合成氨培訓(xùn)教材

1、三、布朗氨合成流程由于布朗工藝4的特殊流程，合成氣最終要經(jīng)過深冷精制以除去其中所含多余的氮?dú)猓蚨鴼怏w質(zhì)量與其他冷法精制流程的氮洗大體相當(dāng)，即不含微量水分及二氧化碳。這種高質(zhì)量的合成補(bǔ)充氣，系所有深冷凈化法的一大優(yōu)點(diǎn)。它對氨合成系統(tǒng)十分有利，可有效地提高合成系統(tǒng)的能力，降低消耗。圖（4-19-9）為布朗三臺(tái)合成塔，三臺(tái)廢熱鍋爐的氨合成工藝流程。補(bǔ)充氣經(jīng)過壓縮冷卻后在循環(huán)段中與循環(huán)氣相混合，然后經(jīng)過預(yù)熱去合成塔（1），（2），（3）。每臺(tái)合成塔出口都設(shè)有廢熱鍋爐，副產(chǎn)12.5MPa高壓蒸汽。合成塔的出口氣，經(jīng)過廢熱鍋爐和預(yù)熱器回收熱量后，再經(jīng)水冷器，冷交換器，二級氨冷器，降溫至4.4并分離掉冷凝

2、液氨，然后進(jìn)冷交換器回收冷量，并升溫至32，進(jìn)入透平壓縮機(jī)循環(huán)段與補(bǔ)充合成氣混合去氨合成塔，從而構(gòu)成氨合成的循環(huán)回路。此氨合成流程的合成壓力為15MPa。第三氨合成塔出口氣中含氨可達(dá)21%，入塔氣中含氨4%左右。四、卡薩里法合成氨流程卡薩立高壓法也是高壓法的一種，意大利人卡薩里所創(chuàng)。氫氮混合氣被壓縮到5090MPa后進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)，催化劑在500操作，采用的空間速度為12000，出塔氣中氨含量15%，雖然用循環(huán)法生產(chǎn)，但不用循環(huán)壓縮機(jī)而用氣體噴射泵，只需將補(bǔ)充進(jìn)入系統(tǒng)的3：1的氫氮混合氣壓力提高一點(diǎn)，就可作為動(dòng)力源而帶動(dòng)整個(gè)系統(tǒng)的氣體進(jìn)行循環(huán)。此法最大的特點(diǎn)在與催化劑床層的溫度控制，在高溫高壓下

3、催化劑活性很易衰老，為此卡薩里對循環(huán)系統(tǒng)氨的分離使用冷凝的方法，出合成塔的氣體被冷卻到一定的溫度，其中反應(yīng)生成的氨就被冷凝分離掉。由于這種冷凝的做法，使得氣體中殘留一定量的氨分壓，參見圖（1-2-5）3.氣體在60MPa下冷凝之后還有大約2%到3%的氨保留在氣相中，這就使得循環(huán)到合成塔催化劑層進(jìn)口處時(shí)可以減慢氨的生成反應(yīng)，因此也就避免了產(chǎn)生過熱現(xiàn)象。而哈伯法是用水洗分氨。合成塔進(jìn)口處氨含量接近于0。而克勞德法則更是用新鮮氫氮?dú)庖淮瓮ㄟ^，故這兩種工藝對催化劑的反應(yīng)確實(shí)是要?jiǎng)×业亩?。?jù)報(bào)道，同樣的催化劑在卡薩里法可用6到12個(gè)月。每千克的催化劑產(chǎn)率為0.5到0.6的氨。 卡薩里法的另一特點(diǎn)是合成塔

4、與內(nèi)件之間有一環(huán)隙，進(jìn)塔的循環(huán)氣先通過此環(huán)隙再入催化劑筐，這使得塔殼的溫度低于400，因而避免了克勞德在高壓下要用鎳鉻合金的做法。這種保護(hù)外殼的方法以后一直被絕大部分其他合成工藝所采用。雖然布什也使用在環(huán)隙通過冷氣的做法，但他用的是氮?dú)?，這就造成塔內(nèi)氫氮比例的變動(dòng)，因而沒有被他人所效仿。此外，在催化劑筐中設(shè)中心管，內(nèi)裝電爐，供開工時(shí)使用。這點(diǎn)也比哈伯布什法向塔內(nèi)送入少量空氣使之與氫氣燃燒產(chǎn)生熱量來升溫的做法要高明。 由于這些特色，1927年全球合成氨產(chǎn)量的19%應(yīng)用此法。而上述的幾項(xiàng)特點(diǎn)則一直被后人廣泛效法。 這種生產(chǎn)方式到60年代離心式壓縮機(jī)在氨廠使用之前，一直占據(jù)一定地位。特別是美國的福斯

5、特惠勒公司于1954年采用此法以后，當(dāng)時(shí)就報(bào)到有40多座廠使用此法。中國在60年代初引進(jìn)的第一套合成氨廠就是按卡薩里技術(shù)建造的。不過在60年代以后，卡薩里即放棄了高壓合成的作法，而致力于徑向合成塔的技術(shù)開發(fā)。其成套氨廠的設(shè)計(jì)與建造業(yè)務(wù)于1967年與法國的GP公司聯(lián)合，從此法液空，GP，卡薩里這三家公司的合成氨業(yè)務(wù)由GP為代表。 濃度可達(dá)25%，這相當(dāng)于入塔氫氮?dú)庥?0%轉(zhuǎn)化為氨，每kg催化劑可產(chǎn)氨6kg/h,相比之下，當(dāng)時(shí)的哈伯法只有0.30.4kg/h。其工藝流程為原料氫來自焦?fàn)t氣深冷液化分餾，氮?dú)庥煽諝庖夯蛛x提供。配合成3：1以后，經(jīng)過壓縮機(jī)壓縮到100MPa以后送入合成塔C1，冷凝器R

6、1，氨收集器S1，然后進(jìn)入并聯(lián)的合成塔C2,及C3，冷凝器R,2，氨收集器S2，未反應(yīng)氣體最終在通過3個(gè)串聯(lián)的合成塔C4，C5，C6，每個(gè)塔之后都有相應(yīng)的冷凝器R，氨收集器S，殘余的尾氣在洗滌塔W用水或酸回收其中的氨，在膨脹到常壓，供作燃料或其他用處。各氨收集器S所得的氨經(jīng)過閃蒸罐P減壓后送儲(chǔ)罐Q，閃蒸出來的氣體和尾氣合并送洗滌塔W回收。由于采用了高壓提高了轉(zhuǎn)化率，并且又用串聯(lián)的方法進(jìn)行多次的合成反應(yīng)，故而避免了循環(huán)的生產(chǎn)方法。這方法總轉(zhuǎn)化率可以計(jì)算出來。假定配備2塔并聯(lián)，再加2塔串聯(lián)，計(jì)算式為100a（3-3a+a2),式中a為單次轉(zhuǎn)化率，這里如果取40%（a=0.4），則上式的結(jié)果為78.

7、4%，前面所介紹的布什法氫氮轉(zhuǎn)化率也只有80%。另外新鮮氣中惰性氣體的含量因?yàn)椴粫?huì)循環(huán)而積累，故允許含量遠(yuǎn)比循環(huán)法高?？藙诘路ǖ暮铣伤面囥t合金的錠子鏜孔而成，內(nèi)部不設(shè)熱交換器，催化劑溫升很高，由500到650使用 克勞德的技術(shù)特色，導(dǎo)致在當(dāng)時(shí)按此法建成了一批氨廠，1929年約占世界總量的9%。這一技術(shù)和克勞德所創(chuàng)的其他技術(shù)一樣，均由法國液化空氣公司所擁有。合成氨技術(shù)由法國液化空氣公司的子公司GP公司負(fù)責(zé)。六、蒙特.色尼斯(ICI-伍德)氨合成流程德國郝斯特公司所屬的伍德工程公司與德國公司蒙特色尼斯合作，于1924年開發(fā)了10到15MPa的低壓合成氨法，并且由蒙特色尼斯公司投資在郝恩梭丁根建立

