［摘  要］通過(guò)與當(dāng)前國(guó)際合成塔技術(shù)進(jìn)行比較，介紹了ⅢJD系統(tǒng)及內(nèi)件技術(shù)的設(shè)計(jì)思想，內(nèi)件的結(jié)構(gòu)特性及優(yōu)點(diǎn)，ⅢJD技術(shù)的推廣應(yīng)用情況等。

［關(guān)鍵詞］氨合成；內(nèi)件；技術(shù)

    氨是最為重要的基礎(chǔ)化工產(chǎn)品之一，其產(chǎn)量居各種化工產(chǎn)品的首位。合成氨同時(shí)也是能源消耗的大戶(hù)，世界上大約有10％的能源用于生產(chǎn)合成氨。我國(guó)為合成氨生產(chǎn)大國(guó)，擁有超過(guò)500家的大、中、小型合成氨企業(yè)。但就單套系統(tǒng)的產(chǎn)量而言，均無(wú)法和國(guó)外的單套系統(tǒng)、單產(chǎn)量相比，近年來(lái)，國(guó)內(nèi)的合成氨企業(yè)能力不斷擴(kuò)大，大家都向著“大型化、低能耗、清潔生產(chǎn)、長(zhǎng)周期運(yùn)行”方向發(fā)展，由此整合著我國(guó)合成氨生產(chǎn)資源的分配，也分配著能源。

    湖南安淳高新技術(shù)有限公司從事合成氨工業(yè)技術(shù)的開(kāi)發(fā)和節(jié)能型氨合成系統(tǒng)技術(shù)研究20多年，在全國(guó)合成氨行業(yè)率先開(kāi)發(fā)了31.4MPa壓力級(jí)的DN1200、DN1400、DN1600、DN1800、DN2000、DN2200系統(tǒng)。目前正在進(jìn)行更大型化低壓合成技術(shù)的開(kāi)發(fā)和多級(jí)合成系統(tǒng)的工程實(shí)施。正在推進(jìn)著單套合成氨裝置大型化和高產(chǎn)化的國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程，將我國(guó)的合成氨技術(shù)和世界合成氨先進(jìn)技術(shù)“接軌”，開(kāi)發(fā)了與我國(guó)合成氨造氣方法和造氣水平相配套、有中國(guó)特色的合成氨技術(shù)。特別是氨合成系統(tǒng)及合成反應(yīng)器內(nèi)件的設(shè)計(jì)，從系統(tǒng)流程的設(shè)置、各工藝設(shè)備的設(shè)計(jì)等方面“獨(dú)辟溪徑”，創(chuàng)造了多項(xiàng)專(zhuān)利及專(zhuān)有技術(shù)。

    目前，安淳公司配套和設(shè)計(jì)的合成系統(tǒng)，單套合成氨能力達(dá)1000 t/d，近期將投產(chǎn)運(yùn)行。筆者作為技術(shù)參與者，下面對(duì)我公司利用獨(dú)有的專(zhuān)利技術(shù)開(kāi)發(fā)的氨合成系統(tǒng)及氨塔反應(yīng)器內(nèi)件進(jìn)行介紹。

1.1  70年代至90年代的氨合成技術(shù)回顧

    國(guó)外著名的合成氨技術(shù)及產(chǎn)品供應(yīng)商有英國(guó)ICl、德國(guó)Uhde、德國(guó)Braun公司、德國(guó)Linde公司、丹麥Topsφe、美國(guó)Kellogg等公司。在合成氨系統(tǒng)全套工藝技術(shù)開(kāi)發(fā)和氨合成塔及合成塔高壓回路上，相繼開(kāi)發(fā)出各具特色的工藝技術(shù)。具有大型化、系列化、能源綜合利用科學(xué)化等諸多優(yōu)點(diǎn)。其中有很多不乏為經(jīng)典之作。

    我國(guó)合成氨工業(yè)進(jìn)入大型化是從上世紀(jì)70年代開(kāi)始的，當(dāng)時(shí)國(guó)家在經(jīng)濟(jì)十分困難的條件下引進(jìn)了13套合成氨裝置，引進(jìn)的裝置涵蓋上述各個(gè)公司的技術(shù)，可以稱(chēng)之為集當(dāng)時(shí)國(guó)際上合成氨新技術(shù)之大全。

    當(dāng)時(shí)，氨合成反應(yīng)器最具有代表性的為Kellogg公司的“K”型氨合成塔，該塔為四床或三床全冷激式塔；再有Braun公司的二塔或三塔氨合成系統(tǒng)，Braun流程中三個(gè)合成塔均為絕熱層塔，第一合成塔出口配置工藝氣加熱器，第二和第三合成塔出口安裝有廢熱鍋爐，回收合成塔出口反應(yīng)氣熱量，產(chǎn)生高壓蒸汽（13.03MPa、溫度331℃）；還有Uhde公司的三床全徑向型（第三徑向床出口無(wú)換熱器）氨合成塔，Lurgi公司的二床全徑向型合成塔等塔型。當(dāng)時(shí)國(guó)際國(guó)內(nèi)的大型合成氨裝置大部分為立式塔型。我國(guó)引進(jìn)合成氨裝置中以Kellogg公司的冷激式氨合成塔較多，這種大型的塔（180 kt/a，15MPa合成回路壓力，DN3200的塔型）以塔直徑大、催化劑裝填量多、運(yùn)行的“空速”小等方式來(lái)實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)量。

    著名的Braun流程和合成塔則采用三個(gè)立式的絕熱型催化劑筐，每個(gè)塔外設(shè)換熱器或蒸汽過(guò)熱器對(duì)反應(yīng)氣降溫和回收反應(yīng)熱，這也是用較多的催化劑來(lái)實(shí)現(xiàn)較高的氨凈值，進(jìn)而減少循環(huán)量和提高熱回收率的方法，也為簡(jiǎn)化合成塔反應(yīng)器結(jié)構(gòu)、提高熱回收率、提高氨凈值等創(chuàng)造了一種經(jīng)典的流程及設(shè)計(jì)思路。

1.2  90年代以來(lái)氨合成技術(shù)的發(fā)展及思維走向

    進(jìn)入90年代以來(lái)，隨著能源的緊張，也隨著新技術(shù)新材料的不斷出現(xiàn)，各個(gè)著名合成氨公司又從新材料、及新型催化劑入手，創(chuàng)造了更加完美的新型流程和氨合成反應(yīng)器。具有代表性的低能耗制氨工藝有4種：Kellogg公司的KREP工藝、Braun公司的低能耗深冷凈化工藝、UHDE-ICI-AMV工藝、Topsφe工藝和S-200、S-50型氨合成塔及S-250型的串塔工藝；也有Uhde公司大能力的三塔雙級(jí)壓力氨合成圈流程及三床均為徑向流的合成塔，這種流程及配合的雙級(jí)壓力回路最高日產(chǎn)達(dá)到了3300t；另外還有KBR流程和臥式橫向流氨合成塔；還有一直堅(jiān)持采用軸徑向流合成塔工藝的Casale合成塔及流程。

    這些公司對(duì)合成塔及合成回路流程的改進(jìn)，都是在大型化、降低回路及氨合成塔塔阻力降、徑向流的設(shè)置等方面開(kāi)展工作。輔以采用新型催化劑，使合成回路的運(yùn)行效率更高、熱回收量更多、回收的蒸汽品位更高。同時(shí)單系統(tǒng)的產(chǎn)量也遂步上升，目前最大氨合成回路的單套生產(chǎn)能力達(dá)3300t/d以上。

