合成氨生產(chǎn)合成工段工藝研究

李長新

摘 要：本文詳細(xì)的闡述了合成氨生產(chǎn)合成的工段及工藝，主要采用的方法為高壓法、中壓法及低壓法，并對其合成方案進(jìn)行了研究和分析。

關(guān)鍵詞：合成氨 合成工段 中壓法

中圖分類號(hào)：TQ113 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）08（c）-0092-01

氨在我們?nèi)粘Ｖ惺亲顬槌Ｒ娨彩亲罨镜幕ぎa(chǎn)品之一，其用途十分廣泛。在農(nóng)業(yè)中，化肥是主要的肥料。而在化肥中應(yīng)用最廣泛的就是氮肥，而氮肥的生產(chǎn)規(guī)模、設(shè)備級別和產(chǎn)品數(shù)量都是化肥工業(yè)中數(shù)一數(shù)二的，在國民經(jīng)濟(jì)中占據(jù)著不可動(dòng)搖的地位。合成氨是各種氮肥的生產(chǎn)原料，所以合成氨工業(yè)的發(fā)展代表了氮肥的工業(yè)水平。除了尿素，碳酸氫銨，氯化銨，硝酸銨，硫酸銨等氮素肥料十一氨為主要原料外，還有許多的含氮復(fù)合肥料也是以氨為主要原料。除此之外，液氨自身就是非常有效的肥料，可以直接使用在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上，有很多的國家現(xiàn)在已開始大量使用液氨。由此可見，氮肥工業(yè)是以合成氨工業(yè)為基礎(chǔ)，合成氨工業(yè)的發(fā)展能夠在農(nóng)業(yè)上起到增產(chǎn)作用。

氨經(jīng)過氧化可以制成硝酸，在炸藥和煙花等產(chǎn)品中，硝酸是重要的原材料。氨合成工業(yè)不僅普遍的應(yīng)用于日常的工業(yè)中，它與現(xiàn)代高端技術(shù)和國防工業(yè)也密切相關(guān)，如，火箭生產(chǎn)中所需要的氧化劑和推進(jìn)劑，我們家庭中電器所用到的冷凍劑，都離不開氨的作用。

合成氨工業(yè)的迅速發(fā)展也使得許多科學(xué)技術(shù)部門得到前所未有的發(fā)展，比如：烴類燃料的合理利用、催化技術(shù)、高壓技術(shù)、固體燃料氣化、低溫技術(shù)等。另外，以合成氨工業(yè)為基礎(chǔ)所發(fā)展壯大還有如高壓聚合、尿素和甲醇合成和石油加氫等工業(yè)。由此可見現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的發(fā)展已離不開氨及氨加工工業(yè)。

1 氨合成的方法及特點(diǎn)

氨的合成是合成氨生產(chǎn)時(shí)的最后一道工序，從合成壓力、合成塔結(jié)構(gòu)型式及熱回收方面考慮其工藝上的選擇。合成時(shí)，高壓力最有利但能耗高；中壓力不論是在技術(shù)上還是經(jīng)濟(jì)上都比較成熟和穩(wěn)定，只要在范圍15～30 Pa之內(nèi)，所消耗的功率差別不大。所以，采用中壓法是最合理的，也是現(xiàn)在大部分氨合成通常采用的方法。目前所存在的中小型氮肥廠的壓力一般都在32 MPa，大型氮肥廠的壓力較小，在10～20 MPa之間。近年來所研究推出的低溫氨催化劑，可有效的降低合成時(shí)的壓力。

合成反應(yīng)熱回收是節(jié)能必需的主要手段之一。多產(chǎn)蒸汽和提高高熱回收率的同時(shí)，還要考慮到回收蒸汽的壓力和過熱度。所以，要全面的、統(tǒng)一的針對整體流程進(jìn)行考慮，應(yīng)對有價(jià)值、價(jià)值高的高壓過熱蒸汽加大投資力度。

液體氨屬于合成系統(tǒng)。合成氨的分類通常在工業(yè)上的標(biāo)準(zhǔn)是以壓力高低來確定的。

1.1 高壓法

操作壓力70～100 MPa，溫度為550 ℃～650 ℃。這種方法能大大提高氨合成效率，并且容易把混合氣中的氨分離出來。因此，從這一系列操作中的流程、設(shè)備都較為緊湊。但也存在一定缺陷：在這過程中釋放出來的大量熱量容易導(dǎo)致催化劑溫度升高而失去活性，使催化劑壽命減短。

