四川大学玉龙化工实习报告学弟学妹来下吧.doc

本科实习报告学院 化 工 学 院 学生姓名 毛 凯 力 专业 化 学 工 程 工 艺 学号 0943084118 年级 09级 指导教师 徐卡秋 吴潘 罗仕忠 沈俊 教务处制表二一二 年 三 月 二十八 日 课程名称：化工生产实习 课程号码：308081020 实习周数：2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厂 实习时间：2012年3月6日-3月15日 目录一、实习目的、要求：3 二、实习单位简介4 三、实习主要内容：4、脱碳工段4（1）基本原理4（2）流程6（3）工艺操作控制指标6、尿素工段6（1）主要任务6（2）基本原理7（3）未反应物分离基本原理7（4）未反应物回收原理8（5）尿素蒸发原理 8 （6）工艺流程 8 （7）生产及设备特点 10 （8）工艺指标 10、合成氨工段11一、合成111（1）反应过程基本原理11（2）工艺流程12 （3）工艺操作控制指标 13 二、合成2 （1）与合成1的不同点 13 （2）与合成1的相同点 14 三、催化剂及主要特点 14、转化工段15（1）主要任务15 （2）脱硫15（3）一段转化16 (4)二段转化 17 (5)中低变工序 17 (6)甲烷化工序 18 (7)具体工艺流程 18 (8)催化剂及主要设备特点 19 （9）工艺指标 21、碳化工段22(1)基本原理 22(2)主要设备特点 22、锅炉软水23（1）主要任务 23（2）基本原理及流程 23、污水处理24 （1）生化污水处理原理 25 （2）工艺流程 25 （3）主要设备 25 （4）工艺指标 26四、认识最深的生产过程介绍26（1） 脱碳基本原理 26（2） 流程 27（3） 工艺指标 28（4） 注意事项 28 （5） 物料衡算 29五、实习总结 30 一、实习目的要求 此次前往玉龙化工厂实习的目的是在我们学完了物理化学、化工原理等的基础上，去化工厂进行实习。通过在工厂车间的参观和跟班学习了解化工厂的必备生产环境及概况，获得感性认识将理论联系实际，印证、巩固和加深所学基本理论知识：扩大知识面，加深对化工事业的理解树立为化工而奋斗的精神。了解化工厂的必备生产坏境；了解实习工厂化工产品的生产原理、方法、工艺流程；了解主要设备的类型、结构特点、尺寸、材料及保温防腐措施。培养学生运用所学知识观察、发现、分析实际问题的能力；培养勇于探索、积极进取的创新精神；学习敬业的管理人员和工人们的优秀品质和团队精神，提高基本素质和工作的竞争能力。要求：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）。 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、主要设备以及操作控制。 了解实习车间的生产管理以及技术进步措施。 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敢，对工作尽职尽责，勇于改革，不断进取创新奉献的精神二、实习单位简介 玉龙化工有限公司的前身是1958年全国首批建起的13家小型氮肥厂之一,坐落在青白江区大湾镇,后来更名为成都化肥厂,曾被化工部授予“六好企业”,。然而,由于设备落后、管理混乱和体制等原因,致使企业在获得短时间的一些成绩后,便很快就坠入了低谷。当时,在这个企业中共有大小独立核算的经营部门30多个,造成了资金严重分散、流失,其中一个分厂竟莫名其妙地就将500万元资金挥霍得无影无踪;一个年产25000吨合成铵的小型企业,居然有职工1600多名。这样一来,企业不仅已难再向前发展,甚至还负债累累。