合成氨生產(chǎn)工藝合成崗位1

1、精品文檔合成工段（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)碳酸氫銨的小氮肥廠里卻只是一道中間工序。它的主要任務(wù)是在髙溫、髙壓和有觸媒存在的條件下，將由精煉工段來(lái)的經(jīng)過(guò)一系列處理的合格的氫氮混合氣在合成塔內(nèi)進(jìn)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)品碳酸氫銨。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(jiǎn)述由精煉工段來(lái)的氫氮比約為 3:1 ，含 C0+C02<25ppm和少量 CI+Ar

2、（ 1左右）的氫氮混合氣，經(jīng)壓縮機(jī)將其壓力提髙至 30MPa左右后送至合成系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)最終凈化并換熱升溫后進(jìn)入合成塔，在催化劑的作用下于 450? 500左右進(jìn)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(méi)有反應(yīng)的氫氮?dú)夥蛛x，送往液氨貯槽。在合成塔內(nèi)，化學(xué)反應(yīng)方程式如下：3Hz+N2=一 2NH3+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 得碳酸氫銨、分離液氨后的氫氮?dú)狻?歡迎下載精品文檔再循環(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(lái)冷卻水液氬去球圖 12-1 合成工藝流程圖 1 一油分離器， 2氨

3、冷器； 3 冷交換器； 4 一合成塔 , 5 軟水加熱器； 6 水冷器丨 7 氨分離器如圖，來(lái)自壓縮機(jī)六段出口（七段壓縮機(jī)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(jī)來(lái)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(jìn)入冷交換器上部的換熱器管內(nèi)，和管外冷氣體進(jìn)行換熱，被冷卻至10? 20后進(jìn)入氨冷器。氣體被進(jìn)一步冷卻至一5? 0，至此氣體中大部分氣氨被冷凝為液氨，微量的水份被進(jìn)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(jìn)行預(yù)熱，溫度達(dá) 20左右，分主

4、、副線兩路進(jìn)入合成塔進(jìn)行反應(yīng)?，F(xiàn)介紹并流扁平單管觸媒筐、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(jìn)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(jìn)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(jìn)行熱交換，使其進(jìn)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(guò)程中，氣體將觸媒層反應(yīng)熱帶走，自身溫度進(jìn)一步提髙。然后氣體由下集氣環(huán)進(jìn)入中心管，和由副線直接進(jìn)入中心管內(nèi)的氣體匯合上升至中心管頂部，進(jìn)入觸媒層，進(jìn)行氨合成反應(yīng)。反應(yīng)后高溫氣體從觸媒筐底部進(jìn)入下部的波紋板換熱器，與主線來(lái)的氣體進(jìn)行熱交換后，溫度有所

5、降低，由塔底氣體出口管引出塔外。自合成塔底部出來(lái)的含氨10? 13、 wo? 18or 左右的氣體進(jìn)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(jìn)入氨分離器將液氨分離，氣體則進(jìn)入循環(huán)機(jī)提高壓力（補(bǔ)償壓力損失）后，再去油分離器與補(bǔ)充的新鮮氣混合，重復(fù)進(jìn)行上述循環(huán)。氨分離器和冷交換器底部分離出來(lái)的液氨，通過(guò)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(shí)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)碳酸氫銨；或者送冰機(jī)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；

6、或送精煉工段補(bǔ)加到銅液中去。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(bǔ)充氣進(jìn)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(shí)，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(wú)硫氨水。需要補(bǔ)充的是，在

7、上述流程中，新鮮氣經(jīng)油分離器補(bǔ)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(wú)油潤(rùn)滑過(guò)關(guān)也有將新鮮氣補(bǔ)到冷交出口的氨冷器內(nèi)，并將循環(huán)機(jī)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(jìn)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。2歡迎下載精品文檔的條件下，將氫、氮?dú)怏w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

8、熱器組成。1. 外筒3是一圓筒形高壓容器，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(qiáng)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(guò)程能在最適宜的反應(yīng)溫度下進(jìn)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

9、率。觸媒筐下部是波紋板熱交換器。它的作用是保證進(jìn)塔冷氣體經(jīng)換熱后，再進(jìn)催化床冷管預(yù)熱后能達(dá)到進(jìn)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(lái)的氣體不經(jīng)熱交換器而直接由此進(jìn)入中心管，用來(lái)調(diào)節(jié)觸媒層溫度。3. 電加熱器電加熱器由兩根鎳鉻合金鋼條串聯(lián)而成，安裝于觸媒筐的中心管內(nèi)。主要用于開工升溫，觸媒還原和操作不正常時(shí)補(bǔ)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(jìn)

10、一步冷卻出塔氣體，使部分氣氨冷凝并在氨分離器中分離。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 高壓外筒； 6 觸媒筐冷管； 7鋼絲網(wǎng)； 8 波紋板換熱器；9 一冷氣管； 10 電爐絲 11 觸媒筐；12 中心管； 13 測(cè)溫套管圖 12-3 氨分離器1 一氣體進(jìn)口 2氣 體出口；3進(jìn)氣管， 4檔板5 液 氨出口。3歡迎下載精品文檔（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。

