氨合成塔

簡介

氨合成塔（ammonia synthesis converter ）是在高壓、高溫下用來使氮氣和氫氣發生催化反應進行氨合成的設備。

氨合成塔是合成氨廠的心臟，是種結構複雜的反應器。

現在工業上氨合成是在壓力 15.2～30.4MPa、溫度 400～520℃下進行的，為防止高壓、高溫下氫氣對鋼的腐蝕，氨合成塔由耐高壓的封頭、外筒和裝在筒體耐高溫的內件組成。

現在工業上氨合成是在壓力 15.2～30.4MPa、溫度400～520℃下進行的，為防止高壓、高溫下氫氣對鋼材的腐蝕，氨合成塔由耐高壓的封頭、外筒和裝在筒體內耐高溫的內件組成。

內件外有保溫層，操作時進塔的冷氣體流過內、外筒間的環隙，從而避免外筒溫度過高。

這樣，外筒只承受高壓，可用低合金高強度鋼製作。

內件雖然是在高溫下操作，但是只承受氨合成塔進出口的壓力差，可用耐熱鎳鉻合金鋼製作。

內件包括催化劑筐和換熱器兩個主要部分，筐內裝鐵催化劑，氨合成反應在此進行。

從催化劑筐出來的熱氣體溫度通常在 460℃以上，進氨合成塔的冷氣體溫度根據流程的不同，有的為20～30℃,有的可達140℃以上。

為了使進氨合成塔的氣體能加熱到反應溫度，同時又能冷卻反應後氣體，在塔內還設有換熱器。

換熱器有列管式、螺旋板式和波紋板式，其中以列管式採用最多。

氨合成催化劑在開車之前必須還原（見氨合成）,還原需要提供一定的熱量,為此中小型氨合成塔內部裝有電加熱器，大型氨合成塔則採用塔外設定開工加熱爐的辦法來解決。

在給定的鐵催化劑和壓力下，氨合成溫度不同，反應速度也不同。

對於一定的氨含量，氨合成反應速度最大時的溫度稱為最佳溫度，此最佳溫度隨著氨含量增大而降低。

由於氨合成為放熱反應，催化劑床層的溫度將隨著反應進行而不斷升高。

為使氨合成反應能在接近最佳溫度下進行，需要採取措施移走多餘的熱量。

工業上按傳熱方式區分催化劑筐的類型。

又稱連續換熱式。特點是在催化劑床層中設定冷卻管，通過冷卻管進行床層內冷熱氣流的間接換熱，以達到調節床層溫度的目的。

冷卻管形式有單管、雙套管和三套管之分，根據催化劑床層和冷卻管內氣體流動方向的異同，又有逆流式和並流式冷卻管之分。

以並流雙套管式氨合成塔為例，氣體從塔頂部進入,在環隙中沿塔壁而下,經換熱器殼程後到分氣盒,分散到各雙套管的內冷卻管,到管頂折至外冷卻管，氣體被預熱到鐵催化劑的活性溫度（通常為 400℃左右），再流經設有電加熱器的中心管。

從上而下通過催化劑床層，氮氣和氫氣在此反應後，出催化劑筐，通過換熱器管程降低溫度，出合成塔。

為控制催化劑床層溫度不致過高，有少量氣體從冷氣旁路管進入塔內，不經換熱器殼程，而直接與已經預熱的氣體混合。