合成氨生產(chǎn)工藝合成崗位1

1、合成工段（包括冷凍）第一節(jié)工藝流程及主要設(shè)備一、本工段任務(wù)合成工段在合成氨生產(chǎn)中是最后一道工序，但在以碳化法生產(chǎn)碳酸氫鏤的小氮肥廠里卻只是一道中間 工序。它的主要任務(wù)是在高溫、高壓和有觸媒存在的條件下，將由精煉工段來的經(jīng)過一系列處理的合格的 氫氮混合氣在合成塔內(nèi)進行化合反應(yīng)，合成為氨；氣態(tài)氨經(jīng)冷凝、分離得液氨。液氨在氨冷器中氣化后， 送往碳化系統(tǒng)加工，制取小氮肥廠的最終產(chǎn)品碳酸氫鏤。多余的液氨可以作為商品氨出廠。未合成為氨的 氫氮混合氣繼續(xù)在合成系統(tǒng)中循環(huán)。合成放空氣和氨罐弛放氣回收利用。二、工藝流程簡述由精煉工段來的氫氮比約為 3:1 ,含C0+C02<25pp林口少量CIA+Ar （

2、1%左右）的氫氮混合氣，經(jīng)壓縮 機將其壓力提高至 30MPa右后送至合成系統(tǒng)，經(jīng)過最終凈化并換熱升溫后進入合成塔，在催化劑的作用 下于450? 500 c左右進行氨合成反應(yīng)。反應(yīng)后，氣體經(jīng)冷卻，冷凝成液氨，再在氨分離器中與沒有反應(yīng)的 氫氮氣分離，送往液氨貯槽。在合成塔內(nèi)，化學(xué)反應(yīng)方程式如下：3Hz+N2b A2NH3+Q貯槽內(nèi)的液氨經(jīng)氨冷器蒸發(fā)為氣氨，送往吸收崗位制成氨水后送至碳化塔內(nèi)吸收co2得碳酸氫鏤、分離液氨后的氫氮氣再循環(huán)使用。圖12-1所示是年產(chǎn)5000噸型氨合成工藝所采用的一種流程。2液氨由來冷卻水液氨去球圖12-1合成工藝流程圖1 一油分離器，2氨冷器；3一冷交換器；4 一合成塔

3、，5軟水加熱器；6-水冷器I 7氨分離器如圖，來自壓縮機六段出口（七段壓縮機則為七段出口）。加壓至30MPa左右的精煉氣（新鮮氣）送至合成系統(tǒng)，在油分離器內(nèi)與由循環(huán)機來的循環(huán)氣混合；除去氣體中的油水和微量C02,然后溫度為30?35'C的混合氣進入冷交換器上部的換熱器管內(nèi)，和管外冷氣體進行換熱，被冷卻至10? 20c后進入氨冷器。氣體被進一步冷卻至一 5? 0C,至此氣體中大部分氣氨被冷凝為液氨，微量的水份被進一步除去；這 部分氣體再回到冷交下部的氨分離器，將氣體中的液氨分離，氣體則上升至冷交上部的換熱器管外進行預(yù) 熱，溫度達20 c左右，分主、副線兩路進入合成塔進行反應(yīng)?，F(xiàn)介紹并流扁

4、平單管觸媒筐、波紋板換熱器內(nèi)件氣體流程。循環(huán)氣主線氣體自合成塔頂入口進塔，沿 外筒與內(nèi)套之間的環(huán)隙順流而下，被內(nèi)套所散發(fā)的熱量預(yù)熱，溫度有所提高，進入內(nèi)套下部的波紋板熱交 換器，與已反應(yīng)的高溫氣體進行熱交換，使其進一步預(yù)熱到反應(yīng)溫度；然后由升氣管上升到上集氣環(huán)，氣 體在此被分配到各扁平冷管內(nèi)，再下降到下集氣環(huán)。在此過程中，氣體將觸媒層反應(yīng)熱帶走，自身溫度進 一步提高。然后氣體由下集氣環(huán)進入中心管，和由副線直接進入中心管內(nèi)的氣體匯合上升至中心管頂部， 進入觸媒層，進行氨合成反應(yīng)。反應(yīng)后高溫氣體從觸媒筐底部進入下部的波紋板換熱器，與主線來的氣體 進行熱交換后，溫度有所降低，由塔底氣體出口管引出塔外