成都化肥厂已走到了破产的边沿!1994年8月15日,成都市工交工委和成都市化工局对该企业的领导班子进行了彻底调整,当时在厂已有26年工龄、并已是经营副厂长的袁开全被任命为厂长兼党委书记,主持企业的全面工作。袁开全上任伊始便提出“二次创业负重攀登”的口号,接着就采取了一系列行之有效的措施对企业进行彻底整治。首先是重新组建了一个专业化、知识化、年轻化的领导班子,当时在整个班子里,平均年龄不到40岁,其中一位厂领导才28岁;其次是开始收缩战线,清产核资,清理内部人员,重新选用人才,将大批闲散人员予以逐步分流,对人员和机构都进行了精简;最后是整治和更新生产设备,使厂里的生产恢复正常。 玉龙公司在不断进行机制改革和制度创新的同时,还对公司原有的生产设备和生产技术进行改造,走新型工业可持续发展之路。他们在改造过程中,并不是简单地扩大再生产,而是尽可能采用国内外先进的技术、工艺和设备。先后组织了“合成铵四改六”、“尿素六改十”、“双一段直接转化”等六大项目的技改工程,对原来落后的工艺间歇转化改为连续转化,使之节省资源和合理利用资源,降低能耗,注重环保,提升效益。改革,不断探索新路子,似乎已成为有了生机的成化厂一直追求的目标。1999年,成化厂为了建立现代企业的管理制度,以产权制度为中心进行改制,成功组建了“成都玉龙化工有限公司”。职工和资产实现了身份置换产权变更、和机制转换三个百分之百,在企业内部建立了以法人治理结构为中心的现代企业制度,为企业轻装上阵参与市场竞争创造了条件。2002年7月,根据公司发展所面临的形式和做大做强的要求,玉龙公司又与省农资集团公司进行了资产重组,实现了产权多元化结构。现代企业的管理理念是以人为本,全面提高人的素质和体现人性化。作为玉首先,公司在制定有关方面的制度时,内部一律实行全员竞聘,坚持公开、公平、公正的选用人才制度;其次，先后举办了技术培训班、管理人员中专班和MBA班。关心员工疾苦,提高员工生活福利。随着公司效益的不断提高,公司便把员工利益放在首位,通过调整工资结构和修改奖金方案,使员工收入大幅度提高。玉龙公司是青白江区市属以上企业中员工住房面积最大、生活环境最优的企业,近700户家庭的平均住房面积达80平方米以上,而且,生活区还新建了两处漂亮的花园, 其绿化面积达到了30%。 三、实习内容 I、脱碳 1）、反应过程的基本原理 除碳的基本方法有概括起来有三种,化学吸收法、物理吸收法和物理化学吸收法。化学吸收法如氨水法、乙醇胺法、热钾碱法；物理吸收法如水洗法、低温甲醇法、碳酸丙烯酯法、聚乙二醇二甲醚；物理化学吸收法如N-甲基二乙醇胺（MDEA）、环丁砜-乙醇胺法。另外还有变压吸附法（PSA）是今年发展起来的用于气体分离和提纯的一项新技术。玉龙公司采用了湿法（MDEA法）脱碳量比为3：1。MDEA化学名N-甲基二乙醇胺，弱碱性溶液.分子式为，分子量119.2，密度1.039沸点246，闪点126.7，凝固点-21，汽化热17.58KJ/Kg，溶液稳定性好，不降解，挥发性好。MDEA工艺特点：在一定条件下1.能耗低2.物理吸收和化学吸收速度快（能力大）3.解吸速度快，对CO2溶解热低，消耗能力低4.稳定蒸汽压低，降低溶液省耗5.对CO2选择性好6.对碳钢设备腐蚀性小，对烃溶解度底。纯MDEA溶液与CO2不发生反应，但其水溶液与CO2可按下式反应：CO2+H2O H+HCO3- H+ + H2O+ HCO3-反应第一步为水合反应，受液膜控制，反应速度很慢，为加快吸收速率，在MDEA溶液中加入活化剂，加入伯胺和仲胺后，反应按下式进行： R2NH+CO2R2NHCOOH R2NHCOOH+H2O+ MDEA水溶液吸收CO2的速率决定于CO2在气膜中的扩散速率和反应物在液膜中的扩散速率，故在溶液中添加活化剂，活化剂吸收了CO2，向液相传递CO2，大大加快了反应速度，而MDEA又被再生。