(3)變換

　　從轉(zhuǎn)化來的氣體溫度約360℃，先進(jìn)入高溫變換爐，反應(yīng)后出口氣體中CO達(dá)3％左右。氣體經(jīng)換熱后，溫度降到220℃，再進(jìn)入低溫變換爐，出口氣體中CO降到0．4％左右。然后去脫碳系統(tǒng)。

　　(4)脫碳

　　變換來的氣體含C0₂約20％，進(jìn)入二氧化碳吸收塔底部，與熱碳酸鉀溶液進(jìn)行逆流接觸吸收。吸收塔出口工藝氣中C0₂下降到<0．1％，經(jīng)分離后進(jìn)人甲烷化系統(tǒng)。

　　碳酸鉀溶液在再生塔內(nèi)通過減壓，加熱再生。再生后的溶液回到吸收塔，循環(huán)使用。再生出來的C0₂氣，降溫后，送往尿素裝置。

　　為提高吸收、再生效率，一般采用兩段吸收、兩段再生。

　　(5)甲烷化

　　脫碳后的氣體經(jīng)換熱后進(jìn)入甲烷化爐，在鎳觸煤作用下，CO和C0₂與H₂反應(yīng)生成CH₄和H₂0。出口氣體中CO加C0₂含量達(dá)lOmg／m³以下，送往壓縮機(jī)入口。

　　(6)壓縮

　　甲烷化來的工藝氣體，壓力為2．5MPa(表)，工藝氣經(jīng)合成氣壓縮機(jī)加壓后送到氨合成系統(tǒng)。一般合成氣壓縮機(jī)采用二段或三段壓縮，用蒸汽透平驅(qū)動(dòng)。其出口壓力視氨合成系統(tǒng)而定，一般為20-25MPa(表)。

　　合成氣壓縮機(jī)高壓缸還設(shè)有一個(gè)循環(huán)段，新鮮氣與循環(huán)氣混合后，經(jīng)循環(huán)段升壓后回到氨合成系統(tǒng)。

　　(7)合成

　　合成氣壓縮機(jī)循環(huán)段出口氣體，經(jīng)換熱后進(jìn)入氨合成塔，在高溫、高壓及催化劑的作用下生成氨。合成塔出口氣體中含NH318％左右，溫度320—350℃，經(jīng)給水加熱器，熱交換器、水冷卻器、氨冷器，降溫到O℃左右，進(jìn)入氨分離器，分離出液氨。分離后的氣體經(jīng)冷交換器、熱交換器提高溫度后，去合成氣壓縮機(jī)循環(huán)段，升壓后繼續(xù)進(jìn)行循環(huán)。分離出來的液氨經(jīng)減壓，解吸出溶于液氨中的氣體后，送到氨罐。

　　為控制循環(huán)氣中的惰性氣體濃度，循環(huán)氣體中排出一部分氣體，吹出氣經(jīng)氨回收，氫回收后，用作燃料。循環(huán)系統(tǒng)中，氨冷器的冷量，由一套氨壓縮機(jī)組成的冷凍系統(tǒng)提供。

　　(三)化學(xué)反應(yīng)過程

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　　2．工藝技術(shù)特點(diǎn)

　　采用烴類蒸汽轉(zhuǎn)化制氣技術(shù)，采用兩段變換、碳酸鉀溶液脫碳、甲烷化氣體凈化技術(shù)以及中壓合成氨技術(shù)，工藝流程短。設(shè)備采用單機(jī)組、單系列，設(shè)備性能可靠，可實(shí)現(xiàn)長周期連續(xù)運(yùn)行。裝置的能量利用較合理，生產(chǎn)過程余熱利用充分，能耗較低。采用集中自動(dòng)控制、自動(dòng)聯(lián)鎖系統(tǒng)，裝置自動(dòng)化水平高，操作安全可靠性高。

　　(五)催化劑

　　合成氨裝置工藝過程中采用了加氫催化劑、硫吸收劑、一段轉(zhuǎn)化催化劑、二段轉(zhuǎn)化催化劑、高溫變換催化劑、低溫變換催化劑、甲烷化催化劑、氨合成催化劑共八種催化劑。催化劑由于型號(hào)不同、生產(chǎn)配方不同，其性能、特性也不同。各種催化劑的一般組成見表7—2。

二、重點(diǎn)部位及設(shè)備

　　(一)重點(diǎn)部位

　　1．轉(zhuǎn)化系統(tǒng)

　　轉(zhuǎn)化系統(tǒng)由一段轉(zhuǎn)化爐、二段轉(zhuǎn)化爐、廢熱鍋爐以及燃料燃燒、煙氣廢熱回收設(shè)備組成。高溫設(shè)備集中，一段爐爐膛高達(dá)1300℃，二段爐出口950℃，廢熱鍋爐產(chǎn)生1OMPa(表)高壓蒸汽。設(shè)備內(nèi)為易燃、易爆氣體，壓力達(dá)4MPa(表)。

　　轉(zhuǎn)化系統(tǒng)是裝置中的高溫區(qū)，其特點(diǎn)是高溫、高壓、易燃、易爆、有毒。若發(fā)生超溫，易造成設(shè)備損壞，工藝氣體泄漏，而引發(fā)重大火災(zāi)，爆炸事故。

