21徐龙龙的实习报告2.doc

内蒙古科技大学生化学院本科毕业实习报告学 生 姓 名：徐龙龙系 别：化学工程系专 业：化学工程与工艺班 级：化工04一1班学 号： 200440201129实 习 地 点：内蒙古乌拉山化肥有限责任公司指 导 教 师：张 颖 吴刚强二零零八年三月内蒙古科技大学毕业实习报告中文摘要摘要 氨是利用氢气和空气中的氮气通过催化剂的作用经化学反应而合成的。在工业化生产中要获得比较纯净的氢氮混合气体，必须通过除尘、脱硫、变换、脱碳、醇烃化等手段除去其中的对化学反应不利和催化剂有害的杂质，这是我们氮肥行业特别是中、小氮肥企业的传统做法。近年来，随着市场经济秩序的逐步建立，企业之间的竞争越来越激烈，同时加入WTO后还要面临着来自国外的竞争。因此，如何扩大生产经济规模、调整产品结构，进一步挖潜、节能降耗、降低生产成本是每个氮肥企业都必须面临的问题。合成氨联产甲醇精制新工艺在精制原料气过程中，又副产了甲醇，并可根据市场情况调节醇氨比，生产控制稳定，操作容易，利用旧设备改造，投资少、见效快，操作环境好，无污染，具有良好的经济效益和环境效益，是一种值得推广的新工艺。关键词 脱碳 醇烃化 联产甲醇 Abstract Ammonia is synthesized by the chemical readion,which is the use of hydngen and nitwgen in the air threugh the role of the catulyst.In the industrialized production, it must to go through the dust,desulfurizution,transform decarbonization alcohols such as hydrocarbons which means to remove the adverse chemical rection and the catalyst hamful impurities in order to gain relatively pure nitrogen gas mixture of hydngen,and this is the tradition practies in our nitrogen fertilizer industry,in particular medium and small enterprises.in recent years with the establishment of order of the market economy,a businness-to-business increasinghy competitive after joining the WTO at she same also facing competition from abroad.therefore,how to increase the output of a ewnomy of scule the adjustment of product structure,and further maximization,lowering energy consumption and cost of nitrogen fertilizer every enterprise must fase the issuse. It showld be promoted as a new w-production of methanol refining process gas in the process of refining raw materials,the production of methanol,according to the market regulutor and ammonia than alcohol,production control and stability,easy operation,the use of old equipment,less investment