合成氨培训教材

1、三、布朗氨合成流程由于布朗工艺4的特殊流程，合成气最终要经过深冷精制以除去其中所含多余的氮气，因而气体质量与其他冷法精制流程的氮洗大体相当，即不含微量水分及二氧化碳。这种高质量的合成补充气，系所有深冷净化法的一大优点。它对氨合成系统十分有利，可有效地提高合成系统的能力，降低消耗。图（4-19-9）为布朗三台合成塔，三台废热锅炉的氨合成工艺流程。补充气经过压缩冷却后在循环段中与循环气相混合，然后经过预热去合成塔（1），（2），（3）。每台合成塔出口都设有废热锅炉，副产12.5MPa高压蒸汽。合成塔的出口气，经过废热锅炉和预热器回收热量后，再经水冷器，冷交换器，二级氨冷器，降温至4.4并分离掉冷凝

2、液氨，然后进冷交换器回收冷量，并升温至32，进入透平压缩机循环段与补充合成气混合去氨合成塔，从而构成氨合成的循环回路。此氨合成流程的合成压力为15MPa。第三氨合成塔出口气中含氨可达21%，入塔气中含氨4%左右。四、卡萨里法合成氨流程卡萨立高压法也是高压法的一种，意大利人卡萨里所创。氢氮混合气被压缩到5090MPa后进入循环系统，催化剂在500操作，采用的空间速度为12000，出塔气中氨含量15%，虽然用循环法生产，但不用循环压缩机而用气体喷射泵，只需将补充进入系统的3：1的氢氮混合气压力提高一点，就可作为动力源而带动整个系统的气体进行循环。此法最大的特点在与催化剂床层的温度控制，在高温高压下

3、催化剂活性很易衰老，为此卡萨里对循环系统氨的分离使用冷凝的方法，出合成塔的气体被冷却到一定的温度，其中反应生成的氨就被冷凝分离掉。由于这种冷凝的做法，使得气体中残留一定量的氨分压，参见图（1-2-5）3.气体在60MPa下冷凝之后还有大约2%到3%的氨保留在气相中，这就使得循环到合成塔催化剂层进口处时可以减慢氨的生成反应，因此也就避免了产生过热现象。而哈伯法是用水洗分氨。合成塔进口处氨含量接近于0。而克劳德法则更是用新鲜氢氮气一次通过，故这两种工艺对催化剂的反应确实是要剧烈的多。据报道，同样的催化剂在卡萨里法可用6到12个月。每千克的催化剂产率为0.5到0.6的氨。 卡萨里法的另一特点是合成塔

4、与内件之间有一环隙，进塔的循环气先通过此环隙再入催化剂筐，这使得塔壳的温度低于400，因而避免了克劳德在高压下要用镍铬合金的做法。这种保护外壳的方法以后一直被绝大部分其他合成工艺所采用。虽然布什也使用在环隙通过冷气的做法，但他用的是氮气，这就造成塔内氢氮比例的变动，因而没有被他人所效仿。此外，在催化剂筐中设中心管，内装电炉，供开工时使用。这点也比哈伯布什法向塔内送入少量空气使之与氢气燃烧产生热量来升温的做法要高明。 由于这些特色，1927年全球合成氨产量的19%应用此法。而上述的几项特点则一直被后人广泛效法。 这种生产方式到60年代离心式压缩机在氨厂使用之前，一直占据一定地位。特别是美国的福斯

5、特惠勒公司于1954年采用此法以后，当时就报到有40多座厂使用此法。中国在60年代初引进的第一套合成氨厂就是按卡萨里技术建造的。不过在60年代以后，卡萨里即放弃了高压合成的作法，而致力于径向合成塔的技术开发。其成套氨厂的设计与建造业务于1967年与法国的GP公司联合，从此法液空，GP，卡萨里这三家公司的合成氨业务由GP为代表。 浓度可达25%，这相当于入塔氢氮气有40%转化为氨，每kg催化剂可产氨6kg/h,相比之下，当时的哈伯法只有0.30.4kg/h。其工艺流程为原料氢来自焦炉气深冷液化分馏，氮气由空气液化分离提供。配合成3：1以后，经过压缩机压缩到100MPa以后送入合成塔C1，冷凝器R

6、1，氨收集器S1，然后进入并联的合成塔C2,及C3，冷凝器R,2，氨收集器S2，未反应气体最终在通过3个串联的合成塔C4，C5，C6，每个塔之后都有相应的冷凝器R，氨收集器S，残余的尾气在洗涤塔W用水或酸回收其中的氨，在膨胀到常压，供作燃料或其他用处。各氨收集器S所得的氨经过闪蒸罐P减压后送储罐Q，闪蒸出来的气体和尾气合并送洗涤塔W回收。由于采用了高压提高了转化率，并且又用串联的方法进行多次的合成反应，故而避免了循环的生产方法。这方法总转化率可以计算出来。假定配备2塔并联，再加2塔串联，计算式为100a（3-3a+a2),式中a为单次转化率，这里如果取40%（a=0.4），则上式的结果为78.

7、4%，前面所介绍的布什法氢氮转化率也只有80%。另外新鲜气中惰性气体的含量因为不会循环而积累，故允许含量远比循环法高。克劳德法的合成塔用镍铬合金的锭子镗孔而成，内部不设热交换器，催化剂温升很高，由500到650使用 克劳德的技术特色，导致在当时按此法建成了一批氨厂，1929年约占世界总量的9%。这一技术和克劳德所创的其他技术一样，均由法国液化空气公司所拥有。合成氨技术由法国液化空气公司的子公司GP公司负责。六、蒙特.色尼斯(ICI-伍德)氨合成流程德国郝斯特公司所属的伍德工程公司与德国公司蒙特色尼斯合作，于1924年开发了10到15MPa的低压合成氨法，并且由蒙特色尼斯公司投资在郝恩梭丁根建立