5、。自合成塔底部出來的含氨 10? 13%、wo? 18or左右的氣體進入軟水加熱器回收熱量后，再經(jīng)水冷器 降低溫度，氣體中部分氣氨冷凝為液氨。然后進入氨分離器將液氨分離，氣體則進入循環(huán)機提高壓力（補 償壓力損失）后，再去油分離器與補充的新鮮氣混合，重復(fù)進行上述循環(huán)。氨分離器和冷交換器底部分離出來的液氨，通過放氨閥減壓由放氨管線送往液氨貯槽。貯槽內(nèi)液氨送 至合成與精煉氨冷器內(nèi)的盤管外面，作冷凍劑降低盤管內(nèi)合成氣和銅液溫度，同時自身蒸發(fā)為氣氨，經(jīng)總 管送往碳化吸收崗位制濃氨水，供碳化洗滌變換氣并生產(chǎn)碳酸氫錢；或者送冰機壓縮、冷凝為液氨，再供氨冷器循環(huán)使用，也可送往氨罐貯存；或送精煉工段補加到銅液中

6、去。在合成塔前與氨分離器后，分別設(shè)有塔前與塔后放空管，可以排放系統(tǒng)內(nèi)氣體，以降低循環(huán)氣中惰性氣含量。補充氣進口閥前、設(shè)有放空閥、供精煉卸壓和置換用。液氨貯槽或氨冷器排油時，油內(nèi)混有一定量的液氨，可在煮油器內(nèi)用蒸汽加熱，將液氨蒸發(fā)成氣氨后 回收。冷軟水經(jīng)變換工段軟水加熱器回收變換氣余熱后至合成軟水加熱器，經(jīng)回收合成余熱后，送鍋爐及其 它用戶。也有廠將部分軟水送精煉工段銅液再生器用于加熱銅液。系統(tǒng)的放空氣和液氨貯槽的弛放氣，送等壓吸收崗位，在凈氨塔回收氨后，或去鍋爐作燃料，或送分 離崗位回收其中的氫等，或送造氣吹風(fēng)氣回收崗位。凈氨塔回收的稀氨水送碳化作無硫氨水。需要補充的是，在上述流程中，新鮮氣經(jīng)

7、油分離器補入合成系統(tǒng)，可以較好地防止精煉系統(tǒng)銅液帶入 合成塔。如精煉工段操作比較穩(wěn)定，無油潤滑過關(guān)也有將新鮮氣補到冷交出口的氨冷器內(nèi)，并將循環(huán)機和 油分離器由水冷器后調(diào)整到合成塔之前，這樣可減少系統(tǒng)壓差，提高進入合成塔的氣體壓力，有利于合成 反應(yīng)。三、主要設(shè)備及作用（一）合成塔合成塔是合成系統(tǒng)也是全廠關(guān)鍵的設(shè)備之一。它的作用是在一定的溫度、一定的壓力和有催化劑存在的條件下，將氫、氮氣體在塔內(nèi)合成為氨。合成塔的結(jié)構(gòu)形式很多，有雙套管型、三套管型、多層冷激型等，這里僅介紹并流扁平單管觸媒筐、波紋板換熱器型內(nèi)件合成塔。如圖12-2所示。合成塔主要由外筒、內(nèi)件和電加熱器組成。1 .外筒是一圓筒形高壓容

8、器，由多層鋼板卷焊而成（也有繞帶式等其它形式）。塔體上、下部是鍛鋼件，比筒體厚，主要是因開孔、裝螺絲而不致降低容器的承壓強度。內(nèi)套內(nèi)套上部為觸媒筐，下部為熱交換器。觸媒筐是裝觸媒的容器，由鋼板焊成?？鸬撞坑卸嗫装?，并放有不銹鋼絲網(wǎng)，以防止放置在上面的觸媒漏下。觸媒筐內(nèi)還裝有冷管和上、下集氣環(huán)，其作用是將合成的 反應(yīng)熱不斷移出催化床，使氣體在催化床中的反應(yīng)過程能在最適宜的反應(yīng)溫度下進行。即在催化劑活性溫 度允許的范圍內(nèi)，氣體在催化床中的反應(yīng)溫度分布，盡量接近最佳溫度曲線，按先高后低的原則分布，隨 氣體中氨含量增加而降低，這樣可兼顧反應(yīng)速度和化學(xué)平衡，提高氨合成率。觸媒筐下部是波紋板熱交換器。它的

