一、装置简介

　　(一)装置发展及其类型

　　世界上第一座合成氨生产装置始于1913年。我国首套合成氨生产装置建于20世纪30年代。到70年代初，我国运行的合成氨生产装置绝大多数仍为以煤(焦)为原料，采用固定床制气技术的中、小型装置。世界上，60年代起，大型合成氨生产装置由于具有工艺流程短、热利用率高、自动化水平高、单系列、运行时间长等优点，得到快速发展。我国从1973年开始，从美国、日本、法国引进了13套日产合成氨1000t的大型合成氨生产装置。这些装置均采用烃类蒸汽转化制气工艺技术，其中以天然气为原料的有10套(其中两套后来改用轻油)；以轻油为原料的有3套。1978年以后，又引进了以渣油、煤为原料，采用部分氧化制气工艺技术的大型合成氨生产装置。

　　合成氨装置生产工艺技术因原料制气、气体净化、氨合成工艺不同而有多种工艺技术。原料气化有：煤(焦)固定床气化工艺；煤(焦)气流床气化工艺；渣油、水煤浆部分氧化制气工艺；烃类(轻油、天然气)蒸汽转化制气工艺。气体净化工艺种类繁多。硫化物脱除分为固定床吸附(如氧化锌吸附)和溶液吸收(如：乙醇胺法、甲醇法、NHD法)。一氧化碳变换工艺可分耐硫变换工艺和非耐硫变换工艺。二氧化碳脱除可分为化学吸收法(如：G•V法，苯菲尔法)和物理吸收法(如：低温甲醇法、NHD法)。气体精制工艺可分为“热法精制”(甲烷化工艺)和“冷法精制”(低温液氮洗或深冷净化工艺)。氨合成工艺按压力等级，可分为高压法、中压法、低压法；按合成塔的气体流向，可分为轴向塔和径向塔；按床层换热方式，可

　　分为内部换热式、中间换热式和中间冷激式。

　　世界上，由于合成氨原料成本价格不断上升，合成氨工艺技术目前向低能耗发展。出现了多种低能耗合成氨工艺技术。其中，以天然气为原料的蒸汽转化低能耗制合成氨装置，其能耗已降到28CJ／t.NH₃的水平。

　　(二)装置的单元组成与工艺流程

　　 1，组成单元

　　合成氨装置因工艺技术不同，组成的单元也不同。现介绍以烃类蒸汽转化制气工艺技术生产合成氨装置的情况。装置由硫化物脱除(简称脱硫)、烃类蒸汽转化制气(简称转化)、一氧化碳变换(简称变换)、二氧化碳脱除(简称脱碳)、气体精制(简称甲烷化)、氢、氮气压缩（简称压缩)、氨的合成(简称合成)七个单元组成。各单元介绍如下：

　　 (1)脱硫

　　烃类原料(天然气、炼厂气、轻油等)与氢气混合进行加氢反应，将原料中的不饱和烃、有机硫化物转化为饱和烃、硫化氢。再由氧化锌脱硫剂吸附，除去原料中的硫化物。如原料中硫含量过高，则在脱硫单元中增加予脱硫装置。

　　(2)转化

　　原料中的碳氢化合物先与蒸汽，后加空气发生转化反应，得到含H₂、CO、C0₂、CH₄、N₂等的气体。并回收热量，产生高压蒸汽。

　　一段转化反应需要的热量由燃料气(油)燃烧提供。

　　(3)变换

　　转化气中CO与水蒸气反应生成H₂和C0₂。

　　(4)脱碳

　　采用碳酸钾溶液循环吸收、再生的方法，除去工艺气中C0₂，并将再生出来的高浓度C0₂送到尿素装置作为原料。

　　(5)甲烷化

　　将工艺气中微量的CO、C0₂与H₂反应生成甲烷，从而得到合成氨生产所需要的纯净的N₂、H₂气。

　　(6)压缩

　　通过合成气压缩机将工艺气压力提高，补充入氨合成循环回路。并提供氨合成回路气体循环需要的动力。

　　(7)合成

　　氢、氮气在高温、高压下反应生成NH₃。反应后的气体经冷却、冷凝分离出液氨，未反应的氢、氮气与补充的新鲜气循环回合成塔。基本循环流程：合成一热回收一冷却一冷凝一氨分离一换热一循环升压一合成。

　　合成循环回路中需要的冷量由氨冷冻系统提供。

　　2．工艺流程

　　工艺流程说明：工艺原则流程见图7-1。

　　工艺流程从原料到氨的合成，共分七个工序。

　　(1)脱硫

　　含少量硫化物的原料(天然气、轻油等)经原料压缩机(泵)升压到4MPa(表)，与少量从合成气压缩机来的合成气混合，经加热，进入加氢反应器，将有机硫化物转化为H₂S。然后进入氧化锌脱硫槽吸附H2S，使原料气中的硫含量降到<0．2mg／m³以下。脱硫后的气体送去转化。

　　(2)转化

　　脱硫后的气体与水蒸气混合进入一段转化炉炉管内，在镍催化剂作用下，进行烃类蒸汽转化反应，出口温度达800℃左右，出口气体中CH₄含量达8％左右。工艺气再进入二段转化炉，与适量空气混合燃烧，在镍催化剂作用下，继续进行甲烷转化反应，使出口气体中甲烷含量降为0．3％。高温转化气再进入废热锅炉，回收热量，产生高压蒸汽。

　　一段转化炉炉膛内设有顶(或侧)壁烧嘴，由燃料气(油)燃烧，提供转化反应需要的热量。