and quick,operating evironment,and pollution-free, with good economic and environmential benefits.Keywords Decarbonization Alcohol alkylation Co-production of methanolII目 录前 言1第一章 绪论11.1 脱碳净化的意义和作用11.2 脱碳净化的特点11.3脱碳净化的发展1第二章 二氧化碳的脱除22.1 概述22.1.1 引言22.1.2 二氧化碳的脱除方法22.2 热钾碱法32.2.1 基本原理32.2.2 工艺流程42.2.3工艺操作条件42.3装置的腐蚀及缓蚀42.4吸收溶液的起泡及消泡52.5 主要设备5第三章 醇烃化53.1醇烃化53.1.1 醇化原理53.1.2 醇化流程63.1.3 粗甲醇精溜63.1.4 烃化原理73.1.5 烃化流程7第四章 氨合成84.1氨合成原理84.2氨合成流程8参考文献10附 录11致 谢12II前 言本书简要介绍了在内蒙古乌拉山化肥有限责任公司实习的基本过程，介绍原料及其工艺的发展情况，结合实际生产流程着重介绍原料气的精制及脱碳后的单元操作的基本原理和工艺流程，对工艺条件进行了简单的讨论与分析，并主要介绍了脱碳工艺的主要设备及生产操作要点。该公司位于乌拉山南麓，黄河北岸，巴彦淖尔市乌拉特前旗境内美丽富饶的河套平原上。东、南、西三侧分别是包头市、鄂尔多斯市、乌海市三大钢材或煤炭供应城市。包兰铁路线、110国道和京藏高速公路从乌化前后横穿而过，交通运输十分便利，地理位置得天独厚。公司始建于1970年，2001年9月由国有企业转制重组为民营股份制企业,占地面积200多万平方米。公司目前已通过ISO9000质量体系认证，在生产经营过程中，不断开发新产品，以满足社会特别是农户的需要。目前，产品品种有工业品硝酸铵、多孔销酸铵、硝铵磷复混肥、大、小颗粒尿素、长效硝基复合肥、甲醇、液氨、稀硝酸等。由于编写时间短，编者理论水平有限，书中难免出现疏漏和不妥之处，恳请读者提出宝贵意见。 编 者2008年3月1第一章 绪论1.1 脱碳净化的意义和作用氨是重要的无机化工产品之一，在国民经济中占有重要地位。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、氯化铵以及各种含氮复合肥，对农业生产有重大意义，都是以氨为原料的。在合成氨工业中，对粗原料气必须进行净化处理，除去氢气和氮气以外的杂质，主要包括变换过程、脱硫脱碳过程以及气体精制过程。不论以固体燃料还是以烃类原料得的合成氨原料气中，经变换工艺处理后的合成氨原料气中含有大量的CO2(1535)，必须进一步处理将其CO和CO2降低至15ppm以下，以保护氨合成的催化剂，CO2的存在不仅能使氨合成催化剂中毒，而且给精制工序带来困难。随着化学工业的飞速发展，CO2日益成为重要的化工原料，如：尿素、纯碱、干冰、碳酸铵都需要纯净的CO2。因此，脱除CO2的过程，也是制取纯净的CO2的过程。这样就可以变废为宝，同时又保护环境 1 。1.2 脱碳净化的特点中国氮肥企业合成氨生产中原料气净化工艺,普遍存在物料消耗多、运行成本高、生产操作繁杂、设备管道多、工艺流程长、生产连续性强，所以易受外界因素干扰,经常出现出口气体CO、CO2微量跑高, 另外还经常出现起泡带液及设备跑、冒、滴、漏,许多企业视为生产难题。1.3脱碳净化的发展目前国内使用的低温甲醇洗工艺大多是引进德国林德公司和鲁奇公司的专利技术，当前亟待加强国内对该工艺的研究开发力度，尽快实现全流程国产化，并要在生产实践中不断完善已实现国产化的低温甲醇洗装置低温甲醇洗是一种节能型的成熟可靠的酸性气体净化工艺，具有吸收能力大、选择性好、净化度高、操作费用低等技术特点，特别适宜于在氨合成、甲醇合成、羟基合成、工业制氢、城市煤气、天然气净化等大型工业化装置上使用低温甲醇洗能同时脱除CO2、H2S、COS等杂质，特别是对CO2和H2S的选择吸收能力较强，而对H2S的吸收速度和吸收能力又比CO2大得多。