氨合成塔

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1、氨合成塔氨合成塔氨合成塔，是在高压、高温下用来使氮气和氢气发生催化反应以进行氨 合成的设备。氨合成塔是合成氨厂的心脏，是一种结构复杂的反应器。现在工 业上氨合成是内件外有保温层，操作时进塔的冷气体流过内、外筒间的环隙， 从而避免外筒温度过高。这样，外筒只承受高压，可用低合金高强度钢制作。 内件虽然是在高温下操作，但是只承受氨合成塔进出口的压力差，可用耐热镍 铬合金钢制作。1 简介 2 详细 3 分类 4 其他介绍 5 工艺流程 6 反应催化剂 1 1 简介简介 氨合成塔（ammonia synthesis converter ）是在高压、高温下用来使氮 气和氢气发生催化反应进行氨合成的设备。氨

2、合成塔是合成氨厂的心脏，是种结构复杂的反应器。 现在工业上氨合成是在压力 15.230.4MPa、温度 400520下进行的，为防止高压、高温下氢气对钢的 腐蚀，氨合成塔由耐高压的封头、外筒和装在筒体耐高温的内件组成。 2 2 详细详细 现在工业上氨合成是内件外有保温层，操作时进塔的冷气体流过内、外筒 间的环隙，从而避免外筒温度过高。这样，外筒只承受高压，可用低合金高强度钢制作。内件虽然是在高温下操作，但是只承受氨合 成塔进出口的压力差，可用耐热镍铬合金钢制作。内件包括催化剂筐和换热器 两个主要部分，筐内装铁催化剂，氨合成反应在此进行。从催化剂筐出来的热 气体温度通常在 460以上，进氨合成塔

3、的冷气体温度根据流程的不同，有的 为 2030,有的可达 140以上。为了使进氨合成塔的气体能加热到反应温度， 同时又能冷却反应后气体，在塔内还设有换热器。换热器有列管式、螺旋板式 和波纹板式，其中以列管式采用最多。氨合成催化剂在开车之前必须还原（见 氨合成）,还原需要提供一定的热量,为此中小型氨合成塔内部装有电加热器， 大型氨合成塔则采用塔外设置开工加热炉的办法来解决。在给定的铁催化剂和 压力下，氨合成温度不同，反应速度也不同。对于一定的氨含量，氨合成反应 速度最大时的温度称为最佳温度，此最佳温度随着氨含量增大而降低。由于氨 合成为放热反应，催化剂床层的温度将随着反应进行而不断升高。为使氨合

4、成 反应能在接近最佳温度下进行，需要采取措施移走多余的热量。工业上按传热 方式区分催化剂筐的类型。 3 3 分类分类 内部换热式：又称连续换热式。特点是在催化剂床层中设置冷却管，通过冷却 管进行床层内冷热气流的间接换热，以达到调节床层温度的目的。冷却管形式有单管、双套管和三套管之分，根据催化剂床 层和冷却管内气体流动方向的异同，又有逆流式和并流式冷却管之分。以并流 双套管式氨合成塔为例，气体从塔顶部进入,在环隙中沿塔壁而下,经换热器壳 程后到分气盒,分散到各双套管的内冷却管,到管顶折至外冷却管， 气体被预热 到铁催化剂的活性温度（通常为 400左右），再流经设有电加热器的中心管。从上而下通过催

5、化剂床层，氮气和氢气在此反应后，出催化剂筐，通过换热器 管程降低温度，出合成塔。为控制催化剂床层温度不致过高，有少量气体从冷 气旁路管进入塔内，不经换热器壳程，而直接与已经预热的气体混合。 间断换热式：主要特征是反应和换热间断进行。催化剂床层分为若干段，在段 间通入的未预热的氮氢混合气用以直接冷却，称为多层直接冷激式氨合成塔。按床层内气体流动方向不同，分为沿中心轴方向流动的轴向氨合成塔和沿 半径方向流动的径向氨合成塔。它们结构简单，易损部件少，内件比较稳妥， 多被大型氨厂采用。4 4 其他介绍其他介绍 氮的循环是自然界中维持地球上生命的重要循环之一。催化合成氨是目前 唯一具有工业规模的获取活化

6、态氮 的方法。没有别的反应像氨全成反应一样， 能够把理论、模型催化剂和实验连接起来。催化全成氨的基础知识的进步对其 它领域的催化剂研究有较大的研究。氨合成：英文名（ammonia synthesis），指合成氨原料气（氮氢混合气） 在高温、高压和催化剂存在下直接合成为氨的工艺过程。 5 5 工艺流程工艺流程 氨合成反应是放热、缩小体积的可逆反应，温度、压力对此反应的化学平 衡有影响。当混合气中氢氮摩尔比为 3 时,氨平衡含量随着温度降低、压力增加 而提高。但在较低温度下，氨合成的反应速度十分缓慢，需采用催化剂来加快 反应。由于受到所用催化剂活性的限制，温度不能过低，因此为提高反应后气 体中的氨

7、含量，氨合成宜在高压下进行。当工业上用铁催化剂时,压力大多选用 15.230.4MPa(150300atm)，即使在这样压力条件下操作，每次也只有一部 分氮气和氢气反应为氨，故氨合成塔出口气体的氨浓度通常为 1020（体 积）。决定反应的要因素是铁催化剂的活性，反应所产生的氨与氮气、氢气的 分离以及氮、氢气的循环使用。 6 6 反应催化剂反应催化剂 铁催化剂的活性 氨合成采用添加有助催化剂的铁催化剂。助催化剂的成分 有氧化钾、 氧化铝、 氧化镁、氧化钙、氧化钴等。开工前铁催化剂组成可看 作四氧化三铁(见金属氧化物催化剂)，它对氨合成反应没有催化作用，开工操 作时需用氢气将它还原成金属铁才有活性。不同还原条件下得到的催化活性有 很大差异。正常生产时，铁催化剂常因氮氢混合气中含有少量硫化合物、碳的 氧化物等气体而降低活性，通常规定一氧化碳和二氧化碳不超过 10ppm（体积）。铁催化剂的寿命(见催化剂寿命)与其制造质量、使用条件有密切关系,短的 12 年，长的可达 89 年。