。因此在水溶液全循環(huán)中，正常生產(chǎn)時(shí)避免 33 向合成塔內(nèi)送水，在過剩氨回收和液相循環(huán)中，也應(yīng)力求減少水分進(jìn)入合成塔，在工業(yè)生產(chǎn)中進(jìn)行合成塔物料H2O/CO2為1/。（3）CO2的純度CO2的純度低，不僅會(huì)降低CO2的轉(zhuǎn)化率，而且會(huì)造成合成塔的腐蝕，生產(chǎn)實(shí)踐證明CO2%在86100%時(shí)，純度每下降1%%左右。因此生產(chǎn)中過頂二氧化碳的純度要在98%以上。（2）溫度和壓力溫度越高尿素達(dá)最大產(chǎn)率的時(shí)間越短，即反應(yīng)速度越快，合成塔的生產(chǎn)強(qiáng)度也就提高，但溫度越高，尿素產(chǎn)率的提高逐漸減慢，同時(shí)反應(yīng)溫度的提高也必須使合成系統(tǒng)的平衡壓力提高，腐蝕速度增加，為保證尿素在液相中生成和一定的反應(yīng)速度，對(duì)設(shè)備制造和防腐問題，合成塔的操作溫度控制在185190℃為宜。合成塔的操作壓力，必須大于操作條件下的平衡壓力，否則會(huì)使氨基甲酸銨離解，溶液中氨氣化，轉(zhuǎn)化率下降，但操作壓力過高，會(huì)使動(dòng)力消耗增加，設(shè)備制造強(qiáng)度加大。因此合成塔的操作壓力高于其操作條件下平衡壓力1030氣壓較好。4未反應(yīng)成尿素物質(zhì)的分離和回收在合成塔中NH3/CO2比為4時(shí)，約有65%的CO2和33%的氨轉(zhuǎn)變成尿素，其余的氨和二氧化碳則以氨基甲酸銨，游離二氧化碳和游離氨的形式存在于合成后尿素熔融物種，這部分物質(zhì)必須同尿素分離，以便循環(huán)利用。為了把未反應(yīng)生成尿素的NH3和CO2從尿水熔融物分離出來，一般采用逐段降壓和提溫的方法，有利于NH3和CO2的溜出，但壓力的選擇，還必須考慮到，NH3和CO2的回收，為的控制還必須考慮到高溫對(duì)設(shè)備的腐蝕，溫度和壓力的選擇都不宜太高太低。為了把分離出來的NH3和CO2回收，通常是在不同溫度，不同壓力，是用水和氨水，把NH3和CO2吸收，生成甲胺和氨水，然后返回尿素合成塔。5尿素的加工尿素水溶液在加熱過程中其熱穩(wěn)定性較差，在溶液加熱達(dá)到一定溫度以上就可能發(fā)生尿素水解反應(yīng)和縮二脲的生成反應(yīng)，其反應(yīng)如下：2NH2CONH2 = NH2CONHCONH2+NH3NH2CONH2+2H2O =（NH4）2CO3 = 2NH3+ CO2+H2O 兩個(gè)副反應(yīng)由于受溫度、加熱時(shí)間、溶液面上氣氨分壓等因素的影響。因此，尿液蒸發(fā)過程的操作壓力越低，相應(yīng)飽和尿液濃度就越高，如果達(dá)到相同濃度，蒸發(fā)壓力高，相應(yīng)所需溫度也高。為減少副產(chǎn)物的生成，避免出現(xiàn)結(jié)晶困難的問題，通常采用兩段蒸發(fā)流程：一段蒸發(fā)的目的是在較低的壓力下首先蒸發(fā)掉大量的水，然后在更低的壓力下進(jìn)行二段蒸發(fā)，已達(dá)到最后的濃度，兩端蒸發(fā)的分界線是根據(jù)傳熱溫差和冷卻水溫度而定的。6工藝流程介紹