合成氨生产合成工段工艺研究

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材料。氨合成工业不仅普遍的应用于日常的工业中，它与现代高端技术和国防工业也密切相关，如，火箭生产中所需要的氧化剂和推进剂，我们家庭中电器所用到的冷冻剂，都离不开氨的作用。
合成氨工业的迅速发展也使得许多科学技术部门得到前所未有的发展，比如：烃类燃料的合理利用、催化技术、高压技术、固体燃料气化、低温技术等。另外，以合成氨工业为基础所发展壮大还有如高压聚合、尿素和甲醇合成和石油加氢等工业。由此可见现代化学工业的发展已离不开氨及氨加工工业。
1 氨合成的方法及特点
氨的合成是合成氨生产时的最后一道工序，从合成压力、合成塔结构型式及热回收方面考虑其工艺上的选择。合成时，高压力最有利但能耗高；中压力不论是在技术上还是经济上都比较成熟和稳定，只要在范围15～30 Pa之内，所消耗的功率差别不大。所以，采用中压法是最合理的，也是现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厂的压力一般都在32 MPa，大型氮肥厂的压力较小，在10～20 MPa之间。近年来所研究推出的低温氨催化剂，可有效的降低合成时的压力。
合成反应热回收是节能必需的主要手段之一。多产蒸汽和提高高热回收率的同时，还要考虑到回收蒸汽的压力和过热度。所以，要全面的、统一的针对整体流程进行考虑，应对有价值、价值高的高压过热蒸汽加大投资力度。
液体氨属于合成系统。合成氨的分类通常在工业上的标准是以压力高低来确定的。
1.1 高压法
操作压力70～100 MPa，温度为550 ℃～650 ℃。这种方法能大大提高氨合成效率，并且容易把混合气中的氨分离出来。因此，从这一系列操作中的流程、设备都较为紧凑。但也存在一定缺陷：在这过程中释放出来的大量热量容易导致催化剂温度升高而失去活性，使催化剂寿命减短。
1.2 中压法
操作压力为20～60 MPa，温度450 ℃～550 ℃，中压法在一定程度上继承了高压法的优点，摈弃了低压法的缺点，技术和经济也较成熟和稳定，介于其两者之间，比较中和，是目前为止最合适的选择。总之，只要压力范围控制在15～30 MPa之内，那么所需的功耗基本上没有太大差别，所以中压法在国内外都应用广泛。此次设计我们就选用压力为32 MPa的合成氨流程。
1.3 低压法
操作压力10 MPa左右，温度400 ℃～450 ℃。由于操作压力和温度都比较低，故对设备要求低，容易管理，且催化剂的活性较高，这是此法的优点。但此法所用催化剂对毒物很敏感，易中毒，使用寿命短，因此对原料气的精制纯度要求严格。又因操作压力低，氨的合成效率低，分离较困难，流程复杂。实际工业生产上此法已不采用了。
2 中压法合成氨流程
中压法（压力为32 MPa）合成氨是目前较为常见的方法（见图1），气体从冷交换器出口分二路、一路作为近路、一路进入合成塔一次入口，气体沿内件与外筒环隙向下冷却塔壁后从一次出口出塔，出塔后与合成塔近路的冷气体混合，进入气气换热器冷气入口，通过管间并与壳内热气体换热。
在温度上升之后，冷气口出来的分为五路进入合成塔（其中的三路作为冷激线分别调节合成塔）。二、三、四层（触媒）温度，一路作为塔底副线调节一层温度；另一路为二入主线气体，通过下部换热器管间与反应后的热气体换热、预热后沿中心管进入触媒层顶端，经过四层触媒的反应后进入下部换热器管内，从二次出口出塔、出塔后进入废热锅炉进口，在废热锅炉中副产25 MPa蒸气送去管网，从废热锅炉出来后分成二股，一股进入气气换热器管内与管间的冷气体换热；另一股气体进入锅炉给水预热器在管内与管间的脱盐，脱氧水换热，换热后与气气换热器出口气体会合，一起进入水冷器。
在水冷器内管被管外的循环水冷却后出水冷器，进入氨分离器，部分液氨被分离出来，气体出氨分离器，进入透平循环机入口，经加压后进入循环气滤油器出来后进入冷交换器热气进口。在冷交换器管内被管间的冷气体换热，冷却后出冷交换器与压缩送来经过新鲜气滤油器的新鲜气氢气、氮气会合进入氨冷器，被液氨蒸发冷凝到-5 ℃～-10 ℃，被冷凝的气体再次进入冷交，在冷交下部气液分离，液氨送往氨库气体与热气体换热后再次出塔，进入合成塔再次循环[1]。（如图1）
3 结语
以上对合成氨合成工段的几种方法进行了比较。只要能遵循以下三个原则，才能充分的考虑到在氨合成时，其工艺设备是否满足合成氨的生产。（1）是否利于氨的合成和分离；（2）是否利于催化剂的保护、使用寿命的延长；（3）是否利于回收余热降低能耗。
参考文献
[1]化工设备设计[M].化工出版社.