化工厂实习报告总述

本科实习报告学院 化学工程学院 学生姓名 IV 专业 化学工程与工艺 学号 1234567890 年级 AA级 指导教师 XXD 教务处制表二一一 年 三 月 二十 日课程名称：化工生产实习 课程号码：308081020 实习周数：一周学分：2实习单位：玉龙化工公司 实习地点： 成都青白江玉龙化工 实习时间：2011年2月23日-3月1日一、实习目的、要求：3二、实习单位简介3三、实习主要内容：4、脱碳工段5（1）概述5（2）活化MDEA（a-MDEA）法5（3）基本原理6（4）工艺流程6（5）工艺操作控制指标7（6）主要设备特点7、尿素工段8（1）概述8（2）工艺流程8（3）工艺操作控制指标9（4）设备防腐10、合成氨工段11氨的性质和用途11（1）岗位任务12（2）反应原理12（3）工艺流程12（4）合成、合成的区别13（5）膜分离14（6）催化剂14（7）主要设备15、转化工段15（1）概述15（2）主要设备15（3）造气工艺操作控制指标16、碳化工段17、软水17、污水处理19四、认识最深的生产过程介绍22五、实习总结：24一、实习目的、要求：实验目的： 经过物理化学、化工原理、化工热力学等课程的学习，对化工生产过程的理论基础已有初步认识。去化工厂进行参观和跟班实习，了解化工厂的必备生产环境，了解实习工厂生产经营发展情况、远景规划及重大技术改进措施；了解实习工厂化工产品的生产原理、方法、工艺流程、主要工艺指标及控制方法、测试仪表；了解主要设备的类型、结构特点、尺寸、材料及保温防腐措施；如此在生产一线学习，有利于将理论联系实际，印证、巩固和加深所学基本理论知识。想要对工厂有更全面的认识，还要了解工厂水、电、气的供应及“三废”处理及利用情况。除此之外，还应该学习敬业的管理人员和工人们的优秀品质和团队精神，树立劳动观念、集体意识和为化工而奋斗的创业精神，提高个人职业素养和工作的竞争能力。对即将面临毕业就业的学生而言，化工生产实习这样的实践性课程的现实意义是不言而喻的。实习要求： 1）通过实习了解化工生产的基本规律和特点（物料、设备的规律、实现生产过程的特点、过程本身的特点）。 2）深入了解生产过程的基本原理、特点、生产方案、工艺流程、单元操作、主要设备及操作控制。 3）了解实习车间的生产管理以及技术进步措施。 4）学习工厂管理人员，工程技术人员和工人对生产的高度责任感，对工作恪尽职守，勇于改革，不断进取创新的奉献精神。二、实习单位简介 成都玉龙化工有限公司的前身为成都化肥厂，2000年通过改制全部退出国有，重新组建为“成都玉龙化工有限公司”，2002年进一步深化改革，成功地与四川省农资集团公司实现了资产重组。“十五”期间，玉龙公司坚持走新型工业化发展之路，在深化企业改革，加快技术进步，推进科技创新等方面做了大量工作，特别是通过两次重大改制，促进了企业健康快速发展和员工思想观念的转变，进一步增强了公司综合实力。荣获四川省经委、省统计局“2005年四川工业企业最大规模500强”、“2005年四川化学原料及化学制品制造工业企业最佳效益20强”和“2005年四川工业企业最佳效益200强”等称号；2005年企业利润在全国氮肥行业排序38位，在全国小氮肥行业排序21位，被中国氮肥工业协会授予“2005年度全国小氮肥行业企业利润50强”称号；“合成氨六改十双一段直接转化”技术改造项目获成都市人民政府“成都第四届金桥工程优秀项目”一等奖；被多家银行评定为“2005年度信用等级AAA”。公司顺利通过了ISO9001质量管理体系认证和ISO14001环境管理体系认证。 “十五”期间，玉龙公司针对化肥企业系高能耗传统产业的实际，坚持走“高新技术产业化，传统产业高新化”的道路，投入近2个亿，不间断地搞技改，先后实施“合成氨填平补齐”、“尿素四改六”、“合成氨技改扩建”、“尿素六改十”、“合成氨六改十”、“尿素十改十三”、“双一段节能技改”、“污水零排放”等重大技改工程。企业在进行技改扩建时，坚持开发、节约、环保并重，大量采用先进、成熟可靠、节能降耗效果明显的新工艺、新设备。在省内率先引进日本恒河公司的DCS系统，采用无平衡段节能压缩机、1米节能型合成塔、膜分回收氢气、循环流化床锅炉、机泵变频调速等，取得了良好的经济效益。不断提高产品质量，2002年在尿素被列为四川省免检产品后，又于2003年对尿素蒸发系统进行改造，使产品合格率达到100，优级品率提高到98以上，尿素于2003年底被全国供销合作社评为名牌产品。