    總結(jié)來(lái)看，主要從下述幾方面著手進(jìn)行技術(shù)革新。

    ① 從全系統(tǒng)（從造氣崗位開(kāi)始至合成氨工序）著手，開(kāi)發(fā)系統(tǒng)總能耗低的制氨工藝技術(shù)。主要以節(jié)能降耗為目的，立足于改進(jìn)和發(fā)展工藝單元技術(shù)。

    ② 注重凈化技術(shù)，創(chuàng)造進(jìn)入合成高壓圈氣體凈化度高、惰氣含量少的反應(yīng)氣氣源。諸如采用低溫甲醇洗串深冷凈化工藝、分子篩凈化工藝等技術(shù)。

    ③ 注重降低回路阻力，也更注重采用小顆粒催化劑和廣泛采用徑向流技術(shù)，提高氨凈值、減少循環(huán)量和提高熱回收率。

    ④ 隨著機(jī)械制造技術(shù)和材料技術(shù)水平的提高，在氨合成回路的壓力級(jí)選擇上，也不一味地降低氨合成回路的工作壓力。各公司結(jié)合合成氨總體流程，開(kāi)發(fā)了有11MPa壓力級(jí)的氨合成工序，也有14.8MPa、19.5MPa、21MPa等壓力級(jí)的合成工序。如Uhde公司采用了兩個(gè)不同壓力級(jí)進(jìn)行組合的回路技術(shù)，最高級(jí)的回路工作壓力達(dá)到了21MPa。

    ⑤ 采用多塔串聯(lián)的方式來(lái)提高回路產(chǎn)量。由于受運(yùn)輸及制造水平等限制，合成塔大到一定尺寸后，制造成本和運(yùn)輸價(jià)格將顯著上升。為了提高回路產(chǎn)量，使裝置特大型化，運(yùn)用了多種串塔的流程。這些有傳統(tǒng)的Braun三塔或雙塔串聯(lián)流程，也有Topsφe公司的S-250型流程，這種流程是在S-200合成塔反應(yīng)器后串上一個(gè)S-50的合成塔，每反應(yīng)器配上相應(yīng)的熱回收系統(tǒng)，組成串聯(lián)塔回路，更加精妙的設(shè)計(jì)組合有德國(guó)Uhde公司的雙壓力級(jí)、三塔串聯(lián)流程及合成塔技術(shù)。上述流程及塔型均可達(dá)到回路產(chǎn)量在2000t/d以上，最高已經(jīng)達(dá)到3300t/d的水平。

    ⑥采用釕基催化劑提高合成效率。這是為提高系統(tǒng)產(chǎn)量進(jìn)行的革命性工作，使合成塔的氨凈值提高，采用各種新型催化劑，特別是釕基型催化劑，氨凈值比傳統(tǒng)的催化劑提高5%以上。

    ⑦ 利用燃?xì)馔钙胶驼羝�透平作為�?dòng)力的離心式壓縮機(jī)和離心式循環(huán)機(jī)，有效地整合和利用工藝及原料系統(tǒng)的動(dòng)力，進(jìn)而降低整個(gè)合成氨系統(tǒng)的綜合能耗。

    ⑧ 提高裝置生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)率、延長(zhǎng)運(yùn)行周期。包括工藝優(yōu)化技術(shù)、先進(jìn)的控制技術(shù)和控制手段等技術(shù)的使用。

    ⑨ 大型化、集成化、自動(dòng)化，使系統(tǒng)具有經(jīng)濟(jì)規(guī)模，成為低能耗與環(huán)境更友好的合成氨裝置。

    通過(guò)采用上述改造思路，前期引進(jìn)的合成氨裝置，在原料路線和動(dòng)力路線上也進(jìn)行了新技術(shù)改造工作，特別是在合成氨回路及氨合成塔的改造方面下了大的力氣，基本上將原來(lái)的Kellogg全軸向冷激型氨合成塔改造成徑向流和段間換熱型，有效地降低了回路阻力，提高了產(chǎn)量，節(jié)約了能耗。

    我國(guó)引進(jìn)的大型合成氨廠總的生產(chǎn)能力僅占合全國(guó)合成氨總能力的1/4左右，其余產(chǎn)量靠幾百家中小合成氨廠來(lái)生產(chǎn)，由于受原料和工藝路線的限制，能耗相對(duì)較高。

    我國(guó)中小合成氨廠絕大部分以煤焦為原料。造氣工藝幾乎全部為UGI爐型的造氣工藝，系統(tǒng)后續(xù)工藝的配套大部分為銅洗凈化精制、31.4MPa壓力級(jí)的氨合成回路，這樣就構(gòu)成了我國(guó)合成氨工業(yè)大部分廠家的特定工藝條件。由于我國(guó)資源的限制，我們長(zhǎng)期面對(duì)的現(xiàn)實(shí)是以煤為原料的合成氨廠技術(shù)改造如何做，達(dá)到什么技術(shù)水平和能耗水平。

當(dāng)然，如果均用水煤漿制氣或粉煤制氣，凈化和壓縮等工序?qū)⑦M(jìn)行配套改造，這要投入大量的資金，顯然，在近期是不可能大面積實(shí)現(xiàn)的。

    由于大部分廠家采用31.4MPa壓力級(jí)的合成工藝，受壓縮機(jī)的限制，裝置增產(chǎn)也必須沿著原來(lái)的特定工藝條件進(jìn)行。這樣，氨合成工段的改造在一個(gè)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，也必須在這種特有的工藝環(huán)境下進(jìn)行。

    ⅢJD系列大直徑、高產(chǎn)量型氨合成技術(shù)是湖南安淳高新技術(shù)有限公司在總結(jié)ⅢJ系列系統(tǒng)及氨合成塔內(nèi)件在全國(guó)合成氨行業(yè)400多臺(tái)套運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，汲取90年代以來(lái)國(guó)際先進(jìn)技術(shù)以及國(guó)內(nèi)引進(jìn)的大型氨廠合成塔運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的新技術(shù)。

    本技術(shù)主要立足于我國(guó)現(xiàn)行的合成氨工業(yè)條件，依據(jù)我國(guó)的合成氨相關(guān)設(shè)備、相關(guān)材料及相關(guān)催化劑條件開(kāi)發(fā)的。隨著合成氨工業(yè)的發(fā)展，本技術(shù)也在“與時(shí)俱進(jìn)”，目前已經(jīng)發(fā)展到日產(chǎn)合成氨能力超過(guò)1000t，采用較高的合成塔出口溫度，使回收的蒸汽壓力更高、生產(chǎn)能力更大，系統(tǒng)運(yùn)行壓力低壓化，也進(jìn)行多塔串聯(lián)等。其內(nèi)容和形式上有別于國(guó)外的同類(lèi)型工藝，這些技術(shù)完全是有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、立足于國(guó)內(nèi)現(xiàn)成工藝的技術(shù)。在行業(yè)中運(yùn)用取得了較好的效果。

    氨合成反應(yīng)是一個(gè)在有催化劑存在、高溫、高壓可逆的放熱反應(yīng)，理論上生成1mol氨,合成反應(yīng)放熱量在450℃時(shí)可達(dá)到54.4 kmol；由于受催化劑反應(yīng)活性及平衡等因素影響，生產(chǎn)過(guò)程中采用了氣體循環(huán)生產(chǎn)的方法，為提高系統(tǒng)回收氨的水平，運(yùn)用了冷凍降溫和低溫分氨的方式。因而，合成氨系統(tǒng)可以視為一個(gè)集反應(yīng)、換熱、冷凍、分離、系統(tǒng)動(dòng)力循環(huán)多單元的系統(tǒng)。

    最理想化的狀態(tài)是要求盡量多回收反應(yīng)熱，少用冷凍量、多回收冷量及熱量，盡量減少循環(huán)量。要達(dá)到這些優(yōu)化條件，設(shè)置好系統(tǒng)流程及設(shè)計(jì)好系統(tǒng)工藝條件最為關(guān)鍵。3.1  ⅢJD氨合成系統(tǒng)的基本流程（圖1）

