氨合成是合成氨生產(chǎn)最后一道工序，制造的粗原料氣經(jīng)過變換、脫硫、脫碳、精制得到H₂/N₂為3的精煉氣，合成為氨，它的重要性在于：第一，要把精煉氣最大限度轉(zhuǎn)變?yōu)榘辈⑹怪�成為產(chǎn)品，也就是說要使噸氨精煉氣消耗最��；第二，要使噸氨能耗最低，就是要求系統(tǒng)壓力低，循環(huán)量小，阻力小，冷凍量消耗小，反應(yīng)熱利用率高等；第三，建設(shè)一定規(guī)模的氨合成裝置，投資要少。做為設(shè)計者這三大問題必須全面考慮，并不是都能滿足，但最終要達到一個目標，總體經(jīng)濟效益最好。二米ⅢJD氨合成系統(tǒng)，正是綜合考慮上述原則之后，設(shè)計制造的系統(tǒng)，已經(jīng)投入了三套，即河南心連心化工有限公司、山東華魯恒升德州化肥廠、山東明水化肥廠投運一年左右，其中山東華魯恒升是在15MPa下運行，情況良好。

    ⅢJDФ2000氨合成塔，包括三層四段(如圖一)：第一層設(shè)置為一個絕熱反應(yīng)段，第二層包括兩段(內(nèi)圈為絕熱段，外圈為內(nèi)冷段)，第三層為絕熱段。

    反應(yīng)氣在塔內(nèi)的流程是：未反應(yīng)氣在塔外熱交被預(yù)熱220℃左右，進入塔內(nèi)中間換熱器，被繼續(xù)加熱至360℃～380℃，進入第一催化床層“0”米，來自冷管的未反應(yīng)混合后軸向經(jīng)一層進行絕熱反應(yīng)，反應(yīng)后溫度上升至480℃左右，經(jīng)集氣盒在盒內(nèi)與從塔外來的冷氣混合氣冷激降溫，進入第二層中心集氣管，然后徑向經(jīng)過第二層內(nèi)圈催化床，進行第二次絕熱反應(yīng)，反應(yīng)后熱氣徑向進入第二層外圈催化床，邊反應(yīng)邊被管內(nèi)冷氣冷卻，反應(yīng)后氣體進入內(nèi)件徑向環(huán)隙，進入第三層，徑向橫掃第三層，進行絕熱反應(yīng)，完成反應(yīng)后的氣體溫度升高，氨含量增加，進入第三層中間換熱器管間，由上而下，被管內(nèi)未反應(yīng)冷氣冷卻至340℃～350℃出塔。約30%～40%溫度為200℃未反應(yīng)冷氣進入冷管束被第二層的外圈床層熱反應(yīng)氣加熱至380℃，進入第一床層“0”米，與從第三層中間熱交來的380℃左右未反應(yīng)氣混合進入第一層反應(yīng)。

    本四段塔為一個軸向段，三個徑向段，且軸向段占床層總高度10%～15%，因此本塔阻力小。

    從合成塔(1)出來反應(yīng)熱氣，氨含量14%～15%，溫度380℃，經(jīng)蒸汽過熱器，降溫至360℃，經(jīng)蒸汽發(fā)生器，產(chǎn)生2.5MPa飽和蒸汽后，溫度降220℃～230℃，進塔外熱交，進入軟水加熱器降溫至60℃左右，進水冷，降溫至40℃，經(jīng)冷交(6)，氨含量降至4.43%，一氨冷(7)、二氨冷(8)降溫至-11℃左右，進分離器(9)分離液氨后，氨含量為2.76%，進循環(huán)機(10)、油分(11)與補入新鮮氣混合物，氨含量降至2%�；旌蠚夥謨晒桑�20%進入合成塔環(huán)隙，80%進塔外熱交被加熱至230℃～240℃左右之后，又分兩股，一股進塔內(nèi)第三層中間換熱器，另一股在塔頂與從環(huán)隙出氣體混合后進塔內(nèi)冷管束。兩股進入中間換熱器和冷管束的未反應(yīng)氣分別加熱至370℃～380℃，在“0”米混合后，進入催化床層反應(yīng)。