加入缓蚀剂，可以使碳钢表面生成致密的保护膜（即钝化膜），从而防止碳钢设备管道的腐蚀。变压吸附是利用吸附剂对混合气中不同气的吸附容量随压力的不同而有差异的特性，在吸附剂选择性吸附的条件下，加压吸附混合物中的易吸附组份，减压解析这些组份而使吸附剂得以再生，以供下一循环使用。吸附剂的再生程度，决定产品的纯度，并影响吸附剂的吸附能力。吸附剂的再生时间，决定吸附循环周期的长短，也决定吸附剂的用量。通过降压、抽真空降低吸附剂上被吸附组分的分压，使吸附剂得以再生。在变压吸附脱除二氧化碳工艺中，采用对二氧化碳具有较强吸附能力的专业吸附剂，该吸附剂对变换气中各组分的吸附能力强弱依次为CO。当合成氨变换气在一定压力下通过装满吸附剂的床层时，吸附剂优先吸附，其次吸附相对较强的CO和，而难吸附的组分和组成的混合气作为脱碳净化气从吸附塔出口端排出。在吸附床减压过程中，残留于吸附塔内的少量，和大量CO、作为解析气排出，然后在常压下用真空泵在吸收塔入口端将强吸附组份抽出，使吸附剂获得再生。2) 脱碳流程MDEA吸附：从中低变出来的变换气压力1.8MPa，经分离器分离油水后进入吸收塔底部的下段中吸收，下段吸收液用闪蒸后的再生半贫液,在这里脱除大部分的,上段用温度较低的汽提再生后的贫液吸收,气体与液体在塔内逆流接触,从吸收塔顶部出来的70左右1.77MPa的净化气中含量降到0.2%以下，净化气经过冷却后去甲烷化工段。吸收塔内吸收CO2后的MDEA溶液称为富液，富液温度约80，1.8MPa，经减压调节阀减压到0.4MPa，从吸收塔下部出来的富液经加热器加热至76后用泵打入常压解析塔,闪蒸后塔底出来的溶液称为半贫液，约经加压泵加到2.0MPa回流到吸收塔下段,加热至90后送至汽提塔用水蒸气汽提,汽提后的从汽提塔塔底出来的溶液称为贫液，贫液经换热器换热冷却,进一步用水冷却器将贫液冷却到所要求的温度,然后进入吸收塔顶部喷淋。汽提塔顶部出来的气体温度108进入常压解析塔下部,使闪蒸溶液温度上升,有利于气体的解析。汽提塔还连着一个再沸器使汽提塔保持108左右从常压解析塔出来的,分离后的大于98%，温度小于40，经过板式冷却器冷却后进入分离器分离水分，然后送至压缩机压缩送至尿素合成工段，为了防止腐蚀设备，还要用压缩机打入空气。3) 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CO20.05%0.15%再生气压力4-10kpa出系统再生气温度35出系统再生气CO298%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CO21.5-3.0L/L(V)出再沸器溶液温度106-110II、尿素工段1）、主要任务将液氨，CO2和循环回收的氨基甲酸铵溶液以一定组成条件送入尿素合成塔合成尿素，为后工段提供合格的稀尿液，并将本反应的氨和本转化尿素的CO2经一，二段分离，回收并以甲铵液形式全部循环返回合成塔。2） 、基本原理 尿素合成的主要原料是和CO2，后者是合成氨厂的副产品。尿素合成反应分两步：第一步：氨基甲酸铵的生成 2（液）+CO2（气） (液)+117.17kJ/kmol 此反应是快速,强放热的可逆反应，常压下该反应的速度很慢,加压下反应速度加快，容易达到化学平衡，二氧化碳转化为甲铵的程度很高。第二步：甲铵脱水生成尿素 (液)(液)+(液)-15.48kJ/kmol 此反应是微吸热的可逆反应,反应速度较慢,需长时间才能达到平衡，在甲铵呈熔融状态时才较明显的反应速度。