圖1  ⅢJD氨合成系統(tǒng)流程

 

    流程敘述：從循環(huán)機(jī)來(lái)經(jīng)過(guò)氨分離后的合成循環(huán)氣再經(jīng)過(guò)循環(huán)機(jī)出口油分離器分離油滴后，氣體分成兩路：一路直接進(jìn)入合成塔的環(huán)隙，對(duì)合成塔的外殼進(jìn)行冷卻，以保護(hù)合成塔外殼，免超溫導(dǎo)致高壓條件下材料的“氫蝕”，保證合成塔的運(yùn)行安全；另一路進(jìn)入合成塔外的熱交換器，和合成塔反應(yīng)后經(jīng)過(guò)廢鍋的氣體換熱，加熱合成塔入塔氣。加熱后的氣體經(jīng)合成塔下部換熱器后進(jìn)入合成塔上層“零米”層，與段間換熱器來(lái)的氣體溫合進(jìn)入催化劑床進(jìn)行反應(yīng)，經(jīng)一段、二段反應(yīng)后進(jìn)入第三段，這一段為一個(gè)間接換熱型的徑向反應(yīng)段，經(jīng)過(guò)此段反應(yīng)后再進(jìn)入絕熱的第四段反應(yīng)，經(jīng)下部換熱器出塔。另一股調(diào)溫用氣是和經(jīng)過(guò)合成塔環(huán)隙的冷氣匯合，這股氣體首先從合成塔上部出來(lái)，再與熱交換器出來(lái)的熱氣進(jìn)行混合，組成的混合氣再進(jìn)入合成塔的段間換熱器，調(diào)節(jié)合成塔第三段的溫度，然后進(jìn)入合成塔“零米”層。這股氣與經(jīng)過(guò)合成塔內(nèi)下部換熱器換熱出來(lái)的氣體一道進(jìn)入催化劑床反應(yīng)；出合成塔后的氣體，依次進(jìn)入設(shè)置在塔外的廢熱鍋爐、熱交換器管內(nèi)，與未反應(yīng)循環(huán)氣換熱，再進(jìn)入水冷卻器管內(nèi)進(jìn)行冷卻。冷卻后氣體進(jìn)入冷交換器管間，與氨冷來(lái)的冷循環(huán)氣冷熱交換后，氣體得到了比水冷更進(jìn)一步的冷卻，冷卻后的氣體再在冷交的下部分離段進(jìn)行分離，分離掉70%以上的液氨。分離后的氣體出冷交換器后進(jìn)入氨冷卻器管間（如為二級(jí)氨冷器，則串聯(lián)逐級(jí)進(jìn)行冷卻），氨冷后的氣體和壓縮來(lái)的新鮮氣混合（如果用分子篩進(jìn)行新鮮氣處理，補(bǔ)氣可以直接進(jìn)入氨合成塔）再進(jìn)入氨分離器再次分離液氨；氨分后氣體再進(jìn)入冷交換器管內(nèi)，與反應(yīng)后的循環(huán)氣換熱后進(jìn)入循環(huán)機(jī)系統(tǒng)補(bǔ)壓循環(huán)，這樣就完成了一個(gè)氣體循環(huán)過(guò)程。循環(huán)氣中積累的CH₄、Ar等惰性氣體在水冷的一次出口處弛放，以保證循環(huán)氣中惰氣含量在控制指標(biāo)內(nèi)。

    按上述流程進(jìn)行分析，我們將合成系統(tǒng)按功能分為四個(gè)單元。第一個(gè)單元為反應(yīng)器單元，這里利用ⅢJD高效氨合成反應(yīng)器來(lái)實(shí)現(xiàn)氨合成，本身進(jìn)行系統(tǒng)內(nèi)部反應(yīng)熱平衡，達(dá)到高的氨凈值、低的循環(huán)量運(yùn)行之目的，反應(yīng)效率是否能提高、催化劑利用率是否高均與本反應(yīng)器內(nèi)件的設(shè)計(jì)水平有關(guān)。第二個(gè)單元為熱回收單元，本單元的主要目的是將合成反應(yīng)熱盡可能地在廢熱鍋爐和熱交換器得到回收，達(dá)到多生產(chǎn)高品位蒸汽的同時(shí)，將相對(duì)低位能的熱量加以回收，以保證合成塔自身的熱平衡，并使反應(yīng)后循環(huán)氣進(jìn)入水冷卻器的溫度最低。第三個(gè)單元為冷回收單元，本單元兩個(gè)功能，第一個(gè)功能是將合成氨的循環(huán)氣進(jìn)行冷凍，達(dá)到相應(yīng)條件下循環(huán)氣的液氨分離量最大，也就是說(shuō)達(dá)到進(jìn)入氨合成塔的入口氨含量盡量低，另一功能是將液氨氣化而產(chǎn)生的冷量進(jìn)行回收，保證冷量在冷交部分回收得盡量多，以減少氨冷器加入冷凍劑（液氨）的量，確保出冷交換器的冷氣溫度盡量高一點(diǎn)，這樣冷量就得到極大的回收，減少了加入液氨的量，節(jié)約了冰機(jī)電耗。第四單元是分離單元，這個(gè)單元主要是油、水的分離和液氨的分離。如果分離效果好，將減少無(wú)用功的消耗，達(dá)到節(jié)能之目的。

3.2  反應(yīng)單元——氨合成塔反應(yīng)器

    好的合成塔內(nèi)件，必須具備有能方便地實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求的產(chǎn)量、運(yùn)行中調(diào)節(jié)掌控溫度方便、催化劑利用率高、操作彈性好、催化劑易還原、催化劑易裝卸、結(jié)構(gòu)可靠且簡(jiǎn)單、合成塔的阻力也應(yīng)盡量小。這些因素組合在一起，有的是相對(duì)立的，怎樣辯證地思考問(wèn)題，這是合成塔設(shè)計(jì)者要面對(duì)的問(wèn)題。

    怎樣才能兼顧各方面,盡量?jī)?yōu)化反應(yīng)器,設(shè)計(jì)出一個(gè)在一定條件下運(yùn)行最穩(wěn)定、能量最節(jié)約的合成塔反應(yīng)器，我們經(jīng)過(guò)了近20年的不懈努力，開(kāi)發(fā)了獲得國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)的系列合成塔技術(shù)及產(chǎn)品，上世紀(jì)80年代中期開(kāi)始，從小型塔入手，DN600、DN800、DN1000、DN1200、DN1400、DN1600、DN1800、DN2000、DN2200系列技術(shù)逐步發(fā)展，到目前形成了具備全系列、多規(guī)格、各種不同要求及不同系統(tǒng)條件相配套的系列合成塔技術(shù)及產(chǎn)品。

    這種大型合成塔技術(shù)及反應(yīng)器，我們稱(chēng)之為ⅢJD系列氨合成塔技術(shù)。這些技術(shù)在合成塔內(nèi)件反應(yīng)器設(shè)計(jì)上具備有下述特征及技術(shù)特點(diǎn)。

    （1）采用分流工藝調(diào)節(jié)催化劑床層溫度

    眾所周知，氨合成塔的設(shè)計(jì)是采用了適用催化劑特性的設(shè)計(jì)方法來(lái)進(jìn)行工藝及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的，而催化劑反應(yīng)達(dá)到一定的溫度后就必須將反應(yīng)熱移出，使氣體再一次以低的溫度進(jìn)入床層反應(yīng)，達(dá)到第二次反應(yīng)的條件，這將進(jìn)行反復(fù)升降溫操作，使反應(yīng)沿著催化劑最適宜溫度曲線行走，才能達(dá)到盡可能高的合成塔出口氨含量，得到盡可能高的氨凈值。