玉龙公司重视环境保护工作，在上技改项目的同时，必须上相应的环保设施，做好 “废水、废气、废渣”的处理。2001年至今，公司先后投资1588万元用于环保治理，对3台老式链条锅炉进行了改造，新建循环水系统和锅炉水膜除尘装置及污水沉淀池，对内部排水管网进行全面整治，安装COD和氨氮在线监测装置，上深度水解项目，实施污水零排放综合治理环保工程，取得了很好效果。随着各项工程的相继按期完工，企业生产装置水平和产品产量、质量不断提高，能源消耗不断降低，合成氨装置能力由年产2.5万吨提高到10万吨，尿素由年产4万吨提高到13万吨；合成氨综合能耗降到1356公斤标煤/吨，低于全国小氮肥行业“十五”合成氨综合能耗1700公斤标煤/吨的标准要求，并提前达到全国小氮肥行业“十一五”合成氨综合能耗1550公斤标煤/吨的标准要求，能耗处于国内同行业先进水平；环境治理成效显著，废水、废气、废渣等各项环保指标做到达标排放，废水基本实现零排放；公司顺利通过了ISO9001质量管理体系认证和ISO14001环境管理体系认证；效益连续7年成倍增长，实现可持续发展。玉龙化工是一个人性化和极具社会责任感的企业。在提高企业经济效益的同时，公司关心员工个人发展，重视对员工的业务培训，为员工个人发展创造条件。先后投资100余万元，与川化职大、成都工交干校、四川西华大学联合，在公司内举办化工工艺、机电仪、MBA培训班，经济管理中专班、大专班，有600多人次的员工参加了学习培训，全面提高了员工素质。同时，玉龙化工为高校学生提供宝贵的实习机会，工人师傅耐心详细地为实习生讲解生产车间的操作控制等。三、实习主要内容：玉龙化工厂的传统产品是尿素，以天然气和空气为原料合成氨，再由氨和二氧化碳合成尿素。企业为实现“从化肥到化工的转化”，如今又积极开拓创新，引进三聚氰胺生产设备并正式运行，但由于技术保密等原因，我们并没有接触到三胺生产。工厂里面高温高压设备多，又有很多易燃易爆或刺激性的危险化学品，到各工段实习之前，领队老师和厂区负责人对我们进行了多次安全教育，再三叮嘱安全注意事项。本次实习为期一周，七天时间内分别完成了脱碳、尿素、合成、合成、碳化、转换、锅炉软水和污水处理八个工段的实习，每个工段实习时间为半天（五个小时）。由于前往实习的人员较多，因此各组分工段实习的顺序是不一样的。下面，就我们组实习的顺序进行介绍。、脱碳工段 （1）概述粗原料气经一氧化碳变换后，变换气中除氢、氮外，还有二氧化碳、一氧化碳和甲烷等组分，其中以二氧化碳含量最多。二氧化碳既是氨合成催化剂的毒物，又是制造尿素、碳酸氢铵等氮肥的重要原料。因此，变换气中二氧化碳的脱除必须兼顾这两方面的要求。以天然气为原料生产氨时，脱除的CO2量仅为以渣油或煤为原料的1/2至1/3左右。对生产尿素而言，用天然气为原料的合成氨厂应选择二氧化碳回收率高的脱碳方法。脱除二氧化碳的方法很多，一般采用溶液吸收法。根据吸收剂性能不同，主要可分为两大类。一类是物理吸收法，利用二氧化碳能溶解于水或有机溶剂这一性质完成的。吸收后的溶液可以有效地用减压闪蒸使大部分二氧化碳解吸。另一类是化学吸收法，利用二氧化碳具有酸性特性可与碱性化合物进行反应而实现。化学吸收法中，靠减压闪蒸解吸的二氧化碳很有限，通常需要热法再生。玉龙化工拥有干法（变压吸附法）和湿法（活化MDEA法）两套脱碳设备。我们实习期间，只有湿法脱碳设备在运行，因此，我们学习的重点也是湿法脱碳。 （2）活化MDEA（a-MDEA）法MDEA即N-甲基二乙醇胺（R1R2R3R3N），其结构式为 H H HOCC H H NCH3 H H HOCC H H活化MDEA法为德国BASF公司开发的一种脱碳方法，1971年开始用于工业生产，中国也已成功应用于大型合成氨装置。所用的吸收剂为35%50%的MDEA水溶液，添加少量活化剂以加速化学反应速率，其含量约为3%左右。活化MDEA法具有化学吸收与物理吸收的优点。活化MDEA吸收剂的性质稳定，对碳钢不腐蚀，溶液不降解。由于它的弱碱性，被吸收的二氧化碳大部分可采用减压闪蒸的办法解吸，再生能耗较省。（3）基本原理吸收反应。MDEA是一种叔胺，其氮原子为三耦合，在水溶液中它与CO2生成不稳定的碳酸氢盐，总的反应可表示为 CO2 + H2O + R1R2R3R3N R1R2R3R3NH+ + HCO-3 具体反应可描述如下。