第38讲 工艺流程

合成氨工艺流程主讲教师：王静AmmoniaSynthesisProcessCONTENTS氨的分离方法01.氨合成工艺流程02.01氨的分离方法

因受到氨合成反映平衡温度的限制，氨合成时只能有一部分氮气和氢气合成为氨。所以出氨合成塔气体中有氨、氮气、氢气和惰性气体（甲烷、氩气），如何将氨从气体混合中分离呢？工业生产上有两种方法：水吸收法、冷凝法。01氨的分离方法⑴水吸收法

氨在水中溶解度很大，与溶液呈平衡的气相氨分压很小。因此，用水吸收法分离氨效果良好。但气相亦为水蒸气饱和，为防止催化剂中毒，循环气需严格脱除水分后才能进入合成塔。水吸收法得到的产品是浓氨水。从浓氨水制取液氨尚需经过氨水蒸馏及气氨冷凝等步骤，消耗一定的热量，故工业上采用此法者很少。01氨的分离方法

用水或氨间接冷却含氨混合气，使其中大部分氨冷凝，并与不凝的氢氮气分开。加压下：气相中饱和氨含量与温度、压力的关系为：（2）冷凝法P↑，T↓，饱和氨含量↓01氨的分离方法压力对分离效果的影响：45MPa以上时，仅采用水冷却能使氨分离。20~30MPa时，水冷却只能分离部分氨，还含有7~9%的氨，需进一步以液氨作冷冻剂冷却到0℃以下，才能使气相中氨含量降到2~4%。实际生产中，含氨混合气的冷却是在水冷器和氨冷器中实现的，而冷冻用的液氨由冷冻系统提供，或是液氨产品的一部分，液氨在氨分离器中与气体分开减压送入贮槽，其压力一般为1.6~1.8MPa，液氨冷凝过程中，部分氢氮气及惰性气体溶解其中，溶解气体大部分在液氨贮槽中减压释放出来，叫做“贮槽气”或“弛放气”。氨合成工艺流程02合成与分离包括以下几个步骤：（1）H、N原料气的压缩并补入循环系统（2）循环气的预热与氨的合成（3）氨的分离（4）热能的回收利用（5）未反应气体补充压力并循环使用（6）排放部分循环气以维持循环气中惰性气体的平衡——构成回路流程，需要合理配置上述步骤，即需要合理确定循环压缩机的位置；新鲜气的补入；惰性气体的放空位置，氨分离的冷凝级数，冷热交换的安排和热能回收方式等。氨合成工艺流程02氨合成工艺流程02⑴中小型氨厂流程氨合成工艺流程02

如上图所示。合成塔出口气经水冷器冷却至常温，其中部分氨被冷凝，液氨在氨分离器中分出。为降低惰性气体含量，循环气在氨分离后部分放空，大部分循环气进循环压缩机补充压力后进滤油器，新鲜原料气也在此处补入。而后气体进冷凝塔的上部热交换器与分离液氨后的低温循环气换热降温，经氨冷器冷却到0～-8℃，使气体中绝大部分氨冷凝下来，在氨冷凝塔的下部将气液分开。分离出液氨的低温循环气经冷凝塔上部热交换器与来自循环压缩机的气体换热，被加热到10～30℃进氨合成塔，从而完成循环过程。氨合成工艺流程02氨合成工艺流程02A.放空气位置设在惰性气体含量最高、氨含量较低的部位以减少氨损失和原料气消耗；B.循环压缩机位于第一、第二氨分离之间，循环气温度较低有利于压缩作业；C.新鲜气在滤油器中补入，在第二次氨分离时可以进一步达到净化目的，可除去油污以及带入的微量CO2和水分。对15MPa下操作的小型合成氨厂，因为操作压力低，水冷后很少有氨冷凝下来，为保证合成塔入口氨含量的要求，设置有两个串联的氨冷器和氨分离器。该流程的特点：氨合成工艺流程02⑵大型氨厂流程在该类流程中采用蒸汽透平驱动的带循环段的离心式压缩机，气体中不含油污可以直接把它配置于氨合成塔之前。氨合成反应热除预热进塔气体外，还用于加热锅炉给水或副产高压蒸汽，热量回收较好。氨合成工艺流程02氨合成工艺流程02

上图为凯洛格传统流程，反应热用于加热锅炉给水。新鲜气在离心压缩机的第一缸中压缩，经新鲜气甲烷化气换热器、水冷却器及氨冷却器逐步冷却到8℃。除去水分后信息拿起进入压缩机第二缸继续压缩并与循环气在缸内混合，压力升到15.3MPa，温度为69℃经过水冷却器，气体温度降至38℃。而后，气体分为两路，一路约50％的气体经过两级串联的氨冷器6和7。氨合成工艺流程02

一级氨冷器6中液氨在13℃下蒸发，将气体进一步冷却到1℃。另一路气体与高压氨分离器来的-23℃的气体在冷热换热器内换型，降温至-9℃，而来自氨分离器的冷气体则升温到24℃，两路气体汇合后温度为-4℃，再经过第三级氨冷器，利用-33℃下蒸发的液氨进一步冷却到-23℃，然后送往高压氨分离器。分离液氨后的含氨2％的循环气经冷热交换器和热热换热器预热至141℃进轴向冷激式氨合成塔。氨合成工艺流程0