8、了第一座這樣的合成氨廠。人們因此把它叫做蒙特色尼斯法或伍德法。此法所用的催化劑雖屬鐵系，但與布什所用的明顯不同，不是磁性鐵系列，而是鐵氰化鉀。操作壓力10到15MPa，在活性初期甚至可低于10MPa，溫度為400到425。這種催化劑低壓活性很好，但由于不是用熔融方法制造，強(qiáng)度較差，壽命不長，因而當(dāng)時(shí)所建的工廠到后來都改用磁鐵礦型催化劑。中國的大連化學(xué)公司化肥廠建廠時(shí)就是引進(jìn)伍德法氨廠。 90年代，中國從國外引進(jìn)的低壓（10.8）氨合成工藝，使用的是由伍德工程公司承建的ICI-AMV低壓合成氨流程。示于圖（4-19-10）之中。 此流程中得氨合成塔為三段徑向中間換熱式，填裝ICI74-1型氨催化

9、劑，氫氮比控制在2.2左右。為了使廢熱鍋爐能產(chǎn)生更多的高壓蒸汽，倒U型高壓管中的氣體與鍋爐給水呈逆流狀態(tài)，以使高壓氣體降低至更低的溫度。 循環(huán)段送出的循環(huán)氣體（26），經(jīng)過預(yù)熱器升溫至240進(jìn)入合成塔底部，沿合成塔外筒與內(nèi)件之間環(huán)隙上升至頂部，串聯(lián)通過第二床出口中間換熱器和第一床出口中間換熱器（管內(nèi)），預(yù)熱至第一床反應(yīng)溫度后，逐次通過第一，二，三床徑向?qū)蛹捌陂g的兩臺(tái)中間換熱器（管外），于400左右進(jìn)入廢熱鍋爐，回收反應(yīng)熱副產(chǎn)高壓蒸汽后，氣體降溫至275，進(jìn)預(yù)熱器在降至53，經(jīng)過水冷器降至38，順次通過冷交換器（出口溫度22.9），第一氨冷器（出口溫度1），第二氨冷器（出口溫度-10），分離液氨

10、后經(jīng)過冷交換器管外溫度升至23，再經(jīng)循環(huán)段壓縮后，構(gòu)成氨合成回路。為了適應(yīng)ICI AMV工藝二段爐過量空氣的使用，在合成回路中，合成氣壓縮機(jī)循環(huán)段出口設(shè)置一支路，是循環(huán)氣的少部分進(jìn)入冷箱，以深冷分離過量氮和大部分惰性氣體。在此合成回路中，惰性氣體的含量，處于7%到8%之間。最近，伍德公司為提高廢熱鍋爐高壓蒸汽的產(chǎn)量，也提出了兩塔兩廢熱鍋爐合成回路流程，見（4-19-11），該流程用于渣油制氨和深冷凈化的場合。合成壓力為16MPa，第一合成塔為二段徑向中間換熱式，出塔合成氣溫度為473，經(jīng)廢熱鍋爐副產(chǎn)高壓蒸汽后，在進(jìn)入第二合成塔。第二合成塔是一段徑向催化劑床，出塔溫度為442，進(jìn)入第二廢熱鍋爐后

11、，經(jīng)過換熱器，水冷器，冷交換器，然后進(jìn)入氨冷器（冷凝溫度0）。在中國北方的地理環(huán)境下，不需使用氨壓縮機(jī)，即可獲得40%液氨和60%氣氨產(chǎn)品。 兩塔，兩廢熱鍋爐合成流程，可獲得氨凈值為19.3%，第一合成塔和第二合成塔壓降合計(jì)0.35MPa，副產(chǎn)高壓蒸汽（10.2MPa）1.54T/TNH3（鍋爐給水溫度210）。催化劑填裝量為76m3.、氨合成塔氨合成塔是合成氨廠的關(guān)鍵設(shè)備。在工藝上，必須使氨合成反應(yīng)盡可能在接近最佳溫度下進(jìn)行，已獲得較大的生產(chǎn)能力和較高的氨合成率。同時(shí)，還應(yīng)力求降低合成塔的壓力降，以減少循環(huán)氣體的動(dòng)力消耗，在結(jié)構(gòu)上應(yīng)力求簡單可靠，并滿足高溫高壓的要求。一，反應(yīng)床層的降溫方式

12、鑒于氨合成最佳反應(yīng)溫度隨氨含量增大而降低，這要求隨著反應(yīng)的進(jìn)行，反應(yīng)溫度應(yīng)不斷下降，然而，這卻與反應(yīng)的放熱是相互矛盾的。為了解決這問題，必須隨著反應(yīng)的進(jìn)行采取降溫措施。工業(yè)上，按照降溫方法的不同，可分為冷管冷卻型，冷激型和中間換熱型。 （一）冷管冷卻型采用內(nèi)置于催化床層中冷卻管的方法，以排除反應(yīng)熱并降低反應(yīng)溫度。冷卻管即可冷卻催化床，又可預(yù)熱反應(yīng)前的氣體。冷管冷卻型發(fā)展較早，目前只用于中，小型氨廠。（二）冷激型用于、反應(yīng)前尚未預(yù)熱的冷態(tài)合成氣進(jìn)行層間冷激，以降低反應(yīng)氣體的溫度。冷激型的優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)簡單可靠。但由于冷激氣體對反應(yīng)含氨氣的稀釋，較難獲得更高的氨凈值（進(jìn)塔和出塔氨含量的增值）、其中，

13、冷激用氣與合成氣的混合均勻，是冷激型塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。中間換熱器 在絕熱催化床層的層間安置中間換熱器，以預(yù)熱未反應(yīng)的合成氣，并降低反應(yīng)床層的溫度，中間換熱器較多的使用在大型的氨合成塔，雖然其結(jié)果復(fù)雜，但以成為現(xiàn)實(shí)的發(fā)展趨勢，因此現(xiàn)在在中，小型廠也開始使用。氨合成塔中，可以僅用上述的一種降溫方式，也可以將兩種方法結(jié)合起來用。例如，一，二層間使用冷激式。二，三層間則為中間換熱式。二 軸向流動(dòng)和徑向流動(dòng)的方式 氨合成塔為高壓操作的塔，受外筒強(qiáng)度的限制，一般制成長徑比很大的高壓容器，由填充床流體力學(xué)可知，湍流條件下相同的空速時(shí)，床層壓力降與床層高度的三次方成正比?？梢姶呋矊拥淖枇?qiáng)度依賴于氣體流動(dòng)途

14、徑的長度。采用徑向流動(dòng)可以十分有效的降低氣體流動(dòng)途徑的長度。因此長徑比（10到15）很大的高壓合成塔，徑向流動(dòng)的距離1/20到1/30.為此，催化床層的壓力降可降低數(shù)千倍。這就未使用緊密填裝的小顆粒催化劑創(chuàng)造有利條件。徑向氨合成塔的關(guān)鍵問題在于：如何確保氣體均勻分布，以及在催化劑床層下沉?xí)r（因操作時(shí)的震動(dòng)，而使床層更為緊密以及還原催化劑的收縮等原因），保證頂部氣體不致走短路。對于前者，普遍以增大分布管小孔的流速和壓降，以克服分氣和集氣流道以及床層填充松緊所形成的靜壓差的差異，解決后者，通常在分布管上端一定長度上不開孔。對于軸向流動(dòng)的塔，降低阻力的方法為：制造成大直徑的短胖塔，以降低催化劑的填充

15、高度；采用大顆粒的催化劑；采用球型催化劑，以改善其形狀系數(shù)。通常無定型催化劑，形狀系數(shù)在0.35左右。而球型催化劑，形狀系數(shù)近于1.因此球型催化劑可比無定型催化劑床層壓力降下降60%左右。中，小型氨廠，多用往復(fù)式循環(huán)機(jī)，系統(tǒng)壓力可高達(dá)3.0MPa以上，因此，合成塔選型以軸向的塔型為主，而大型氨廠，選用透平循環(huán)機(jī)，通常能承受0.8到1.5MPa的系統(tǒng)壓差，故必須配用低阻力的反應(yīng)裝置，徑向流動(dòng)合成塔或大直徑淺床層的軸向塔是適宜的。三 中小型氨廠 常用的合成塔在80 年代氨合成塔以并流三套管式和單管并流式為主。90年代，新型氨合成塔開發(fā)成功，并流三套管式和單管并流式逐漸淘汰。現(xiàn)分別介紹具有發(fā)展前途的

