氨合成塔

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，同時又能冷卻反應后氣體，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置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置冷卻管，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，又有逆流式和併流式冷卻管之分。

以併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后，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。

主要特徵是反應和換熱間斷進行。

催化劑床層分為若干段，在段間通入的未預熱的氮氫混合氣用以直接冷卻，稱為多層直接冷激式氨合成塔。

按床層內氣體流動方向不同，分為沿中心軸方向流動的軸向氨合成塔和沿半徑方向流動的徑向氨合成塔。

它們結構簡單，易損部件少，內件比較穩妥，多被大型氨廠採用。