8、了第一座这样的合成氨厂。人们因此把它叫做蒙特色尼斯法或伍德法。此法所用的催化剂虽属铁系，但与布什所用的明显不同，不是磁性铁系列，而是铁氰化钾。操作压力10到15MPa，在活性初期甚至可低于10MPa，温度为400到425。这种催化剂低压活性很好，但由于不是用熔融方法制造，强度较差，寿命不长，因而当时所建的工厂到后来都改用磁铁矿型催化剂。中国的大连化学公司化肥厂建厂时就是引进伍德法氨厂。 90年代，中国从国外引进的低压（10.8）氨合成工艺，使用的是由伍德工程公司承建的ICI-AMV低压合成氨流程。示于图（4-19-10）之中。 此流程中得氨合成塔为三段径向中间换热式，填装ICI74-1型氨催化

9、剂，氢氮比控制在2.2左右。为了使废热锅炉能产生更多的高压蒸汽，倒U型高压管中的气体与锅炉给水呈逆流状态，以使高压气体降低至更低的温度。 循环段送出的循环气体（26），经过预热器升温至240进入合成塔底部，沿合成塔外筒与内件之间环隙上升至顶部，串联通过第二床出口中间换热器和第一床出口中间换热器（管内），预热至第一床反应温度后，逐次通过第一，二，三床径向层及期间的两台中间换热器（管外），于400左右进入废热锅炉，回收反应热副产高压蒸汽后，气体降温至275，进预热器在降至53，经过水冷器降至38，顺次通过冷交换器（出口温度22.9），第一氨冷器（出口温度1），第二氨冷器（出口温度-10），分离液氨

10、后经过冷交换器管外温度升至23，再经循环段压缩后，构成氨合成回路。为了适应ICI AMV工艺二段炉过量空气的使用，在合成回路中，合成气压缩机循环段出口设置一支路，是循环气的少部分进入冷箱，以深冷分离过量氮和大部分惰性气体。在此合成回路中，惰性气体的含量，处于7%到8%之间。最近，伍德公司为提高废热锅炉高压蒸汽的产量，也提出了两塔两废热锅炉合成回路流程，见（4-19-11），该流程用于渣油制氨和深冷净化的场合。合成压力为16MPa，第一合成塔为二段径向中间换热式，出塔合成气温度为473，经废热锅炉副产高压蒸汽后，在进入第二合成塔。第二合成塔是一段径向催化剂床，出塔温度为442，进入第二废热锅炉后

11、，经过换热器，水冷器，冷交换器，然后进入氨冷器（冷凝温度0）。在中国北方的地理环境下，不需使用氨压缩机，即可获得40%液氨和60%气氨产品。 两塔，两废热锅炉合成流程，可获得氨净值为19.3%，第一合成塔和第二合成塔压降合计0.35MPa，副产高压蒸汽（10.2MPa）1.54T/TNH3（锅炉给水温度210）。催化剂填装量为76m3.、氨合成塔氨合成塔是合成氨厂的关键设备。在工艺上，必须使氨合成反应尽可能在接近最佳温度下进行，已获得较大的生产能力和较高的氨合成率。同时，还应力求降低合成塔的压力降，以减少循环气体的动力消耗，在结构上应力求简单可靠，并满足高温高压的要求。一，反应床层的降温方式

12、鉴于氨合成最佳反应温度随氨含量增大而降低，这要求随着反应的进行，反应温度应不断下降，然而，这却与反应的放热是相互矛盾的。为了解决这问题，必须随着反应的进行采取降温措施。工业上，按照降温方法的不同，可分为冷管冷却型，冷激型和中间换热型。 （一）冷管冷却型采用内置于催化床层中冷却管的方法，以排除反应热并降低反应温度。冷却管即可冷却催化床，又可预热反应前的气体。冷管冷却型发展较早，目前只用于中，小型氨厂。（二）冷激型用于、反应前尚未预热的冷态合成气进行层间冷激，以降低反应气体的温度。冷激型的优点在于结构简单可靠。但由于冷激气体对反应含氨气的稀释，较难获得更高的氨净值（进塔和出塔氨含量的增值）、其中，

13、冷激用气与合成气的混合均匀，是冷激型塔结构设计的关键。中间换热器 在绝热催化床层的层间安置中间换热器，以预热未反应的合成气，并降低反应床层的温度，中间换热器较多的使用在大型的氨合成塔，虽然其结果复杂，但以成为现实的发展趋势，因此现在在中，小型厂也开始使用。氨合成塔中，可以仅用上述的一种降温方式，也可以将两种方法结合起来用。例如，一，二层间使用冷激式。二，三层间则为中间换热式。二 轴向流动和径向流动的方式 氨合成塔为高压操作的塔，受外筒强度的限制，一般制成长径比很大的高压容器，由填充床流体力学可知，湍流条件下相同的空速时，床层压力降与床层高度的三次方成正比。可见催化床层的阻力强度依赖于气体流动途

14、径的长度。采用径向流动可以十分有效的降低气体流动途径的长度。因此长径比（10到15）很大的高压合成塔，径向流动的距离1/20到1/30.为此，催化床层的压力降可降低数千倍。这就未使用紧密填装的小颗粒催化剂创造有利条件。径向氨合成塔的关键问题在于：如何确保气体均匀分布，以及在催化剂床层下沉时（因操作时的震动，而使床层更为紧密以及还原催化剂的收缩等原因），保证顶部气体不致走短路。对于前者，普遍以增大分布管小孔的流速和压降，以克服分气和集气流道以及床层填充松紧所形成的静压差的差异，解决后者，通常在分布管上端一定长度上不开孔。对于轴向流动的塔，降低阻力的方法为：制造成大直径的短胖塔，以降低催化剂的填充

15、高度；采用大颗粒的催化剂；采用球型催化剂，以改善其形状系数。通常无定型催化剂，形状系数在0.35左右。而球型催化剂，形状系数近于1.因此球型催化剂可比无定型催化剂床层压力降下降60%左右。中，小型氨厂，多用往复式循环机，系统压力可高达3.0MPa以上，因此，合成塔选型以轴向的塔型为主，而大型氨厂，选用透平循环机，通常能承受0.8到1.5MPa的系统压差，故必须配用低阻力的反应装置，径向流动合成塔或大直径浅床层的轴向塔是适宜的。三 中小型氨厂 常用的合成塔在80 年代氨合成塔以并流三套管式和单管并流式为主。90年代，新型氨合成塔开发成功，并流三套管式和单管并流式逐渐淘汰。现分别介绍具有发展前途的