    經(jīng)典的合成塔工藝調(diào)溫方式有下述三種方式，見(jiàn)圖2。

圖2  合成塔的調(diào)溫方式

    大部分間接換熱式合成塔和冷管型合成塔，采用的是未反應(yīng)氣體一次性進(jìn)入。氣體在反應(yīng)前先通過(guò)管道進(jìn)入需要降溫的催化劑床層，用溫度相對(duì)較低的未反應(yīng)氣來(lái)冷卻催化劑床層的高溫段。這些合成塔有諸如傳統(tǒng)的三套管式、段間冷卻型等塔型。這種調(diào)溫方式的優(yōu)點(diǎn)是調(diào)節(jié)溫度十分簡(jiǎn)單，只在合成塔進(jìn)氣的主閥加上一個(gè)調(diào)節(jié)“零米”溫度用的副閥就可以了。在具體生產(chǎn)中，只要調(diào)節(jié)系統(tǒng)的循環(huán)量就可以方便地調(diào)節(jié)合成塔溫度了。其缺點(diǎn)是換熱管要密布在催化劑床層，進(jìn)入的氣體要反復(fù)加熱，熱氣的流程長(zhǎng)、通道窄、造成阻力大。另一方面，冷卻管內(nèi)與管外的催化劑反應(yīng)溫度差將越來(lái)越小，換熱推動(dòng)力也越來(lái)越小，造成要布置較多的管或較大的循環(huán)量來(lái)降溫的態(tài)勢(shì)，這就直接導(dǎo)致了催化劑床層阻力大、催化劑裝填量小，系統(tǒng)循環(huán)量大，氨凈值提不高。采用段間降溫的方式，也有同類(lèi)的問(wèn)題，同時(shí)催化劑床層設(shè)計(jì)也十分復(fù)雜。

    ⅢJ系列氨合成塔則沿用了間接降溫的方式，并將內(nèi)部換熱器進(jìn)行優(yōu)化改良設(shè)計(jì)。采用冷氣體從外部引入，直接進(jìn)入不同的床層，按要求控制進(jìn)入氣量的大小、調(diào)節(jié)進(jìn)入氣體的溫度，以此來(lái)調(diào)節(jié)催化劑各床層溫度，達(dá)到了既采用間接換熱式調(diào)溫，又運(yùn)用了“冷激式”塔的“分流”、分區(qū)分層調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)。

    由于外來(lái)的“分流氣”進(jìn)入合成塔床層時(shí)的溫度較低，傳熱溫差將變得較大，這樣，內(nèi)置的段間換熱器及有關(guān)調(diào)溫元件就可設(shè)計(jì)得較小，占據(jù)的合成塔催化劑空間也較小。達(dá)到了提高催化劑裝填量、降低阻力的要求；另外，由于氣體進(jìn)行分流，也使得各催化劑床層的調(diào)節(jié)可以達(dá)到“隨心所欲”——按不同催化劑反應(yīng)活性和不同的溫度及產(chǎn)量分配流量，從而十分方便地調(diào)節(jié)催化劑各床層溫度。

    這種“分流”帶來(lái)了下列好處：一是極大地降低了系統(tǒng)的循環(huán)量；二是可以使調(diào)節(jié)十分方便；三是可以使催化劑升溫還原時(shí)，完全斷掉層間換熱器的氣流，創(chuàng)造一個(gè)絕熱升溫還原的條件，使催化劑還原能夠十分徹底；四是由于“分流”，一部分氣體不經(jīng)過(guò)下部換熱器，下部換熱器的管間流量相對(duì)較小，進(jìn)入中心管的氣量也較小，可減少下?lián)Q熱器的面積，也減少了氣體流動(dòng)的阻力。

    這種塔內(nèi)部的分流，還只是一種分流方式。為了更加優(yōu)化系統(tǒng)，我們也開(kāi)發(fā)了“全分流”的流程——冷氣進(jìn)入合成塔前進(jìn)行分流，熱氣也在進(jìn)塔前分流。成功地將進(jìn)入合成塔環(huán)隙的氣體流量下降到僅占主氣流量的10%，這樣既保證了合成塔塔壁溫度不超標(biāo)，也使得合成塔環(huán)隙流的阻力大大下降。這也是ⅢJD合成塔技術(shù)一個(gè)十分顯著的特點(diǎn)。

    （2）盡量不用和少用冷激方式來(lái)調(diào)節(jié)床層溫度

    氣固反應(yīng)床的氨合成塔反應(yīng)器，一般都采用內(nèi)置式催化劑床層的降溫方式。不管目前的內(nèi)件設(shè)計(jì)如何千變?nèi)f化，但就其降溫的方法和降溫的原理來(lái)分有下列三種降溫方式：冷管式降溫、冷激式降溫和段間換熱器型的間接降溫方式。見(jiàn)圖3。

圖3  氨合成塔的降溫方式

 

    三種降溫方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，唯有冷激式降溫方式最為簡(jiǎn)單， 但這種方式由于采用未反應(yīng)的氣體通過(guò)外分配方式進(jìn)入不同的催化劑床層，直接將反應(yīng)后升高了氣體溫度降下來(lái)的方式調(diào)溫，這樣也沖稀了反應(yīng)氣的氨濃度，當(dāng)床層設(shè)計(jì)的催化劑段數(shù)比較多時(shí)，越進(jìn)入下部，這一部分未反應(yīng)氣走過(guò)的催化劑床層就越短，和催化劑接觸的時(shí)間就越少，總體來(lái)說(shuō)，就會(huì)對(duì)反應(yīng)氨凈值的提高有影響。同一產(chǎn)量下，冷激式比間接換熱式的合成塔將要增加循環(huán)量，也要減少熱回收量。上世紀(jì)70年代，我國(guó)引進(jìn)的300 kt/a合成氨裝置，較多地采用Kellogg公司的瓶式多層冷激式合成塔，隨著技術(shù)的深入，迄至今日，幾乎全部改成了段間換熱型的改良“K型”塔。這樣，既提高了氨凈值，又提高了合成塔的產(chǎn)量。目前國(guó)外的Uhde公司、Topsφe公司、KBR公司、Casale公司均很少用冷激式降溫的方式來(lái)調(diào)節(jié)床層溫度，這也是隨著節(jié)能工作深入，工藝之必然選擇！

ⅢJD型合成塔內(nèi)件的降溫采用分體式，在催化床層中含有一到兩件段間換熱器組件，組成了一個(gè)四段或五段軸徑向型的合成塔。它幾乎沒(méi)有用冷激來(lái)降溫，這樣，可以達(dá)到十分好的調(diào)溫效果，同時(shí)，得到盡量高的出口氨含量，盡量小的系統(tǒng)循環(huán)量。

    （3）采用多氣室徑向床技術(shù)

    采用徑向床，是當(dāng)前合成塔為了降低阻力降常用的方法。國(guó)外的各種塔型氣體內(nèi)部流動(dòng)方式不是采用徑向流就是采用橫向流，全部采用軸向流的塔型十分少見(jiàn)了。隨著合成塔進(jìn)入大型化，各合成塔設(shè)計(jì)公司均注重研究徑向筐的分布等問(wèn)題，做了大量的工作。我公司經(jīng)過(guò)大量的研究和工程實(shí)踐，開(kāi)發(fā)了一種多氣室、反復(fù)混合型的徑向筐分布器，這種分布器可以將徑向流的氣體在進(jìn)入氣室前經(jīng)分氣端及收氣端的初步分氣后，再在收氣端進(jìn)入多氣室反復(fù)混流型徑向分布器中，將氣體進(jìn)行多次折流、多次混合，各方向來(lái)的工藝氣體混合完全，分布均勻。