总的合成反应： 2（液）+CO2（气）(液)+(液)+Q这是一个体积缩小的可逆放热反应，尿素合成反应的CO2的转化率受压力、温度、进料的/CO2（摩尔比）， /CO2（摩尔比）物料在塔内停留时间的因素的影响，合成反应的速度随温度升高而加快，随压力升高而加快，但当压力升高到一定值后，再升高压力，转化率不再明显提高。提高反应物和CO2浓度，也可提高CO2转化率，在生产过程中由于比CO2容易回收，一般是过量。转化率还受合成塔容积的限制，所以一般不可能达到平衡转化率。当温度的是170 190oC氨与二氧化碳的摩尔比是2.0，压力高到足以使反应物得以保持液态时，甲胺转化为尿素的转化率为（以CO2计）50%；其反应速率随温度的升高而增大。当温度不变时转化率随压力的升高而变大，转化率达到一定值后，继续提高压力 不再有明显增大，此时，几乎全部反应物混合物以液态存在。提高氨与二氧化碳的摩尔比，可增大二氧化碳的转化率，降低氨的在转化率。实际生产过程中，由于氨的回收比二氧化碳容易，因此采用氨过量，一般按与二氧化碳的摩尔比3。反应物料中，水的存在将降低转化率，在工业设计中要把循环物料中的水量降低到最小限度。少量氧（空气）的存在能阻缓材料的腐蚀。增加反应物料的停留时间能提高转化率，但并不经济，工艺设计中最佳条件的选择是在经济合理的情况下，追求单位时间的最大产量。典型的工艺操作条件是温度180200oC、压力13.824.66MPa、按与二氧化碳摩尔比2.84.5、反应物料停留时间 2540min。 3)、未反应物分离的基本原理出尿素合成塔的合成反应液中，未反应的氨和二氧化碳可以看成是两部分组成：一部分是在高压条件下，溶解在合成反应液中的游离氨和游离二氧化碳，另一部分是没有脱水生成尿素的氨基甲酸铵，其中氨基甲酸铵占大部份。二氧化碳和氨气的溶解是放热和体积缩小的过程，所以当温度一定，随着压力下降，溶解度减小；当压力一定，随着温度的升高，溶解度也减小。因此，对尿素合成反应液进行减压和加热处理，都有利于把溶解的游离氨和游离一氧化碳从尿素中分离出来。减压加热也有利于氨基甲酸铵的分解，因为氨基甲酸铵的分解反应是一个吸热和体积增加的反应。它的离解压力随着温度的升高而增大。要使氨基甲酸铵分解，就须是分解操作压力低于所选分解操作温度的离解压力，或者使分解操作温度高于所选分解操作压力下的离解温度。为达到彻底分离，采用多段减压加热分离：一段分解、二段分解、闪蒸、解吸等系列手段，使液相中残留的氨和二氧化碳得到彻底分离。4）、未反应物回收原理尿素合成反应液中未反应的甲铵、游离氨和游离二氧化碳，在分解设备中分解成气体氨和二氧化碳以后，通过吸收设备将氨和二氧化碳冷凝吸收。由于分解过程是多段顺流程进行的，所以吸收过程采用多段逆流进行先在低压吸收塔中用含氨、二氧化碳少的稀氨水去与含氨、二氧化碳少的气体接触吸收成甲胺液，然后在中压吸收塔中再用稀铵液去吸收氨、二氧化碳浓度较高的气体，制成浓甲铵液，把氨和二氧化碳回收成稀甲铵液和浓甲铵液的过程是一个伴有化学反应的吸收过程，其反应如下：+Q +CO2+Q5）、尿素蒸发原理 尿素水溶液在加热过程中其中其热稳定性较差，在溶液加热达到一定温度以上就可能发生尿素水解反应和缩二脲的生成反应，反应如下：2+2CO2+2+两个副反应由于受温度加热时间溶液面上气氨分压等因素的影响.因此,尿液蒸发过程的操作压力越低,相应饱和尿液浓度就越高,如果达到相同浓度,蒸发压力高,相应所需温度也高.为减少副产物的生成,避免出现结晶困难的问题,通常采用两段蒸发流程:一段蒸发的目的是在较低压力下首先蒸发掉大量的水,然后在更低的压力下进行二段蒸发,以达到最后的浓度,两段蒸发的分界线是依据传热温差和冷却水温度而定的.在常压下，尿素在水中的溶解度随着温度的升高而增大。在水中溶解时吸收热量，温度下降。