MDEA吸收CO2 R1R2R3R3N + CO2 R1R2R3R3NCO2 此反应为活化MDEA溶液吸收CO2的主要反应，对MDEA来说，当CO2分压不太高、MDEA含量不太低时，可视为快速拟一级反应。R3NCO2在溶液中的水解平衡反应 R1R2R3R3NCO2 + H2O R1R2R3R3NH+ + HCO-3 活化剂与CO2在液膜中形成中间产物 R(NH)2 + 2CO2 R(NHCO2)2 此反应为一快速反应，与反应平行，R(NHCOO)2也在溶液中进行可逆水解反应 R(NHCOO)2 + 2H2O R(NH2)2 + 2HCO-3 （4）工艺流程 变换气经过三段加压到1.8 Mpa，温度小于40，由进口阀导入，经变换气分离器分离油水后进入吸收塔底部。在塔内与半贫液，贫液逆流接触，被吸收CO2后，由塔顶引出。出塔顶的气体被净化器冷却器冷却，再经净化器分离器分离出水分，温度小于40，气体中CO20.2%，经净化器出口阀到甲烷化工序。 吸收塔内吸收CO2的MDEA溶液称为富液，温度约80、1.8 Mpa，经减压阀减压到0.4 Mpa，经过富液预热器预热后进入常压解析塔的顶部，解析出CO2 后从塔底出来的被称为半贫液，约2/3的半贫液到半贫液冷却器降温后经过泵加压到2.2 Mpa进入吸收塔中部吸收CO2，约1/3的半贫液被常压泵加压到0.6 Mpa，经调节阀进入溶液过滤器。过滤完机械杂质后流入溶液换热器管内，出溶液换热器（94）进入气提塔上部，解析出部分CO2后溶液从中部出来流入溶液再沸器，在蒸汽作用下，出再沸器温度升高到113的气液混合物，再次进入气提塔下部，溶液中CO2几乎全部解析，从气提塔底部出来的溶液被称为贫液，温度为113进入溶液换热器管间与半贫液换热，降温到93进入贫液冷却器管间，被水冷却后的贫液控制在60，由贫液泵加压到2.4 Mpa经调节阀送到吸收塔顶部吸收CO2。 从气提塔顶部出来的102压力0.05Mpa的再生气被称为汽提气，进入常压解析塔顶部，在常压解析塔与富液解析出来的气体一道从顶部出来，称为再生气。再生气进入再生气冷却塔后冷却后，再进入再生气分离器分离水分，分离后的再生气CO298%温度40压力5-10kpa，送入尿素生产车间做为尿素的原料。 （5）工艺操作控制指标 岗 位 工艺指标 控制范围 脱 碳 岗 位进系统变换气压力 1.8MPa出系统净化气温度 40 出系统净化气CO2 0.05%0.15% 再生气压力4-10kpa 出系统再生气温度35出系统再生气CO98% 进吸收塔半贫液温度 802 半贫液含CO215-25L/L(V)进吸收塔贫液温度64-70 贫液CO21.5-3.0 L/L(V) 出再沸器溶液温度106-110 （6）主要设备特点 吸收塔是加压吸收设备。由于采用两段吸收，进入上塔的溶液量仅为整个溶液量的1/3，同时气体中大部分二氧化碳又都在塔下部被吸收掉，因此全塔分成上下两段：上塔直径较小而下塔直径较大。整个塔内装有填料。为了使溶液均匀地润湿填料表面，除了在填料层上部装有液体分布器以外，上下塔的填料又多分成两层，每层中间没有液体再分布器。每层填料都置于支撑板上，支撑板是特殊设计的，称为气体喷射式支撑板。支撑板里波纹状，上面开有长条圆形孔，其截面积可与塔的截面积相当，气体由波形上面和侧而的小孔进入填料而液体由波形下部的小孔流出。这样，气液分布均匀，不易液泛，面且刚性较好，承重量大。 在下塔底部的存液段中设有消泡器，以消除由填料层流出的液体中所形成的泡沫。为了防止溶液产生旋涡将气体带到再生塔内，在吸收塔下部富液出口管上装有破旋涡装置。 解吸塔的结构和吸收塔的结构差不多，也是分为两段的填料塔。但是它的塔身上下一样大，而且是个常压设备，没有其他吸收塔的要求高。而且是从塔的下面进液，上面出塔是解析后的CO2气体。 、尿素工段 （1）概述 尿素的工业生产以氨和二氧化碳为原料，在高温高压下进行反应： 2NH3 + CO2 = NH2CONH2 + H2O 反应过程首先是NH3和CO2 混合物形成液相，并大部分以氨基甲酸铵NH4COONH2形式存在；其次，氨基甲酸铵脱水成为尿素。尿素合成反应只有在较高温度（140以上）下，其反应速度才较快而具有工业生产的意义。由于反应物的易挥发性，而尿素反应又必须在液相进行，所以在较高的温度下要求压力也高。