    采用這種徑向筐技術(shù)后，合成塔反應(yīng)器內(nèi)約占70%以上的催化劑層氣體流動(dòng)為徑向流，反應(yīng)床層阻力降不超過(guò)0.4MPa，達(dá)到了國(guó)內(nèi)外同類(lèi)合成塔的先進(jìn)水平。也達(dá)到了分氣均勻，運(yùn)行平穩(wěn)的目的。

    （4）運(yùn)用可徑向流的段間換熱器技術(shù)

    傳統(tǒng)的三套管和冷管式的合成塔最大阻力段均在冷管層，因冷管占據(jù)了催化劑有效截面，且高溫反應(yīng)后的氣體在冷管內(nèi)進(jìn)行了節(jié)流，因而這部分的阻力大，這是冷管式合成塔無(wú)法解決的問(wèn)題。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)合成塔的高徑比為1/10，合成塔負(fù)荷達(dá)設(shè)計(jì)負(fù)荷時(shí)，一個(gè)三套管合成塔催化劑床層的阻力降可達(dá)到1.8MPa，一個(gè)冷管式純軸向的合成塔阻力降最少也有1.2MPa，這樣就限制了合成塔大型化生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，因而，冷管式合成塔基本沒(méi)有大型的塔存在。

    ⅢJD型氨合成塔運(yùn)用了一個(gè)類(lèi)似于冷管結(jié)構(gòu)的新型段間換熱器（已獲得了國(guó)家專(zhuān)利），它也是段間換熱器和冷管變形的換熱器，將它埋在催化劑床層，催化劑床的反應(yīng)氣體是沿徑向流動(dòng)的，換熱器內(nèi)作為冷卻的氣體也是沿徑向流動(dòng)，與外部氣體并流進(jìn)行換熱。這就徹底解決了冷管式或換熱器式層間冷卻器無(wú)法實(shí)現(xiàn)徑向流的問(wèn)題。它和典型的段間換熱比，有管外能填充催化劑，提高反應(yīng)效率的優(yōu)勢(shì)，當(dāng)然也提高了催化劑的裝填量。和傳統(tǒng)的冷管式換熱器相比，它有徑向流的優(yōu)勢(shì)。

    通過(guò)這種技術(shù)的運(yùn)用，我們開(kāi)發(fā)的合成塔塔徑由DN1200上升到DN2200以上，合成塔的總阻力降均在0.4MPa以下。

    （5）采用細(xì)長(zhǎng)型分列式內(nèi)部換熱器

    合成塔的下部換熱器一般來(lái)說(shuō)面積較小，大直徑的塔設(shè)成一個(gè)鼓形換熱器將會(huì)使管內(nèi)的氣體流程太短，換熱效果不好，管外采用折流板時(shí)，將會(huì)使換熱時(shí)氣體流動(dòng)“死區(qū)”太多，也極大地影響了換熱效率。ⅢJD采用了細(xì)長(zhǎng)形的換熱器，它和中心管設(shè)計(jì)成一個(gè)整體，這樣既便于維修，也便于提高換熱器的換熱效率，還有利于合成塔下部徑向段的設(shè)計(jì)（將徑向分氣與收氣、換熱器結(jié)合成一個(gè)整體）。細(xì)長(zhǎng)形的換熱器也更進(jìn)一步簡(jiǎn)化了內(nèi)件結(jié)構(gòu)，使內(nèi)件的維修變得更加方便。

    （6）采用多層復(fù)合保溫技術(shù)

    多層復(fù)合式保溫技術(shù)是湖南安淳高新技術(shù)有限公司的一個(gè)專(zhuān)利技術(shù)，它借用了航空技術(shù)及般天材料，將內(nèi)件的保溫層做得更加精致，保溫效果更好。這種技術(shù)在我公司開(kāi)發(fā)DN600合成塔就使用了，之后不斷完善，到目前為止，從未出現(xiàn)過(guò)內(nèi)件保溫層脫落而影響生產(chǎn)的情況。而這在以前，保溫層脫落是合成塔常出現(xiàn)的故障之一。

對(duì)保溫層的設(shè)計(jì)，我們還對(duì)合成塔內(nèi)的反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行了研究，考慮了對(duì)流、幅射等的影響，運(yùn)用了多種高科技的手段進(jìn)行保溫效果模擬和保溫優(yōu)化設(shè)計(jì)，采用了多節(jié)式多伸縮結(jié)構(gòu)的保溫皮來(lái)保證內(nèi)件的熱脹條件好。

    （7）采用連續(xù)催化劑床、催化劑自卸技術(shù)

    采用了連續(xù)的催化劑床層，這也是保證自卸催化劑順暢的一個(gè)必要方式。內(nèi)件設(shè)計(jì)二到三個(gè)徑向段，每段之間的分層均采用活動(dòng)和中間有催化劑流動(dòng)孔的設(shè)計(jì)部件，完全能保證催化劑從上而下順利進(jìn)入內(nèi)件中，也保證了徑向筐上部催化劑能“封住”進(jìn)氣通道，保證徑向?qū)舆M(jìn)氣和出氣均不短路。這種設(shè)計(jì)，使內(nèi)件裝配和檢修變得更加容易。

優(yōu)化設(shè)計(jì)的ⅢJD氨合成塔反應(yīng)器由一個(gè)獨(dú)立、下部帶換熱器的中心管及換熱器組件加上一個(gè)能實(shí)現(xiàn)徑向流的段間換熱器組成的活動(dòng)換熱件，和一個(gè)固定的帶有三個(gè)徑向筐的催化劑組合成的四段式、軸徑向、工藝進(jìn)氣全分流、催化劑床連續(xù)、自卸催化劑的氨合成反應(yīng)器。這種塔型也可以結(jié)合工藝的不同需要及用戶(hù)的不同情況進(jìn)行三段或四段床設(shè)計(jì)，二段或三段徑向床變形設(shè)計(jì)。

    內(nèi)件見(jiàn)圖4。

圖4  ⅢJD合成塔結(jié)構(gòu)示意

 

3.3  熱回收單元

    ⅢJD合成工序的所謂熱回收單元由合成塔出口的廢熱鍋爐、熱交換器等組成。這個(gè)單元包含有兩臺(tái)換熱設(shè)備和幾根高溫管線。當(dāng)設(shè)計(jì)要生產(chǎn)高壓蒸汽時(shí)，將設(shè)置蒸汽過(guò)熱器，這也是大型合成技術(shù)用得較多的熱回收方法。

    我們?cè)谶@部分主要是運(yùn)用了一個(gè)“全分流”的流程，首先將熱交換器的冷端溫差加大，較好地保證了換熱器在換熱面積足夠的條件下，進(jìn)入水冷卻器的循環(huán)氣溫度低。一個(gè)合成系統(tǒng)進(jìn)入水冷的溫度越低，也就是說(shuō)合成塔在保證熱平衡的條件下，進(jìn)入水冷的溫度越低，則合成塔外的廢熱鍋爐回收的熱量就越多，熱量回收就越好。

    （1）“全分流”的流程

    “全分流”流程是ⅢJ系氨合成系統(tǒng)流程的一個(gè)特色，所謂全分流，即在冷氣入塔時(shí)進(jìn)行分流，出熱交換器的熱氣入塔前也進(jìn)行分流，進(jìn)入合成塔反應(yīng)器內(nèi)件的氣體同樣進(jìn)行分流。

    圖5為分流與不分流的流程比較圖。

圖5  分流與不分流的流程示意

 