16、几种新型氨合成塔。改进型的冷管型塔按照最佳反应温度的要求，随着反应进程氨含量的增加，反应温度应渐渐下降。这要求催化剂顶层进口温度处于最高点，随着反应的进行，逐渐降低温度。在工业上这是不能实现的。除了因进口处的最佳反应温度已超过催化剂耐热温度意外，还因催化剂床层进口温度是经过冷管预热而获得，因此预热所达到的温度不可能高于床层内的最高温度，此温度与进口最佳的反应温度存在很大的差异。在催化剂床层进口端，温度偏低，不宜安置冷管加以冷却。相反，为了加快反应速度，应利用绝热条件下催化剂床层的反应放热，迅速使反应提高，因此，在催化剂床层进口处，设置一定距离的绝热层，目的在使气体迅速因反应热而升温，以接近反应

17、最佳温度。绝热层还包含因上层催化剂中毒失活所必需的安全两以及还原过程催化剂总体缩减量在内。流经绝热层就进入设置冷管的床层区，在此区内，应该是边反应边降温，以适应氨含量增加引起的最佳反应温度的工况。此时，除了要移走氨合成的反应热外，还要移走气体降温的显热。在氨合成反应进程中，反应速率随氨含量增高而逐渐下降，因此，随着反应的进行，需移走反应热的数量逐渐减少，又由于氨含量逐渐增加，反应缓慢，最佳温度下降的速率逐渐变慢，需移走的显热逐渐减少，考虑到这两个方面，催化剂床层所需的排热强度，随反应过程逐渐下降，为了满足这一要求，采用并流冷管的结构比较有利。传统的三套管式和单管并流式的催化剂示意图见图（4-1

18、9-12）和图（4-19-13），由图可见，在进入催化剂筐的顶部各存在一定高度的绝热层，而在随后的床层中各安置与床层气流并行流动的冷管进行冷却。这样，就可以使床层中反应气体迅速由较低的入口温度升至床层最高的温度。然后，按最佳反应温度的要求逐步降低。中国70到80年代的中，小型氨厂，基本使用这两种塔型。三套管和单管并流合成塔虽然具有基本符合反应所需排热要求的优点，但是，他们存在下述两个严重的缺陷。1，冷管层在催化剂还原时的冷却作用，致使还原末期催化剂下层温度难以提高，达不到催化剂彻底还原所需要的极限温度，因此，这种塔型的催化剂还原活性受一定影响；2 由于冷管催化剂床层流速分布和温度分布的不均匀而

19、形成的冷管效应（同平面温差),致使反应的氨含量难以达到极高的水平。针对冷管型合成塔的缺点，浙江工学院从70年代末期首先推出单管析流式内件的设计，后经过改进，成为图（4-19-14）的示意结构。此结构的特点为：1 由下部换热器来的气体，先经过中心管，在由顶部导入冷管上连通管，自上而下并流以冷却催化剂层，然后经过下连通管集气，再由上升管引至床层出口，进入催化剂床层进行反应。2 冷管层下方留有一定高度的绝热层。3 下部换热器为螺旋板式。上述单管折流式内件，气体先进中心管，然后在进冷管。这样，在还原期间，中心管内电加热器处于加热状态，而进冷管的气体对床层而言也处于加热状态（而不是传统冷管的冷却状态）。

20、一改传统冷管还原末期床层下层温度难以提高的缺点，催化剂还原活性明显提高。除此之外，为了缓和冷管层的冷管效应，在冷管下方设置的绝热层，将有利于缓解冷管层不均匀流速和温度分布的影响，以便获得更高的出口氨含量。螺旋板式换热器与列管式相比，具有制作简单，成本低廉的优点。螺旋板式换热器的结构，适合小型氨厂合成塔中使用。四 大型氨厂用合成塔大型氨厂合成塔种类繁多，这里主要介绍常见的几种形式及其特点。托普索氨合成塔托普索公司最早推出的双层径向冷激型塔，即S-100型塔，为图（4-19-22）所示，气体从塔顶接口进入向下流经过内外筒之间的环隙，再进换热器管间，冷副线由塔底封头接口进入，二者混合后沿中心管进入第

21、一段催化剂床层，气体沿径向呈辐射状，自内向外流经催化剂床层后进入环形通道，与塔顶接口来的冷激气相混合，在进入第二段催化剂床层，从外部径向向内流动。然后由中心管外环形通道集气下流，经换热器管内塔底接口流出塔外。70年代后期，托普索公司改进了原两段径向结构设计，用冷气提温换热的S-200型内件，代替原来的层间冷激的S-100型内件。由于取消了层间冷激，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%，节约了合成循环功和冷冻功的消耗。使S-200型比原来的S-100型内件约可节能0.6g.j/tNH3。凯洛格氨合成塔70年代，中国引进以天然气为原料的大型氨厂中，使用的是凯洛

22、格公司的多层轴向冷激塔。图（4-19-26）示出15MPa的四段式冷激型凯洛格氨合成塔。此塔的优点是运行稳定，结构简单。但由于受床层压降的限制，需充填大颗粒催化剂，催化剂的活性较低。又因冷激降低了氨的浓度：氨的净值不高，约10%。最近，凯洛格公司推出了三段中间换热式卧式塔，其结构（4-19-29），得到较多的工程应用。由图可见，两个中间换热器并联，分别由一冷气线和二冷气线来控制，当升温还原时，一冷气线和二冷气线可以关闭，于是三段催化剂就成为绝热。这种情况对还原过程极为有利，可以缩短还原时间，并可以达到极限还原温度，已获得较高的还原活性。但是，卧式塔占地面积大，结构较为复杂，造价较高。卡萨里合成