6） 、生产流程氨的输送和尿素的合成来自合成车间液氨储罐的原料液氨,温度小于30，压力大于1.95MPa，净流量计记录流量进入尿素界区，经液氨过滤器进入液氨缓冲槽，来自回流氨贮槽的氨冷凝器冷凝循环氨，也溢流进入液氨缓冲罐与原料氨混合，经液氨泵加压至20.69MPa后，送入合成塔。循环吸收工序来的甲铵液经甲铵泵加压至20.69MPa，原料CO2气体，液氨同时送入尿素合成塔底部，在压力19.66MPa，温度186188的条件下，气液混合物自下面经多块塔板，经足够的停留时间，约65%的CO2转化为尿素。合成后的反应熔融物自塔顶引出，合成塔压力有出口压力调节阀控制。循环回收来自尿素合成塔的反应熔融物经出口压力调节阀减压至1.77MPa，进入预分离器，在此分离出闪蒸气体后，进入预蒸馏塔上部，在此闪蒸分离，溶液自流至蒸馏塔中部整流段，与一分加热器分离段的上行热气体逆流接触，进行换热蒸馏，使液相中大的部分甲铵分解，过剩氨蒸出，汽化进入气相，同时气相中的水蒸气部分冷凝。预蒸馏后的尿液自蒸馏段下流往一分加热器，在蒸汽的加热作用下，约88%的甲铵在此分解，约150160的气液混合物自一分加热器上升到预蒸馏塔底部的分离段分离为分离气液相。液相自塔底排出，经调节阀减压后送至二分塔，气液自下而上地通过蒸馏段自塔顶引出一段蒸发加热器热能回收段。一段分解系统所需的防腐空气由空压机提供，空气由一分加热器尿液入口管道上补入。来自预蒸馏塔的一段分解气与二甲泵送来的三甲液在一段蒸发加热器热能回收段混合，发生部分冷凝，并利用甲铵生成热加热尿素溶液。一段蒸发热能回收段排出的气液混合物与闪蒸热能回收段出口气体混合依次进入两一吸外冷器。在循环热脱盐水的冷却作用下，气体进一步发生冷凝。然后进入一吸塔鼓泡段，气象经鼓泡吸收后，未吸收的气体进入精洗段被来自惰洗器的浓氨水与来自回流氨贮罐的回流氨进一步精洗吸收，在塔顶排出温度低于50，含CO2来自小于100PPM的气氨进入氨冷凝器，部分气氨在此冷凝下来作为回流氨使用，也可以回流氨贮罐。出氨冷器的气体依次进入氨冷凝器B、C，气氨进一步被冷凝流入回流贮罐。未冷凝的气体送至惰洗塔，被氨水泵送来的二循二冷凝器的氨水吸收，未吸收的气体进入惰洗分离器，出惰洗分离器的气体经精洗塔进一步精洗，尾气经调节阀减压后送至尾气塔。惰洗器排出的约45的氨水送往一吸塔顶部，一吸塔底部得到的9095的甲铵液（一甲液）经甲铵泵（一甲泵）加压后送往尿素合成塔。预蒸馏塔底排出的尿液经调节阀减压至0.290.39MPa后，送入二分塔的上部的填料段，与来自二分塔加热段的气体逆流接触后回流进入二分塔加热段，被蒸汽加热到135140，尿液中残存的过剩氨和甲铵基本在此汽化分离进入气相，出加热段的气液混合物经分离后，尿液经调压阀减压进入闪蒸热能回收段。气相经填料段后自二分塔顶排出，与来自解吸系统的解吸气混合后进入二甲液预热器，然后进入二循一冷凝器。在此被蒸发泵送来的蒸发冷凝液所吸收，生成的二甲液由二甲泵加压后送往一段蒸发热能回收段。出二循一冷器的气体进入二循二冷器内继续被蒸发冷凝液吸收，生成氨水由氨水泵加压送往惰洗器，有二循二冷凝器的气体去尾气塔。尿素的加工自二分塔排出的尿液，经调节阀减压至0.0440.064MPa后进入闪蒸热能回收段、闪蒸加热器，被一分加热器液位槽蒸汽加热至105后进入闪蒸分离器进入气液分离，尿液排入一段蒸发加热器，在压力0.0033MPa下，尿液经热能回收段和蒸汽加热段被加热至130，在浓度约96%，在一段蒸发分离段分离出的尿液去二段蒸发加热器。在压力0.033MPa下，被蒸汽加热至140，经二段蒸发分离段分离出残余游离氨及，浓缩至99.7%的熔融尿素由熔融泵送往位于造粒塔顶部的造粒机进行造粒，造粒塔底得到的成品颗粒尿素由皮带输送至包装工序量。7）、工艺及设备特点尿素合成塔合成塔是合成尿素的关键设备，其中的反应为核心的液氨与CO2合成尿素反应。