0 概述
湖南安淳高新技術有限公司(以下簡稱安淳公司)開發設計氨合成系統已有10多年的歷史，先后開發出ⅢJ、ⅢJD型氨合成塔，塔徑包括φ600、φ800、φ1000、φ1200、φ1400、φ1600、φ1800 mm等，單塔能力從20 kt氨／a(φ600 mm)到年產180kt氨／a，分布全國數百個中、小氮肥廠使用，使用效果都很好。ⅢJ冷管絕熱型，塔徑小、能力小，20～110 kt／a，全軸向或一徑多軸；ⅢJD2000型包括φ1400、φ1600、φ1800、φ2000、φ2200mm五個系列，在技術上有較大的提升，使用效果在國內比較突出。目前，又在開發設計ⅢJDS節能氨合成系統系列，雙塔雙鍋塔鍋一體氨合成系統節能顯著、單系統能力大，其設計思想新穎，合成塔結構簡單、可靠。
1 ⅢJD2000氨合成系統的特點
ⅢJD2000的代表塔型為φ1400、φ1600、φ1800、φ2000mm，下面詳細介紹φ1600、φ1800mm氨合成塔及系統的特點。
ⅢJDφ1600mm和φ1800mm氨合成塔(見圖1)特點是由一個冷管束構成的五段反應器，其中一、二為軸向絕熱段，三為徑向絕熱段，四為徑向冷管段，五為徑向絕熱段。
ⅢJDφ1600 mm和φ1800 mm氨合成塔內氣體流程特點是分流工藝，即預熱后70％未反應氣經塔內換熱器加至360～380℃，到零米進一段反應。另外30％未反應氣先經過內外筒環隙再進入冷管束，加熱后，進入第一、二段間，做為第一段反應熱氣的冷卻氣。分流后，阻力小，冷管段傳熱溫差大，冷管面積小，大大提高了容積系數。
ⅢJDφ1600 mm和φ1800 mm氨合成塔冷管束為同一平面內外環冷管束，冷氣由上至下進入內環管，然后分成兩股，一股向下再上，一股向上再下，匯合于外環管，再由上升管導入一、二段間，這種冷管束新穎，它適合徑向催化反應床，因內外環管在催化床(軸向)中間，有利于冷管的伸縮，比上下環冷管束更穩定可靠。
ⅢJDφ1600 mm和φ1800 mm氨合成塔的反應后熱氣塔內換熱器布置在中心，為瘦長型，換熱管加工成橫紋管，大大提高了傳熱系數，減少了傳熱面積，增加了塔容積利用系數。ⅢJDφ1600mm和φ1800mm氨合成塔催化床(高)中80％～85％是徑向筐，阻力小。
ⅢJDφ1600mm和φ1800mm氨合成系統配單氨冷，氨冷器為臥式，其上部配有高位臥式閃蒸槽，氨冷效率大大提高。
2 ⅢJD2000φ1600mm和φ1800mm氨合成系統使用效果
第一個ⅢJDφ1600mm于2000年在湖南岳陽化肥廠投入使用，隨后河北邯鋼化肥廠、河南心連心、河南駐馬店、晉城二化、江蘇張家港、福建三明、山西晉豐聞喜先后采用。
ⅢJD2000φ1600mm系統使用效果，以下是山西天脊晉城化丁股份有限公司的運行情況說明：
(1)高壓機開機臺數6臺6MD32-180／320和2臺6M16-57／320；
(2)循環機開機臺數2臺8m3／min和2臺1.8m3／min；
(3)合成氨產量640t/d；
(4)循環氣CH4 21％～23％，系統壓力28.5MPa；
(5)溫 度：二進165℃、“零”米400℃、熱點465℃， 二出300℃、熱交出(水冷進)60℃；
(6)系統壓差1.2MPa，合成塔壓差0.36MPa。
ⅢJD2000φ1800mm系統已在山東瑞星、山東德齊龍(兩套)、江蘇新沂恒盛、山西高平晉豐、江蘇張家港華昌等企業投入使用。
φ1800mm系統兩種型號，一種凈空高為16m，觸媒裝填量25.4m3，一種凈空高為18m，觸媒裝填量28.4m3(山西高平屬此型號)。
φ1800mm系統的運行情況(山東德齊龍化工集團)：CH4％為21％～22％時，日產氨580～600t，系統壓力23～25MPa，“零”米溫度390～400℃，出塔溫度300～310℃，開8m3／min循環機3臺，系統壓差1.2MPa，塔壓差0.3～0.4MPa，同平面溫度差2～4℃，氨冷溫度－5℃，水冷進口溫度70～80℃，運行非常平穩。
φ2000 mm系統，已于2006年8月在河南心連心投產，效果很好。該合成塔凈空高為18 m，催化容積33.5 m3。結構為三層：一層為軸向絕熱層，二層為徑向間冷層，三層為徑向絕熱層。
3 ⅢJD3000型氨合成塔內件及系統的設計特點
為實現單系統規�；痛蠓档湍芎�，已在上述塔型的基礎上設計了ⅢJD3000型φ2200 mm和φ2400mm合成系統，其總的設計思想是：降低“零”米溫度，提高熱點溫度，提高二進溫度，降低進塔氨含量，大幅提高山塔氨含量：提高出塔溫度，提高回收蒸汽壓力，簡化合成塔結構。
3.1 合成塔特點(見圖2)