工业生产的条件范围为温度160210和压力1324MPa。 氨基甲酸铵的脱水并转化为尿素的反应是可逆的而且是不完全的。投入的原料氨和二氧化碳仅部分地（通过氨基甲酸铵）转化为尿素和水，而未反应的原料则溶解于这一水溶液中。从物料平衡来说，回收或利用未反应的原料是一重要问题。从能量平衡来说，即如何充分利用反应热量以降低能耗，是提高生产经济性的关键。现代的尿素生产均采用全循环法。即将每次通过反应器（合成塔）而未转化为尿素的NH3和CO2回收并送回合成塔。为此，合成塔排出液（含有尿素、氨和二氧化碳的水溶液）要先进行组分的分离，使成为多少较为纯净的尿素水溶液和未反应的NH3、CO2和H2O的混合物。前者通过蒸发、浓缩、结晶或造粒而制成颗粒状尿素产品。后者经过循环回收，以较方便的溶液形式送回合成塔。（2）工艺流程 玉龙化工采用甲铵溶液全循环法。原料液氨和二氧化碳同循环甲铵液一起进入合成塔，压力2022MPa，温度185190，氨碳比445，水碳比 0607。二氧化碳中配入防腐用空气，使其中氧含量（体积分数）达05%08%，经压缩机加压，温度约为125。液氨用高压氨泵加压并经液氨预热器预热到约50。从回收循环返回的甲铵液由甲铵泵加压也送入合成塔，温度约100。合成塔为一个中空的高压容器，三股物料混合，自下而上通过合成塔。物料在塔内停留时间约1h，出料的CO2转化率约62%64%。合成塔出口溶液通过三级分解，即中压、低压和闪蒸分解。中压压力为162-1167MPa，低压压力为025MPa，闪蒸压力为负压。出口溶液先减压到中压，在预分离器进行气液分离，温度有所下降。预分离器是一个空的气液分离罐。预分离器的液相进预蒸馏塔（一分塔）。塔下部设有加热器，进行加热分解，温度达160。为充分利用出口气体的冷凝热，预分离器的气相进入闪蒸器，一分塔的气相进入一段蒸发器，进行气体换热。换热过后的气液混合物分别通过一吸外冷器和一吸二外冷器冷却之后进入一吸塔下部。一吸塔分为两段，下段为鼓泡段，上段为精洗段。气液混合物在鼓泡段用低压循环来的稀甲铵溶液吸收，在此将气体中的绝大部分二氧化碳和几乎全部水蒸气以及一部分氨气均吸收下来而转入液相。未被吸收的气体在塔内上升，与由液氨缓冲槽来的回流液氨和清洗液与其配成的浓氨水逆流接触，是气体中的二氧化碳和水蒸气完全得到吸收。纯的气态氨进入氨冷凝器，冷凝下来的液氨流入液氨缓冲槽。一吸塔（一段吸收塔）起着精馏的作用。塔顶得到纯NH3气，塔底则是高浓度NH3和CO2的水溶液，即甲铵液。在所选用的中压压力下，冷却水的温度即可使吸收塔顶出来的氨冷凝。液氨如果混有少量二氧化碳会生成氨基甲酸铵结晶而堵塞设备和管道，因此一吸塔要保证将CO2完全吸收。冷凝下来的液氨除部分回流外，其余与新鲜原料液氨汇合，经高压氨泵送回合成塔。甲铵液则是通过甲铵泵返回合成塔。这样，未反应的两种原料均得以回收。在氨冷器中未冷凝的惰性气体送入惰洗器（惰性气洗涤器），用二段蒸发冷凝液将其中的氨吸收，出来的溶液送入一吸塔顶。由一分塔出来的溶液再一次减压进入低压循环。二分塔下部有加热器，再次进行加热分解，温度约为150。分离出来的液体送入闪蒸器，气体则进入二甲液预热器，再经过二循一冷器和二循二冷器后进入尾气吸收塔，然后放空。闪蒸器在负压下操作，使液体闪蒸，除去残余的溶解NH3和CO2，以及一部分水，尿液得到进一步净化和浓缩，得到质量分数70% 80%的尿液，之后，尿液被送入蒸发系统。尿液进行两段蒸发，一段蒸发将尿液蒸发到约90%，二段蒸发浓缩至999%，均在负压下操作。一段蒸发加热器所需的热量有一部分来自中压循环的分解气的冷凝，不足的数量及二段蒸发加热器的热量由中压管网蒸汽提供。闪蒸器出来的蒸汽先经过蒸发冷凝器，然后与一段蒸发分离出来的蒸汽一并进入一段表面冷凝器A、B（一表冷）进行冷凝后放空，二段蒸发分离出来的蒸汽进入二段表面冷凝器（二表冷）进行冷凝。二段蒸发得到的温度约为140的尿液用熔融尿素泵送至造粒塔顶，经造粒喷头喷洒造粒。粒状尿素再经皮带运输、包装即成为产品。 （3）工艺操作控制指标尿素总控岗位控制指标控制范围氨缓冲罐压力 2.0MPa合成塔压力19.519.8MPa氨预热温度 45600C合成塔顶温度 18820C合成塔底温度 18020C合成塔进料H2O/CO2 0.650.7合成塔进料NH3/CO2(分子比) 3.84.2进合成塔二氧化碳气含CO2 95.7%(v)进合成塔二氧化碳气含O2 0.40.8%(v)一段循环压力 1.621.67MPa一分加热器出口温度 1551600C一吸塔顶温度 45500C一吸塔底温度 901000C氨冷器出口氨水温度 35400C惰洗器出口氨水温度 450C一段甲铵分解率 88%吸塔顶出口气体含CO2 100PPM出一吸塔甲铵液含CO2 32%（wt）出一吸塔甲铵液含NH3 43%（wt）惰洗器出口气相含NH3 35%(wt) 一分塔加空气量 2m3/tVr二段循环压力 0.160.20MPa二段分解温度 1301400C二循一冷液相温度 35400C二循二冷液相温度 400C二段甲铵分解率 98%二甲液含CO2 18%（wt）二甲液含NH3 34%（wt）解吸塔压力 0.60MPa解吸塔底部温度 1401450C解吸冷凝器气体温度 1120C废液含氨 0.07%（wt）一段蒸发压力 0.033MPa（绝）二段蒸发压力 0.0033MPa（绝）闪蒸温度 90-950C一段蒸发温度 128-1300C二段蒸发温度137-1400C 闪蒸压力 0.045MPa（绝） （4）设备防腐 尿素生产所用的原料氨和二氧化碳以及产品尿素的腐蚀性都不严重。生产过程中对钢材具有强烈腐蚀性的工艺介质主要来自溶液中的氨基甲酸铵，即溶解有NH3和CO2的溶液，特别是高温高浓度的甲铵液、尿素甲铵液和熔融尿素，对大多数金属都具有强烈的腐蚀作用。主要的腐蚀根源在于氨基甲酸根COONH2的还原性，破坏了不锈钢金属表面的氧化膜。此外，高温下尿素水溶液中存在尿素异构化反应， NH2CONH2 = NH4CNO = NH3 + HCN氰酸根CNO-也是强还原性酸根，对不锈钢的氧化膜也具有很强的破坏作用。不锈钢在腐蚀介质中之所以抗腐蚀，是由于金属表面形成一层保护性的氧化膜。只要这层氧化膜不被破坏，金属的腐蚀速度是很低的。在介质无氧情况下，不锈钢处于活化腐蚀状态。只有当溶液溶解有足够的氧，溶液由还原性转变为氧化性，形成组织致密的钝化膜，不锈钢处于钝化状态，才能大大降低腐蚀速度。玉龙公司采取的防腐措施有两项。其一是在原料二氧化碳气体中加入5%空气。其二是在流程中一分塔部位加入空气。如此一来，溶液中有一定的氧含量，保证管道和设备内表面处于钝化状态，从而达到防腐的目的。、合成氨工段 氨的性质和用途 (一)氨的性质 氨分子式NH3，在标准状态下是无色气体，比空气密度小，具有刺激性气味。会灼伤皮肤、眼睛，刺激呼吸器官粘膜。人在大于100cm3/m3氨的环境中，每天接触8h会引起慢性中毒。 氨的相对分子质量为173，沸点(01013MPa)为-335，冰点为-777，临界温度1324，临界1128MPa。液氨的密度（01013MPa、-334）为06813kg/L。标准状态下气氨的密度771410-4 kg/L。 摩尔体积2208L/mol。氨极易溶于水，溶解时放出大量的热，可生产含NH315%30%的氨水，氨水溶液是碱性，易挥发。液氨或干燥的氨气对大部分物质没有腐蚀性，但在有水条件下，对铜、银、锌等金属有腐蚀作用。氨在常温时相当稳定，在高温、电火花或紫外光的作用下可分解为氮和氢，其分解速度在很大程度上与气体接触的表面性质有关。氨是一种可燃性物质，自燃点为630，一般较难点燃。氨与空气或氧的混合物在一定范围内能够发生爆炸。常压，常温下的爆炸范围分别为155%28%（空气）和135%82%（氧气）。氨的性质比较活泼，能与各种无机酸反应生成盐。氨也能和CO2反应生成氨基甲酸铵，脱水成尿素。（二）氨的用途 氨在国民经济中占有重要地位。约有80%的氨用来制造化学肥料，其余作为生产其他化工产品的原料。除液氨可直接作为肥料外，农业上使用的氮肥，例如尿素、硝酸铵、磷酸铵、硫酸铵、氯化铵、氨水以及各种含氮混肥和复肥，都是以氨为原料的。氨在工业上主要用来制造炸药和各种化学纤维及塑料。从氨可以制得硝酸，进而再制造硝酸铵、硝化甘油、三硝基甲苯和硝基纤维素等。在化纤和塑料工业中，则以氨、硝酸和尿素等作为氮源，生产己内酰胺、尼龙6单体、己二胺、人造丝、丙烯腈、酚醛树脂和脲醛树脂等产品。氨的其他工业用途也十分广泛，例如，用作制冰、空调、冷藏等系统的制冷剂，在冶金工业中用来提炼矿石中的铜、镍等金属，在医药和生物化学方面用作生产磺胺类药物、维生素、蛋氨酸和其他氨基酸等等。 