9、作用是保證進塔冷氣體經(jīng)換熱后，再進催化床冷管預(yù)熱后能達到 進入催化床的活性溫度要求。換熱器在結(jié)構(gòu)上還有列管式、螺旋板式等。熱交換器中夾有一根冷氣管。從副線來的氣體不經(jīng)熱交換器而直接由此進入中心管，用來調(diào)節(jié)觸媒層 溫度。3 .電加熱器電加熱器由兩根饃銘合金鋼條串聯(lián)而成，安裝于觸媒筐的中心管內(nèi)。主要用于開工升溫, 操作不正常時補充能量。（二）軟水加熱器軟水加熱器為套管式結(jié)構(gòu)。 內(nèi)管走高壓氣，套管間走軟水。它的作用是加熱軟水， 回收合成塔出口高溫氣體熱量。被加熱的軟水可供精煉系統(tǒng)加熱銅液和送鍋爐或變換作用。（三）水冷卻器水冷卻器為淋灑式排管結(jié)構(gòu)。它的作用是進一步冷卻出塔氣體，使部分氣氨冷凝并在氨分離

10、器中分離。一般氣體經(jīng)水冷凝后，可以被冷卻到 40"C以下，排管上方有淋灑水槽，水自上而下淋灑，與氣體逆流間接換熱，移走氣體中熱量， 經(jīng)下部集水池排走。圖12-2合成塔1電極桿2電爐絲小蓋13大蓋；內(nèi)套上蓋；5一高壓外筒;6觸媒筐冷管；7鋼絲網(wǎng)；8一波紋板換熱器；9 一冷氣管；10電爐絲11觸媒筐；12一中心管；13測溫套管觸媒還原和圖12-3氨分離器1 一氣 體進口2氣體出口； 3一進氣管，4 檔板5液氨出口（四）氨分離器氨分離器是園柱形高壓容器，分離裝置在容器內(nèi)。如圖 12-3所示。它的作用是分離水冷后合成氣中 的液氨。（五）循環(huán)機圖12-4循環(huán)機1_皮帶輪；2主軸；3十字頭f4活

11、塞桿；5活塞j6 氣缸；7在油孔；8一循 環(huán)氣入口 t9一循環(huán)氣出口守窗凌 出入口高壓氣體在系統(tǒng)中循環(huán)，要克服設(shè)備、管道的阻力，壓力逐漸降低。這部分壓力補償是通過循環(huán)機來 實現(xiàn)的。因此，循環(huán)機的作用就是提高循環(huán)氣壓力，克服系統(tǒng)阻力，使氣體保持壓力循環(huán)。循環(huán)機有立式和臥式兩種。圖12-4所示為立式雙列復(fù)動活塞式壓縮機，型號為 Z24-0.8/290 320,打氣量48ms/h。（六）油分離器氣體經(jīng)循環(huán)機壓縮后帶有油，故送入油分離器，同時，在此匯合的補充氣中含有水分、微量的二氧化 碳（幾個PPm及其它雜質(zhì)，這些有害物質(zhì)，進入合成塔內(nèi)能使觸媒中毒，必須除去。油分離器就是用來 除去循環(huán)氣中的油分和水分

12、的設(shè)備，它的除油水的作用主要是通過碰撞和離心作用實現(xiàn)的。微量的0: 02氣與循環(huán)氣中的氨作用，生成碳錢結(jié)晶也在此除去。油分離器的構(gòu)造如圖12-5所示。（七）冷交換器冷交換器分為上下兩部分。上部是換熱器，起換熱作用，管內(nèi)熱氣體從油分離器來，管外冷氣體從冷交下部氨分離器來，經(jīng)冷熱交換，降#進入氨冷器氣體溫度，減輕氨冷器負荷，回收冷量；同時提高合成塔進口氣體溫度。下部相當(dāng)于一只氨分離器，起二級分離作用，以分離氨冷后氣體中的液氨。冷交的構(gòu)造如 圖12-6所示。（八）氨冷器氨冷器的作用是利用液氨蒸發(fā)吸熱，將循環(huán)氣進一步冷卻，使循環(huán)氣中的氣氨繼續(xù)冷凝，從而在氨分 離器中得到分離，以保證進塔氣體中的氨含量合

