合成氨工段5.2合成氨概述氨合成是合成氨生产的最后一个工序，这个工序的好坏关系到整个合成氨装置的发挥能力，投入产出的效果以及芎牡母叩汀?直接合成氨其化学方程式非常简单：3H2+N2〓2NH3+Q从化学平衡的角度出发，反应后气体体积缩小一半，无疑提高压力可以促使反应想右进行。世界上第一个研究成功合成氨技术并付诸实现的是德国卡斯鲁荷技术大学的哈伯（FritzHaber）教授。在没有好的催化剂的情况下，该直接反应在较高温度、高压下的合成率也非常低。但是哈伯教授认为氨的生产不像制造硫酸那样，几乎全部的二氧化硫都可以转化成硫酸。哈伯通过实验得出结论，认为虽然氨合成的转化率非常小，只要把高压气体进行循环并且除去生成的氨，直接合成的技术方法是可行的。1908年底，哈伯将这一著名的“循环法”申请了专利，大致包括下列内容：气体通过高温催化剂，低温除氨，补充新鲜气候再次循环通过高温催化剂，全过程在压力下进行；进出催化剂床的冷、热气体进行热交换；蒸发成品氨来冷却合成气。这些内容一直被应用到现今的合成氨厂。合成氨的工业化催化剂的寻找也花费了极大的努力，并最终获得成功。当年布什等人通过协同攻关，优化出用碱性促进剂的磁铁矿并添加有氧化铝及氧化钙的氨催化剂。但年严谨而过细的工作，使得这种催化剂沿用至今，虽然历经不断的改进，但其本质未变。合成Ⅱ工艺系统φ1000氨合成装置时玉龙化工引进目前全国较先进的湖南安淳公司的ⅢJ―99型合成塔内件的基础上，由玉龙化工自行组织工程设计和施工建成的。该装置由氨合成、合成余热回收、氨分离三个主要单元组成，设备结构和工艺流程上采用了高效的换热和分离技术，提高氨合成化学热的回收等有效方法，力求达到更低的能耗和更好的经济效益。5.1氨的性质氨在标准状态下是无色气体，具有特异的刺激性臭味，能刺激人体器官的粘膜，居住区大气中的最高溶解度为0.030mg/L。液氨的密度比水小，而气氨的密度比空气低。在20℃下，将氨气加压到0.87MPa时，则液化为无色的液氨。液氨与水一样，为极性很强的分子结合体，是一种良好的溶剂。很多物质能溶解在液氨中并呈现与溶于水中一样的解离。氨本身极易溶于水、醇类、丙酮、三氯甲烷、苯等溶剂中。氨在水中的溶解度很大，溶解时放出大量的热。氨在常温时相当稳定，在高温、电火花或紫外光的作用下，可分解为氢和氮。氨具有强烈的腐蚀性、刺激性，具有毒性，所以生产实习过程中要注意。氨的输送管道一般为涂有黄色油漆的管道。合成Ⅱ工艺流程由氢氮压缩机六段送来的合格补充气（P>25.0MPa，T≤40℃，CO2+CO<25pm），进入补充气油分A、B除去油污和水分后，加入冷交出口（1.分离油水；2.防止，与合成气汇合之后进入氨补充气中的少量CO2与NH3形成结晶造成氨分堵塞）冷凝器高压列管内，管间用液氨蒸发吸热，混合气被冷至0~-5℃，使气体中的部分气氨冷凝成液氨，气液混合物进入氨分离器，将液氨分离出来，液氨经减压至2.1MPa送往氨罐。气体出氨分则进入冷交换热列管内，将冷量传递给水冷器出口气体，混合气再进入循环机，补压后进入缓冲分离器，除油水后，分成两部分：一小部分（约总量气体的5%~10%）直接进入合成塔底部，另一部分进入塔外换热器管间加热至185℃~190℃，出塔外换热器之后又分成两部分：以小部分（约总气量20%~30%）的热气与5%~10%的冷气汇合进入合成塔，由下而上通过内件与外壳的环隙，从塔顶部进入冷管束，被管外热气加热至250℃，上升至菱形分布器（即冷激分气盒），进入催化剂第二层；另一部分热气从塔顶依次进入塔内换热器和中心管温度达360~370℃，进入第一层催化剂床层反应，温度达与470~480℃，进入菱形分布器与冷管束的分流气混合，依次进入第二、三、四催化剂床层反应，温度达430~440℃。合成后的气体出塔前进入塔内列管内，将热量传递给管间进塔气，温度降至310~340℃，再从底部出塔（即二出气）进入余热锅炉管内，管间用锅炉水冷却至副产13kgf/cm2中压蒸汽气体，合成气温度则降至190~200℃后进入塔外换热器列管内，以加热进塔气体，出塔气温度约75℃，进入水冷器，经水冷器降温至35℃进入冷交换热器间吸收冷量，将气体中的大部分气氨冷凝成液态氨，并通过塔内旋流分离出液氨，减压至<2.1MPa，送往氨罐。分离氨后的气体称为循环气出冷交换热器后和补充气汇合进入氨冷器，继续下一个循环。5.3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，以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，以减少循环气的动力损耗。在结构上应力求简单可靠，并满足高温高压的要求。反应床层的降温方式鉴于氨合成最佳反应温度随氨含量增大而降低，这就要求随着