11、它的作用是分離水冷后合成氣中的液氨。（五）循環(huán)機(jī)圖 12-4 循環(huán)機(jī) 1_皮帶輪； 2主軸； 3十字頭 f4 活塞桿； 5 活塞 j6 氣缸； 74注油孔； 8 循環(huán)氣入口 t9 循環(huán)氣出口高壓氣體在系統(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(bǔ)償是通過(guò)循環(huán)機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。因此，循環(huán)機(jī)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(jī)有立式和臥式兩種。圖 12-4 所示為立式雙列復(fù)動(dòng)活塞式壓縮機(jī)，型號(hào)為 Z24-0.8/290 320，打氣量 48ms/h 。（六）油分離器氣體經(jīng)循環(huán)機(jī)壓縮后帶有油，故送入油分離器，同時(shí)，在此匯合的補(bǔ)充氣中含有水分、微量的二氧化碳（幾

12、個(gè) PPm）及其它雜質(zhì)，這些有害物質(zhì)，進(jìn)入合成塔內(nèi)能使觸媒中毒，必須除去。油分離器就是用來(lái)除去循環(huán)氣中的油分和水分的設(shè)備，它的除油水的作用主要是通過(guò)碰撞和離心作用實(shí)現(xiàn)的。微量的0：02氣與循環(huán)氣中的氨作用，生成碳銨結(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(lái)，管外冷氣體從冷交下部氨分離器來(lái)，經(jīng)冷熱交換，降#進(jìn)入氨冷器氣體溫度，減輕氨冷器負(fù)荷，回收冷量; 同時(shí)提髙合成塔進(jìn)口氣體溫度。下部相當(dāng)于一只氨分離器，起二級(jí)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

13、是利用液氨蒸發(fā)吸熱，將循環(huán)氣進(jìn)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(jìn)塔氣體中的氨含量合乎工藝要求；同時(shí)，液氨在冷凝過(guò)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(jìn)口 2_氣體出口； 3填料層（尼龍網(wǎng)）H中心管 ;5 嫘旋管 6祥油口圖。4歡迎下載精品文檔12-6 冷交換器 1 熱交換器 ;2_ 熱交換器列管環(huán)形檔板 分氣盒 ;4 一氧分離器 5上部中心管 >6 下部中心管5。5歡迎下載精品文檔氨冷器為一園柱形壓力容器。器內(nèi)裝有蛇形高壓盤管，氣體走管內(nèi)， 液氨在管外。 器頂裝有液氨霧沫

14、分離器 ,用于除去蒸發(fā)出來(lái)氨氣中所夾帶的液氨霧滴。（九）液氬貯橫液氨貯槽又稱氨罐，為臥式長(zhǎng)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(jì)量液氨。6液氨貯槽的最大允許操作壓力為1.6MPa, 貯槽裝有液位計(jì)， 用于觀察和計(jì)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(guò)操作允許壓力時(shí)能自動(dòng)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(lái)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(jī)崗位的工藝流程及主要設(shè)備（一）冰機(jī)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 5或者更低的溫度，銅液再生系統(tǒng)也需把銅液

15、冷卻到8? 15, 這溫度是水冷所不能達(dá)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(dá)到降低循環(huán)氣和銅液溫度的目的，這就是冷凍操作。 冰機(jī)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 ）。水（二）系統(tǒng)流程簡(jiǎn)述冰機(jī)崗位流程如圖12-9 所示。來(lái)自精煉，合成氨冷器的氣氨進(jìn)入氣氨總管，經(jīng)氣液分離器分離掉由氨冷器夾帶來(lái)的液氨霧滴、水分等雜質(zhì)，進(jìn)入冰機(jī)進(jìn)行壓縮。壓縮至 1.6MPa，再進(jìn)入油分離器，將油分離后，進(jìn)入水冷凝器的管間，被管內(nèi)的水冷卻為液氨。冷凝下來(lái)的液氨積于容器下部，經(jīng)排出管線送合成液氨

16、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(jī)出口壓力過(guò)高時(shí)，可通過(guò)管上的減壓閥使部分氣體減壓后圖 12-7 氨冷器 1 氣氨出口2上部 連通管 t 3送碳化吸收崗位?收；或由放空管部除 沫器： 4外殼 f 5 液氨入口 > 6 循 環(huán)氣出分放空。口 7 下部連通管 f 8 液位計(jì) * 9 一蛇形盤氣液分離器，油分離器及水冷管； 10 循環(huán) 氣進(jìn)口凝器排放出來(lái)的油水和液氨混合物，導(dǎo)入煮油器。通過(guò)蒸汽加熱，使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。油水等雜質(zhì)器底排出。圖 12-10水冷凝器1 一冷凝器 外 殼f2列管;。6歡迎下載精品文檔7圖 12-8 液氨貯槽 1 一液位計(jì) >2 安全閥； 3 氣體排放閥； 4 壓力計(jì)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(guò)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(jī)，大大節(jié)約了電耗。氣氨來(lái)自圖 12-9 冰機(jī)崗位流程圖1 一氣液分離器；2 冰機(jī)； 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器，如圖12-10 所示。器中裝有列管，冷卻水由