合成、合成为800塔，合成为1000塔，两套氨合成系统的反应原理相同，工艺流程也大同小异，此处一并介绍并作对比。（1）岗位任务氨合成工序的任务是将精制合格的氢氮气在催化剂的作用下合成为氨，并采用冷冻的方法，将生成的气氨从系统中分离出来而得到液氨，送氨去加工制尿素或其他产品，分离后的氢氮气在系统中循环使用，以维持系统反应物浓度。化学反应热经余热锅炉回收，副产蒸汽供全系统蒸汽的综合利用。 （2）反应原理 氨合成反应是在高温、高压、催化剂存在的情况下进行的。反应中氢氮混合气一次不能全部合成为氨。因此，将氨进行分离后把未经反应的氢氮混合气进行循环再次反应。在氢氮合成反应的同时要产生大量的反应热，而在分离过程中，需要消耗大量的冷量。氨合成率的高低直接影响压缩机和冰机动力消耗。 氨合成的化学反应式： 高温、高压 3H2+ N2 2NH3 + Q 催化剂 这是一个体积缩小的可逆放热反应，只有当催化剂存在时才能快速进行。平衡氨含量随压力、温度。惰性气体含量、氢氮比、催化剂活性而变化，即压力升高，温度降低，惰性气体含量减少及合适的氢氮比有利于平衡氨含量的提高。 （3）工艺流程 由氢氮气压缩机送来的合格补充气（P25MPa，T40，CO+CO2 25ppm），进入补充气油水分离器除去油污和水分后，加入冷交出口，与循环气汇合进入氨冷器高压列管内，利用液氨蒸发吸热，混合气被冷至35，使气体中部分气氨冷凝成液氨，气液混合物进入氨分离器（800塔系统为第二氨分），将液氨分离出来，液氨经减压至26MPa左右进入氨罐。气体出氨分后进入冷交换热器列管内，将冷量传给水冷器出口气，混合气进入循环机。 1000合成塔：混合气经循环机补压后进入缓冲分离器，除去油污和水分后，分成三部分：少部分（约占总气量5% - 10%）直接进入合成塔底部作环隙气，还有一部分进入热交换器加热至170 - 180，出热交后又分成两部分，一部分（约20% - 30%）的热气与环隙气混合，从塔顶部进入催化剂层冷管束，被管外热气加热至280，上升到菱形分布器，进入催化剂第二层反应。另一部分热气从塔底进入塔底换热器和中心管，温度达360 - 370，进入第一催化剂床层反应，温度达470 - 480，进入菱形分布器与冷管束的分流气混合，依次进入第二、三、四催化剂床层反应。800合成塔：混合气经循环机加压后进入缓冲分离器，除去油污和水分后，分成三部分，一部分（约5% 10%）经冷副阀直接进入合成塔作环隙气（由冷副阀再分流一小股气体经二冷阀与热副阀分流的一小股气体混合后进入段间冷激器，作为段间冷激气），另一部分经一冷阀进入触媒层一段作为一段触媒冷激气，还有一部分进入热交换器列管加热至170 180，出热交又分成两部分，一部分约20 30%的热气经热副阀与8% 10%的环隙出口气混合进入催化剂冷管束，被管外热气加热至250上升至触媒零床层。另一部分热气从塔底依次进入塔内热交换器和中心管，温度达360 370，出中心管与冷管束的分流气体混合后进入第一催化剂床层反应，温度达470 480，进入段间冷激器与段间冷激气混合依次进入第二、三、四催化剂床层反应。经第四层催化剂反应后温度约430 440的合成气进入塔内换热器列管内，将热量传给管间进塔气。温度降至310 340，再从底部出塔，进入余热锅炉管内。管间用冷却水冷却副产蒸汽，温度则降至190 205后进入热交换器列管内。，以加热进塔气。出塔气温度约96左右进入水冷器，经水冷器降温至35进入冷交换器管间吸收冷量（800塔系统为管内），将气体中的大部分气氨冷凝成液态氨，进入分离段分理出液氨（800塔系统为第一氨分），减压至26MPa左右送往氨罐，分离氨后的气体称循环气，与补充气汇合进入氨冷器，继续下一个循环。 （4）合成、合成的区别合成（800）合成（1000） 内件冷副阀气体进入环隙冷热气体在催化剂零床层汇合冷热副阀气体混合进入环隙冷热气体在第一催化剂床层汇合 外件补充气进行一次油水分离在一级氨分离器分离出液氨水冷器为淋洒式补充气经过粗分和精分两次油水分离无一氨分，在冷交换器分离出液氨（既换热又换氨）水冷器为套管式 利弊合成塔中心管径小，不能及时移走反应热淋洒式水冷器换热效果更好，但是水资源浪费大且不环保套管式水冷器高压气体走管程，冷却水走壳程，逆流换热，换热充分，有利于辐射换热利用高压空气鼓泡，使冷却水带走管壳内的污垢（5）膜分离 基本原理：氢气在高分子膜表面的渗透速率是甲烷，氮气及氩气等的几十倍，当原料气进入膜分离器后，中空纤维膜对氢气有较高的选择性，在中空纤维膜内外两侧压差的推动下，通过溶解扩散解析等步骤，氢气优先渗过膜而被富集成为渗透气，外侧滞留的惰性气成为尾气，从而实现氢气的分离和回收。