    從圖5可以看出，不分流的流程中冷卻合成塔環(huán)隙是用100%的入塔氣進(jìn)入合成塔內(nèi)件和外殼之間的環(huán)隙，這樣就有一進(jìn)和一出氣體，一出氣體由于經(jīng)過(guò)了合成塔環(huán)隙，將反應(yīng)層的溫度傳遞給了一出氣，一般來(lái)說(shuō)，一出氣的溫度高達(dá)60℃以上。這股氣體將合成塔反應(yīng)熱的高位能熱吸收了，變成了低位能熱。這樣，進(jìn)入熱交換器的入口氣也比從一進(jìn)來(lái)的氣要高30℃以上，勢(shì)必將會(huì)使進(jìn)入水冷卻器的反應(yīng)氣在同樣換熱器、同樣冷端溫差條件下提高30℃，也可以認(rèn)為少回收了熱量，即少產(chǎn)了蒸汽。

    而“全分流”的流程僅只有10%左右的未反應(yīng)冷氣經(jīng)塔內(nèi)外筒環(huán)隙進(jìn)冷管，約90%的未反應(yīng)冷氣進(jìn)入熱交。其優(yōu)點(diǎn)是催化劑筐壁散失的熱量仍回收到催化劑筐床層內(nèi)，相當(dāng)于減少了催化劑筐的熱損失。

    這股10%左右的“分流氣”是保護(hù)合成塔壁的，使合成塔的塔壁溫度在適當(dāng)范圍，也不能降得太低，因?yàn)闇囟冉档锰�低了，高位能熱將損失太大；塔壁溫度過(guò)高了，筒體材料不能抗氫蝕，會(huì)影響運(yùn)行安全。我們將這個(gè)溫度控制在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)，這樣既挖掘了設(shè)備的運(yùn)行潛力，又不使高位能熱向低位能無(wú)謂地轉(zhuǎn)化；另一方面，這股10%的冷卻環(huán)隙氣并沒(méi)有浪費(fèi)，我們的流程是將這股氣通過(guò)與熱分流氣混合后再次進(jìn)入合成塔內(nèi)，作為段間換熱器的冷卻用氣，這樣做到了能量的充分利用。

    這種流程，進(jìn)熱交的冷氣溫度在35～40℃，結(jié)果可使進(jìn)水冷排熱氣溫度降到80℃以下，提高了熱回收率，減少了設(shè)備投資（節(jié)省了一個(gè)軟水加熱器）。傳統(tǒng)流程中，如果不設(shè)軟水加熱器，進(jìn)冷排溫度為120～130℃。

    （2）“亞熱壁”或“熱壁”合成塔

    如果采用提高合成塔熱回收蒸汽壓力的方式來(lái)回收合成塔熱量，這樣，就會(huì)有一個(gè)隨著蒸汽壓力的提高，熱量逐步后移的過(guò)程。如表1所示，隨著蒸汽壓力的提高，出廢熱鍋爐的循環(huán)氣溫度將上升，進(jìn)入熱交換器的總熱量也增多，合成塔熱氣進(jìn)口溫度也將上升，合成塔內(nèi)的熱平衡也將變化，這樣也要調(diào)整出合成塔反應(yīng)器的出口溫度來(lái)達(dá)到合成塔回收熱量的效果。也會(huì)帶來(lái)合成塔的環(huán)隙溫度升高，從上述的“全分流”流程來(lái)看，也會(huì)使合成塔的塔壁溫度有所調(diào)整。

表1  ⅢJD流程中的幾種不同蒸汽壓力下系統(tǒng)溫度表

注：①依據(jù)ⅢJD流程中的設(shè)備及有關(guān)通用的設(shè)計(jì)條件來(lái)來(lái)計(jì)算；②均按廢鍋出口溫差3℃來(lái)計(jì)算，按熱交換器熱段溫差18℃來(lái)計(jì)算。

    從表1可以看出，如果按回收蒸汽壓力為3.9MPa，則采用一次進(jìn)入合成塔的熱氣溫度將會(huì)達(dá)到234℃，我們采用來(lái)熱壁操作方式是將10%的冷氣進(jìn)入合成環(huán)隙，將合成塔環(huán)隙的溫度最高點(diǎn)控制在200℃以?xún)?nèi)，這就是我們稱(chēng)之為“亞熱壁”的操作方式，這樣可以極大地簡(jiǎn)化工藝流程，提高熱回收的品位和熱回收率。ⅢJD合成塔大直徑反應(yīng)器，也有采用230℃塔壁溫度的，由此來(lái)回收高壓蒸汽。我們?yōu)樯綎|瑞星化工設(shè)計(jì)的日產(chǎn)800t合成氨系統(tǒng)就是用這種設(shè)計(jì)理念進(jìn)行設(shè)計(jì)的。

    （3）高效換熱型設(shè)備

    在有先進(jìn)按熱能位高低回收熱量流程的條件下，ⅢJD系統(tǒng)還采用了高效的熱回收技術(shù)。以此來(lái)回收合成塔出口的反應(yīng)熱，用于自身熱平衡，這主要體現(xiàn)在廢熱鍋爐和合成塔內(nèi)外熱交換器的設(shè)備設(shè)計(jì)上。

    塔外的廢熱鍋爐，我們采用降低阻力的設(shè)計(jì)方法，采用了直通式或U型管式的廢熱鍋爐回收合成塔反應(yīng)熱，在布管上和設(shè)備設(shè)計(jì)上，采用了盡量降低阻力的設(shè)計(jì)方法，提高了廢熱鍋爐的熱回收效率。

    塔內(nèi)熱交換器我們采用了如前所述的細(xì)長(zhǎng)形換熱器，以及高效化的換熱管，提高了換熱器的傳熱效率；塔外換熱器的設(shè)計(jì)，我們也采用了高效的橫紋管換熱技術(shù)，分段采用不同材料以抗蝕，極大地降低了高壓容器的設(shè)備投資。同樣條件下，同樣的傳熱量，采用這種配套技術(shù)，使高壓容器的投資下降近20%。

3.4  冷回收單元

    氨合成反應(yīng)器的轉(zhuǎn)化率一般在20%以下，生產(chǎn)中要采用循環(huán)反應(yīng)的方式，收集產(chǎn)品液氨方式為冷卻和冷凍分離兩種方式串聯(lián)。因氨的物化性質(zhì)決定，僅采用水冷卻方式是不能使出口氨含量達(dá)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平的，工藝生產(chǎn)中采用了利用自身生產(chǎn)的液氨作為冷凍劑來(lái)冷凍合成循環(huán)氣的方式，達(dá)到將合成塔進(jìn)口循環(huán)氣氨含量控制在3%以下的指標(biāo)。

回收和利用好冷凍量，也是高壓回路的一個(gè)重要問(wèn)題。一般來(lái)說(shuō)，我們要求經(jīng)過(guò)“冷回收”后的循環(huán)氣以盡量高一點(diǎn)的溫度進(jìn)入下一個(gè)設(shè)備。每生產(chǎn)1噸產(chǎn)品液氨用于自身冷凍的液氨量也要盡量少一點(diǎn)，這樣可以達(dá)到冰機(jī)開(kāi)啟量少，達(dá)到節(jié)約電耗的目的。

ⅢJD系統(tǒng)從下述方面進(jìn)行冷回收系統(tǒng)優(yōu)化。

    （1）三級(jí)冷卻兩級(jí)分離的冷系統(tǒng)流程

圖6  冷系統(tǒng)流程示意

    一般的冷系統(tǒng)流程與ⅢJD冷系統(tǒng)流程示意見(jiàn)圖6。

    從上述流程可以看到，傳統(tǒng)的流程采用了水冷后設(shè)氨分，并有兩級(jí)氨冷三級(jí)氨分的復(fù)雜系統(tǒng)。而ⅢJD的流程采用了十分簡(jiǎn)潔的冷系統(tǒng)流程——水冷一級(jí)冷卻后再進(jìn)入冷交進(jìn)行進(jìn)一步冷卻，分離；第三級(jí)冷卻為冷凍冷卻方式，這一級(jí)采用液氨蒸發(fā)冷卻合成氨循環(huán)氣，將氣相中未冷卻的氨進(jìn)一步冷卻，冷卻后再進(jìn)行冷凝，然后第二次分離。含有大量冷量的冷氣進(jìn)入冷交換器內(nèi)回收冷量后再入循環(huán)機(jī)。