16、幾種新型氨合成塔。改進(jìn)型的冷管型塔按照最佳反應(yīng)溫度的要求，隨著反應(yīng)進(jìn)程氨含量的增加，反應(yīng)溫度應(yīng)漸漸下降。這要求催化劑頂層進(jìn)口溫度處于最高點(diǎn)，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，逐漸降低溫度。在工業(yè)上這是不能實(shí)現(xiàn)的。除了因進(jìn)口處的最佳反應(yīng)溫度已超過催化劑耐熱溫度意外，還因催化劑床層進(jìn)口溫度是經(jīng)過冷管預(yù)熱而獲得，因此預(yù)熱所達(dá)到的溫度不可能高于床層內(nèi)的最高溫度，此溫度與進(jìn)口最佳的反應(yīng)溫度存在很大的差異。在催化劑床層進(jìn)口端，溫度偏低，不宜安置冷管加以冷卻。相反，為了加快反應(yīng)速度，應(yīng)利用絕熱條件下催化劑床層的反應(yīng)放熱，迅速使反應(yīng)提高，因此，在催化劑床層進(jìn)口處，設(shè)置一定距離的絕熱層，目的在使氣體迅速因反應(yīng)熱而升溫，以接近反應(yīng)

17、最佳溫度。絕熱層還包含因上層催化劑中毒失活所必需的安全兩以及還原過程催化劑總體縮減量在內(nèi)。流經(jīng)絕熱層就進(jìn)入設(shè)置冷管的床層區(qū)，在此區(qū)內(nèi)，應(yīng)該是邊反應(yīng)邊降溫，以適應(yīng)氨含量增加引起的最佳反應(yīng)溫度的工況。此時(shí)，除了要移走氨合成的反應(yīng)熱外，還要移走氣體降溫的顯熱。在氨合成反應(yīng)進(jìn)程中，反應(yīng)速率隨氨含量增高而逐漸下降，因此，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，需移走反應(yīng)熱的數(shù)量逐漸減少，又由于氨含量逐漸增加，反應(yīng)緩慢，最佳溫度下降的速率逐漸變慢，需移走的顯熱逐漸減少，考慮到這兩個(gè)方面，催化劑床層所需的排熱強(qiáng)度，隨反應(yīng)過程逐漸下降，為了滿足這一要求，采用并流冷管的結(jié)構(gòu)比較有利。傳統(tǒng)的三套管式和單管并流式的催化劑示意圖見圖（4-1

18、9-12）和圖（4-19-13），由圖可見，在進(jìn)入催化劑筐的頂部各存在一定高度的絕熱層，而在隨后的床層中各安置與床層氣流并行流動(dòng)的冷管進(jìn)行冷卻。這樣，就可以使床層中反應(yīng)氣體迅速由較低的入口溫度升至床層最高的溫度。然后，按最佳反應(yīng)溫度的要求逐步降低。中國70到80年代的中，小型氨廠，基本使用這兩種塔型。三套管和單管并流合成塔雖然具有基本符合反應(yīng)所需排熱要求的優(yōu)點(diǎn)，但是，他們存在下述兩個(gè)嚴(yán)重的缺陷。1，冷管層在催化劑還原時(shí)的冷卻作用，致使還原末期催化劑下層溫度難以提高，達(dá)不到催化劑徹底還原所需要的極限溫度，因此，這種塔型的催化劑還原活性受一定影響；2 由于冷管催化劑床層流速分布和溫度分布的不均勻而

19、形成的冷管效應(yīng)（同平面溫差),致使反應(yīng)的氨含量難以達(dá)到極高的水平。針對冷管型合成塔的缺點(diǎn)，浙江工學(xué)院從70年代末期首先推出單管析流式內(nèi)件的設(shè)計(jì)，后經(jīng)過改進(jìn)，成為圖（4-19-14）的示意結(jié)構(gòu)。此結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)為：1 由下部換熱器來的氣體，先經(jīng)過中心管，在由頂部導(dǎo)入冷管上連通管，自上而下并流以冷卻催化劑層，然后經(jīng)過下連通管集氣，再由上升管引至床層出口，進(jìn)入催化劑床層進(jìn)行反應(yīng)。2 冷管層下方留有一定高度的絕熱層。3 下部換熱器為螺旋板式。上述單管折流式內(nèi)件，氣體先進(jìn)中心管，然后在進(jìn)冷管。這樣，在還原期間，中心管內(nèi)電加熱器處于加熱狀態(tài)，而進(jìn)冷管的氣體對床層而言也處于加熱狀態(tài)（而不是傳統(tǒng)冷管的冷卻狀態(tài)）。

20、一改傳統(tǒng)冷管還原末期床層下層溫度難以提高的缺點(diǎn)，催化劑還原活性明顯提高。除此之外，為了緩和冷管層的冷管效應(yīng)，在冷管下方設(shè)置的絕熱層，將有利于緩解冷管層不均勻流速和溫度分布的影響，以便獲得更高的出口氨含量。螺旋板式換熱器與列管式相比，具有制作簡單，成本低廉的優(yōu)點(diǎn)。螺旋板式換熱器的結(jié)構(gòu)，適合小型氨廠合成塔中使用。四 大型氨廠用合成塔大型氨廠合成塔種類繁多，這里主要介紹常見的幾種形式及其特點(diǎn)。托普索氨合成塔托普索公司最早推出的雙層徑向冷激型塔，即S-100型塔，為圖（4-19-22）所示，氣體從塔頂接口進(jìn)入向下流經(jīng)過內(nèi)外筒之間的環(huán)隙，再進(jìn)換熱器管間，冷副線由塔底封頭接口進(jìn)入，二者混合后沿中心管進(jìn)入第

21、一段催化劑床層，氣體沿徑向呈輻射狀，自內(nèi)向外流經(jīng)催化劑床層后進(jìn)入環(huán)形通道，與塔頂接口來的冷激氣相混合，在進(jìn)入第二段催化劑床層，從外部徑向向內(nèi)流動(dòng)。然后由中心管外環(huán)形通道集氣下流，經(jīng)換熱器管內(nèi)塔底接口流出塔外。70年代后期，托普索公司改進(jìn)了原兩段徑向結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，用冷氣提溫?fù)Q熱的S-200型內(nèi)件，代替原來的層間冷激的S-100型內(nèi)件。由于取消了層間冷激，不存在因冷激而降低氨含量的不利因素，使合成塔出口氨含量提高了1.5%到2%，節(jié)約了合成循環(huán)功和冷凍功的消耗。使S-200型比原來的S-100型內(nèi)件約可節(jié)能0.6g.j/tNH3。凱洛格氨合成塔70年代，中國引進(jìn)以天然氣為原料的大型氨廠中，使用的是凱洛

22、格公司的多層軸向冷激塔。圖（4-19-26）示出15MPa的四段式冷激型凱洛格氨合成塔。此塔的優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)行穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單。但由于受床層壓降的限制，需充填大顆粒催化劑，催化劑的活性較低。又因冷激降低了氨的濃度：氨的凈值不高，約10%。最近，凱洛格公司推出了三段中間換熱式臥式塔，其結(jié)構(gòu)（4-19-29），得到較多的工程應(yīng)用。由圖可見，兩個(gè)中間換熱器并聯(lián)，分別由一冷氣線和二冷氣線來控制，當(dāng)升溫還原時(shí)，一冷氣線和二冷氣線可以關(guān)閉，于是三段催化劑就成為絕熱。這種情況對還原過程極為有利，可以縮短還原時(shí)間，并可以達(dá)到極限還原溫度，已獲得較高的還原活性。但是，臥式塔占地面積大，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，造價(jià)較高。卡薩里合成

23、塔瑞士卡薩里公司開發(fā)了雙層軸徑向合成塔，層間為中間換熱式。這種氨合成塔，取消原有傳統(tǒng)的徑向催化劑密封裝置，采用中心集氣管上端部分不開孔，以迫使氣體在頂部處于軸徑向混合流動(dòng)的狀態(tài)，下部則處于徑向流動(dòng)，如圖（4-19-30）所示，稱之為軸徑向流動(dòng)。上述軸徑向流動(dòng)工藝，既簡化了原有徑向?qū)用芊饨Y(jié)構(gòu)，又充分利用所有催化劑的活性（原徑向流動(dòng)時(shí)，催化劑密封處是無效的）。此種結(jié)構(gòu)的催化劑筐易于裝拆，對于多層結(jié)構(gòu)十分方便。 圖（4-19-31）為卡薩里兩段徑向中間換熱式合成塔，在中國80年代中期首先應(yīng)用瀘州天然氣化工廠的老式卡薩里裝置，替代原高40MPa的合成塔，實(shí)踐證明，節(jié)能甚為顯著。然而，升溫還原時(shí)，為冷卻