23、塔瑞士卡萨里公司开发了双层轴径向合成塔，层间为中间换热式。这种氨合成塔，取消原有传统的径向催化剂密封装置，采用中心集气管上端部分不开孔，以迫使气体在顶部处于轴径向混合流动的状态，下部则处于径向流动，如图（4-19-30）所示，称之为轴径向流动。上述轴径向流动工艺，既简化了原有径向层密封结构，又充分利用所有催化剂的活性（原径向流动时，催化剂密封处是无效的）。此种结构的催化剂筐易于装拆，对于多层结构十分方便。 图（4-19-31）为卡萨里两段径向中间换热式合成塔，在中国80年代中期首先应用泸州天然气化工厂的老式卡萨里装置，替代原高40MPa的合成塔，实践证明，节能甚为显著。然而，升温还原时，为冷却

24、保护塔壁中间换热器不能停用，致使第二段催化剂床层温度提不起来，徒然增加还原时间，而且不能达到催化剂所要求的极限还原温度，影响第二段催化剂的还原活性，这是此塔的重要缺陷。 图（4-19-32）为按卡萨里轴径向技术改造后的四段冷激式凯洛格塔简图。改造后，可用1.5到3.0mm的小颗粒催化剂，出口氨含量由原来的12.58%增加至14.8%，合成塔压力降由0.38MPa降低至0.18MPa。每生产1t氨可节能1.1gj。图(4-19-33)示出改造前后四段冷激过程的温度与氨含量的关系。第七章 氨合成第一节 氨合成原理氨合成原理及特性氢气与氮气在一定温度与压力下，借助催化剂的作用生成氨。反应原理：3H2

25、N2NH3108.854KJ/MOL(450)由反应方程式可知：氨的生成是体积缩小反应。因此，提高系统压力和提高参加反应物的浓度有利于氨的生成；同时，氨的生成是个放热反应。因此，在生产中不断把生成热移走，有利于氨的合成。在常温常压下，氨是有强烈刺鼻臭味的无色气体。氨有毒，且易燃易爆。空气中含氨0.5%，在很短时间内即能使人窒息死亡；含氨0.2%，在几秒钟内灼烧伤皮肤起泡；即会损伤眼睛。氨的爆炸极限为15.7-27.4%（体积），引燃温度651。在标准状态下，氨的比重0.5962（空气为1），密度0.771克升，沸点-33.35，融点77.75。气态氨加热132.4以上时，在任何压力下都不会变成

26、液态，此温度称为氨的临界温度。氨极易溶于水，在常温常压下1升水约可溶解700升氨。氨溶于水时放出大量的热。二、氨净值 氨净值就是合成塔出口氨含量与进口氨含量之差。氨净值的高低主要与合成的反应程度、塔内件的结构和触媒的活性有关，一般而言，净值越大，说明塔结构越好或触媒活性越好，一定的气体产氨量就越多。就提高净值而言，要注意控制好进口的氨含量。通常影响氨净值的因素有：系统压力、空速、催化剂活性、入塔气体氨含量、氢氮比、惰性气体含量以及催化剂床层进口温度等。提高氨净值的途径有：(1)通过降低氨冷器出口合成气温度，降低146-D出口循环气中的氨含量，提高氨净值；(2)合理控制氢氮比，一方面提高氨合成反

27、应的平衡氨含量，另一方面可以降低循环气量，降低空速，缩小平衡温距提高氨净值；(3)随着催化剂活性下降，可适当提高催化剂床层进口温度，提高反应速度，提高氨净值；(4)维护催化剂的安全，稳定运行，保护好催化剂的活性，使氨净值始终保持在较高水平。第二节 影响合成系统的因素由反应方程式可知：氨的反应是体积缩小反应。因此，提高系统压力和提高参加反应物的浓度有利于氨的生成；同时，氨的生成是个放热反应。因此，在生产中不断把生成热移走，有利于氨的合成。采用凯洛格低能耗流程，其标志为采用卧式中间换热器的氨合成塔，优点为催化剂床层压力低，从而可以节省循环气压缩能耗。能选用高活性的小颗粒氨合成催化剂，可以减少用量；

28、催化剂床层间取走热量采用间接换热器，与冷激式合成塔相比，氨的含量不降低，而且能在较高的温度下回收反应热。组合式氨冷器是将三台氨冷器换热器闪蒸槽合并为一台整体装置，与使用单独的氨冷器相比，即避免了使用昂贵的高压管道和管件，又显著的降低了压力降。因素：(1) 压力从氨合成反应方程式可知，合成氨反应是一个体积缩小的反应。因此，提高压力不仅有利于反应平衡向生成氨的方向移动，而且对反应速度也是有利的，加压后，对产品NH3的分离也有利。 所以，提高压力将会带来这样的好处:合成率高、循环气量少、冷冻量少、循环气压缩功和冰机功耗少；不利的方面是: 新鲜气压缩功耗多，设备材质要求高。(2) 温度在催化剂的活性温

29、度范围内，对于可逆放热反应，温度是一个矛盾的影响因素，从反应平衡的角度出发，温度升高对反应平衡不利，即降低了氨的平衡浓度。从动力学角度出发，提高温度则可以加快反应速度，使反应较快地达到较大的氨合成率。因此存在着一条最佳温度线，这个最佳温度是随着反应的进行而不断降低的。(3) 空速空速就是 单位体积催化剂在单位时间内通过工艺气的量。在催化剂体积一定下，增大空速即增大循环气量，可提高单位体积催化剂的产量，但亦不能过高。因为空速提高，将会使合成气压缩机和冰机功耗增加，所以应在一定条件下选择相应的最佳空速。4 合成塔入口气体成分 合成塔入口气体中有氢、氮、氨、甲烷及氩气等，进口氨含量越高，越不利于氢氮

30、气的合成。新鲜气带入的甲烷和氩，另有微量的氦、氖等稀有气体，统称惰性气体，因为它们既不参与化学反应，也不毒害催化剂。但是它的存在降低了氢氮气的分压，不利于氨的反应平衡和反应速度，为了保持惰性气体含量不致太高，需要把回路气体放出一部分，这部分气体称为弛放气。合成塔入口气体中氢气和氮气的比例即氢氮比。从氨合成催化剂的活性（反应速度）来说，进塔气最适氢氮比在2.5左右， 而平衡角度则以3为最佳，所以进塔气氢氮比在2.5-3 范围内最有利于氨的合成。正常的最佳氢氮比为2.72.8。为此，可在循环气中保留有一定的过剩氮，而新鲜气则应当根据循环气中氢氮比的需要来调节，在实际操作中，改变氢氮比的最主要手段是