1.2 中壓法

操作壓力為20～60 MPa，溫度450 ℃～550 ℃，中壓法在一定程度上繼承了高壓法的優(yōu)點(diǎn)，擯棄了低壓法的缺點(diǎn)，技術(shù)和經(jīng)濟(jì)也較成熟和穩(wěn)定，介于其兩者之間，比較中和，是目前為止最合適的選擇?？傊灰獕毫Ψ秶刂圃?5～30 MPa之內(nèi)，那么所需的功耗基本上沒有太大差別，所以中壓法在國內(nèi)外都應(yīng)用廣泛。此次設(shè)計(jì)我們就選用壓力為32 MPa的合成氨流程。

1.3 低壓法

操作壓力10 MPa左右，溫度400 ℃～450 ℃。由于操作壓力和溫度都比較低，故對設(shè)備要求低，容易管理，且催化劑的活性較高，這是此法的優(yōu)點(diǎn)。但此法所用催化劑對毒物很敏感，易中毒，使用壽命短，因此對原料氣的精制純度要求嚴(yán)格。又因操作壓力低，氨的合成效率低，分離較困難，流程復(fù)雜。實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)上此法已不采用了。

2 中壓法合成氨流程

中壓法（壓力為32 MPa）合成氨是目前較為常見的方法（見圖1），氣體從冷交換器出口分二路、一路作為近路、一路進(jìn)入合成塔一次入口，氣體沿內(nèi)件與外筒環(huán)隙向下冷卻塔壁后從一次出口出塔，出塔后與合成塔近路的冷氣體混合，進(jìn)入氣氣換熱器冷氣入口，通過管間并與殼內(nèi)熱氣體換熱。

在溫度上升之后，冷氣口出來的分為五路進(jìn)入合成塔（其中的三路作為冷激線分別調(diào)節(jié)合成塔）。二、三、四層（觸媒）溫度，一路作為塔底副線調(diào)節(jié)一層溫度；另一路為二入主線氣體，通過下部換熱器管間與反應(yīng)后的熱氣體換熱、預(yù)熱后沿中心管進(jìn)入觸媒層頂端，經(jīng)過四層觸媒的反應(yīng)后進(jìn)入下部換熱器管內(nèi)，從二次出口出塔、出塔后進(jìn)入廢熱鍋爐進(jìn)口，在廢熱鍋爐中副產(chǎn)25 MPa蒸氣送去管網(wǎng)，從廢熱鍋爐出來后分成二股，一股進(jìn)入氣氣換熱器管內(nèi)與管間的冷氣體換熱；另一股氣體進(jìn)入鍋爐給水預(yù)熱器在管內(nèi)與管間的脫鹽，脫氧水換熱，換熱后與氣氣換熱器出口氣體會(huì)合，一起進(jìn)入水冷器。

在水冷器內(nèi)管被管外的循環(huán)水冷卻后出水冷器，進(jìn)入氨分離器，部分液氨被分離出來，氣體出氨分離器，進(jìn)入透平循環(huán)機(jī)入口，經(jīng)加壓后進(jìn)入循環(huán)氣濾油器出來后進(jìn)入冷交換器熱氣進(jìn)口。在冷交換器管內(nèi)被管間的冷氣體換熱，冷卻后出冷交換器與壓縮送來經(jīng)過新鮮氣濾油器的新鮮氣氫氣、氮?dú)鈺?huì)合進(jìn)入氨冷器，被液氨蒸發(fā)冷凝到-5 ℃～-10 ℃，被冷凝的氣體再次進(jìn)入冷交，在冷交下部氣液分離，液氨送往氨庫氣體與熱氣體換熱后再次出塔，進(jìn)入合成塔再次循環(huán)[1]。（如圖1）

3 結(jié)語

以上對合成氨合成工段的幾種方法進(jìn)行了比較。只要能遵循以下三個(gè)原則，才能充分的考慮到在氨合成時(shí)，其工藝設(shè)備是否滿足合成氨的生產(chǎn)。（1）是否利于氨的合成和分離；（2）是否利于催化劑的保護(hù)、使用壽命的延長；（3）是否利于回收余熱降低能耗。

參考文獻(xiàn)

[1] 化工設(shè)備設(shè)計(jì)[M].化工出版社.endprint