24、保護(hù)塔壁中間換熱器不能停用，致使第二段催化劑床層溫度提不起來，徒然增加還原時(shí)間，而且不能達(dá)到催化劑所要求的極限還原溫度，影響第二段催化劑的還原活性，這是此塔的重要缺陷。 圖（4-19-32）為按卡薩里軸徑向技術(shù)改造后的四段冷激式凱洛格塔簡圖。改造后，可用1.5到3.0mm的小顆粒催化劑，出口氨含量由原來的12.58%增加至14.8%，合成塔壓力降由0.38MPa降低至0.18MPa。每生產(chǎn)1t氨可節(jié)能1.1gj。圖(4-19-33)示出改造前后四段冷激過程的溫度與氨含量的關(guān)系。第七章 氨合成第一節(jié) 氨合成原理氨合成原理及特性氫氣與氮?dú)庠谝欢囟扰c壓力下，借助催化劑的作用生成氨。反應(yīng)原理：3H2

25、N2NH3108.854KJ/MOL(450)由反應(yīng)方程式可知：氨的生成是體積縮小反應(yīng)。因此，提高系統(tǒng)壓力和提高參加反應(yīng)物的濃度有利于氨的生成；同時(shí)，氨的生成是個(gè)放熱反應(yīng)。因此，在生產(chǎn)中不斷把生成熱移走，有利于氨的合成。在常溫常壓下，氨是有強(qiáng)烈刺鼻臭味的無色氣體。氨有毒，且易燃易爆?？諝庵泻?.5%，在很短時(shí)間內(nèi)即能使人窒息死亡；含氨0.2%，在幾秒鐘內(nèi)灼燒傷皮膚起泡；即會(huì)損傷眼睛。氨的爆炸極限為15.7-27.4%（體積），引燃溫度651。在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，氨的比重0.5962（空氣為1），密度0.771克升，沸點(diǎn)-33.35，融點(diǎn)77.75。氣態(tài)氨加熱132.4以上時(shí)，在任何壓力下都不會(huì)變成

26、液態(tài)，此溫度稱為氨的臨界溫度。氨極易溶于水，在常溫常壓下1升水約可溶解700升氨。氨溶于水時(shí)放出大量的熱。二、氨凈值 氨凈值就是合成塔出口氨含量與進(jìn)口氨含量之差。氨凈值的高低主要與合成的反應(yīng)程度、塔內(nèi)件的結(jié)構(gòu)和觸媒的活性有關(guān)，一般而言，凈值越大，說明塔結(jié)構(gòu)越好或觸媒活性越好，一定的氣體產(chǎn)氨量就越多。就提高凈值而言，要注意控制好進(jìn)口的氨含量。通常影響氨凈值的因素有：系統(tǒng)壓力、空速、催化劑活性、入塔氣體氨含量、氫氮比、惰性氣體含量以及催化劑床層進(jìn)口溫度等。提高氨凈值的途徑有：(1)通過降低氨冷器出口合成氣溫度，降低146-D出口循環(huán)氣中的氨含量，提高氨凈值；(2)合理控制氫氮比，一方面提高氨合成反

27、應(yīng)的平衡氨含量，另一方面可以降低循環(huán)氣量，降低空速，縮小平衡溫距提高氨凈值；(3)隨著催化劑活性下降，可適當(dāng)提高催化劑床層進(jìn)口溫度，提高反應(yīng)速度，提高氨凈值；(4)維護(hù)催化劑的安全，穩(wěn)定運(yùn)行，保護(hù)好催化劑的活性，使氨凈值始終保持在較高水平。第二節(jié) 影響合成系統(tǒng)的因素由反應(yīng)方程式可知：氨的反應(yīng)是體積縮小反應(yīng)。因此，提高系統(tǒng)壓力和提高參加反應(yīng)物的濃度有利于氨的生成；同時(shí)，氨的生成是個(gè)放熱反應(yīng)。因此，在生產(chǎn)中不斷把生成熱移走，有利于氨的合成。采用凱洛格低能耗流程，其標(biāo)志為采用臥式中間換熱器的氨合成塔，優(yōu)點(diǎn)為催化劑床層壓力低，從而可以節(jié)省循環(huán)氣壓縮能耗。能選用高活性的小顆粒氨合成催化劑，可以減少用量；

28、催化劑床層間取走熱量采用間接換熱器，與冷激式合成塔相比，氨的含量不降低，而且能在較高的溫度下回收反應(yīng)熱。組合式氨冷器是將三臺(tái)氨冷器換熱器閃蒸槽合并為一臺(tái)整體裝置，與使用單獨(dú)的氨冷器相比，即避免了使用昂貴的高壓管道和管件，又顯著的降低了壓力降。因素：(1) 壓力從氨合成反應(yīng)方程式可知，合成氨反應(yīng)是一個(gè)體積縮小的反應(yīng)。因此，提高壓力不僅有利于反應(yīng)平衡向生成氨的方向移動(dòng)，而且對反應(yīng)速度也是有利的，加壓后，對產(chǎn)品NH3的分離也有利。 所以，提高壓力將會(huì)帶來這樣的好處:合成率高、循環(huán)氣量少、冷凍量少、循環(huán)氣壓縮功和冰機(jī)功耗少；不利的方面是: 新鮮氣壓縮功耗多，設(shè)備材質(zhì)要求高。(2) 溫度在催化劑的活性溫

29、度范圍內(nèi)，對于可逆放熱反應(yīng)，溫度是一個(gè)矛盾的影響因素，從反應(yīng)平衡的角度出發(fā)，溫度升高對反應(yīng)平衡不利，即降低了氨的平衡濃度。從動(dòng)力學(xué)角度出發(fā)，提高溫度則可以加快反應(yīng)速度，使反應(yīng)較快地達(dá)到較大的氨合成率。因此存在著一條最佳溫度線，這個(gè)最佳溫度是隨著反應(yīng)的進(jìn)行而不斷降低的。(3) 空速空速就是 單位體積催化劑在單位時(shí)間內(nèi)通過工藝氣的量。在催化劑體積一定下，增大空速即增大循環(huán)氣量，可提高單位體積催化劑的產(chǎn)量，但亦不能過高。因?yàn)榭账偬岣?，將?huì)使合成氣壓縮機(jī)和冰機(jī)功耗增加，所以應(yīng)在一定條件下選擇相應(yīng)的最佳空速。4 合成塔入口氣體成分 合成塔入口氣體中有氫、氮、氨、甲烷及氬氣等，進(jìn)口氨含量越高，越不利于氫氮

30、氣的合成。新鮮氣帶入的甲烷和氬，另有微量的氦、氖等稀有氣體，統(tǒng)稱惰性氣體，因?yàn)樗鼈兗炔粎⑴c化學(xué)反應(yīng)，也不毒害催化劑。但是它的存在降低了氫氮?dú)獾姆謮?，不利于氨的反?yīng)平衡和反應(yīng)速度，為了保持惰性氣體含量不致太高，需要把回路氣體放出一部分，這部分氣體稱為弛放氣。合成塔入口氣體中氫氣和氮?dú)獾谋壤礆涞?。從氨合成催化劑的活性（反?yīng)速度）來說，進(jìn)塔氣最適氫氮比在2.5左右， 而平衡角度則以3為最佳，所以進(jìn)塔氣氫氮比在2.5-3 范圍內(nèi)最有利于氨的合成。正常的最佳氫氮比為2.72.8。為此，可在循環(huán)氣中保留有一定的過剩氮，而新鮮氣則應(yīng)當(dāng)根據(jù)循環(huán)氣中氫氮比的需要來調(diào)節(jié)，在實(shí)際操作中，改變氫氮比的最主要手段是

31、調(diào)整新鮮氣的成份，即調(diào)整液氮洗的配氮量。5合成氨催化劑合成氨催化劑的活性組分是鐵。平常的鐵沒有催化劑的性能，只有在一定條件下由鐵的氧化物還原才能有活性，還原前的催化劑主要成份是Fe3O4。大型氨廠氨合成催化劑的還原介質(zhì)都使用最終凈化后的合成氣(即氫、氮混合氣），還原流程一般采用正常生產(chǎn)流程。 還原過程一般可分為四個(gè)階段，即升溫階段、還原階段、中期和末期，這四個(gè)階段的工藝條件和控制指標(biāo)不完全相同，主要控制指標(biāo)有還原壓力、溫度、水汽濃度和空速。 第三節(jié) 合成工段工藝流程簡述大型氨廠最常用的氨合成流程有，美國凱洛格流程，丹麥托普索流程，英國ICI流程、瑞士卡薩利流程。我公司用的就是凱洛格流程。合成系