渗透气经压缩重返合成系统，尾气供燃烧。 工艺流程： 来自合成系统的放空气，其压力（表压）为2428Mpa，经薄膜调节阀MB1减压至1011.5MPa，进入洗氨塔，自下而上与高压水泵打进的软化水在填料层中逆流接触，气相中的氨被水吸收，氨含量降至15PPm以下的放空气由塔顶排出，进入气液分离器，使水系过程中产生的雾沫夹带得到分离排至地沟，气体则经过加热器被加热到4050，成为膜分离合格的原料气。经过水洗，加热后的原料气依次进入膜分离器A、B、C、D、E中进行渗透分离。每根分离器的渗透气都汇入渗透气总管经调节阀MB4送到高压机三出甲总管（压力1.6MPa）返回合成氨系统，膜分离器中出的尾气经调节阀MB5减压至0.30.6MPa汇入回收器总管，送转化系统燃烧。自软水总管来的软水进入软水贮槽（常压），经高压软水泵加压至10-11.5MPa送入洗氨塔顶，自上而下与放空气逆流接触，吸收气相中的氨，成为10-15%的稀氨水，经调节阀MB2减压后送碳化系统。自蒸汽总管来的蒸汽（0.5-0.8MPa）经调节阀MB3进入加热器壳程加热管内的放空气，冷凝水经疏水阀排至地沟。 （6）催化剂 氨合成采用铁催化剂，又称铁触媒，其活性组分为铁触媒，并添加其他组分作为助催化剂,其组份有主要是Fe3O4和FeO，助催化剂为氧化铝、氧化钾、氧化钙钙、二氧化硅，在催化剂未还原前，氧化铁主要以Fe3O4形态存在，由于它没有催化作用，所以要在反应前将其还原成Fe，铁触媒在500 左右时的活性最大，这也是合成氨反应一般选择在500 左右进行的重要原因之一。 助催化剂的存在，使催化剂的热稳定性和寿命都比单催化剂好，而且增大了总表面积，增大了表面活性。 能使催化剂中毒的物质有氧及氧的化合物，硫及硫的化合物，磷及磷的化合物，砷及砷的化合物等。砷、磷、硫及其化合物的中毒作用是不可逆的，称为永久中毒，而氧及其化合物是可逆中毒，称为暂时中毒。为此，原料气送至合成系统之前应充分清除各种毒物。（7）主要设备氨合成是在高温下进行的，因此合成塔应当具有足够的机械强度，在高温高压下，原料气中的氢对钢材具有明显的腐蚀作用。为了适应氨合成的反应条件，合理解决存在的矛盾，氨合成塔的气体先经过内件与外筒之间的环境。内件的外表面设有保温层，以减少向外筒散热。这样外筒主要承受由操作压力与大气压力产生的高压，但不承受高温，可用普通合金钢或优质碳钢制成。内件虽然在高温下操作，但只承受环隙气流与内件气流的压差，一般为13MPa，用抗氢腐蚀的合金钢制造，内件由催化筐、热交换器构成。、转化工段（1）概述 天然气是指贮藏于地层较深部位的可燃气体，而与石油共生的天然气常称为油田气。它们的主要成分均可用CnHm来表示。它在高温下与蒸汽作用生成以H2和CO为主要组分的粗原料气，其反应为 CnHm + nH2O(g) = nCO + (n + m/2)H2 (H0)该反应为强吸热反应，而且应在高温条件下发生，工业生产中必须供给热量才能使其进行。以天然气为原料的合成氨厂广泛采用外部供热的蒸汽转化法。在催化剂作用下，含烃气体与蒸汽在耐高温的合金钢反应管内进行转化反应，管外采用高温燃烧气加热。玉龙化工厂采用的正是这种方法。 （2）主要设备 一段转化炉 一段转化炉是烃类蒸汽转化法制氨的关键设备之一，它由包括有若干根反应管与加热室的辐射段以及回收热量的对流段两个主要部分构组成。转化管要承受高温和高压，因此采用HK-40合金（25Cr/20Ni）离心浇注管或HP改进型合金转化管，转化管内填充转化催化剂，烃类蒸汽转化在催化剂床层上进行所需的反应热由管外烧嘴喷除的天然气燃烧放出的热量提供。转化炉型大致分为顶部烧嘴型和侧壁烧嘴型,玉龙化工采用顶部烧嘴型。二段转化炉二段转化炉为一立式圆筒，壳体材质是碳钢，上部为燃烧段，下部为填充镍催化剂的转化段，内衬耐火材料，炉外有水夹套。二段转化炉是合成氨厂中温度最高的一台设备（直接燃烧的炉子除外），除采用水夹套防止外壳超温的办法外，也有不用水夹套而在壳体外壁刷上变温油漆，当耐火衬里被破坏时，温度上升到一定程度，颜色发生相应的变化，说明炉内该处衬里已经失效。 （3）造气工艺操作控制指标玉龙造气车间控制指标控制范围天然气入系统压力1.45MPa空气入系统压力1.35MPa燃料气入对流段压力0.30MPa一段炉进口压力1.35MPa甲烷化进口压力1.80MPa低变水分出口压力0.88MPa炉膛负压-30-50Pa废锅蒸汽压力1.56MPa脱硫槽热点温度 340400一段炉出口温度 650730转化炉出口温度 660730空预器出口温度 560二段炉进口温度 650二段炉出口温度 800900中变炉热点温度 380405低变炉热点温度190209（系统）200208(预)190205(主)甲烷化热点温度 290320低变水分出口温度 40甲烷化水分出口温度 40水气比 2.93.3烟气残氧 6.010.5%脱硫槽出口硫含量 0.5PPm一段炉出口残余CH4 6-13%转换炉出口残余CH410-20%二段炉出口残余CH4 0.6%中变炉出口残余CO 2.5%低变炉出口残余CO 0.3%净化气CO+CO2 25ppm入合成塔CH4 含量 1.2%合成进塔气氢氮比 2.02.8废锅炉气PH值 912 废锅炉中水PO43-含量 220mg/L 废锅炉中水SiO2含量 900mg/L鼓风机出口压力 0.04MPa 、碳化工段所谓“碳化流程”，是利用浓氨水吸收变换气中的二氧化碳，代替老流程中用水洗涤二氧化碳（水洗流程），这样既净化了合成氨的原料气，又制成了碳酸氢铵固体肥料，一举两得。用浓氨水吸收二氧化碳的过程，成为碳化过程。碳化工段的生产，包括以下几个工序：（1）浓氨水的制备；（2）变换气在二氧化碳的清除和碳酸氢铵的制成；（3）悬浮液的离心分离。变换气进入碳化系统，在主塔（或者副塔，两者交替使用）中，与浓氨水鼓泡接触，是气体中的二氧化碳含量降低。在气体与液体接触吸收二氧化碳的同时，浓氨水中的部分氨被气体带出。为此，气体再经过回收清洗塔的氨回收段、清洗段中分别用稀氨水和软水进行洗涤，以净化气体中残留的二氧化碳和带出的氨，而得到合格的原料气，送往下一工段。在净化气体的同时，主塔内生成了碳酸氢铵结晶，呈悬浮料液，取出后，在稠厚器中停留一段时间，使结晶进一步长大，然后送往离心机进行固液分离。从离心机分离出来的液体（母液）送入母液槽，用来循环地制备浓氨水。氨回收清洗塔出来的稀氨水，一部分掺入母液中制备浓氨水，以补充碳化所消耗的水量，另一部分送往脱硫岗位，用以脱除半水煤气中的硫化氢。碳化所使用的浓氨水，是将稀氨水和母液混合后与合成岗位送来的气氨制成。、软水（1）岗位任务将原水经过过滤、软水、脱碳的操作制成优质软水。供全厂工艺用水和锅补给水。（2）工艺原理1 前置阳床运行再生原理前置阳床运行：将进入该床的原水中的Ca2+除去，以达到减轻阳床负担的目的。运行方程式： R(COOH)2 + Ca2+ R(COO)2Ca + H+ 从前置阳床出水可看出，该水质显酸性。前置阳床再生，实质就是运行方程式的逆反应。R(COO)2Ca + H2SO4 R(COOH)2+ CaSO4 前置阳床的再生剂来自阳床再生废液中的过剩或未交换的硫酸。2 阳床运行再生原理 阳床运行：将进入该床的前置阳床出水或原水中的其余阳离子（Ca2+、Mg2+、Na+ ）除去。 Ca2+ CaR(SO3H)2+ Mg2+ R(SO3)2 Mg + H+ Na+ Na2从阳床出水可看出，该水质显酸性。当阳床出水酸度下降到0.7mgN/L时，阳床继续运行，则相当于Na+ 树脂在运行。 Ca2+ Na R(SO3)2Na2 + R(SO3)2Mg + Mg2+ Ca 当阳床附产软水的硬度大于0.03mgN/L时阳床全面失效，需要进行再生处理。再生方程式为阳床运行的逆反应式。 Ca Ca+ R(SO3)2 + H+ R(SO3H)2 + Mg Mg+硫酸钙和硫酸镁废液与过剩的硫酸有又送至前置阳床再生用。3 阴床运行再生原理阴床运行其主要目的是除去阳床中的阳离子（SO42-、Cl-）运行方程式： SO42- SO4 R(NHOH)2 + R(NH)2 + OH- Cl- Cl2 从阴床出来水水质中可以看出，还有部分碳酸根离子和硅酸根离子，因此水质呈弱酸性，溶于水中的二氧化碳通过脱碳器除去。阴床的再生反应： SO4 SO42- R(NH)2 + OH- R(NHOH)2 + Cl2 Cl- 4 硅床运行原理 R(NHOH)2 + H2SiO3 RHSiO3 + H2O流程图如下：