(1)三層四段，三徑一軸，徑向段占床高70％。第一層為軸向絕熱段，第二層包括徑向間冷段和絕熱段，第三段為徑向絕熱段；
(2)進塔未反應氣預熱至240℃左右，出塔熱氣溫度為420℃：
(3)冷管束、換熱器與隔板從頂部往卜分別安裝，根據外筒制造廠能力情況，也可以設計成平頂蓋或球形頂蓋；
(4)結構簡單，白卸觸媒，阻力0.2～0.3MPa；
(5)合成塔高徑比8～9。
3.2 工藝流程(見圖3)
出塔反應后氣體(氨含量16％～18％，溫度420℃)直接進廢鍋，產生3.5～3.9 MPa蒸汽，溫度降為275℃左右，進熱交降溫至70℃左右，進水冷降溫至40℃左右，進冷交溫度降至16℃左右，冷凝氨分離，氣體經一級氨冷降至－5℃，再經二級氨冷降至－23℃，分離冷凝氨后，進冷交管內，被加熱至25～28℃，送至循環機，出循環機后與通過補氣油分補入新鮮氣混合進塔，氨含量為1.8％～2％，分兩股，一股15％～20％進環隙，另一股80％～85％送熱交，加熱至240℃，再分成二股，一股30％～35％與環隙出來未反應氣混合從塔頂進中層熱交加熱，進第一絕熱段，一股50％進下層內熱交加熱，均被加熱至380℃，進入第一層、第二層、第三層反應，出塔。
流程特點：
(1)余熱回收，產生3.5～3.9MPa飽和蒸汽；
(2)兩級氨冷，第一級降溫－5℃，第二級降溫－15℃；
(3)循環機：塔前；
(4)放空氣：循環機前，此處氨含量最低，甲烷最高，冷量已回收：補氣：循環機后，充分發揮循環機能力；
(5)進水冷溫度70℃，節約冷卻水：
(6)進塔氨含量1.8％，出塔氨含量17％，低空速：5977.89h－1；
采用高鈷(氧化鈷含量2％以上)、稀土和多種助劑組成的高活性、低壓、寬溫型氨合成催化劑，起始“零”米溫度340～350℃，熱點溫度500℃左右。
4 ⅢJDS氨合成系統(見圖4)
ⅢJDS氨合成系統為最近版本，它在ⅢJD3000基礎上又提升了一大步。其特點：雙塔雙鍋，塔鍋一體，雙塔連續反應。
(1)雙塔雙鍋，塔鍋一體：合成塔與廢鍋連成一體，對材質要求不高，免除了熱應力很大的連接管道，節省了占地面積。
(2)第一臺塔只有一個絕熱反應層，“零”米溫度330～360℃，絕熱反應后溫度490～500℃，氨凈值增加9.6％～11％，塔容積小，塔體簡單。
(3)第二臺塔基本上為絕熱反應，容積大，催化劑多，占總量80％，最終氨凈值18％～19％。
(4)廢鍋產生3.9MPa飽和蒸汽，每噸氨產汽1t左右。
(5)適用單系統大型化。高壓筒直徑相對于單塔直徑小，加工制造、運輸、安裝相當方便容易。
5 XA209催化劑
(1)為適用ⅢJD3000及ⅢJDS內件設計氨凈值高的要求，配套研制了一種低溫寬溫小粒度XA209催化劑。
(2)XA209催化劑在XA201基礎上提高鈷含量增加，加入稀土元素、氧化鋯，并對其它組分進行了調控。
(3)活性檢測結果：壓力15MPa，空速30000h－1，330℃時出口氨6.6％，415℃時出口氨16.8％，在580℃耐熱20h降溫415℃山口氨含量16.2％，實際使用時，“零”米可控制在330～360℃，熟點溫度490～500℃，為正常運行溫度。
6 結束語
湖南安淳高新技術有限公司開發設計制造的氨合成塔及系統，有四個技術層次：ⅢJ：φ600、φ800、φ1000、φ1200mm：ⅢJD2000：φ1400、φ1600、φ1800、φ2000：ⅢJD3000：φ2200、φ2400mm：ⅢJD。
(1)ⅢJ型系列基本特點：冷管絕熱型，塔徑小、能力小；20～110 kt／a，全軸向或一徑多軸，阻力較大：塔下部換熱器為鼓型，換熱氣體流速小，“K”小。
(2)ⅢJD2000包括φ1400、φ1600、φ1800、φ2000 mm，基本特點：冷管絕熱型，冷管為同平面內外環上下并流型，適于徑向冷管段反應，塔徑大，能力大，120～220kt／a，兩軸三徑，阻力小。塔下換熱器為細K型，“K”大。ⅢJD3000包括φ2200mm和φ2400mm，其基本特點：間冷絕熱反應，一軸三徑，第四段反應后熱氣在塔外廢鍋冷卻，產生中壓或次中壓蒸汽，塔體與廢鍋二合一，節約40多米大管徑、高溫抗氫腐蝕管道。二級氨冷，進塔氨含量為1.8％～2.2％，二進溫度240℃，二出溫度400℃以上。
(3)ⅢJD3000型能力更大，φ2000、φ2200mm運行能力為200～250kt／a，20～22MPa運行，阻力更小。
(4)ⅢJDS型為雙塔雙鍋，塔鍋一體。適用裝置大型化，單系統能力可達300 kt，更節能，噸氨產中壓蒸汽1t氨凈值高，阻力小，循環量小。ⅢJDS型比ⅢJD性系列將有更大進步。
(5)ⅢJD3000與ⅢJDS配XA209催化劑，效果更好。