31、调整新鲜气的成份，即调整液氮洗的配氮量。5合成氨催化剂合成氨催化剂的活性组分是铁。平常的铁没有催化剂的性能，只有在一定条件下由铁的氧化物还原才能有活性，还原前的催化剂主要成份是Fe3O4。大型氨厂氨合成催化剂的还原介质都使用最终净化后的合成气(即氢、氮混合气），还原流程一般采用正常生产流程。 还原过程一般可分为四个阶段，即升温阶段、还原阶段、中期和末期，这四个阶段的工艺条件和控制指标不完全相同，主要控制指标有还原压力、温度、水汽浓度和空速。 第三节 合成工段工艺流程简述大型氨厂最常用的氨合成流程有，美国凯洛格流程，丹麦托普索流程，英国ICI流程、瑞士卡萨利流程。我公司用的就是凯洛格流程。合成系

32、统工艺流程简述由气体精制来的新鲜合成气经合成气压缩机进口缓冲槽（153-D）进入合成气压缩机（103-J），新鲜气先经压缩段加压，压缩后气体经段间冷却后再与进出塔热交换器(121-C)来的循环气汇合进合成气压缩机循环段，混合气最终压缩至15.5MPaA出合成气压缩机。压缩后合成气经进出塔热交换器（121-C）预热后进氨合成塔（105-D）反应。出氨合成塔反应气（温度约441，氨含量约20%），经高压锅炉给水预热器（123-C）回收热量后，反应气再进入合成塔进出口换热器预热进塔（121-C）。合成气再经水冷器（124-C）及组合式氨冷器（120-C）冷凝冷却至0后，进高压氨分离器（146-D）分

33、离冷凝的液氨，分氨后的循环气经组合式氨冷器（120-C）回收冷量后进压缩机循环段与新鲜气汇合，重复上述循环。 高压氨分离器（146-D）分离出的液氨进入闪蒸槽（147-D），通过减压（至18.6MPaA）闪蒸出溶解的气体，闪蒸后的液氨送往冷冻工序氨接收槽（149-D）,闪蒸出来的气体与冷冻工序的不凝气体混合，经驰放气冷却器（160-C）冷却回收其中的氨，液氨返回闪蒸冷冻槽（120CF1-120CF2-152-D）,气相排放至火炬系统。 当尿素装置停车时，来自闪蒸冷冻槽冷氨经冷氨泵加压后送氨罐区储存。在合成塔105-D出口管与入塔气体管上分别设有压差指示PDI-1052、PDI-1054，指示合

34、成塔进出口气体的压差是否在工艺条件内，注意保护内件。开工加热炉102-B的盘管内流量由阀门HCV-1047调节，由FT-1257显示。当FT-1257流量低低报警时，自动切断燃烧器的燃烧气源，保护盘管不过热。在水冷却器124-C气体入口管上设有开车放空管HCV1605，供开车中系统建立循环或者在合成气压缩机103-J突然停车时用来降低合成塔105-D触媒层温度。在合成气压缩机103-J的循环段入口管上设有惰气吹除管线，正常生产中由PV-1109控制吹除量，使系统中氩气含量在工艺条件内。2小循环流程在103-J三段出口管线上另设有去124-C的小循环管线；打开FV-1009阀，关HV-1101阀

35、、关HV-1033阀；经水冷器124-C，组合式氨冷器120-C管间，氨分离器146-D，再回组合式氨冷器管内，进压缩机循环段于新鲜气汇合，重复上述循环。3氨合成塔气体流程31氨合成塔构造：合成塔内件由三段催化剂床层和两个换热器所组成，第三段催化剂床包括a和b两个床，两个中间换热器都采用冷气流走管内，热气流走管外的流程。换热器的结构形式为U型管结构，以此来解决热膨胀问题。两个换热器都采用简短的管子，以便气体流经管程时压力降小一些，换热器的管子采用适宜的支撑结构，以避免震动的发生。合成塔内部设有轨道，以便内件装卸。32氨合成塔气体流程从液氮洗工序来纯净的原料气（H2N2为1；温度30，压力5.0

36、3MPa，流量68605kg/h）经合成气压缩机130-J压缩，加压到15.5MPa，温度47，流量255980kg/h，进入进出口气换热器121-C的管间，与管内的来自高压锅炉给水换热器123-C的气体换热，并由HV-1034阀调节进塔温度，使气体温度控制在230以下，分三路分别进入氨合成塔105-D内。其中约有60%的气量由HV-1044控制进入合成塔与触媒筐的环隙内，借此冷却塔壁温度，使塔壁温差55，同时使塔壁最高温度250。在HV-1044处设有进出塔压差计PDI-1054，保护合成塔105-D的内件。气体进入合成塔105-D的内部换热器122-C1的管内与管外的从第一触媒筐来的热气体

37、换热后，进入合成塔105-D的一段触媒筐上部；另一路约有30%的气体，由HV-1046控制，也从合成塔105-D的尾部进入塔内第二换热器122-C2的管内，冷却来自第二段触媒筐的管外气体。并且与从塔内第一换热器122-C1的气体在一段触媒筐上部汇合后，其温度约在385左右自上而下通过一段触媒筐，反应生成氨的同时产生热量，使气体温度升到约480。另有10%的气体作为冷激气，由HV-1025控制流量后直接进入一段触媒层上部，用于调节触媒层热点温度。 从合成塔105-D一段触媒筐来的气体经过隔板的气室到122-C1的管外，被管内气体冷却到400左右进入第二床层，气体也是自上而下通过二段触媒筐，反应热