尿素合成通常在200-220公斤/厘米2或者230-250公斤/厘米2（表压）的压力下进行，因而合成塔是一个符合高压容器要求的设备，其机械结构简单，坚固、气密便于检修。工业上用的高压筒体一般采用较大的高径比，以承受塔内的高压。合成塔操作温度较高通常在190-200，外壳有保温措施，保护热量，减少热量的散失，节约能源。尿素合成需要一定的反应时间，所以塔内需要有足够的空间，反应中不需要外加催化剂和换热装置，所以合成塔为空筒形式，有的内装有防止物料反混的塔板。在操作过程中，塔顶一般留有有效容积的5%左右用于压力缓冲。由于合成中的反应中间物有较强烈的腐蚀性，故塔内壁采用耐腐蚀材料做衬里，外部采用碳钢承压。中压吸收塔中压吸收塔的作用在于将中压分解气体氨和二氧化碳用来自抵押吸收的的稀甲铵液吸收下来，它也是水溶液全循环工艺的关键设备之一。中压塔一般为立式塔设备，分上下两段，下部为鼓泡段，其中有气体分布器和加热与冷却管束；上部是吸收段，也称精洗段。从尿素合成塔出来的尿素溶液，虽然经过了氨气提塔的回收，但是内于受气提工艺条件的限制，未反应物NH3和CO2未能全部加以回收。本部分的任务是尽量完全地回收这些剩余的NH3和CO2，并将其循环返回到合成培。造粒塔造粒装置的主要作用是把熔融尿素泵送过来的尿素经过造粒装置之后变成合格的尿素颗粒，便于包装储存。造粒塔为高大薄壁的塔体（是厂区中最高的建筑），其顶部有排风口，塔中间为空腔、塔下有物料出槽，进风口。由于尿素对塔体的水泥有较强的腐蚀性，故其内壁施工一般涂有保护层，且施工精细，保证光洁。8） 、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）III、合成氨工段一、合成1) 反应过程的基本原理氨合成反应为：+ -46.22 kJ/mol此反应的特点是：可逆、放热、反应后物质的量减少，只有当催化剂存在时才能快速反应。氨合成反应的热效应，不仅取决于温度，而且与压力、气体组成有关。由于反应时放热，随着温度增加，转化率下降，又因反应后的物质的量减少，因此适宜于高压下进行，则压力升高，温度降低，惰性气体含量减少及合适的氢氮比有利平衡氨含量的提高。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，送去氨加工制尿素或其它产品。由于氢氮混合物在一次反应中不能全部合成氨，因此将氨进行分离后，必须把未经反应的氢氮混合气进行循环再次反应。2) 合成氨流程气态烃（亦可以是液态烃）首先经脱硫工序除去H2S及其他硫化合物后，与水蒸气混合，在一段转化炉的反应管内进行转化反应，产生H2、CO和CO2，同时还有为转化的CH4和水蒸气。转化反应吸热，因此在反应管外用燃料燃烧，共给所需热量。一段转化气进入二段转化炉，再次还引入空气。空气在炉内燃烧掉一部分H2，放出热量以供进一步转化，同时又把合成氨所用氮气引入系统。二段转化气残余的CH4已经很少了。接下去的高温变换和低温变换（简称高变和低变），各自在不同的温度下使气体中的CO与水蒸气反应，生成等量的CO2和H2，从而提供了更多的作为合成氨原料的氢气。这个反应叫做变换反应。以上几个工序构成了合成氨厂的造气系统，制出了合成氨所用的粗原料气，主要成分是H2,N2和CO2。粗原料气进入脱碳工序，在这里用MDEA溶液把气体中的CO2吸收掉，随后又使溶液加热并减压，把CO2释出作为副产品。溶液循环使用。甲烷化工序把气体中残存的少量CO和CO2经甲烷化反应变成水蒸气和CH4。水蒸气经冷凝排出，而CH4对后续工序是无害的惰性气体。脱碳和甲烷化合称净化，即把粗原料气净化为合成氨所需要的纯净的氢氮混合气。