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(guò)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(shuō)要使噸氨精煉氣消耗最小；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(jì)者這三大問(wèn)題必須全面考慮，并不是都能滿足，但最終要達(dá)到一個(gè)目標(biāo)，總體經(jīng)濟(jì)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(jì)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(yùn)一年左右，其中山東華魯恒升是在15MPa下運(yùn)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(gè)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(jìn)入塔內(nèi)中間換熱器，被繼續(xù)加熱至360℃～380℃，進(jìn)入第一催化床層“0”米，來(lái)自冷管的未反應(yīng)混合后軸向經(jīng)一層進(jìn)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(lái)的冷氣混合氣冷激降溫，進(jìn)入第二層中心集氣管，然后徑向經(jīng)過(guò)第二層內(nèi)圈催化床，進(jìn)行第二次絕熱反應(yīng)，反應(yīng)后熱氣徑向進(jìn)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(jìn)入內(nèi)件徑向環(huán)隙，進(jìn)入第三層，徑向橫掃第三層，進(jìn)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(jìn)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(jìn)入冷管束被第二層的外圈床層熱反應(yīng)氣加熱至380℃，進(jìn)入第一床層“0”米，與從第三層中間熱交來(lái)的380℃左右未反應(yīng)氣混合進(jìn)入第一層反應(yīng)。

    本四段塔為一個(gè)軸向段，三個(gè)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(lái)反應(yīng)熱氣，氨含量14%～15%，溫度380℃，經(jīng)蒸汽過(guò)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(jìn)塔外熱交，進(jìn)入軟水加熱器降溫至60℃左右，進(jìn)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(jìn)分離器(9)分離液氨后，氨含量為2.76%，進(jìn)循環(huán)機(jī)(10)、油分(11)與補(bǔ)入新鮮氣混合物，氨含量降至2%�；旌蠚夥謨晒桑�20%進(jìn)入合成塔環(huán)隙，80%進(jìn)塔外熱交被加熱至230℃～240℃左右之后，又分兩股，一股進(jìn)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(jìn)塔內(nèi)冷管束。兩股進(jìn)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(jìn)入催化床層反應(yīng)。

    流程特點(diǎn)：

    1、未反應(yīng)進(jìn)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(jí)利用，并產(chǎn)生中壓(2.5MPa～3.9MPa)過(guò)熱蒸汽(300℃～360℃)，即出塔經(jīng)過(guò)蒸汽過(guò)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(jí)加熱最后產(chǎn)生過(guò)熱蒸汽。

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

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

    4、放空點(diǎn)設(shè)置在循環(huán)機(jī)進(jìn)口點(diǎn)，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(guò)內(nèi)外筒環(huán)隙，使外筒處低溫工況運(yùn)行。

    6、未反應(yīng)氣三股分流進(jìn)塔L：20%從環(huán)隙，30%不經(jīng)環(huán)隙，混合后形成50%進(jìn)冷管，另外50%進(jìn)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(yùn)行，設(shè)計(jì)能力為200kt/a，已經(jīng)超過(guò)設(shè)計(jì)能力運(yùn)行8個(gè)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(jì)的原料氣(精煉氣)系銅洗工藝，實(shí)際運(yùn)行時(shí)是以低壓甲醇脫碳，液氮洗精制原料氣，經(jīng)增壓機(jī)，補(bǔ)入氨合成系統(tǒng)，小時(shí)氨產(chǎn)量為28.27t/h，日產(chǎn)量678.48t/h，折年產(chǎn)量20.35萬(wàn)噸/年。運(yùn)行壓力14.9MPa，即在15MPa壓力下運(yùn)行，生產(chǎn)能力超過(guò)設(shè)計(jì)能力，達(dá)200kt/a。

    2、運(yùn)行參數(shù)

    催化床層：零米溫度358℃、熱點(diǎn)溫度470℃、最底點(diǎn)溫度439℃。

    系統(tǒng)溫度：出塔溫度356℃、主氣進(jìn)塔溫度222℃、過(guò)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(bǔ)氣進(jìn)14.7MPa、循環(huán)機(jī)進(jìn)14.7MPa、循環(huán)機(jī)出15.9MPa、系統(tǒng)壓差1.2MPa、塔進(jìn)15.8MPa、塔出15.5MPa、塔壓差0.3MPa，廢鍋出15.4MPa、水冷出15.4MPa，過(guò)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(guò)熱壓蒸汽，雙氨冷節(jié)能流程設(shè)計(jì)有較多創(chuàng)新思維，運(yùn)行效果很好，實(shí)際能力達(dá)到20萬(wàn)噸氨/年以上，系統(tǒng)壓力低：為15MPa，阻力�。合到y(tǒng)1.2Mpaq，塔阻力小0.3MPa,副產(chǎn)有用的高位過(guò)熱蒸汽。實(shí)際流程中，少設(shè)置了—個(gè)軟水加熱器，至進(jìn)水冷熱氣溫度高，應(yīng)補(bǔ)設(shè)軟水加熱器以降低水冷負(fù)荷。

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