32、統(tǒng)工藝流程簡述由氣體精制來的新鮮合成氣經(jīng)合成氣壓縮機(jī)進(jìn)口緩沖槽（153-D）進(jìn)入合成氣壓縮機(jī)（103-J），新鮮氣先經(jīng)壓縮段加壓，壓縮后氣體經(jīng)段間冷卻后再與進(jìn)出塔熱交換器(121-C)來的循環(huán)氣匯合進(jìn)合成氣壓縮機(jī)循環(huán)段，混合氣最終壓縮至15.5MPaA出合成氣壓縮機(jī)。壓縮后合成氣經(jīng)進(jìn)出塔熱交換器（121-C）預(yù)熱后進(jìn)氨合成塔（105-D）反應(yīng)。出氨合成塔反應(yīng)氣（溫度約441，氨含量約20%），經(jīng)高壓鍋爐給水預(yù)熱器（123-C）回收熱量后，反應(yīng)氣再進(jìn)入合成塔進(jìn)出口換熱器預(yù)熱進(jìn)塔（121-C）。合成氣再經(jīng)水冷器（124-C）及組合式氨冷器（120-C）冷凝冷卻至0后，進(jìn)高壓氨分離器（146-D）分

33、離冷凝的液氨，分氨后的循環(huán)氣經(jīng)組合式氨冷器（120-C）回收冷量后進(jìn)壓縮機(jī)循環(huán)段與新鮮氣匯合，重復(fù)上述循環(huán)。 高壓氨分離器（146-D）分離出的液氨進(jìn)入閃蒸槽（147-D），通過減壓（至18.6MPaA）閃蒸出溶解的氣體，閃蒸后的液氨送往冷凍工序氨接收槽（149-D）,閃蒸出來的氣體與冷凍工序的不凝氣體混合，經(jīng)馳放氣冷卻器（160-C）冷卻回收其中的氨，液氨返回閃蒸冷凍槽（120CF1-120CF2-152-D）,氣相排放至火炬系統(tǒng)。 當(dāng)尿素裝置停車時(shí)，來自閃蒸冷凍槽冷氨經(jīng)冷氨泵加壓后送氨罐區(qū)儲(chǔ)存。在合成塔105-D出口管與入塔氣體管上分別設(shè)有壓差指示PDI-1052、PDI-1054，指示合

34、成塔進(jìn)出口氣體的壓差是否在工藝條件內(nèi)，注意保護(hù)內(nèi)件。開工加熱爐102-B的盤管內(nèi)流量由閥門HCV-1047調(diào)節(jié)，由FT-1257顯示。當(dāng)FT-1257流量低低報(bào)警時(shí)，自動(dòng)切斷燃燒器的燃燒氣源，保護(hù)盤管不過熱。在水冷卻器124-C氣體入口管上設(shè)有開車放空管HCV1605，供開車中系統(tǒng)建立循環(huán)或者在合成氣壓縮機(jī)103-J突然停車時(shí)用來降低合成塔105-D觸媒層溫度。在合成氣壓縮機(jī)103-J的循環(huán)段入口管上設(shè)有惰氣吹除管線，正常生產(chǎn)中由PV-1109控制吹除量，使系統(tǒng)中氬氣含量在工藝條件內(nèi)。2小循環(huán)流程在103-J三段出口管線上另設(shè)有去124-C的小循環(huán)管線；打開FV-1009閥，關(guān)HV-1101閥

35、、關(guān)HV-1033閥；經(jīng)水冷器124-C，組合式氨冷器120-C管間，氨分離器146-D，再回組合式氨冷器管內(nèi)，進(jìn)壓縮機(jī)循環(huán)段于新鮮氣匯合，重復(fù)上述循環(huán)。3氨合成塔氣體流程31氨合成塔構(gòu)造：合成塔內(nèi)件由三段催化劑床層和兩個(gè)換熱器所組成，第三段催化劑床包括a和b兩個(gè)床，兩個(gè)中間換熱器都采用冷氣流走管內(nèi)，熱氣流走管外的流程。換熱器的結(jié)構(gòu)形式為U型管結(jié)構(gòu)，以此來解決熱膨脹問題。兩個(gè)換熱器都采用簡短的管子，以便氣體流經(jīng)管程時(shí)壓力降小一些，換熱器的管子采用適宜的支撐結(jié)構(gòu)，以避免震動(dòng)的發(fā)生。合成塔內(nèi)部設(shè)有軌道，以便內(nèi)件裝卸。32氨合成塔氣體流程從液氮洗工序來純凈的原料氣（H2N2為1；溫度30，壓力5.0

36、3MPa，流量68605kg/h）經(jīng)合成氣壓縮機(jī)130-J壓縮，加壓到15.5MPa，溫度47，流量255980kg/h，進(jìn)入進(jìn)出口氣換熱器121-C的管間，與管內(nèi)的來自高壓鍋爐給水換熱器123-C的氣體換熱，并由HV-1034閥調(diào)節(jié)進(jìn)塔溫度，使氣體溫度控制在230以下，分三路分別進(jìn)入氨合成塔105-D內(nèi)。其中約有60%的氣量由HV-1044控制進(jìn)入合成塔與觸媒筐的環(huán)隙內(nèi)，借此冷卻塔壁溫度，使塔壁溫差55，同時(shí)使塔壁最高溫度250。在HV-1044處設(shè)有進(jìn)出塔壓差計(jì)PDI-1054，保護(hù)合成塔105-D的內(nèi)件。氣體進(jìn)入合成塔105-D的內(nèi)部換熱器122-C1的管內(nèi)與管外的從第一觸媒筐來的熱氣體

37、換熱后，進(jìn)入合成塔105-D的一段觸媒筐上部；另一路約有30%的氣體，由HV-1046控制，也從合成塔105-D的尾部進(jìn)入塔內(nèi)第二換熱器122-C2的管內(nèi)，冷卻來自第二段觸媒筐的管外氣體。并且與從塔內(nèi)第一換熱器122-C1的氣體在一段觸媒筐上部匯合后，其溫度約在385左右自上而下通過一段觸媒筐，反應(yīng)生成氨的同時(shí)產(chǎn)生熱量，使氣體溫度升到約480。另有10%的氣體作為冷激氣，由HV-1025控制流量后直接進(jìn)入一段觸媒層上部，用于調(diào)節(jié)觸媒層熱點(diǎn)溫度。 從合成塔105-D一段觸媒筐來的氣體經(jīng)過隔板的氣室到122-C1的管外，被管內(nèi)氣體冷卻到400左右進(jìn)入第二床層，氣體也是自上而下通過二段觸媒筐，反應(yīng)熱

38、使二段觸媒筐的溫度升到450470；然后氣體進(jìn)入塔內(nèi)第二換熱器122-C2的管外，被管內(nèi)氣體冷卻到415左右，進(jìn)入三段觸媒層的A筐上部，氣體從A筐底部出來經(jīng)過擋板自上而下地流過三段觸媒層的B筐后，溫度升到442，并且使氣體中的氨含量達(dá)到20.1%(摩爾比)。 在合成塔105-D升溫中，HV-1025是關(guān)的，冷氣體進(jìn)入開工加熱爐102-B的盤管內(nèi)，被管外燃燒火焰加熱后，直接進(jìn)入一段觸媒筐內(nèi)，用于合成塔105-D觸媒還原或者升溫。觸媒筐是由蓋有金屬絲網(wǎng)的格子板支撐的。并由觸媒筐中的隔板隔開。氣體向下流經(jīng)一塊格子板，分布均勻地進(jìn)入觸媒層中。大部分氨是在塔內(nèi)第一、第二觸媒層中生成，因此，生產(chǎn)中首先要控

