氨合成工艺流程.PDF

氨合成工艺流程 工业上采用的氨合成工艺流程各不相同，设备结构和操作条件也有差别， 但实现氨合成过程的基本工艺步骤是相同的。 1.气体的压缩和除油 为了将新鲜原料气和循环气压缩到氨合成系统所要求的操作压力，必须在 流程中设置气体压缩机。 当使用往复式压缩机时，由于活塞环采用注油润滑，在压缩过程中气体夹 带的润滑油和水蒸气混合在一起，呈细雾状悬浮在气流中。气体中所含的油雾 不仅会使氨合成催化剂中毒，而且附着在热交换器管壁上，降低传热效率，因 此必须清除干净。除油的方法是在压缩机每段出口处设置油水分离器，并在氨 合成系统设置滤油器。 采用离心式压缩机的合成氨系统，气体中不含油雾，可以取消油水分离器 和滤油设备，简化了流程。 2.气体的预热和合成 压缩后的氢氮混合气需加热到催化剂的起始活性温度，才能送入催化剂床 层进行氨合成反应。在正常操作情况下，加热气体的热源主要是利用氨合成时 放出的反应热，即反应后的高温气体预热反应前的氢氮混合气，后者被加热到 催化剂的活性温度，而反应后的气体则被冷却后去氨的分离工序。在开工阶段 或反应不能达到自热平衡时，可利用合成塔内的电加热器或塔外加热炉供给热 量。 3.氨的分离 进入氨合成塔催化剂床层的氢氮混合气，只有少部分起反应生成氨，合成 塔出口气体中氨的含量一般为10%～20% ，因此需要将氨分离出来。氨的分离 主要采用冷凝法，该法是将合成后的气体降温，使其中的气氨冷凝成液氨，然 后在氨分离器中分离出来，从而得到产品液氨。 以水和液氨作为介质冷却气体的过程是在水冷器和氨冷器中进行的。在水 冷器和氨冷器之后设置氨分离器，把冷凝下来的液氨从气相中分离出来，经减 压后送至液氨贮槽。 4.气体的循环 氢氮混合气经过氨合成塔以后，只有一小部分进行反应合成为氨。分离氨 之后剩余的氢氮气，除了少量放空以外，大部分与新鲜原料气汇合后，重新返 回氨合成塔，再进行氨的合成，从而构成了循环法生产流程。由于气体在设备、 管道中流动时，产生了压力损失，为补偿这一损失，流程中必须设置循环压缩 机。循环压缩机进出口压差通常为2～3MPa，它表示了整个合成氨循环系统压 力降的大小。 5.惰性气体的排放 如前所述，因制取合成氨原料气所用原料和净化方法的不同，在新鲜原料 气中通常含有一定数量的惰性气体，即甲烷和氩。采用循环法时，新鲜原料气 中的氢和氮会连续不断地合成为氨，而惰性气体除一小部分溶解于液氨中被带 出外，大部分在循环气体中积累下来。在工业生产上，为了保持循环气体中惰 性气体含量不致过高，常采用将一部分循环气体连续或间断地排除出氨合成系 统的方法（即放空的方法）。 若循环气中的惰性气体含量维持较低时，对氨的合成有利，但放空气量增 加，相应地增大了氢氮混合气的损失。反之，当控制放空气较少时，就必然使 循环气中的惰性气体含量增加，对氨的合成不利。 氨合成循环系统中的惰性气体通过以下三个途径排出： （1）一小部分从系统中漏损； （2 ）一小部分溶解在液氨中被带走； （3 ）大部分采用放空的办法，即间断或连续地从系统中排放。 在氨的合成系统中，流程中各不同位置的惰性气体含量是不同的，放空位 置应该选择在惰性气体含量最大而氨含量最小的地方，这样放空的损失最小。 由此可见，放空的位置应该选择在氨已大部分分离之后，而又在新鲜气加入之 前。 6.反应热的回收利用 氨的合成反应是放热反应，而且放热量很大，必须因收利用这部分反应热。 目前回收利用反应热的方法主要有以下三种。 （1）预热反应前的氢氮混合气 在塔内设置换热器，用反应后的高温气体预热反应前的氢氮混合气，使其 达到催化剂的活性温度。这种方法热量回收不完全，目前只小型合成氨厂及部 分中型合成氨厂采用这种方法回收利用反应热。 （2 ）预热反应前的氢氮混合气和副产蒸汽 这种方法是既在塔内设置换热器预热反应前的氢氮混合气，又利用余热副 产蒸汽。这种方法热量回收比较完全，同时得到了副产蒸汽，目前中型合成氨 厂应用较多。 （3 ）预热反应前的氢氮混合气和预热高压锅炉给水 反应后的高温气体首先通过塔内的换热器预热反应前的氢氮混合气，然后 再通过塔外的换热器预热高压锅炉给水。这种方法的优点是减少了塔内换热器 的面积，从而减小了塔的体积，同时热能回收完全。目前大型合成氮