    這種流程的好處是在水冷后進(jìn)一步冷卻就可以在冷交下部將70%以上的液氨回收分離，降低了后續(xù)冷凍及分離的負(fù)荷，同時(shí)，由于分離靠前，后續(xù)的液氨吸收冷量的問(wèn)題也解決了。另一方面也降低了冷系統(tǒng)的阻力。與經(jīng)典的流程比較，冷系統(tǒng)的液氨蒸發(fā)量下降近30%,出冷交換器冷氣的溫度上升10℃以上。

    ⅢJD在低壓合成技術(shù)上，由于合成壓力較低，氨分離要求的循環(huán)氣溫度較低，為節(jié)約冷量，一般設(shè)兩級(jí)到三級(jí)的冷卻系統(tǒng)，仍用二級(jí)分離方式達(dá)到盡量節(jié)約冷量的目的。

    （2）高效冷卻器及冷熱交換設(shè)備

    和“熱回收”系統(tǒng)一樣，“冷回收”系統(tǒng)照樣用了高效換熱技術(shù)，設(shè)計(jì)了一個(gè)運(yùn)用高效螺紋管和特殊折流元件的冷交換器，將傳熱效率提高，減少了高壓容器的投資，收到了回收冷量好的效果。

    同時(shí)也設(shè)計(jì)了一個(gè)傳熱效果好的氨冷卻器，采用了帶閃蒸槽的液氨蒸發(fā)方式，將換冷段設(shè)計(jì)成高效流動(dòng)型的冷換系統(tǒng)。同時(shí)提高了高壓容器的使用效率，提高了使用安全性能。

    通過(guò)上述兩種措施，新的“冷回收”系統(tǒng)達(dá)到了設(shè)備配置最簡(jiǎn)單化，系統(tǒng)“冷回收”最大化的效果。目前運(yùn)行的幾十套大、中型ⅢJ合成系統(tǒng)，均采用這種流程及設(shè)備的冷回收系統(tǒng)。通常都能降低入合成工段的冷量消耗，降低合成工段的液氨加入量，一般可達(dá)到自用液氨返用于冷系統(tǒng)量比傳統(tǒng)的流程及設(shè)備少100～200kg。同樣的氨加入量將會(huì)使進(jìn)口氨含量下降更多一點(diǎn)；冷交換器的冷氣出口溫度高達(dá)22℃以上。

3.5 分離單元

    ⅢJD系統(tǒng)的分離單元分為油、水分離器和氨分離器兩種類(lèi)型，油、水分離主要是系統(tǒng)循環(huán)機(jī)及壓縮來(lái)新鮮氣的油、水及合成系統(tǒng)微量毒物的分離及凈化。氨的分離分為高溫部分的氨分離和低溫部分的氨分離，主要是指冷交下部的氨分離和氨冷后的氨分離。

新鮮氣的微量毒物及油、水的分離，ⅢJD系統(tǒng)主要采用分子篩系統(tǒng)來(lái)處理，當(dāng)分子篩系統(tǒng)處理的氣體達(dá)標(biāo)后，這部分新鮮氣可以直接補(bǔ)在合成塔進(jìn)口。這樣，可以減少合成系統(tǒng)循環(huán)量25%。但當(dāng)分子篩效果不好時(shí)，我們?cè)O(shè)置了將補(bǔ)入氣補(bǔ)到“冷系統(tǒng)”的凈化方式，工程上常用兩種方式并舉，流程可以互換的方式來(lái)配置。

    油分離器采用的為多級(jí)離心分離串超級(jí)過(guò)濾的方式來(lái)處理氣體。氨分離器在高溫分離段，主要采用螺旋管及螺旋流動(dòng)型折流元件，使液氨在換熱段邊冷卻邊順流，氨液滴長(zhǎng)大后再進(jìn)入離心分離段，再采用過(guò)濾分離方式來(lái)分離液氨。

    低溫段氨的分離采用三級(jí)到四級(jí)離心分離、過(guò)濾分離及超濾分離組合的分離方式，這樣可達(dá)到在一定循環(huán)氣溫度下能分離液相氨90%的分離效果。大系統(tǒng)也采用了臥式氨分離器來(lái)集成分離冷系統(tǒng)出來(lái)的液氨。

    采用這些設(shè)計(jì)方式，分離效果得到了提高，分離器的阻力降也比較小。

    運(yùn)用上述設(shè)計(jì)思想及設(shè)計(jì)方法，我們?cè)O(shè)計(jì)了多套氨合成系統(tǒng)，在全國(guó)很多廠家運(yùn)用，均收到了良好的效果，目前正在進(jìn)一步優(yōu)化系統(tǒng)，使熱回收量更大、系統(tǒng)能力更大。

    按照上述設(shè)計(jì)思想，我們創(chuàng)造的ⅢJD型氨合成系統(tǒng)在全國(guó)大中型合成氨企業(yè)推廣面日益增大，1995年山東魯西化工股份有限公司采用我公司設(shè)計(jì)和制造的31.4MPa級(jí)的DN1200合成系統(tǒng)，拉開(kāi)了大直徑合成塔研究和應(yīng)用的序幕，此后相繼開(kāi)發(fā)了DN1400、DN1600、DN1800、DN2000、DN2200系統(tǒng)，近期又進(jìn)行了DN2800、DN3200、DN3400的低壓氨合成系統(tǒng)和二塔三塔串聯(lián)低壓及高壓氨合成系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。為我國(guó)合成氨自主技術(shù)的開(kāi)發(fā)作了大量前瞻性的工作。

    開(kāi)發(fā)的DN1400合成氨系統(tǒng)在湖南大乘資氮集團(tuán)成功運(yùn)行近6年；DN1400系統(tǒng)還在江蘇昆山錦港實(shí)業(yè)有限公司、山西豐喜集團(tuán)臨猗分公司、江蘇新沂恒盛化工有限公司、山西天脊集團(tuán)晉城化工股份有限公司等廠投入運(yùn)行。公司開(kāi)發(fā)的DN1600氨合成系統(tǒng)最早的一套在湖南岳陽(yáng)天潤(rùn)化工股份有限公司（岳陽(yáng)化肥廠），已運(yùn)行近5年，相繼又有河南心連心化工有限公司（河南新鄉(xiāng)化肥廠）、河北邯鋼集團(tuán)化肥廠、福建三明化工總廠、山西晉成煤氣化有限責(zé)任公司、河南駿馬化工集團(tuán)公司化肥廠等廠采用DN1600氨合成系統(tǒng)；開(kāi)發(fā)的DN1800氨合成系統(tǒng)在山東瑞星化學(xué)工業(yè)集團(tuán)公司于2003年底投入生產(chǎn)，相繼有山東德齊龍化工有限公司三套的醇烴化配DN1800氨合成系統(tǒng)聯(lián)合工段投產(chǎn)，江蘇新沂恒盛化工有限公司的18·30工程中的醇烴化及DN1800氨合成系統(tǒng)投產(chǎn)，江蘇華昌化工有限公司的18·30工程中的醇烴化及DN1800氨合成系統(tǒng)投產(chǎn)；開(kāi)發(fā)的DN2000氨合成技術(shù)在山東德州化肥廠、河南心連心化工有限公司、山東明水化肥廠等企業(yè)相繼投用；開(kāi)發(fā)的DN2200氨合成系統(tǒng)近期將在山東魯西化肥股份公司投入運(yùn)行。