38、使二段触媒筐的温度升到450470；然后气体进入塔内第二换热器122-C2的管外，被管内气体冷却到415左右，进入三段触媒层的A筐上部，气体从A筐底部出来经过挡板自上而下地流过三段触媒层的B筐后，温度升到442，并且使气体中的氨含量达到20.1%(摩尔比)。 在合成塔105-D升温中，HV-1025是关的，冷气体进入开工加热炉102-B的盘管内，被管外燃烧火焰加热后，直接进入一段触媒筐内，用于合成塔105-D触媒还原或者升温。触媒筐是由盖有金属丝网的格子板支撑的。并由触媒筐中的隔板隔开。气体向下流经一块格子板，分布均匀地进入触媒层中。大部分氨是在塔内第一、第二触媒层中生成，因此，生产中首先要控

39、制一段触媒层的热点温度，并以此稳定二段媒筐温度，只有这样才能使整个合成塔操作稳定。4这种中间换热卧式氨合成塔具有一系列的优点：41催化剂床层截面积大，床层薄，阻力降小，可使用小颗粒高效活性催化剂，增大了催化剂的表面积，提高了合成氨的单程反应率，氨净值可高达16%，从而减少了循环气量，节省了设备的投资，降低了能耗。42阻力降小，可显著减少合成气压缩机循环段的压缩功率的消耗。43安装内件不需要大吨位的吊车，检修可方便抽拉内件，三节催化剂段可同时装卸催化剂，而且全部装卸维修工作均可以在地面上进行，安全方便省时经济，运行比较稳定，在操作中不会因床层下沉而影响气流的分部，甚至短路。5触媒层温度的调节：控

40、制范围：触媒层热点温度：430.0520.0控制目标：热点温度: 430.0520.0相关参数：HV1044、HV1046、HV1025、氢氮比控制方式：影响触媒层温度的因素比较多。如果当气体成份、生产负荷、入塔气温度等条件都在正常范围时，触媒层的热点温度主要用HV1025的冷激气量来调节。合成塔在正常生产中，HV1046主要控制去触媒层第二内部换热器122-C1的量，从而控制去第三触媒筐A筐、B筐的入口气体温度。所以第三触媒筐的热点温度由HV1046来调节。并间接影响到塔出口温度的升降。HV1044主要控制去触媒层第一内部换热器122-C2的流量，调节去第二触媒层的入口气体温度。当第二触媒层

41、热点温度太高时，可适当增加通过HV1044的流量，降低二段触媒的入口温度。一般情况下，当一段床层温度急骤下降，反应不及时，二段床层的气体成份相对比原来好，故易导致二段床层温度急升。此时，应作停车处理，重新升温导气。直到一段床层温度正常。因此，从总体上讲，操作中只要一段床层的热点温度稳定，则整个合成塔触媒层温度也相对稳定。所以，合成塔105-D触媒层温度是个整体。调节中不要多种手段同时用。要力求小调节，勤调节，才能稳定操作。在合成塔触媒使用的前五年，尽量使床层温度保持在相对较低的温度生产，(480以下操作)以防止触媒因长期高温操作而使活性下降，触媒提前衰老的现象发生。在五年以后，触媒使用时间的增

42、加，活性逐渐下降时，可以逐渐提高床层的热点温度在4805操作，以便增加活性，使合成率保持在相对稳定状态下生产。在触媒使用末期，热点温度可以提到5005生产。使床层触媒在高温区获得较高的氨净值。以弥补因触媒使用天数增加、活性下降而使氨净值降低的损失。6开工加热炉：开工加热炉是氨合成工序中重要设备之一，为立式圆筒形炉，主要作用是开车时加热气体介质。炉内分辐射段和对流段以及顶部烟囱。辐射段设有盘管（光管），炉底部设有4个气体燃烧器，燃烧器为自吸式燃气烧嘴，燃烧器带有电点火器及视镜等。使用的燃料为燃料气。炉内压力为常压，炉内烟气最高温度为809，炉子壳体温度为80。第八章 氨冷冻系统第一节 冷冻系统反

43、应原理冷冻系统利用组合式氨冷器，冷却分离合成塔生成的氨，同时在较低压力下对液氨进行闪蒸，使溶解在液氨中的氢氮气得到充分释放，从而得到纯净的液氨。另外，由空分、甲醇洗单元送来的气氨经冰机压缩，冷凝成液氨。在闪蒸、压缩、冷凝过程中所产生的不凝气排往燃料气系统作为燃料。冷冻工序是向空分装置、低温甲醇洗装置及合成氨装置提供冷量。冷冻工序是将制冷剂通过制冷压缩机及辅机由压缩、冷凝、节流、蒸发（提供冷量）四个过程组成制冷循环，为用户提供冷量。工业上常用的制冷剂有氨、丙烯等介质，氨制冷技术适用于提供-5到-45度冷量。常用的制冷压缩机种类有往复式、螺杆式、离心式压缩机等。往复式压缩机单台制冷量小，能耗高，维

44、修量大，占地大，价格也较高：螺杆压缩机具有 转式运转和容积式压缩的二者优点，制冷量可无级调节，运行平稳可靠，操作方便，年连续运行可达8000小时；离心式压缩机单台制冷量大，具有转速高，制冷量大，蒸发温度低，维护简单，占地面积小，节能经济方便地调节制冷量等优点，适合于大制冷量，低温工况。本项目工况多，蒸发温度低，制冷量需求大，宜采用离心式制冷压缩技术。同时离心式制冷压缩机可采用蒸汽透平驱动，可合理利用工艺装置副产蒸汽，节能效果明显。尽管相同制冷能力的氨压缩机一次性投资比丙烯压缩机略高，但轴功率比丙烯压缩机小，且制冷剂为自产，不需外购，因此本项目采用离心式压缩机，为提高制冷循环的经济性，节约能源和