    流程特點：

    1、未反應(yīng)進塔溫度高，反應(yīng)氣出塔溫度高，分別240℃和380℃；出塔氣體反應(yīng)熱多級利用，并產(chǎn)生中壓(2.5MPa～3.9MPa)過熱蒸汽(300℃～360℃)，即出塔經(jīng)過蒸汽過熱器、蒸汽加熱器、軟水加熱器，利用出塔氣體熱量將軟水逐級加熱最后產(chǎn)生過熱蒸汽。

    2、采用兩級氨冷：一級氨冷冷至3℃，二級氨冷降溫至-11℃，氨含量可降2.76%，兩級氨冷比只采用一級氨冷，節(jié)約冷凍量40%以上。

    3、補氣在氨冷之后：使進塔氨含量稀釋至2%，即系統(tǒng)只降溫至-11℃就可使進塔氨含降至2%，對氨合成反應(yīng)有利。

    4、放空點設(shè)置在循環(huán)機進口點，此處惰氣濃度最高，系統(tǒng)中氨都已分離，氨含量最低，放空氣量少，放空氣中帶走氨少。

    5、設(shè)置20%未反應(yīng)冷氣經(jīng)過內(nèi)外筒環(huán)隙，使外筒處低溫工況運行。

    6、未反應(yīng)氣三股分流進塔L：20%從環(huán)隙，30%不經(jīng)環(huán)隙，混合后形成50%進冷管，另外50%進塔內(nèi)熱交，系統(tǒng)阻力小。

    山東華魯恒升ⅢJDФ2000氨合成系統(tǒng)，于2006年11月25日投入運行，設(shè)計能力為200kt/a，已經(jīng)超過設(shè)計能力運行8個月，情況很好。

    1、精煉氣配置及能力ⅢJDФ2000氨合成系統(tǒng)原設(shè)計的原料氣(精煉氣)系銅洗工藝，實際運行時是以低壓甲醇脫碳，液氮洗精制原料氣，經(jīng)增壓機，補入氨合成系統(tǒng)，小時氨產(chǎn)量為28.27t/h，日產(chǎn)量678.48t/h，折年產(chǎn)量20.35萬噸/年。運行壓力14.9MPa，即在15MPa壓力下運行，生產(chǎn)能力超過設(shè)計能力，達200kt/a。

    2、運行參數(shù)

    催化床層：零米溫度358℃、熱點溫度470℃、最底點溫度439℃。

    系統(tǒng)溫度：出塔溫度356℃、主氣進塔溫度222℃、過熱器出口溫度343℃、廢鍋出口溫度232℃、熱交出口溫度145℃。

    系統(tǒng)壓力：補氣進14.7MPa、循環(huán)機進14.7MPa、循環(huán)機出15.9MPa、系統(tǒng)壓差1.2MPa、塔進15.8MPa、塔出15.5MPa、塔壓差0.3MPa，廢鍋出15.4MPa、水冷出15.4MPa，過熱蒸汽2.3MPa。

    ⅢJDФ2000氨合成塔及系統(tǒng)，是一種三層四段或五段反應(yīng)器，徑向段占85%的軸徑向塔，系統(tǒng)是副產(chǎn)過熱壓蒸汽，雙氨冷節(jié)能流程設(shè)計有較多創(chuàng)新思維，運行效果很好，實際能力達到20萬噸氨/年以上，系統(tǒng)壓力低：為15MPa，阻力小：系統(tǒng)1.2Mpaq，塔阻力小0.3MPa,副產(chǎn)有用的高位過熱蒸汽。實際流程中，少設(shè)置了—個軟水加熱器，至進水冷熱氣溫度高，應(yīng)補設(shè)軟水加熱器以降低水冷負荷。

    ⅢJDФ2000氨合成系統(tǒng)可以推廣應(yīng)用于低壓氨合成系統(tǒng)。