39、制一段觸媒層的熱點(diǎn)溫度，并以此穩(wěn)定二段媒筐溫度，只有這樣才能使整個(gè)合成塔操作穩(wěn)定。4這種中間換熱臥式氨合成塔具有一系列的優(yōu)點(diǎn)：41催化劑床層截面積大，床層薄，阻力降小，可使用小顆粒高效活性催化劑，增大了催化劑的表面積，提高了合成氨的單程反應(yīng)率，氨凈值可高達(dá)16%，從而減少了循環(huán)氣量，節(jié)省了設(shè)備的投資，降低了能耗。42阻力降小，可顯著減少合成氣壓縮機(jī)循環(huán)段的壓縮功率的消耗。43安裝內(nèi)件不需要大噸位的吊車，檢修可方便抽拉內(nèi)件，三節(jié)催化劑段可同時(shí)裝卸催化劑，而且全部裝卸維修工作均可以在地面上進(jìn)行，安全方便省時(shí)經(jīng)濟(jì)，運(yùn)行比較穩(wěn)定，在操作中不會(huì)因床層下沉而影響氣流的分部，甚至短路。5觸媒層溫度的調(diào)節(jié)：控

40、制范圍：觸媒層熱點(diǎn)溫度：430.0520.0控制目標(biāo)：熱點(diǎn)溫度: 430.0520.0相關(guān)參數(shù)：HV1044、HV1046、HV1025、氫氮比控制方式：影響觸媒層溫度的因素比較多。如果當(dāng)氣體成份、生產(chǎn)負(fù)荷、入塔氣溫度等條件都在正常范圍時(shí)，觸媒層的熱點(diǎn)溫度主要用HV1025的冷激氣量來調(diào)節(jié)。合成塔在正常生產(chǎn)中，HV1046主要控制去觸媒層第二內(nèi)部換熱器122-C1的量，從而控制去第三觸媒筐A筐、B筐的入口氣體溫度。所以第三觸媒筐的熱點(diǎn)溫度由HV1046來調(diào)節(jié)。并間接影響到塔出口溫度的升降。HV1044主要控制去觸媒層第一內(nèi)部換熱器122-C2的流量，調(diào)節(jié)去第二觸媒層的入口氣體溫度。當(dāng)?shù)诙|媒層

41、熱點(diǎn)溫度太高時(shí)，可適當(dāng)增加通過HV1044的流量，降低二段觸媒的入口溫度。一般情況下，當(dāng)一段床層溫度急驟下降，反應(yīng)不及時(shí)，二段床層的氣體成份相對比原來好，故易導(dǎo)致二段床層溫度急升。此時(shí)，應(yīng)作停車處理，重新升溫導(dǎo)氣。直到一段床層溫度正常。因此，從總體上講，操作中只要一段床層的熱點(diǎn)溫度穩(wěn)定，則整個(gè)合成塔觸媒層溫度也相對穩(wěn)定。所以，合成塔105-D觸媒層溫度是個(gè)整體。調(diào)節(jié)中不要多種手段同時(shí)用。要力求小調(diào)節(jié)，勤調(diào)節(jié)，才能穩(wěn)定操作。在合成塔觸媒使用的前五年，盡量使床層溫度保持在相對較低的溫度生產(chǎn)，(480以下操作)以防止觸媒因長期高溫操作而使活性下降，觸媒提前衰老的現(xiàn)象發(fā)生。在五年以后，觸媒使用時(shí)間的增

42、加，活性逐漸下降時(shí)，可以逐漸提高床層的熱點(diǎn)溫度在4805操作，以便增加活性，使合成率保持在相對穩(wěn)定狀態(tài)下生產(chǎn)。在觸媒使用末期，熱點(diǎn)溫度可以提到5005生產(chǎn)。使床層觸媒在高溫區(qū)獲得較高的氨凈值。以彌補(bǔ)因觸媒使用天數(shù)增加、活性下降而使氨凈值降低的損失。6開工加熱爐：開工加熱爐是氨合成工序中重要設(shè)備之一，為立式圓筒形爐，主要作用是開車時(shí)加熱氣體介質(zhì)。爐內(nèi)分輻射段和對流段以及頂部煙囪。輻射段設(shè)有盤管（光管），爐底部設(shè)有4個(gè)氣體燃燒器，燃燒器為自吸式燃?xì)鉄?，燃燒器帶有電點(diǎn)火器及視鏡等。使用的燃料為燃料氣。爐內(nèi)壓力為常壓，爐內(nèi)煙氣最高溫度為809，爐子殼體溫度為80。第八章 氨冷凍系統(tǒng)第一節(jié) 冷凍系統(tǒng)反

43、應(yīng)原理冷凍系統(tǒng)利用組合式氨冷器，冷卻分離合成塔生成的氨，同時(shí)在較低壓力下對液氨進(jìn)行閃蒸，使溶解在液氨中的氫氮?dú)獾玫匠浞轴尫牛瑥亩玫郊儍舻囊喊?。另外，由空分、甲醇洗單元送來的氣氨?jīng)冰機(jī)壓縮，冷凝成液氨。在閃蒸、壓縮、冷凝過程中所產(chǎn)生的不凝氣排往燃料氣系統(tǒng)作為燃料。冷凍工序是向空分裝置、低溫甲醇洗裝置及合成氨裝置提供冷量。冷凍工序是將制冷劑通過制冷壓縮機(jī)及輔機(jī)由壓縮、冷凝、節(jié)流、蒸發(fā)（提供冷量）四個(gè)過程組成制冷循環(huán)，為用戶提供冷量。工業(yè)上常用的制冷劑有氨、丙烯等介質(zhì)，氨制冷技術(shù)適用于提供-5到-45度冷量。常用的制冷壓縮機(jī)種類有往復(fù)式、螺桿式、離心式壓縮機(jī)等。往復(fù)式壓縮機(jī)單臺(tái)制冷量小，能耗高，維

44、修量大，占地大，價(jià)格也較高：螺桿壓縮機(jī)具有 轉(zhuǎn)式運(yùn)轉(zhuǎn)和容積式壓縮的二者優(yōu)點(diǎn)，制冷量可無級調(diào)節(jié)，運(yùn)行平穩(wěn)可靠，操作方便，年連續(xù)運(yùn)行可達(dá)8000小時(shí)；離心式壓縮機(jī)單臺(tái)制冷量大，具有轉(zhuǎn)速高，制冷量大，蒸發(fā)溫度低，維護(hù)簡單，占地面積小，節(jié)能經(jīng)濟(jì)方便地調(diào)節(jié)制冷量等優(yōu)點(diǎn)，適合于大制冷量，低溫工況。本項(xiàng)目工況多，蒸發(fā)溫度低，制冷量需求大，宜采用離心式制冷壓縮技術(shù)。同時(shí)離心式制冷壓縮機(jī)可采用蒸汽透平驅(qū)動(dòng)，可合理利用工藝裝置副產(chǎn)蒸汽，節(jié)能效果明顯。盡管相同制冷能力的氨壓縮機(jī)一次性投資比丙烯壓縮機(jī)略高，但軸功率比丙烯壓縮機(jī)小，且制冷劑為自產(chǎn)，不需外購，因此本項(xiàng)目采用離心式壓縮機(jī)，為提高制冷循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性，節(jié)約能源和

45、制取低蒸發(fā)溫度下的冷量，采用節(jié)能型雙級離心式壓縮制冷循環(huán)，工藝流程中帶有“中間省功器”，采用了省功器后，部分中間壓力的低溫氣體補(bǔ)入壓縮機(jī)的二級入口，起到了一次補(bǔ)氣冷卻的作用，從而達(dá)到節(jié)能的效果。另外，實(shí)行中間節(jié)流后，單位質(zhì)量工質(zhì)的制冷量增大，節(jié)省了氨蒸汽進(jìn)入一級壓縮的壓縮功，達(dá)到了省功的目的。合成氣壓縮及氨合成、冷凍工序按KBR公司技術(shù)設(shè)計(jì)。第二節(jié) 冷凍及氣氨流程冷凍及氣氨系統(tǒng)工藝流程主要以三個(gè)閃蒸槽及其酸性氣脫除工序、氨合成工序氣氨按照其壓力等級分別送至氨壓縮機(jī)105-J的一級、二級、三級進(jìn)口閃蒸罐。經(jīng)三級壓縮至1.6 MPa(A)后,經(jīng)氨冷凝器127-C冷凝后,液氨靠重力自流至液氨收集槽1

