布朗氨合成流程及合成氨培训教材

布朗氨合成流程及合成氨培训教材由于布朗工艺{4}的特殊流程，合成气最终要经过深冷精制以除去其中所含多余的氮气，因而气体质量与其他冷法精制流程的氮洗大体相当，即不含微量水分及二氧化碳。这种高质量的合成补充气，系所有深冷净化法的一大优点。它对氨合成系统十分有利，可有效地提高合成系统的能力，降低消耗。

图（4-19-9）为布朗三台合成塔，三台废热锅炉的氨合成工艺流程。补充气经过压缩冷却后

在循环段中与循环气相混合，然后经过预热去合成塔（1），（2），（3）。每台合成塔出口都设有废热锅炉，副产12.5MPa

高压蒸汽。合成塔的出口气，经过废热锅炉和预热器回收热量后，再经水冷器，冷交换器，二级氨冷器，降温至4.4℃并分离掉冷凝液氨，然后进冷交换器回收冷量，并升温至32℃，进入透平压缩机循环段与补充合成气混合去氨合成塔，从而构成氨合成的循环回路。

此氨合成流程的合成压力为15MPa。第三氨合成塔出口气中含氨可达21%，入塔气中含氨4%左右。

四、卡萨里法合成氨流程

卡萨立高压法也是高压法的一种，意大利人卡萨里所创。氢氮混合气被压缩到50~90MPa后进入循环系统，催化剂在500℃操作，采用的空间速度为12000，出塔气中氨含量15%，虽然用循环法生产，但不用循环压缩机而用气体喷射泵，只需将补充进入系统的3：1的氢氮混合气压力提高一点，就可作为动力源而带动整个系统的气体进行循环。此法最大的特点在与催化剂床层的温度控制，在高温高压下催化剂活性很易衰老，为此卡萨里对循环系统氨的分离使用冷凝的方法，出合成塔的气体被冷却到一定的温度，其中反应生成的氨就被冷凝分离掉。由于这种冷凝的做法，使得气体中残留一定量的氨分压，参见图（1-2-5）3.气体在60MPa下冷凝之后还有大约2%到3%的氨保留在气相中，这就使得循环到合成塔催化剂层进口处时可以减慢氨的生成反应，因此也就避免了产生过热现象。而哈伯法是用水洗分氨。合成塔进口处氨含量接近于0。而克劳德法则更是用新鲜氢氮气一次通过，故这两种工艺对催化剂的反应确实是要剧烈的多。据报道，同样的催化剂在卡萨里法可用6到12个月。每千克的催化剂产率为0.5到0.6的氨。

卡萨里法的另一特点是合成塔与内件之间有一环隙，进塔的循环气先通过此环隙再入催化剂筐，这使得塔壳的温度低于400℃，因而避免了克劳德在高压下要用镍铬合金的做法。这种保护外壳的方法以后一直被绝大部分其他合成工艺所采用。虽然布什也使用在环隙通过冷气的做法，但他用的是氮气，这就造成塔内氢氮比例的变动，因而没有被他人所效仿。此外，在催化剂筐中设中心管，内装电炉，供开工时使用。这点也比哈伯²布什法向塔内送入少量空气使之与氢气燃烧产生热量来升温的做法要高明。

由于这些特色，1927年全球合成氨产量的19%应用此法。而上述的几项特点则一直被后人广泛效法。

这种生产方式到60年代离心式压缩机在氨厂使用之前，一直占据一定地位。特别是美国的福斯特²惠勒公司于1954年采用此法以后，当时就报到有40多座厂使用此法。中国在60年代初引进的第一套合成氨厂就是按卡萨里技术建造的。不过在60年代以后，卡萨里即放弃了高压合成的作法，

而致力于径向合成塔的技术开发。其成套氨厂的设计与建造业务于1967年与法国的GP公司联合，从此法液空，GP，卡萨里这三家公司的合成氨业务由GP为代表。

浓度可达25%，这相当于入塔氢氮气有40%转化为氨，每kg催化剂可产氨6kg/h,相比之下，当时的哈伯法只有0.3~0.4kg/h。其工艺流程为原料氢来自焦炉气深冷液化分馏，氮气由空气液化分离提供。配合成3：1以后，经过压缩机压缩到100MPa以后送入合成塔C1，冷凝器R1，氨收集器S1，然后进入并联的合成塔C2,及C3，冷凝器R,2，氨收集器S2，未反应气体最终在通过3个串联的合成塔C4，C5，C6，每个塔之后都有相应的冷凝器R，氨收集器S，残余的尾气在洗涤塔W用水或酸回收其中的氨，在膨胀到常压，供作燃料或其他用处。各氨收集器S所得的氨经过闪蒸罐P减压后送储罐Q，闪蒸出来的气体和尾气合并送洗涤塔W回收。由于采用了高压提高了转化率，并且又用串联的方法进行多次的合成反应，故而避免了循环的生产方法。这方法总转化率可以计算出来。假定配备2塔并联，再加2塔串联，计算式为100a（3-3a+a2),式中a为单次转化率，这里如果取40%（a=0.4），则上式的结果为78.4%，前面所介绍的布什法氢氮转化率也只有80%。另外新鲜气中惰性气体的含量因为不会循环而积累，故允许含量远比循环法高。克劳德法的合成塔用镍铬合金的锭子镗孔而成，内部不设热交换器

，催化剂温升很高，由500℃到650℃使用

克劳德的技术特色，导致在当时按此法建成了一批氨厂，1929年约占世界总量的9%。这一技术和克劳德所创的其他技术一样，均由法国液化空气公司所拥有。合成氨技术由法国液化空气公司的子公司GP公司负责。

六、蒙特.色尼斯(ICI-伍德)氨合成流程

德国郝斯特公司所属的伍德工程公司与德国公司蒙特²色尼斯合作，于1924年开发了10到15MPa的低压合成氨法，并且由蒙特²色尼斯公司投资在郝恩梭丁根建立了第一座这样的合成氨厂。人们因此把它叫做蒙特²色尼斯法或伍德法。

此法所用的催化剂虽属铁系，但与布什所用的明显不同，不是磁性铁系列，而是铁氰化钾。操作压力10到15MPa，在活性初期甚至可低于10MPa，温度为400到425℃。这种催化剂低压活性很好，但由于不是用熔融方法制造，强度较差，寿命不长，因而当时所建的工厂到后来都改用磁铁矿型催化剂。中国的大连化学公司化肥厂建厂时就是引进伍德法氨厂。

90年代，中国从国外引进的低压（10.8）氨合成工艺，使用的是由伍德工程公司承建的ICI-AMV低压合成氨流程。示于图（4-19-10）之中。

此流程中得氨合成塔为三段径向中间换热式，填装ICI74-1型氨催化剂，氢氮比控制在2.2左右。为了使废热锅炉能产生更多的高压蒸汽，倒U型高压管中的气体与锅炉给水呈逆流状态，以使高压气体降低至更低的温度。

循环段送出的循环气体（26℃），经过预热器升温至240℃进入