合成氨生产工艺合成岗位1.doc

合成工段（包括冷冻）
第一节工艺流程及主要设备
一、本工段任务
合成工段在合成氨生产中是最后一道工序，但在以碳化法生产碳酸氢铵的小氮肥厂里却只是一道中间工序。它的主要任务是在髙温、髙压和有触媒存在的条件下，将由精炼工段来的经过一系列处理的合格的氢氮混合气在合成塔内进行化合反应，合成为氨；气态氨经冷凝、分离得液氨。液氨在氨冷器中气化后，送往碳化系统加工，制取小氮肥厂的最终产品碳酸氢铵。多余的液氨可以作为商品氨出厂。未合成为氨的氢氮混合气继续在合成系统中循环。合成放空气和氨罐弛放气回收利用。
二、工艺流程简述
由精炼工段来的氢氮比约为3:1，含C0+C02<25ppm和少量CI^+Ar（1％左右）的氢氮混合气，经压缩机将其压力提髙至30MPa左右后送至合成系统，经过最终净化并换热升温后进入合成塔，在催化剂的作用下于450〜500℃左右进行氨合成反应。反应后，气体经冷却，冷凝成液氨，再在氨分离器中与没有反应的氢氮气分离，送往液氨贮槽。
在合成塔内，化学反应方程式如下：
3Hz+N2=一^2NH3+Q
贮槽内的液氨经氨冷器蒸发为气氨，送往吸收岗位制成氨水后送至碳化塔内吸收co2得碳酸氢铵、分离液氨后的氢氮气
再循环使用。
图12-1所示是年产5000吨型氨合成工艺所采用的一种流程。

液氨由来
冷却水
液氬去球
图12-1合成工艺流程图1一油分离器，2—氨冷器；3—冷交换器；4一合成塔,
5—软水加热器；6—水冷器丨7—氨分离器

如图，来自压缩机六段出口（七段压缩机则为七段出口）。加压至30MPa左右的精炼气（新鲜气）送至合成系统，在油分离器内与由循环机来的循环气混合；除去气体中的油水和微量C02,然后温度为30〜35'C的混合气进入冷交换器上部的换热器管内，和管外冷气体进行换热，被冷却至10〜20℃后进入氨冷器。气体被进一步冷却至一5〜0℃，至此气体中大部分气氨被冷凝为液氨，微量的水份被进一步除去；这部分气体再回到冷交下部的氨分离器，将气体中的液氨分离，气体则上升至冷交上部的换热器管外进行预热，温度达20℃左右，分主、副线两路进入合成塔进行反应。
现介绍并流扁平单管触媒筐、波纹板换热器内件气体流程。循环气主线气体自合成塔顶入口进塔，沿外筒与内套之间的环隙顺流而下，被内套所散发的热量预热，温度有所提高，进入内套下部的波纹板热交换器，与已反应的高温气体进行热交换，使其进一步预热到反应温度；然后由升气管上升到上集气环，气体在此被分配到各扁平冷管内，再下降到下集气环。在此过程中，气体将触媒层反应热带走，自身温度进一步提髙。然后气体由下集气环进入中心管，和由副线直接进入中心管内的气体汇合上升至中心管顶部，进入触媒层，进行氨合成反应。反应后高温气体从触媒筐底部进入下部的波纹板换热器，与主线来的气体进行热交换后，温度有所降低，由塔底气体出口管引出塔外。
自合成塔底部出来的含氨10〜13％、wo〜18or左右的气体进入软水加热器回收热量后，再经水冷器降低温度，气体中部分气氨冷凝为液氨。然后进入氨分离器将液氨分离，气体则进入循环机提高压力（补偿压力损失）后，再去油分离器与补充的新鲜气混合，重复进行上述循环。
氨分离器和冷交换器底部分离出来的液氨，通过放氨阀减压由放氨管线送往液氨贮槽。贮槽内液氨送至合成与精炼氨冷器内的盘管外面，作冷冻剂降低盘管内合成气和铜液温度，同时自身蒸发为气氨，经总管送往碳化吸收岗位制浓氨水，供碳化洗涤变换气并生产碳酸氢铵；或者送冰机压缩、冷凝为液氨,再供氨冷器循环使用，也可送往氨罐贮存；或送精炼工段补加到铜液中去。
在合成塔前与氨分离器后，分别设有塔前与塔后放空管,可以排放系统内气体，以降低循环气中惰性气含量。补充气进口阀前、设有放空阀、供精炼卸压和置换用。
液氨贮槽或氨冷器排油时，油内混有一定量的液氨，可在煮油器内用蒸汽加热，将液氨蒸发成气氨后回收。
冷软水经变换工段软水加热器回收变换气余热后至合成软水加热器，经回收合成余热后，送锅炉及其它用户。也有厂将部分软水送精炼工段铜液再生器用于加热铜液。
系统的放空气和液氨贮槽的弛放气，送等压吸收岗位，在净氨塔回收氨后，或去锅炉作燃料，或送分离岗位回收其中的氢等，或送造气吹风气回收岗位。净氨塔回收的稀氨水送碳化作无硫氨水。
需要补充的是，在上述流程中，新鲜气经油分离器补入合成系统，可以较好地防止精炼系统铜液带入合成塔。如精炼工段操作比较稳定，无油润滑过关也有将新鲜气补到冷交出口的氨冷器内，并将循环机和油分离器由水冷器后调整到合成塔之前，这样可减少系统压差，提高进入合成塔的气体压力，有利于合成反应。
三、主要设备及作用
（一）合成塔
合成塔是合成系统也是全厂关键的设备之一。它的作用是在一定的温度、一定的压力和有催化剂存在的条件下，将氢、氮气体在塔内合成为氨。
合成塔的结构形式很多，有双套管型、三套管型、多层冷激型等，这里仅介绍并流扁平单管触媒筐、波纹板换热器型内件合成塔。如图12-2所示。
合成塔主要由外筒、内件和电加热器组成。
1.外筒
是一圆筒形高压容器，由多层钢板卷焊而成（也有绕带式等其它形式）。塔体上、下部是锻钢件，比筒体厚，主要是因开孔、装螺丝而不致降低容器的承压强度。
内套
内套上部为触媒筐，下部为热交换器。触媒筐是装触媒的容器，由钢板焊成。筐底部有多孔板,并放有不锈钢丝网，以防止放置在上面的触媒漏下。触媒筐内还装有冷管和上、下集气环，其作用是将合成的反应热不断移出催化床，使气体在催化床中的反应过程能在最适宜的反应温度下进行。即在催化剂活性温度允许的范围内，气体在催化床中的反应温度分布，尽量接近最佳温度曲线，按先高后低的原则分布，随气体中氨含量增加而降低，这样可兼顾反应速度和化学平衡，提高氨合成率。
触媒筐下部是波纹板热交换器。它的作用是保证进塔冷气体经换热后，再进催化床冷管预热后能达到进入催化床的活性温度要求。换热器在结构上还有列管式、螺旋板式等。
热交换器中夹有一根冷气管。从副线来的气体不经热交换器而直接由此进入中心管，用来调节触媒层温度。
3.电加热器
电加热器由两根镍铬合金钢条串联而成，安装于触媒筐的中心管内。主要用于开工升温，触媒还原和操作不正常时补充能量。