酸性气体的脱硫脱碳可在两个吸收塔或同一个塔内分段选择性地进行，且回收的CO2纯度能满足尿素生产的需要，从富含H2S的尾气中可直接回收硫磺。第二章 二氧化碳的脱除2.1 概述2.1.1 引言以煤为原料生产的工艺气体及其变换气中，都含有不同数量的CO2杂质需在进一步加工前进行脱除净化。从气体混合物中脱除CO2，不尽因为CO2，耗费气体压缩功。空占设备体积，而且对后工序有害，还因为CO2是重要的化工原料，如尿素、纯碱和碳酸氢铵的生产都需要大量的CO2，食品及CO2也是重要的产品。在合成氨或其他化工生产中把脱除工艺气体中CO2的过程称为“脱碳”，它兼有净化气体和回收纯净CO2两个目的 2 。2.1.2 二氧化碳的脱除方法脱碳的方法很多，大部分为溶液吸收法。根据吸收性质的不同，可分为物理吸收法，化学吸收法，和物理化学吸收法三大类。物理吸收法一般用水或有机溶剂为吸收剂，利用CO2比H2,N2在吸收剂中溶解度大的特性而除去CO2。吸收后的再生依靠简单的闪蒸解吸和汽提放出CO2。常用的物理方法加压水洗法和碳酸丙烯酯法。化学吸收法是使气体中的CO2和吸收剂进行化学反应从而达到清除的目的常用的有氨水法、乙醇胺法、热钾碱法三大类。此外还有物理-化学综合吸收法。如环丁砜法、聚乙二醇二甲醚法等。用以上方法只能脱除原料气中大量的二氧化碳，气体中还残存少量的二氧化碳，这些少量二氧化碳采用甲烷化进一步脱除 1 。2.2 热钾碱法合成原料气净化水平的提高代表着氮肥行业技术水平和管理水平的提高,合成氨生产安全、稳定、长周期、满负荷运行,主要得益于气体彻底净化,而脱碳工艺即为重要，向碳酸钾水溶液加入活化剂二乙醇胺（EDA）加快了二氧化碳的吸收和解吸速度，因此所需的吸收塔、再生塔就小的多，因为溶液再生好，可以使吸收和再生在较低的温度下操作，CO2平衡分压低，所以净化后气体中CO2含量可降低至0.2%，因而减轻了溶液对碳钢设备的腐蚀。循环使用碳酸钾溶液，物料可被完全利用，不产生废物，这既提高了原料利用率又保护了环境。 2.2.1 基本原理（1）化学反应 碳酸钾溶液吸收二氧化碳的反应式：K2CO3+CO2+H2O=2KHCO3 式（2.1）工业上为了提高反应速率，在碳酸钾溶液中加如活化剂（乙二醇胺）在加压下吸收，常压下解吸，从反应式可以看出1mol的碳酸钾溶液可以吸收1mol的二氧化碳气体。每138千克碳酸钾可吸收22.4立方米(标准)二氧化碳。碳酸钾溶液再生的反应如式： 2KHCO3=K2CO3+H2O+CO2 式（2.2）工业上将碳酸钾循环利用。（2）吸收二氧化碳的动力学 碳酸钾水溶液吸收二氧化碳的过程是一个复杂的传质过程，从动力学观点看，它的整个反应历程是：二氧化碳自气相主体传递到气液相界面；二氧化碳溶解于界面液层中；溶解的二氧化碳在界面液层中与碳酸钾水溶液发生化学反应；反应产物向液相主体扩散，反应物从液相向界面扩散。以上各步中，除第三步为化学反应外，其余都是传质过程，其传递速度很快，而第三步化学反应速度很慢，为整个过程的控制步骤 1 。2.2.2 工艺流程原料气（变换气）由吸收塔的下层进入，在塔内与氨基乙酸，二乙醇胺复合催化热钾碱液逆流接触在不锈钢波纹板规整填料的作用下达到较高的脱碳效率，气相中的CO2大部分在下层被吸收，使出口CO23.5%，原料气去了底变。吸收的富液从底部出来进入加压再生塔的顶部，经加压再生塔解吸后的液体分两路进入常压再生塔，小部分流入常压再生塔下部，经填料段与蒸汽逆流接触汽提再生，并经煮沸器煮沸再生为贫液后出塔，进入贫液闪蒸槽闪，闪蒸后的蒸汽引入CO2常压再生塔作汽提再生之蒸汽，槽中溶液经管道过滤器经泵打回吸收塔的顶部循环使用。CO2气体分别从塔的顶部排放。流程图见附录附图1。2.2.3工艺操作条件（1）溶液组成K2O 160200g/lNH2CH2COOH 1015g/lDEA 1825g/lKVO3 57g/l（2）吸收压力对化学吸收而言，溶液的最大能力受化学反应计量数限制，具体采用多大压力，主要由原料气组成、要求的气体净化度以及前后工序压力等来决定。（3）吸收温度一般贫液冷却至7080 半贫液温度和再生塔中部温度几乎相等，一般为110115（4）再生温度和再生压力在生产上再生塔是在沸点下操作，当溶液的组成一定时，再生温度仅与操作压力有关。