45、制取低蒸发温度下的冷量，采用节能型双级离心式压缩制冷循环，工艺流程中带有“中间省功器”，采用了省功器后，部分中间压力的低温气体补入压缩机的二级入口，起到了一次补气冷却的作用，从而达到节能的效果。另外，实行中间节流后，单位质量工质的制冷量增大，节省了氨蒸汽进入一级压缩的压缩功，达到了省功的目的。合成气压缩及氨合成、冷冻工序按KBR公司技术设计。第二节 冷冻及气氨流程冷冻及气氨系统工艺流程主要以三个闪蒸槽及其酸性气脱除工序、氨合成工序气氨按照其压力等级分别送至氨压缩机105-J的一级、二级、三级进口闪蒸罐。经三级压缩至1.6 MPa(A)后,经氨冷凝器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气体在氨收集槽149-D分离，经驰放气急冷器160-C冷却后排放至火炬。由液氨收集槽冷侧送出的氨送氨合成工序进行闪蒸，为其提供冷量，制冷过程如此循环。其中闪蒸冷冻槽152-D在0.1MPa(A)下闪蒸出气氨汇同甲醇洗单元、氨贮罐来的气氨一起进入氨压缩机105-J的一段压缩；闪蒸槽120-CF1的闪蒸压力为0.25MPa，对应温度-13.9，闪蒸出的气氨同105-J一段出口汇合，进入105-J的二段压缩。105-J的二段出口气氨进入段间换热器128-C的壳程，被管内循环水冷却后，与闪蒸槽120-CF2来气氨汇合后，进入冰机三段压缩。经冰机三段压缩后的气氨出口温度达11

47、0左右，然后进入氨冷凝器的管外，被管内循环水冷凝成38液氨进入液氨收集槽149-D内。另外，为了确保冰机的正常运行，冰机三段出口高温气氨部分返回闪蒸冷冻槽120-CF2/120-CF1/152-D，其返回气氨量分别由FV-1010/FV-12011/FV-1012控制。主要用于负荷低时，用以蒸发液氨，以确保冰机各段有足够的吸入流量，防止因冰机入口流量低而出现机组喘振现象。闪蒸冷冻槽120-CF2/120-CF1/152-D的气氨出口管上分别设有安全阀PRV120-CF2/PRV120-CF1/PRV152-D，当闪蒸冷冻槽压力高时，安全阀自动卸压。气氨去冷火炬总管，在火炬燃烧。第三节 氨库的工

48、艺流程当尿素停车或低负荷生产时，氨合成工段将温度为-33.3，压力为0.45MPa的液氨送到液氨储罐T40101A/B。液氨储罐为常压储罐。当合成氨生产负荷低时液氨储罐中的液氨通过氨输送泵P40101A/B加压到2.54MPa并在氨加热器E40101中加热到37左右送往尿素。正常生产时，液氨储罐里蒸发的气氨送到氨合成系统的氨压缩机105-J一段中，当冷冻系统停车或氨库压力高时，储罐中的气氨则送到氨再冷凝系统。气氨先经过氨压缩机K40101A/B入口氨分离器分离，然后进入氨压缩机K40101A/B压缩到2.1MPa，温度小于150，进入气液分离器PV-401把油和气氨分离，气氨进入氨压缩机的氨冷

49、凝器HX-101冷凝，冷凝下来的液氨进入氨压缩机储氨器PV-101。在氨压缩机K40101A/B系统内还设除空气器HX-104。液氨储罐及氨库内的安全阀、放空阀排出的气氨、液氨都排到火炬中燃烧。正常时氨火炬由天然气供给常明灯燃烧。氨罐区内的氨经氨输送泵加压，氨加热器加热至25后，送至尿素装置。液氨技术规格序号指标名称指 标优等品一级品合格品1氨含量 Wt 99.999.899.62残留物含量Wt 0.10.20.43水份 Wt 0.1-4油含量mg/kg5(重量法)52（红外线光谱）6铁含量 mg/kg 1第九章 合成岗位的岗位任务及事故处理预案第一节 岗位任务1.调整好本岗位的工艺指标，确保

50、生产出的液氨质量合格：纯度99.9%。2.将热氨产品送至尿素，确保送氨压力稳定，保证尿素正常生产。一旦发现异常，应立即报告班长及值班长，并迅速开启备用泵送氨，向值班调度汇报。3.将合成系统冷氨根据要求送至氨罐贮存。4.维护氨罐区各设备的正常运行，防止氨罐的呼吸阀动作氨泄露。5.确保向转化返送燃料气的任务，停工(或开工)阶段，及时做好配合操作。6.维护好小循环系统车间管路正常运行。7.维护好氨水送往尿素车间管路正常运行。8.维护好低压回收系统的氨水送往尿素车间管路正常运行。第二节 事故处理预案1. 合成系统压力调整控制范围：系统压力13.3Mpa相关参数：合成系统循环段压差、105-D压差控制方

51、式：103-J转数调节正常调整：（1）提高系统压力（2）降低系统压力处理方法：（1）根据负荷变化如果需要提高系统压力主要通过提高103-J转数。同时密切注意压力变化。如果系统气体成份相对较好，可适当降低驰放气量。（2）根据负荷变化如果需要降低系统压力主要通过降低103-J转数。要密切注意压力变化，注意防止103-J发生喘振，及时打开压缩机的防喘振阀。也可以适当增加驰放气量，注意燃料气量变化。异常处理：压力异常降低处理方法：（1）检查PIC-1004及前部是否有放空。（2）现场确认合成系统所有放空阀、安全阀是否有泄露、起跳。（3）检查153-D内是否有液位。异常处理：压力异常升高处理方法：（1）

52、判断H2/N2在线分析表是否准确，及时调整，联系化验分析合成塔入口H2/N2。（2）排放驰放气控制压力在正常范围内。 (3) 确认147-D内是否有液位，如果没有迅速建立正常液位。2. 合成系统H2/N2调整控制范围：2.83.2相关参数：H2/N2、A/C控制方式：PID数据随动调节，正常调整:影响因素: (1) 新鲜气量发生变化 (2)液氮洗配氮量变化 处理方法: (1)调整新鲜气量，将新鲜气控制在正常值。 (2)如果液氮洗配氮量增加或减少，调整至正常。此时必须注意放空阀PIC-1004开度。异常调整: 影响因素: (1)H2/N2迅速升高 (2)H2/N2迅速降低 (3)H2/N2失调处