图12-3氨分离器 1 一气体进口》2—气 体出口； 3—进气管， 4 —档板》5—液 氨出口
（二）软水加热器
软水加热器为套管式结构。内管走高压气，套管间走软水。它的作用是加热软水，回收合成塔出口高温气体热量。
被加热的软水可供精炼系统加热铜液和送锅炉或变换作用。
（三）水冷却器
水冷却器为淋洒式排管结构。它的作用是进一步冷却出塔气体，使部分气氨冷凝并在氨分离器中分离。一般气体经水冷凝后，可以被冷却到40"C以下„
排管上方有淋洒水槽，水自上而下淋洒，与气体逆流间接换热，移走气体中热量，经下部集水池排走。
图12-2合成塔1—电极杆》2—电炉丝小盖13—大盖；内套上盖；5—高压外筒；6—触媒筐冷管；7—钢丝网；8—波纹板换热器；
9一冷气管；10—电炉丝》11—触媒筐；
12—中心管；13—测温套管
（四）氨分离器
氨分离器是园柱形高压容器，分离装置在容器内。如图12-3所示。它的作用是分离水冷后合成气中的液氨。
（五）循环机
图12-4循环机1_皮带轮；2—主轴；3—十字头f4—活塞杆；5—活塞j6—气缸；7—注油孔；8—循环气入口t9—循环气出口

高压气体在系统中循环，要克服设备、管道的阻力，压力逐渐降低。这部分压力补偿是通过循环机来实现的。因此，循环机的作用就是提高循环气压力，克服系统阻力，使气体保持压力循环。
循环机有立式和卧式两种。图12-4所示为立式双列复动活塞式压缩机，型号为Z24-0.8/290—320，打气量48ms/h。
（六）油分离器
气体经循环机压缩后带有油，故送入油分离器，同时，在此汇合的补充气中含有水分、微量的二氧化碳（几个PPm）及其它杂质，这些有害物质，进入合成塔内能使触媒中毒，必须除去。油分离器就是用来除去循环气中的油分和水分的设备，它的除油水的作用主要是通过碰撞和离心作用实现的。微量的0：02气与循环气中的氨作用，生成碳铵结晶也在此除去。油分离器的构造如图12-5所示。
（七）冷交换器
冷交换器分为上下两部分。上部是换热器,起换热作用，管内热气体从油分离器来，管外冷气体从冷交下部氨分离器来，经冷热交换，降#进入氨冷器气体温度，减轻氨冷器负荷，回收冷量;同时提髙合成塔进口气体温度。下部相当于一只氨分离器，起二级分离作用，以分离氨冷后气体中的液氨。冷交的构造如图12-6所示。
（八）氨冷器
氨冷器的作用是利用液氨蒸发吸热，将循环气进一步冷却，使循环气中的气氨继续冷凝，从而在氨分离器中得到分离，以保证进塔气体中的氨含量合乎工艺要求；同时，液氨在冷凝过程中也将气体中所含有的水蒸汽冷凝、吸收，使气体得到精制。
氨冷器的构造如图12-7所示。
图12-5油分离器1_气体进口》2_气体出口；3~填料层（尼龙网）H—中心管;5—嫘旋管《6~祥油口图12-6冷交换器1—热交换器;2_热交换器列管环形档板—分气盒;4一氧分离器》5—上部中心管>6—下部中心管