46、49-D，溶解于液氨中的惰性氣體在氨收集槽149-D分離，經(jīng)馳放氣急冷器160-C冷卻后排放至火炬。由液氨收集槽冷側(cè)送出的氨送氨合成工序進(jìn)行閃蒸，為其提供冷量，制冷過程如此循環(huán)。其中閃蒸冷凍槽152-D在0.1MPa(A)下閃蒸出氣氨匯同甲醇洗單元、氨貯罐來的氣氨一起進(jìn)入氨壓縮機(jī)105-J的一段壓縮；閃蒸槽120-CF1的閃蒸壓力為0.25MPa，對應(yīng)溫度-13.9，閃蒸出的氣氨同105-J一段出口匯合，進(jìn)入105-J的二段壓縮。105-J的二段出口氣氨進(jìn)入段間換熱器128-C的殼程，被管內(nèi)循環(huán)水冷卻后，與閃蒸槽120-CF2來氣氨匯合后，進(jìn)入冰機(jī)三段壓縮。經(jīng)冰機(jī)三段壓縮后的氣氨出口溫度達(dá)11

47、0左右，然后進(jìn)入氨冷凝器的管外，被管內(nèi)循環(huán)水冷凝成38液氨進(jìn)入液氨收集槽149-D內(nèi)。另外，為了確保冰機(jī)的正常運(yùn)行，冰機(jī)三段出口高溫氣氨部分返回閃蒸冷凍槽120-CF2/120-CF1/152-D，其返回氣氨量分別由FV-1010/FV-12011/FV-1012控制。主要用于負(fù)荷低時(shí)，用以蒸發(fā)液氨，以確保冰機(jī)各段有足夠的吸入流量，防止因冰機(jī)入口流量低而出現(xiàn)機(jī)組喘振現(xiàn)象。閃蒸冷凍槽120-CF2/120-CF1/152-D的氣氨出口管上分別設(shè)有安全閥PRV120-CF2/PRV120-CF1/PRV152-D，當(dāng)閃蒸冷凍槽壓力高時(shí)，安全閥自動(dòng)卸壓。氣氨去冷火炬總管，在火炬燃燒。第三節(jié) 氨庫的工

48、藝流程當(dāng)尿素停車或低負(fù)荷生產(chǎn)時(shí)，氨合成工段將溫度為-33.3，壓力為0.45MPa的液氨送到液氨儲(chǔ)罐T40101A/B。液氨儲(chǔ)罐為常壓儲(chǔ)罐。當(dāng)合成氨生產(chǎn)負(fù)荷低時(shí)液氨儲(chǔ)罐中的液氨通過氨輸送泵P40101A/B加壓到2.54MPa并在氨加熱器E40101中加熱到37左右送往尿素。正常生產(chǎn)時(shí)，液氨儲(chǔ)罐里蒸發(fā)的氣氨送到氨合成系統(tǒng)的氨壓縮機(jī)105-J一段中，當(dāng)冷凍系統(tǒng)停車或氨庫壓力高時(shí)，儲(chǔ)罐中的氣氨則送到氨再冷凝系統(tǒng)。氣氨先經(jīng)過氨壓縮機(jī)K40101A/B入口氨分離器分離，然后進(jìn)入氨壓縮機(jī)K40101A/B壓縮到2.1MPa，溫度小于150，進(jìn)入氣液分離器PV-401把油和氣氨分離，氣氨進(jìn)入氨壓縮機(jī)的氨冷

49、凝器HX-101冷凝，冷凝下來的液氨進(jìn)入氨壓縮機(jī)儲(chǔ)氨器PV-101。在氨壓縮機(jī)K40101A/B系統(tǒng)內(nèi)還設(shè)除空氣器HX-104。液氨儲(chǔ)罐及氨庫內(nèi)的安全閥、放空閥排出的氣氨、液氨都排到火炬中燃燒。正常時(shí)氨火炬由天然氣供給常明燈燃燒。氨罐區(qū)內(nèi)的氨經(jīng)氨輸送泵加壓，氨加熱器加熱至25后，送至尿素裝置。液氨技術(shù)規(guī)格序號指標(biāo)名稱指 標(biāo)優(yōu)等品一級品合格品1氨含量 Wt 99.999.899.62殘留物含量Wt 0.10.20.43水份 Wt 0.1-4油含量mg/kg5(重量法)52（紅外線光譜）6鐵含量 mg/kg 1第九章 合成崗位的崗位任務(wù)及事故處理預(yù)案第一節(jié) 崗位任務(wù)1.調(diào)整好本崗位的工藝指標(biāo)，確保

50、生產(chǎn)出的液氨質(zhì)量合格：純度99.9%。2.將熱氨產(chǎn)品送至尿素，確保送氨壓力穩(wěn)定，保證尿素正常生產(chǎn)。一旦發(fā)現(xiàn)異常，應(yīng)立即報(bào)告班長及值班長，并迅速開啟備用泵送氨，向值班調(diào)度匯報(bào)。3.將合成系統(tǒng)冷氨根據(jù)要求送至氨罐貯存。4.維護(hù)氨罐區(qū)各設(shè)備的正常運(yùn)行，防止氨罐的呼吸閥動(dòng)作氨泄露。5.確保向轉(zhuǎn)化返送燃料氣的任務(wù)，停工(或開工)階段，及時(shí)做好配合操作。6.維護(hù)好小循環(huán)系統(tǒng)車間管路正常運(yùn)行。7.維護(hù)好氨水送往尿素車間管路正常運(yùn)行。8.維護(hù)好低壓回收系統(tǒng)的氨水送往尿素車間管路正常運(yùn)行。第二節(jié) 事故處理預(yù)案1. 合成系統(tǒng)壓力調(diào)整控制范圍：系統(tǒng)壓力13.3Mpa相關(guān)參數(shù)：合成系統(tǒng)循環(huán)段壓差、105-D壓差控制方

51、式：103-J轉(zhuǎn)數(shù)調(diào)節(jié)正常調(diào)整：（1）提高系統(tǒng)壓力（2）降低系統(tǒng)壓力處理方法：（1）根據(jù)負(fù)荷變化如果需要提高系統(tǒng)壓力主要通過提高103-J轉(zhuǎn)數(shù)。同時(shí)密切注意壓力變化。如果系統(tǒng)氣體成份相對較好，可適當(dāng)降低馳放氣量。（2）根據(jù)負(fù)荷變化如果需要降低系統(tǒng)壓力主要通過降低103-J轉(zhuǎn)數(shù)。要密切注意壓力變化，注意防止103-J發(fā)生喘振，及時(shí)打開壓縮機(jī)的防喘振閥。也可以適當(dāng)增加馳放氣量，注意燃料氣量變化。異常處理：壓力異常降低處理方法：（1）檢查PIC-1004及前部是否有放空。（2）現(xiàn)場確認(rèn)合成系統(tǒng)所有放空閥、安全閥是否有泄露、起跳。（3）檢查153-D內(nèi)是否有液位。異常處理：壓力異常升高處理方法：（1）

52、判斷H2/N2在線分析表是否準(zhǔn)確，及時(shí)調(diào)整，聯(lián)系化驗(yàn)分析合成塔入口H2/N2。（2）排放馳放氣控制壓力在正常范圍內(nèi)。 (3) 確認(rèn)147-D內(nèi)是否有液位，如果沒有迅速建立正常液位。2. 合成系統(tǒng)H2/N2調(diào)整控制范圍：2.83.2相關(guān)參數(shù)：H2/N2、A/C控制方式：PID數(shù)據(jù)隨動(dòng)調(diào)節(jié)，正常調(diào)整:影響因素: (1) 新鮮氣量發(fā)生變化 (2)液氮洗配氮量變化 處理方法: (1)調(diào)整新鮮氣量，將新鮮氣控制在正常值。 (2)如果液氮洗配氮量增加或減少，調(diào)整至正常。此時(shí)必須注意放空閥PIC-1004開度。異常調(diào)整: 影響因素: (1)H2/N2迅速升高 (2)H2/N2迅速降低 (3)H2/N2失調(diào)處