通常将再生压力保持在略高于大气压力下操作 2 。2.3装置的腐蚀及缓蚀以胺-碳酸钾溶液脱除CO2的系统中，除了酸性气体对设备的腐蚀以外，碳酸钾溶液本身对设备也有较强的腐蚀性。为了降低溶液的腐蚀性，向溶液中加入一定量V2O5缓蚀剂，以保证该系统长周期稳定运行 2 。2.4吸收溶液的起泡及消泡热钾碱法在操作上的一个重要问题是溶液起泡，溶液一旦起泡，吸收塔和再生塔阻力明显增加，严重时则发生拦液、泛塔等事故。一旦发现溶液起泡可立即向系统注入消泡剂，常用的消泡剂有硅酮型、聚醚型以及高级醇类等 2 。2.5 主要设备（1）吸收塔和再生塔可用于吸收塔与再生塔的塔有填料塔，筛板塔和泡罩塔等。填料塔使用历史最长，操作弹性大，不易起泡，操作稳定。然而热钾碱的脱碳，溶液是一种比较容易发泡的液体，因此，采用不锈钢波纹板规整填料的填料塔，以减少溶液的发泡。（2）煮沸器和过滤器煮沸器也叫再沸器，它是为再生塔再生溶液提供热量的设备。他的热源为低压蒸气，立式设备。过滤器活性碳过滤器用于正常生产时的补充液，它不仅能滤掉不溶性杂质，还可以把导致起泡的有机吸附掉 2 。第三章 醇烃化3.1醇烃化经过脱碳工艺处理后的 合成氨原料气中仍含有0.53% CO和0.5%1%CO2 ，必须进一步处理将其降低至10ppm左右，以保护氨合成催剂，这一原料气精制工艺过程俗称 “精炼”， 该工艺由两部分组成，在甲醇合成之后，再是传统的甲烷化工艺工序，一般生产甲醇同时串接甲烷化。3.1.1 醇化原理在甲醇化工艺中，在高活性的铜基催化剂上进行的，CO和CO2 按下面反应转化为甲醇方程式： CO+H2 = CH3OH 式（3.1.1.1） CO2+3H2 = CH3OH+H2O 式（3.1.1.2）3.1.2 醇化流程五段出口气体进入补气油分器后，从补气油分器出来分两股气体，一股直接进入醇化塔反应，另一股进入醇化预热器坐补充气体并预热到一定温度，达到醇化温度。然后从预热器出来进入醇化水冷器，冷却后的气体进入甲醇分离器分离甲醇，液体甲醇去甲醇槽，气体进循环压缩机压缩后去循环气油分器，气体再进入醇化塔反应。流程如图3.1 所示。图3.1 醇化流程示意图3.1.3 粗甲醇精溜得到纯甲醇，利用甲醇与各杂质之间各种物理性质的差异，将杂质分离，在甲醇精制时，通常用精馏与萃取等方法。为了提高热利用率的三塔精馏流程在逐渐被推广应用。如图3.2所示，是合成优质粗甲醇的工艺流程。来至合成的粗甲醇进入第一塔，用作脱除二甲醚等低沸点杂质，充分脱除低沸点组分后，采用加压精馏的方法，提高甲醇的气相分压与沸点，并减少甲醇的气相挥发。还需再经过常压塔进一步精馏。一般加压塔采出的量是常压塔的两倍，其混合液的质量可以达到一级品的标准。 图3.2 粗甲醇三塔精馏流程示意图3.1.4 烃化原理此该工艺仅适用于经深度净化，经醇化后原料气中含CO和 CO2极少一般CO+CO2 0.7%，即便如此，在合成氨厂，还需进一步在氧化镍的作用下甲烷化，使CO、CO2 至10ppm，再加压至45MPa进行氨合成。甲烷化反应：CO+3H2 = CH4+H2O 式（3.1.4.1）CO2+4H2 = CH4+2H2O 式（3.1.4.2）3.1.5 烃化流程烃化流程和醇化一样，醇化后气体与循环气一部分进入烃化预热器，将气体加热达到催化反应温度时进入烃化塔反应，另一部分气体进入预热器补气，从预热器出来的气体进入水冷器冷却，再经氨冷器冷却后进入烃分离器，液体去中间槽，气体一部分去循环机，另一部分去压缩六段。流程如图3.3所示。图3.3 烃化流程示意图第四章 氨合成4.1氨合成原理在较高的温度、压力和催化剂的作用下，经过精制的氢氮混合气体，在合成塔内合成为氨，氨的合成化学反应式为：N2+3H2=2NH3 式（4.1）生成的氨气经冷却冷凝为液氨，再从未反应的氢氮混合气中分离出来并减压送至液氨储槽，未合成氨的氢氮混合气提压后继续在合成系统内循环使用 3 。4.2氨合成流程由氢氮气压缩机来的31.4MPa的新鲜气与循环混合气，经滤油器除去油、水、碳酸氢铵结晶等杂物，经冷凝塔上部预冷后去氨冷器进一步冷却，出氨冷