　　2．合成系統(tǒng)

　　合成系統(tǒng)由合成塔、水加熱器、熱交換器、冷交換器、水冷器、氨冷器、氨分離器等高壓設(shè)備組成。是裝置中高壓設(shè)備集中的區(qū)域。設(shè)備壓力等級(jí)一般為20-25MPa(表)。設(shè)備內(nèi)工藝介質(zhì)為H₂、N₂、NH₃等。

　　由于壓力高，設(shè)備發(fā)生泄漏，易造成火災(zāi)、中毒、爆炸事故。如設(shè)備存在缺陷或產(chǎn)生氫脆、產(chǎn)生裂紋，在發(fā)生物理爆炸的同時(shí)，還可發(fā)生化學(xué)爆炸，往往造成災(zāi)難性的后果。

　　(二)重點(diǎn)設(shè)備

　　1．一段轉(zhuǎn)化爐

　　一段轉(zhuǎn)化爐承擔(dān)著將原料烴類與蒸汽發(fā)生反應(yīng)制取原料氣的任務(wù)。其操作、運(yùn)行是否正常影響到整個(gè)裝置的安全運(yùn)行，是裝置中結(jié)構(gòu)復(fù)雜，操作條件苛刻的關(guān)鍵設(shè)備。一段轉(zhuǎn)化爐由輻射段、對(duì)流段及燃料系統(tǒng)組成。輻射段一般有幾百根轉(zhuǎn)化爐管，爐管內(nèi)裝填催化劑，烴類與水蒸氣在爐管內(nèi)反應(yīng)。爐管外用燃料氣(油)燃燒形成的火焰直接加熱，爐管外壁溫度高達(dá)900～950℃，爐管內(nèi)壓力為4MPa(表)，運(yùn)行條件比較苛刻。對(duì)流段為有效回收熱能，采用多種工藝物料與煙氣換熱，換熱方式較復(fù)雜。一段轉(zhuǎn)化爐在生產(chǎn)中，如發(fā)生催化劑中毒、結(jié)碳，水碳比失調(diào)，燃料系統(tǒng)故障、爐管超溫等都可造成事故。如發(fā)生設(shè)備損壞、泄漏還可引發(fā)重大火災(zāi)、爆炸事故。

　　2．壓縮透平機(jī)組

　　合成氨裝置有合成氣壓縮機(jī)、氨氣壓縮機(jī)、工藝空氣壓縮機(jī)、原料氣壓縮機(jī)四大機(jī)組，采用離心式多級(jí)壓縮機(jī)組，用蒸汽透平驅(qū)動(dòng)。原料氣壓縮機(jī)壓縮氣體為天然氣或干氣，出口；壓力4MPa(表)；氨氣壓縮機(jī)壓縮氣氨，出口壓力1．6—1．8MPa(表)；工藝空氣壓縮機(jī)壓縮空氣，出口壓力4MPa(表)；最重要的是合成氣壓縮機(jī)，壓縮氣體為H₂、N₂氣體，出口壓力一般為20—25MPa(表)，采用10MPa(表)高壓蒸汽透平驅(qū)動(dòng)，轉(zhuǎn)速可達(dá)11000r／min，被稱為合成氨裝置的“心臟”。

　　大機(jī)組一般在高溫、高壓、高轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，密封、潤滑條件要求高，調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)復(fù)雜。運(yùn)行中如發(fā)生喘振、氣體帶液、軸瓦磨損、密封損壞、軸位移高等都可造成機(jī)組故障。由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)保養(yǎng)、檢修安裝要求高。如維護(hù)不當(dāng)，檢修安裝未達(dá)到精度標(biāo)準(zhǔn)，也容易發(fā)生設(shè)備故障。而四大機(jī)組均為單系列運(yùn)行，無備用機(jī)組，任何一臺(tái)機(jī)組的停機(jī)，都可造成全裝置停車。而且泄漏出來的NH₃、H₂、N₂，原料氣還可造成重大的火災(zāi)、爆炸、中毒事故。

　　3．合成塔

　　合成塔是裝置的主要設(shè)備，氫氣與氮?dú)庠诤铣伤?nèi)反應(yīng)生成氨。合成塔是高溫、高壓設(shè)備，工作壓力20～25MPa(表)，反應(yīng)溫度500℃左右。由承受高壓的外殼及承受高溫的內(nèi)件組成。內(nèi)件由熱交換器及觸煤筐組成，觸煤筐內(nèi)充填合成觸煤，內(nèi)件結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。

　　合成塔運(yùn)行中，如發(fā)生觸煤中毒、觸煤超溫、入塔H₂／N₂比失調(diào)等，可造成裝置運(yùn)行不正常或停車。塔內(nèi)件如壓差過大，可引起內(nèi)件變形，而造成重大設(shè)備事故。

　　氮?dú)?、氫氣在高溫、高壓下?huì)對(duì)金屬材料發(fā)生滲氮、氫脆脫碳腐蝕。外殼發(fā)生超溫，是十分危險(xiǎn)的，可使設(shè)備材料遭受破壞，造成災(zāi)難性的后果。