一、裝置簡介
(一)裝置發(fā)展及其類型
世界上第一座合成氨生產裝置始于1913年。我國首套合成氨生產裝置建于20世紀30年代。到70年代初，我國運行的合成氨生產裝置絕大多數(shù)仍為以煤(焦)為原料，采用固定床制氣技術的中、小型裝置。世界上，60年代起，大型合成氨生產裝置由于具有工藝流程短、熱利用率高、自動化水平高、單系列、運行時間長等優(yōu)點，得到快速發(fā)展。我國從1973年開始，從美國、日本、法國引進了13套日產合成氨1000t的大型合成氨生產裝置。這些裝置均采用烴類蒸汽轉化制氣工藝技術，其中以天然氣為原料的有10套(其中兩套后來改用輕油)；以輕油為原料的有3套。1978年以后，又引進了以渣油、煤為原料，采用部分氧化制氣工藝技術的大型合成氨生產裝置。
合成氨裝置生產工藝技術因原料制氣、氣體凈化、氨合成工藝不同而有多種工藝技術。原料氣化有：煤(焦)固定床氣化工藝；煤(焦)氣流床氣化工藝；渣油、水煤漿部分氧化制氣工藝；烴類(輕油、天然氣)蒸汽轉化制氣工藝。氣體凈化工藝種類繁多。硫化物脫除分為固定床吸附(如氧化鋅吸附)和溶液吸收(如：乙醇胺法、甲醇法、NHD法)。一氧化碳變換工藝可分耐硫變換工藝和非耐硫變換工藝。二氧化碳脫除可分為化學吸收法(如：G?V法，苯菲爾法)和物理吸收法(如：低溫甲醇法、NHD法)。氣體精制工藝可分為“熱法精制”(甲烷化工藝)和“冷法精制”(低溫液氮洗或深冷凈化工藝)。氨合成工藝按壓力等級，可分為高壓法、中壓法、低壓法；按合成塔的氣體流向，可分為軸向塔和徑向塔；按床層換熱方式，可
分為內部換熱式、中間換熱式和中間冷激式。
世界上，由于合成氨原料成本價格不斷上升，合成氨工藝技術目前向低能耗發(fā)展。出現(xiàn)了多種低能耗合成氨工藝技術。其中，以天然氣為原料的蒸汽轉化低能耗制合成氨裝置，其能耗已降到28CJ／t.NH3的水平。
(二)裝置的單元組成與工藝流程
1，組成單元
合成氨裝置因工藝技術不同，組成的單元也不同。現(xiàn)介紹以烴類蒸汽轉化制氣工藝技術生產合成氨裝置的情況。裝置由硫化物脫除(簡稱脫硫)、烴類蒸汽轉化制氣(簡稱轉化)、一氧化碳變換(簡稱變換)、二氧化碳脫除(簡稱脫碳)、氣體精制(簡稱甲烷化)、氫、氮氣壓縮（簡稱壓縮)、氨的合成(簡稱合成)七個單元組成。各單元介紹如下：
(1)脫硫
烴類原料(天然氣、煉廠氣、輕油等)與氫氣混合進行加氫反應，將原料中的不飽和烴、有機硫化物轉化為飽和烴、硫化氫。再由氧化鋅脫硫劑吸附，除去原料中的硫化物。如原料中硫含量過高，則在脫硫單元中增加予脫硫裝置。
(2)轉化
原料中的碳氫化合物先與蒸汽，后加空氣發(fā)生轉化反應，得到含H2、CO、C02、CH4、N2等的氣體。并回收熱量，產生高壓蒸汽。
一段轉化反應需要的熱量由燃料氣(油)燃燒提供。
(3)變換
轉化氣中CO與水蒸氣反應生成H2和C02。
(4)脫碳
采用碳酸鉀溶液循環(huán)吸收、再生的方法，除去工藝氣中C02，并將再生出來的高濃度C02送到尿素裝置作為原料。
(5)甲烷化
將工藝氣中微量的CO、C02與H2反應生成甲烷，從而得到合成氨生產所需要的純凈的N2、H2氣。
(6)壓縮
通過合成氣壓縮機將工藝氣壓力提高，補充入氨合成循環(huán)回路。并提供氨合成回路氣體循環(huán)需要的動力。
(7)合成
氫、氮氣在高溫、高壓下反應生成NH3。反應后的氣體經冷卻、冷凝分離出液氨，未反應的氫、氮氣與補充的新鮮氣循環(huán)回合成塔。基本循環(huán)流程：合成一熱回收一冷卻一冷凝一氨分離一換熱一循環(huán)升壓一合成。
合成循環(huán)回路中需要的冷量由氨冷凍系統(tǒng)提供。
2．工藝流程
工藝流程說明：工藝原則流程見圖7-1。
工藝流程從原料到氨的合成，共分七個工序。
(1)脫硫
含少量硫化物的原料(天然氣、輕油等)經原料壓縮機(泵)升壓到4MPa(表)，與少量從合成氣壓縮機來的合成氣混合，經加熱，進入加氫反應器，將有機硫化物轉化為H2S。然后進入氧化鋅脫硫槽吸附H2S，使原料氣中的硫含量降到<0．2mg／m3以下。脫硫后的氣體送去轉化。
(2)轉化
脫硫后的氣體與水蒸氣混合進入一段轉化爐爐管內，在鎳催化劑作用下，進行烴類蒸汽轉化反應，出口溫度達800℃左右，出口氣體中CH4含量達8％左右。工藝氣再進入二段轉化爐，與適量空氣混合燃燒，在鎳催化劑作用下，繼續(xù)進行甲烷轉化反應，使出口氣體中甲烷含量降為0．3％。高溫轉化氣再進入廢熱鍋爐，回收熱量，產生高壓蒸汽。
一段轉化爐爐膛內設有頂(或側)壁燒嘴，由燃料氣(油)燃燒，提供轉化反應需要的熱量。