13、乎工藝要求；同時，液氨在冷凝過程中也將氣體中所含有 的水蒸汽冷凝、吸收，使氣體得到精制。氨冷器的構(gòu)造如圖12-7所示。圖12-5油分離器1氣體進口2氣體出口； 3填料層（尼龍網(wǎng)）HR中心管；5嫖旋管6祥油口圖12-6冷交換器1一熱交換器；2_熱交換器列管環(huán)形檔板 一分氣盒;4 一氧分離器5一上部中心管6一下部中 心管水圖12-7氨冷器1 -氣氨出口2一上部連通管t 3除 沫器：4-#殼f 5聚氨入口 > 671環(huán)氣出口7下部連通管f8液位計* 9 一蛇形盤管；10一循環(huán)氣進口油水等雜質(zhì)器底排3水槽|4 一水分布器混合物中液氨氣化后回收至氣氨總管。氨冷器為一園柱形壓力容器。器內(nèi)裝有蛇形高壓

14、盤 管，氣體走管內(nèi)，液氨在管外。器頂裝有液氨霧沫分離器， 用于除去蒸發(fā)出來氨氣中所夾帶的液氨霧滴。（九）液僦貯橫液氨貯槽又稱氨罐，為臥式長圓筒形或球形的中壓容器。圖 12-8所 示為臥式氨罐。它的主要作用是貯存和計量液氨。液氨貯槽的最大允許操作壓力為1.6MPa,貯槽裝有液位計，用于觀察和計量槽內(nèi)液氨量。在貯槽的上部裝有安全閥，當(dāng)貯槽壓力超過操作允許壓力時能自動跳開而使 槽內(nèi)壓力降低。在貯槽上部還有氣體排放閥，用來經(jīng)常排放貯槽內(nèi)的弛放氣（如氫、氮、甲烷等），使貯槽壓力維持不大于1.6MPa。四、冰機崗位的工藝流程及主要設(shè)備（一）冰機崗位的任務(wù)在合成氨生產(chǎn)中，氨合成系統(tǒng)需把循環(huán)氣冷卻到 o? 一

15、 5 c或者更低的溫度，銅液再生 系統(tǒng)也需把銅液冷卻到 8? 15C,這溫度是水冷所不能達 到的。在生產(chǎn)中是在水冷器之后再設(shè)氨冷器，液氨在氨冷器中蒸發(fā)汽化吸熱，達到降低循環(huán)氣和銅液溫度的目的， 這就是冷凍操作。冰機崗位的任務(wù)就是將氣氨壓縮、 冷凝， 使之液化，然后將液氨送往氨罐或直接送入氨冷器蒸發(fā)制冷以滿足合成氨生產(chǎn)中冷量的需要（圖12-8 ）。（二）系統(tǒng)流程簡述冰機崗位流程如圖12-9所示。來自精煉，合成氨冷器的氣氨 進入氣氨總管，經(jīng)氣液分離器分離 掉由氨冷器夾帶來的液氨霧滴、水 分等雜質(zhì)，進入冰機進行壓縮。壓 縮至1.6MPa,再進入油分離器，將 油分離后，進入水冷凝器的管間， 被管內(nèi)的水

16、冷卻為液氨。冷凝下來 的液氨積于容器下部，經(jīng)排出管線 送合成液氨貯槽；或直接送合成與 精煉系統(tǒng)的氨冷器，供循環(huán)使用。水冷凝器上側(cè)裝有弛放氣管， 當(dāng)冰機出口壓力過高時，可通 過管上的減壓閥使部分氣體減壓后 送碳化吸收崗位？收；或由放空管部 分放空。氣液分離器，油分離器及水冷 凝器排放出來的油水和液氨混合 物，導(dǎo)入煮油器。通過蒸汽加熱，使出。圖12-10水冷凝器1 一冷凝 器外殼f 2 列管圖12-8液氨貯槽1 一液位計2安全閥；3氣體排放閥；4一壓力計口目前有些小氮肥廠，由于合成凈值的提高，循環(huán)氣量減小，采用新型保冷材料等原因，使生產(chǎn)需要的 冷凍量大大減小，加之高位吸氨的采用等，在碳化流程中，生產(chǎn)過程中的液氨蒸發(fā)（氣氨供碳化工段）巳 能滿足冷凍量的要求，做到了少開甚至不開冰機，大大節(jié)約了電耗。氣氨來自穩(wěn)燃合血_圖12-9冰機崗位流程圖1 一氣液分離器；2冰機；3 油分離器；4 一水冷凝器；5煮油器（三）主要設(shè)備及其作用1.水冷凝器為立式園筒形容