53、理方法: (1)可根据经验及当时的负荷、103-J转速判断此时需要的新鲜气量，然后迅速做出调整。提高新鲜气量（流量应该比正常略高），通知液氮洗调整配氮量。等H2/N2呈下降趋势时在适当降低。如果是负荷突然上升引起的变化就迅速将负荷退至合理范围。(2)可根据经验及当时的负荷、103-J转数判断此时需要的新鲜气量，然后迅速做出调整，降低新鲜气量，流量应该比正常略低，通知液氮洗调整配氮量。等H2/N2呈上升趋势时在适当降低。如果是负荷突然下降引起的变化就迅速将负荷提至合理范围。在提高新鲜气量时注意压力的变化，及时调整后部负荷。 (3)如果发生H2/N2失调首先要迅速降低入合成塔气体流量，开PIC-1

54、004和防喘振阀，可根据失调的严重性判断开度，开这几个阀门要做到循序渐进、连贯并且快速，同时关小、HIC-1044/1046/1025，开大惰性气体排放阀，并通知液氮洗调整配氮量，必要时可点102-B。3.103-J跳车现象: （1）有蒸汽放空声（2）103-J报警（3）103-J转速下降原因: (1）103-J油系统故障(2）153-D液位高(3）103-J压差高(4) H2/N2严重超高(5) 103-J内部原因故障处理方法: 判断原因，排除故障。合成系统按一级停车处理。注意：联锁动作情况。4.105-J跳车现象: （1）有蒸汽放空声（2）闪蒸槽液位下降（3）105-J报警、转速下降原因:

55、（1）油系统故障（2）闪蒸槽液位高（3）105-J调速器故障处理方法: 判断原因，排除故障。如果短时间不能恢复，低温甲醇洗、液氮洗、合成氨按一级停车处理。注意：联锁动作情况。5. 147-D液位指示失灵现象:（1）147-D液位满或空（2）总控与现场对不上原因:仪表原因处理方法:（1）将147-D检查线打开，控制液位在中间检查线左右（2）置手动来调节147-D液位（3）如调节阀失灵，可将其切除，用付线来调整147-D液位6. 氨泵输送流量不足原因（1）系统压力高于泵的出口压力（2）泵和管路中的气体没有完全排出，泵内灌液不足（3）管路内形成气泡（4）进口管路或叶轮堵塞（5）转向相反（6）连接螺栓

56、松动密封失效处理方法：（1）打开出口阀门，真至达到工况点。（2）泵与管路彻底排液或完全灌液（3）管路内形成气泡 可改变管路布置也可安装排气阀（4）清除管路及泵内堵塞物（5）改变三相电动机的二相接线（6）拧紧螺栓，装新的垫圈7. 氨泵轴承温度过高原因：(1) 轴向力太大(2) 润滑油太多或太少润滑介质不合适(3) 联轴器没有按规定调好(4) 泵转子不平衡处理方法：（1）清洗叶轮平衡孔，装新的口环（2）增加或减少润滑油，或调换润滑油（3）调好联轴器间隙，使之与装配图上规定的一致。（4）清洗转子，重做动平衡8. K40101A/B冰机机组发生不正常振动原因：（1）机组地脚螺栓未紧固。（2）压缩机与电

57、动机不同轴。（3）因管道振动引起机组振动加剧。（4）液氨被吸入机体内。处理方法：（1）旋紧地脚螺栓（2）重新找正（3）加支撑点或改变支撑点（4）紧急停车9. K40101A/B排气温度或油温过高原因：（1）压缩比较大（2）油温过高（3）吸入严重过热的氨气（4）喷油不足处理方法：（1）降低排气压力和负荷（2）清除油冷却器传热面上的污垢，降低水温或增大水量（3）提高喷油量。第十章 岗位试题一、问答题1、合成塔触媒温度升高的原因有哪些？答：1）新增气量增加。2）循环气量减少。3）氢氮比接近最佳值。4）塔入口氨含量降低。5）入塔冷气降低。6）循环气中惰性气体降低。7）暂时中毒的触媒活性恢复。2、使合成

58、塔回路压力增加的原因有哪些？答：1）新鲜气量增加，2）合成塔触媒温度下降，3）氢氮比偏离最优值，4）循环气中氨含量增加，5）循环气中惰性气体含量增加，6）循环气量减少，7）触媒中毒，老化。3、循环气中H2/N2变化的原因有哪些？答：从液氮洗系统来的合成气组分有变化，新鲜气量变化，循环气中氨含量有变化，循环气中惰性气量变化。4、合成塔触媒升温过程中如102-B熄火，如何处理？ 答：102-B熄火时，控制室关HIC-5050切原料气，现场关烧咀考克，用低压蒸气吹扫，102-B内残留燃料气至合格，然后按102-B点燃程序点燃烧咀，调整燃料气负压在0.81.0kg/cm2。 5、冷冻系统的作用是什么？

59、答：1）液氨连续闪蒸到比较低的压力，把融解的气体放出并送至燃料气系统，2）作用为冷冻系统的一个重要部分，工艺氨冷器从合成回路的合成气中取出热量并把循环气冷却至23，使合成回路中生成的净氨，能很好的分离下来并引出。6、惰性气含量高时，对合成反应不利，为什么循环气中还要保持相当高的含量？（设计值为13.6）答：因为合成反应是个强放热反应，系统中惰性气体含量太低，会使合成塔床层温度太高，不好控制。7、本岗位停车交出检修，应做哪些工作？答：停合成塔、降温、卸压、然后充N2置换至合格。停冷冻，排NH3，充N2置换至合格。8、什么叫饱和蒸汽压？答：在一定温度下，气、液两相处于动态平衡的状态，我们称它为饱和

60、状态。此时的气相称为饱和蒸汽，蒸汽所具有的压力称为饱和蒸汽压。9、合成岗位停车应注意什么？答：经常检查合成塔塔壁温度，当温度降到38时，应卸压至14kg/cm2下，在卸压时应控制卸压速度，不能过快，以防压差过大损坏设备，当合成回路中压力较低时，应用合格的N2充压保护。冷冻系统停车后，应注意检查三个闪蒸槽的压力，若压力高可以开顶部放空阀。10、在负荷不变的情况下，系统压力下降的原因是什么？答：1）放空量过大；2）触媒反应好，入塔氨含量降低，惰性气体含量降低，H2/N2接近2.52.9；3）管道设备漏气。11、低压氨分离器149-D安全阀跳的原因是什么？答：1）147-D、149-D串气，2）14