触媒筐固定于内件上，不需密封。上、下两个换热器用密封垫固定在一起，两换热器之间采用迷宫密封的形式，使其很容易取出。

（2）托普索合成塔内件特点

1）Topsφe-300合成塔采用全径向反应床。床层阻力降低，全塔阻力降2.5bar左右。 2）全塔净氨值达18%左右。

3）采用床间换热和床间冷激相结合的方法，调节触媒床。 氨合成塔操作条件比较 型 式 净氨值 催化剂m 惰性浓度% 合成压力MPaA 废热回收10kJ/tNH3 压缩（包括合成气和床机）10kJ/tNH3 663Casale 三床层 18.3% 48.5 0.02 14.75 2.59 1.05 Topsφe-200 二床层 15.5% 100 8 14.2 2.55 3.81 Topsφe-300 三床层 18.5% － － 注：以上数据是参考Topsφe其他工程技术指标。 （3）废热锅炉的选型 废热锅炉一般有以下几种形式 1）列管式废热锅炉

其特点：阻力小、结构简单、制造方便、造价低。

缺点：在高温高压下压力载荷和热膨胀载荷变化产生的应力，易产生管束与管板连接焊缝的损坏，造成安全事故。

一般高温高压锅炉不宜采用列管式废热锅炉。 2）插入管式废热锅炉

其特点：在高温区域没有原管板，不需要补偿因温差而产生的相对伸长量，插管本身能自由伸缩，受热面换热均匀。

具有结构简单、安装和维修方便的优点，但是插入管的外套管，下部无法排污，易产生沉淀物积聚，使管子局部过热甚至烧坏。故对锅炉水质要求很高。

3）U型管式废热锅炉

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a、特点：U型管式废热锅炉的U型换热管两端都是固定在同一侧的管板上，与锅炉壳体无直接连接。管子可以在壳体内自由伸缩，不存在管壳之间的热应力问题，很适用在管、壳之间温差较大的场合。

这种锅炉结构比较简单，管束可以抽出，维修方便。 b、U型管式废热锅炉可分为卧式和立式两种。

卧式U型管式废热锅炉，可与合成塔直接连接，水汽侧循环效果好，热效率高。但设备安装要求高。

立式U型管式废热锅炉，安装、检修方便，结构简单。 本工程推荐使用U型管式废热锅炉。 （4）合成催化剂

在新合成塔设计中使用国际上最好合成催化剂的生产厂商有：英国的ICI公司、丹麦的Topsφe公司、中国南京化学工业公司（A110-1）、德国的BASF公司，挪威的HYDRO公司。以上，各种型号的催化剂都能用到本工程合成塔设计中。

使用寿命可达10年以上。 技术特性： 催化剂（组成）： 外形： 尺寸： 密度（振动后） 热稳定性

主要成份：Fe3O4

助催化剂：K2O、Al2O3、M9O、BaO等 不规划形状 1.5~3mm

氧化态：2.8~3.2kg/l 还原态：2.2~2.4kg/l ＜530℃

合成塔催化剂填装量以Cascle为例（单台） 第一床层： 第二床层： 第三床层： 总量：

设备尺寸：φ2700X18000mm

可研报告按卡萨利工艺设计，工程设计阶段可根据招标情况进行修改。 4.8.3 氨合成工艺简述

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9.4m还原态 14.3m 24.8m 48.5m

3333

氧化态 氧化态

氨合成反应如下：

N2 + 3H3 2NH3 △H298= -92.44kJ/mol

来自合成气压缩机的14.85MPa、53℃的气体进入热气-气换热器。在换热器中与来自锅炉给水预热器的反应气通过交换被加热到173.5℃。然后气体送往氨合成塔R01在合适的氨合成催化剂下反应以增加氨的体积浓度到20.65%。可通过支路管线分流部分气体来控制进塔气的温度。

反应气可回收废热量，可产生~4140kg/h的40bar(A)饱和蒸汽。 废热回收装置是由两个换热器构成的：

2 废热锅炉，产生40bar的蒸汽，气体冷却到290℃；

2 锅炉给水预热器，预热进入废热锅炉锅炉的水，气体冷却到199℃。 在开车操作的早期阶段，为加快热循环部分，废热锅炉也能用作加热器。

来自废热锅炉的反应气进入到热气-气换热器的管程被冷却到74℃，加热合成原料气。 自的反应气体再送往水冷却器，在这里气体被冷却并有部分氨被冷凝。出口温度是39℃。 来自的合成气和液氨混合物进入冷气-气换热器，用自氨分离器1冷的循环气在这里进行冷却。

来自出口的反应气体被送往高温冷凝器，在这里被用氨冷冻 工段提供的液氨（在4℃）的蒸发冷却到8℃。再进入低温冷凝器，用液氨（在-15℃）蒸发冷却到 -9℃，发生进一步的氨冷凝。进入分离器。

从分离器中的合成气分离出液体氨，循环气通过冷气-气换热器从6℃加热到35℃进入合成气压缩机循环段的吸入口，为了使氨合成循环气中惰性气体浓度不超过氨合成反应过程的允许量，在氨分离器的出口气体中连续排放一定量的吹除气，送往氢回收工段。