53、理方法: (1)可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)及當(dāng)時(shí)的負(fù)荷、103-J轉(zhuǎn)速判斷此時(shí)需要的新鮮氣量，然后迅速做出調(diào)整。提高新鮮氣量（流量應(yīng)該比正常略高），通知液氮洗調(diào)整配氮量。等H2/N2呈下降趨勢時(shí)在適當(dāng)降低。如果是負(fù)荷突然上升引起的變化就迅速將負(fù)荷退至合理范圍。(2)可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)及當(dāng)時(shí)的負(fù)荷、103-J轉(zhuǎn)數(shù)判斷此時(shí)需要的新鮮氣量，然后迅速做出調(diào)整，降低新鮮氣量，流量應(yīng)該比正常略低，通知液氮洗調(diào)整配氮量。等H2/N2呈上升趨勢時(shí)在適當(dāng)降低。如果是負(fù)荷突然下降引起的變化就迅速將負(fù)荷提至合理范圍。在提高新鮮氣量時(shí)注意壓力的變化，及時(shí)調(diào)整后部負(fù)荷。 (3)如果發(fā)生H2/N2失調(diào)首先要迅速降低入合成塔氣體流量，開PIC-1

54、004和防喘振閥，可根據(jù)失調(diào)的嚴(yán)重性判斷開度，開這幾個(gè)閥門要做到循序漸進(jìn)、連貫并且快速，同時(shí)關(guān)小、HIC-1044/1046/1025，開大惰性氣體排放閥，并通知液氮洗調(diào)整配氮量，必要時(shí)可點(diǎn)102-B。3.103-J跳車現(xiàn)象: （1）有蒸汽放空聲（2）103-J報(bào)警（3）103-J轉(zhuǎn)速下降原因: (1）103-J油系統(tǒng)故障(2）153-D液位高(3）103-J壓差高(4) H2/N2嚴(yán)重超高(5) 103-J內(nèi)部原因故障處理方法: 判斷原因，排除故障。合成系統(tǒng)按一級停車處理。注意：聯(lián)鎖動(dòng)作情況。4.105-J跳車現(xiàn)象: （1）有蒸汽放空聲（2）閃蒸槽液位下降（3）105-J報(bào)警、轉(zhuǎn)速下降原因:

55、（1）油系統(tǒng)故障（2）閃蒸槽液位高（3）105-J調(diào)速器故障處理方法: 判斷原因，排除故障。如果短時(shí)間不能恢復(fù)，低溫甲醇洗、液氮洗、合成氨按一級停車處理。注意：聯(lián)鎖動(dòng)作情況。5. 147-D液位指示失靈現(xiàn)象:（1）147-D液位滿或空（2）總控與現(xiàn)場對不上原因:儀表原因處理方法:（1）將147-D檢查線打開，控制液位在中間檢查線左右（2）置手動(dòng)來調(diào)節(jié)147-D液位（3）如調(diào)節(jié)閥失靈，可將其切除，用付線來調(diào)整147-D液位6. 氨泵輸送流量不足原因（1）系統(tǒng)壓力高于泵的出口壓力（2）泵和管路中的氣體沒有完全排出，泵內(nèi)灌液不足（3）管路內(nèi)形成氣泡（4）進(jìn)口管路或葉輪堵塞（5）轉(zhuǎn)向相反（6）連接螺栓

56、松動(dòng)密封失效處理方法：（1）打開出口閥門，真至達(dá)到工況點(diǎn)。（2）泵與管路徹底排液或完全灌液（3）管路內(nèi)形成氣泡 可改變管路布置也可安裝排氣閥（4）清除管路及泵內(nèi)堵塞物（5）改變?nèi)嚯妱?dòng)機(jī)的二相接線（6）擰緊螺栓，裝新的墊圈7. 氨泵軸承溫度過高原因：(1) 軸向力太大(2) 潤滑油太多或太少潤滑介質(zhì)不合適(3) 聯(lián)軸器沒有按規(guī)定調(diào)好(4) 泵轉(zhuǎn)子不平衡處理方法：（1）清洗葉輪平衡孔，裝新的口環(huán)（2）增加或減少潤滑油，或調(diào)換潤滑油（3）調(diào)好聯(lián)軸器間隙，使之與裝配圖上規(guī)定的一致。（4）清洗轉(zhuǎn)子，重做動(dòng)平衡8. K40101A/B冰機(jī)機(jī)組發(fā)生不正常振動(dòng)原因：（1）機(jī)組地腳螺栓未緊固。（2）壓縮機(jī)與電

57、動(dòng)機(jī)不同軸。（3）因管道振動(dòng)引起機(jī)組振動(dòng)加劇。（4）液氨被吸入機(jī)體內(nèi)。處理方法：（1）旋緊地腳螺栓（2）重新找正（3）加支撐點(diǎn)或改變支撐點(diǎn)（4）緊急停車9. K40101A/B排氣溫度或油溫過高原因：（1）壓縮比較大（2）油溫過高（3）吸入嚴(yán)重過熱的氨氣（4）噴油不足處理方法：（1）降低排氣壓力和負(fù)荷（2）清除油冷卻器傳熱面上的污垢，降低水溫或增大水量（3）提高噴油量。第十章 崗位試題一、問答題1、合成塔觸媒溫度升高的原因有哪些？答：1）新增氣量增加。2）循環(huán)氣量減少。3）氫氮比接近最佳值。4）塔入口氨含量降低。5）入塔冷氣降低。6）循環(huán)氣中惰性氣體降低。7）暫時(shí)中毒的觸媒活性恢復(fù)。2、使合成

58、塔回路壓力增加的原因有哪些？答：1）新鮮氣量增加，2）合成塔觸媒溫度下降，3）氫氮比偏離最優(yōu)值，4）循環(huán)氣中氨含量增加，5）循環(huán)氣中惰性氣體含量增加，6）循環(huán)氣量減少，7）觸媒中毒，老化。3、循環(huán)氣中H2/N2變化的原因有哪些？答：從液氮洗系統(tǒng)來的合成氣組分有變化，新鮮氣量變化，循環(huán)氣中氨含量有變化，循環(huán)氣中惰性氣量變化。4、合成塔觸媒升溫過程中如102-B熄火，如何處理？ 答：102-B熄火時(shí)，控制室關(guān)HIC-5050切原料氣，現(xiàn)場關(guān)燒咀考克，用低壓蒸氣吹掃，102-B內(nèi)殘留燃料氣至合格，然后按102-B點(diǎn)燃程序點(diǎn)燃燒咀，調(diào)整燃料氣負(fù)壓在0.81.0kg/cm2。 5、冷凍系統(tǒng)的作用是什么？

59、答：1）液氨連續(xù)閃蒸到比較低的壓力，把融解的氣體放出并送至燃料氣系統(tǒng)，2）作用為冷凍系統(tǒng)的一個(gè)重要部分，工藝氨冷器從合成回路的合成氣中取出熱量并把循環(huán)氣冷卻至23，使合成回路中生成的凈氨，能很好的分離下來并引出。6、惰性氣含量高時(shí)，對合成反應(yīng)不利，為什么循環(huán)氣中還要保持相當(dāng)高的含量？（設(shè)計(jì)值為13.6）答：因?yàn)楹铣煞磻?yīng)是個(gè)強(qiáng)放熱反應(yīng)，系統(tǒng)中惰性氣體含量太低，會(huì)使合成塔床層溫度太高，不好控制。7、本崗位停車交出檢修，應(yīng)做哪些工作？答：停合成塔、降溫、卸壓、然后充N2置換至合格。停冷凍，排NH3，充N2置換至合格。8、什么叫飽和蒸汽壓？答：在一定溫度下，氣、液兩相處于動(dòng)態(tài)平衡的狀態(tài)，我們稱它為飽和

60、狀態(tài)。此時(shí)的氣相稱為飽和蒸汽，蒸汽所具有的壓力稱為飽和蒸汽壓。9、合成崗位停車應(yīng)注意什么？答：經(jīng)常檢查合成塔塔壁溫度，當(dāng)溫度降到38時(shí)，應(yīng)卸壓至14kg/cm2下，在卸壓時(shí)應(yīng)控制卸壓速度，不能過快，以防壓差過大損壞設(shè)備，當(dāng)合成回路中壓力較低時(shí)，應(yīng)用合格的N2充壓保護(hù)。冷凍系統(tǒng)停車后，應(yīng)注意檢查三個(gè)閃蒸槽的壓力，若壓力高可以開頂部放空閥。10、在負(fù)荷不變的情況下，系統(tǒng)壓力下降的原因是什么？答：1）放空量過大；2）觸媒反應(yīng)好，入塔氨含量降低，惰性氣體含量降低，H2/N2接近2.52.9；3）管道設(shè)備漏氣。11、低壓氨分離器149-D安全閥跳的原因是什么？答：1）147-D、149-D串氣，2）14