基于我公司在合成系統(tǒng)技術(shù)的先進(jìn)性，2002年4月24~25日，中國(guó)氮肥工業(yè)協(xié)會(huì)組織全國(guó)合成氨方面的專(zhuān)家，對(duì)雙甲和醇烴化凈化工藝及合成氨技術(shù)進(jìn)行了針對(duì)山西臨猗現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)評(píng)議，評(píng)議認(rèn)為：“……ⅢJD氨合成系統(tǒng)及主要設(shè)備結(jié)構(gòu)均采用了優(yōu)化設(shè)計(jì)，在國(guó)內(nèi)外處于領(lǐng)先水平，建議在氮肥行業(yè)推廣應(yīng)用�！�

    二十多年來(lái)，ⅢJ系列氨合成技術(shù)在安淳人及廣大用戶(hù)的共同努力下，獲得多種獎(jiǎng)勵(lì)。技術(shù)也被列為國(guó)家級(jí)重大科技成果重點(diǎn)推廣項(xiàng)目。技術(shù)成果參加過(guò)維也納、吉隆坡國(guó)際新技術(shù)新產(chǎn)品展覽，獲國(guó)家級(jí)新產(chǎn)品稱(chēng)號(hào)、獲1995年度國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)（迄今為止，國(guó)內(nèi)合成塔內(nèi)件最高獎(jiǎng)項(xiàng)）、中國(guó)專(zhuān)利技術(shù)金獎(jiǎng)、湖南省科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。

現(xiàn)在有400多家合成氨廠使用該技術(shù)及內(nèi)件�，F(xiàn)選擇一部分大型塔的推廣運(yùn)行實(shí)例，來(lái)說(shuō)明和驗(yàn)證產(chǎn)品及系統(tǒng)運(yùn)行情況。

    河南心連心化工有限公司  該廠2003年新投入一套150 kt/a合成氨裝置，合成工段及凈化精制工段采用了我公司的ⅢJD系統(tǒng)及醇烴化凈化精制工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)，裝置于2003年8開(kāi)車(chē)，合成氨生產(chǎn)500t/d，甲醇生產(chǎn)180t，系統(tǒng)壓力只有26MPa。開(kāi)工后，企業(yè)每天比原來(lái)系統(tǒng)天多創(chuàng)利潤(rùn)20～25萬(wàn)元。今年8月份，該廠230 kt/a總氨的氨合成系統(tǒng)及醇烴化凈化系統(tǒng)也一次開(kāi)車(chē)成功，這是我公司又一次與心連心化工公司的技術(shù)合作，本次設(shè)計(jì)采用了一套DN2000氨合成系統(tǒng)，這也是國(guó)際國(guó)內(nèi)31.4 MPa級(jí)最大的氨合成系統(tǒng)。運(yùn)行后，達(dá)到了日合成氨產(chǎn)量500t/d，甲醇產(chǎn)量180t/天的水平，系統(tǒng)運(yùn)行壓力僅18 MPa，目前正在進(jìn)行大負(fù)荷生產(chǎn)調(diào)試，近期將達(dá)到日產(chǎn)700 t合成氨，系統(tǒng)壓力僅23MPa，為我國(guó)特色的合成氨系統(tǒng)創(chuàng)造新的業(yè)績(jī)。

    山東瑞星化工集團(tuán)公司  公司現(xiàn)有合成氨能力400 kt，曾于1996、1998年使用我公司的DN1200、 DN800ⅢJ-99氨合成系統(tǒng)各一套，于2003年底在400 kt/a合成氨技術(shù)改造中，率先采用了我公司的一套DN1800氨合成系統(tǒng)，于2003年底投產(chǎn)。投用之初，系統(tǒng)每天產(chǎn)合成氨620t，系統(tǒng)壓力只有24MPa。目前運(yùn)行近三年了，后串入一個(gè)合成塔彌補(bǔ)合成塔上部催化劑老化的不足，系統(tǒng)可以開(kāi)到合成氨產(chǎn)量700t以上，整個(gè)分離系統(tǒng)尚能達(dá)到產(chǎn)量要求，為我公司設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)一步挖潛改造提供了成功的經(jīng)驗(yàn)。

    江蘇華昌化工有限公司  這個(gè)廠用了我公司三套氨合成及醇烴化系統(tǒng)，一套DN1600氨合成系統(tǒng)。開(kāi)車(chē)近三年了，目前合成氨產(chǎn)量達(dá)到了600t/d以上，系統(tǒng)壓力僅28MPa，達(dá)到了穩(wěn)定、高效、節(jié)能運(yùn)行的效果。

    湖南岳陽(yáng)天潤(rùn)化工股份有限公司  該公司目前擁有合成氨生產(chǎn)能力180 kt/a。2000年初，投用了我公司一套DN1600氨合成系統(tǒng)，此系統(tǒng)為ⅢJD系統(tǒng)的第一套，目前合成氨產(chǎn)量達(dá)450t/d，系統(tǒng)壓力只有21MPa，到目前為止催化劑使用約6年。

    山西晉城煤化工有限責(zé)任公司  該公司進(jìn)行220 kt/a合成氨工程擴(kuò)建時(shí)，采用了我公司的醇烴化工藝及氨合成工藝，于2002年12月投產(chǎn)了一套DN1600ⅢJD的氨合成系統(tǒng)，目前日產(chǎn)合成氨6000t，系統(tǒng)壓力只有27MPa。

    湖南大乘資氮集團(tuán)有限公司  這是最早采用我公司ⅢJD氨合成系統(tǒng)的廠家，目前一套DN1200和一套DN1400氨合成系統(tǒng)，每天產(chǎn)氨和醇共計(jì)850t。綜合經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。

    除此之外，還有山東德州化肥廠、山東魯西化工股份限公司、山東明水化肥廠、河南開(kāi)封晉開(kāi)化工公司、山東德齊龍化工有限公司、邯鋼集團(tuán)化肥廠、福建三明化工總廠、河南距馬店化工總廠、江蘇昆山錦港實(shí)業(yè)集團(tuán)公司、江蘇華爾潤(rùn)集團(tuán)公司、江蘇張家港錦港實(shí)業(yè)公司、山西豐喜集團(tuán)臨猗分公司、江蘇新沂恒盛化工有限公司、天脊集團(tuán)晉城化工股份有限公司等廠先后采用了我公司ⅢJD型氨合成系統(tǒng)。

    我公司的ⅢJD型φ1200～φ2200 mm氨合成系統(tǒng)及氨塔內(nèi)件在全國(guó)的應(yīng)用是十分廣泛，占合成氨廠塔型中的30%以上，占上述直徑塔型的70%以上。

    ⅢJD型氨合成塔系統(tǒng)及合成塔技術(shù)為我國(guó)自行設(shè)計(jì)，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、適應(yīng)我國(guó)國(guó)情的合成氨技術(shù)，湖南安淳公司從事大型化合成系統(tǒng)技術(shù)研究及系統(tǒng)開(kāi)發(fā)近20年，運(yùn)用了多項(xiàng)國(guó)家專(zhuān)利技術(shù)，創(chuàng)造了節(jié)能效果好的大型化系統(tǒng)，為合成氨產(chǎn)業(yè)的國(guó)產(chǎn)化走出了一條新路。采用了現(xiàn)代化的設(shè)計(jì)理念及新材料、新的技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。隨著更大型化的合成系統(tǒng)投產(chǎn)，將進(jìn)一步檢驗(yàn)安淳公司的技術(shù)水平及技術(shù)成果，為我國(guó)合成氨的國(guó)產(chǎn)化提供成功的經(jīng)驗(yàn)。