来自分离器的液氨经减压，进入到中压氨闪蒸罐，在这里分离闪蒸气体，并得到最终产品液氨输送到界区外。

来自中压氨闪蒸罐闪蒸气体，输送到合成气压缩机新鲜气吸入口。 4.8.4 氨贮存和氨输送 4.8.4.1 氨贮存

液氨贮存有常压、低压0.4MPa和中压2.0~2.5MPa三种型式。

常压贮存液氨温度较低为-33℃，贮罐需用耐低温钢材，适于大型氨贮存。需要设置冷冻保安系统。

低压液氨贮存，为考虑到环境及安全因素，也需要设置冷冻保安系统。同时，需设置氨输送泵，将液氨回压到2.2MPa，才能达到本工程装置的需求。

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中压液氨贮存，不需冷冻保安系统及氨输送泵，但压力贮罐造价太高。只适用于中小型氨贮存。

氨贮存（10000m）比较 贮存形式 低压（球罐） 常压(立式)

因此本设计，推荐常压低温贮存。

为考虑运输的时间，确保合成氨装置的正常生产，确定存贮量为合成氨生产4天的生产量。 即：5333/0.68/0.9 = 8715m 选用5000m常压贮存罐2台。 并设有保安氨冰机系统。 4.8.4.2 氨输送

本工程的厂址距用户的中间罐区管道距离大约5.5公里，由中间罐区到隧道口6公里，有隧道到西峰17公里，为节省投资和安全考虑，采用管道输送，输送方案为两条管道并联输送，同时敷设一条氮气管道冲压和吹扫作用。 4.8.5 氨回收

氨回收是将液氨中间贮槽和氨库液氨贮罐气中的氨用蒸氨后含少量氨的残液(软水)吸收，所回收的稀氨水进入氨蒸馏塔进行蒸馏，所回收的液氨送回液氨贮罐。

来自合成工段的贮罐气，进入氨吸收塔底部。由软水贮槽来的软水，经洗涤液泵升压后送入吸氨塔顶部。同时由氨洗涤塔底部出来的12%左右的氨水也进入吸氨塔中部。由氨吸收塔顶出来的尾气经减压送至燃料气系统，塔底出来的氨水送入氨蒸馏塔回收浓度99.5%以上的液氨返回液氨球罐，氨蒸馏塔地的残液供氨吸收塔使用。 4.9 硫回收 4.9.1 技术路线简介

从含硫化氢的酸性气体中回收硫磺，已经在工业上应用的有① 改良Claus工艺；② 低温Claus工艺（例如Clinsulf、Sulfreen、Clauspol、MCRC、CBA）；③ 催化氧化工艺（例如SuperClaus、Selectox、Cansolv、Crystasulf、A.D.A、PDS）。

（1）改良克劳斯工艺

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3

3

3

压力MPaG；温度 4℃ 2.5MPa -33℃ 0.002MPa 投 资 （万元） 1300 708 电耗kWh 60 120 备 注 最早的克劳斯反应是在一个高温燃烧反应炉内完成的，后来在早期克劳斯法的基础上加以改进，使用催化剂在较低的温度下加速克劳斯反应，以提高硫化氢的转化率，这就是所谓的“改良克劳斯法”。当酸性气体中硫化氢含量在15%~50%,采用分流的克劳斯法；当酸性气中硫化氢含量在30％以上时，采用部分燃烧克劳斯法，而当硫化氢含量低于15％时，不适合采用克劳斯法，而用选择氧化法。克劳斯法基本反应如下：

H2S + 3/2 O2 → SO2 + H2O + Q1 H2S + 1/2 SO2 → H2O + 3/4 S2 + Q2

改良克劳斯法可分为两种方法：

? 部分燃烧法 将含硫化氢的酸性气体导入燃烧反应炉，配入一定量的空气，使H2S/O2

为2，或氧气稍过量一些，进行部分燃烧，然后经过两段或三段催化转化和冷却冷凝分离出硫。最后的尾气进入尾气处理装置。

? 分流法 当原料气中硫化氢含量在15～50％的情况下，若采用部分燃烧法，则反应热不足以维持反应炉高温转化的操作温度，故宜采用分流法（若提供燃料气燃烧，则也可以采用部分燃烧法）。分流法是把三分之一的酸性气体导入燃烧炉，通入定量的空气使燃烧反应炉内硫化氢全部变成二氧化硫，然后与旁通管路导入的其余的酸性气体混合，再去继续催化转化反应。

传统的Claus硫回收工艺经过几十年的发展，目前其硫回收率已接近其热力学平衡值，达96~99%，但其尾气中硫化物浓度仍达0.8~2.8%，如果直接燃烧排放，既浪费了大量硫资源，也污染了环境，因此，必须对尾气进一步净化利用。下面将要谈到的Clinsulf 、SuperClaus等工艺既可以取代改良克劳斯工艺，也可以用作克劳斯工艺的尾气处理。

（2）低温克劳斯工艺

克劳斯反应是一个可逆的放热反应，因此降低反应温度对平衡的硫转化率有利，但温度降低，反应的速度也同时减慢了，但是采用合适的催化剂就可以加速这个反应。正是基于这种思想Linde公司开发出了Clinsulf系列工艺。

Clinsulf工艺 Clinsulf为H2S直接氧化为硫单质的气相催化过程。含H2S酸性气体被直接加热到220℃左右，与预热的空气混合送到Clinsulf反应器，在此H2S直接氧化，通过一个内置的冷却系统调节反应器出口温度略高于硫的露点温度，将反应热传给锅炉给水产生中压蒸汽，硫在下游的冷凝器内析出。

该工艺的核心是Linde公司开发的内冷式反应器。该反应器分为两部分，入口部分设置一个非冷却绝热床，允许反应温度迅速上升以提高反应速度。下部分有一个催化床，内设一个盘管式换热器，该换热器提供有效冷却，以使反应器出口温度降至接近于硫的露点温度，这样就可以尽

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