图12-7氨冷器 1 —气氨出口》2—上部连通管t 3—除 沫器：4—外壳f 5—液氨入口> 6—循 环气出口》7—下部连通管f 8—液位计* 9 一蛇形盘管；10—循环气进口
氨冷器为一园柱形压力容器。器内装有蛇形高压盘管，气体走管内，液氨在管外。器顶装有液氨雾沫分离器,用于除去蒸发出来氨气中所夹带的液氨雾滴。（九）液氩贮横液氨贮槽又称氨
罐，为卧式长圆筒形或球形的中压容器。图12-8所示为卧式氨罐。它的主要作用是贮存和计量液氨。
液氨贮槽的最大允许操作压力为1.6MPa„贮槽装有液位计，用于观察和计量槽内液氨量。在贮槽的上部装有安全阀，当贮槽压力超过操作允许压力时能自动跳开而使槽内压力降低。在贮槽上部还有气体排放阀，用来经常排放贮槽内的弛放气（如氢、氮、甲烷等），使贮槽压力维持不大于1.6MPa。
四、冰机岗位的工艺流程及主要设备
（一）冰机岗位的任务在合成氨生产中，氨合成系统需把循环气冷却到o〜一5℃或者更低的温度，铜液再生系统也需把铜液冷却到8〜15℃,这温度是水冷所不能达到的。在生产中是在水冷器之后再设氨冷器，液氨在氨冷器中蒸发汽化吸热，达到降低循环气和铜液温度的目的，这就是冷冻操作。冰机岗位的任务就是将气氨压缩、冷凝，使之液化，然后将液氨送往氨罐或直接送入氨冷器蒸发制冷以满足合成氨生产中冷量的需要（图12-8）。
水

图12-10水冷凝器 1一冷凝器外壳f 2—列管;

（二）系统流程简述
冰机岗位流程如图12-9所示。
来自精炼，合成氨冷器的气氨进入气氨总管，经气液分离器分离掉由氨冷器夹带来的液氨雾滴、水分等杂质，进入冰机进行压缩。压缩至1.6MPa，再进入油分离器，将油分离后，进入水冷凝器的管间，被管内的水冷却为液氨。冷凝下来的液氨积于容器下部，经排出管线送合成液氨贮槽；或直接送合成与精炼系统的氨冷器，供循环使用。
水冷凝器上侧装有弛放气管，
当冰机出口压力过高时，可通过管上的减压阀使部分气体减压后送碳化吸收岗位®收；或由放空管部分放空。
气液分离器，油分离器及水冷凝器排放出来的油水和液氨混合物，导入煮油器。通过蒸汽加热，使
3—水槽|4一水分布器混合物中液氨气化后回收至气氨总管。油水等杂质器底排出。

图12-8液氨贮槽1一液位计>2—安全阀；3—气体排放阀；4—压力计口
目前有些小氮肥厂，由于合成净值的提高，循环气量减小，采用新型保冷材料等原因，使生产需要的冷冻量大大减小，加之高位吸氨的采用等，在碳化流程中，生产过程中的液氨蒸发（气氨供碳化工段）巳能满足冷冻量的要求，做到了少开甚至不开冰机，大大节约了电耗。
气氨来自

图12-9冰机岗位流程图
1一气液分离器；2—冰机；3—油分离器；4一水冷凝器；5—煮油器

（三）主要设备及其作用
1.水冷凝器
为立式园筒形容器，如图12-10所示。器中装有列管，冷却水由器上、中部进入管内，管外为气氨。水冷凝器的主要作用是利用水冷却经压缩后的气氨，使其冷凝为液氨。

图12-11冰机1一皮带轮；2—曲轴；3—连杆；4一活塞t5—齿轮油泵；
6—气缸》7—进气活门；8_排气活门；9一水套管；10—机座（曲轴箱）

冰机是本岗位的主要设备。它的作用是将气氨压缩以使其在常温下能经水冷却而凝为液氨。常用的型号有2AL~15型，冷冻能力313800mJ/h;8AS-12.5型，冷冻能力627600mJ/h等。如图12-11所示为2AL~15型。