氢氮混合气用合成气压缩机压缩到高压，送入合成塔进行合成氨反应。由于气体一次通过合成塔后只能有10-20%的氢氮气反应，因此需要将出塔气体冷却，使产品氨冷凝分出。未反应的气体重新送回合成塔。为提供分离产品氨所需要的冷源，专门设有冷冻工序，以氨作为冷冻介质循环使用。在凡有生产余热可资利用之处，都安排有热回收设备，构成了全厂的蒸汽动力系统，穿插于各个工艺工序之内。上述如图所示：天然气 水蒸气 空气 去尿素 去尿素 液氨 氨分离 合成从氨合成塔出来的气体经废热锅炉换热回收热量后温度降为220，然后进入换热器，在这里大部分的被冷却到90，而这些能量用来加热从循环压缩机送来的20的和等原料气至170，再经水冷器冷却到30，水冷器中加了水垢剂，可以防止水腐蚀水冷器外管，经水冷器后再进入冷交换器，与从二氨分塔过来的0-3的原料气进行热交换，大部分氨气被冷却到10左右，部分氨气被冷凝成氨液，然后进入一氨分器，在这里冷凝的液氨被分离，然后进入氨冷器与经油水分离后的新鲜气原料气混合，大部分的氨气被冷凝后进入二氨分塔分离，从塔顶出来的气氨经冰机循环冷凝，从二氨分塔出来的原料气经热交换塔换热后进入循环气压缩机补充压力，压缩后20的原料气经油气分离后分一冷、二冷和冷副进入氨合成塔，塔内和在25MPa，400-500左右反应合成氨。分离后未被冷凝的气氨和原料气进入到一氨分塔，由于这里与补充气混合，和含量少，所以从一氨分塔引出气体通过膜分离分出氢气。3）、工艺操作控制指标工艺指标控制范围补充气压力30Mpa合成塔压差1.3Mpa氨冷凝气氨压力0.160.28Mpa总回收压力0.7Mpa放氨压力2.55Mpa废热锅炉气泡压力1.6Mpa补充气含CO2+ CO25ppm塔气含氨3.5%补充气含CH41.2%冷凝器出口温度45水冷温度-22触媒层温度470-480环隙气体温度190氢/氮2.2-2.8合成塔壁温200水冷器进口温度120进塔气含CH412-18%进塔气含氢/氮2.2-2.8洗氨塔压力10-15 Mpa洗氨塔液位30-50%冷软水流量1.0-1.9m3/h分离器液位0-10%入膜气含氨50ppm入膜气温度40-45渗透压力1.8 Mpa尾气压力0.7 Mpa渗透气含氢85%二、合成合成与合成的合成基本原理与和合成流程大体相同。总体说来，合成在合成的基础上进行了改进。相对于合成，合成有以下不同点：（1） 合成塔构造不同：合成的合成塔直径为1m，合成的合成塔直径为800mm，因而合成负荷大，产量也较大。（2） 进气不一样：合成进料分一冷、二冷和冷副，既有从塔底进气又有从塔顶进气；合成进料只有一冷和冷副，只从塔底进气，操作更简便。（3） 合成的冷交换器与氨一分两个塔是合二为一的，冷交在上面，氨一分在下，有效地减少了占地面积。（4） 冷交换器处：合成分离70%-80%的氨；合成1不分离。（5） 汽包蒸汽压力：合成2.0MPa左右；合成只有1.5MPa。（6） 系统压差：合成2.2MPa左右；合成只有2.5MPa（7） 水冷：合成使用的是喷淋式水冷；合成使用地是套管换热气。（8） 进入合成塔的气体：合成进入塔壁的气体是冷、热两股气体的混合气，进气过程更为简单，控温也更方便；合成进气是冷气体。相同点：在合成与合成工段中，都要进行放空处理：原因 在补充气中，虽说其中的惰性气体含量不大，而且对氨的合成也影响不大，然而经过多次循环之后，其相对含量就会增大。产生的分压就会增加，这样对反应不利。措施 为了控制惰性气体的体积分数，循环气体在进压缩机之前引出一部分，排除循环系统。排出量的多少决定于循环中惰性气体含量。放空位置 氨一分后，进入氨冷气前。称为塔后放空。 此外氨合成工段中主要工艺参数的优化控制非常重要，直接影响合成氨的产量和消耗指标。控制方案以降低吨氨为目标，控制参数为催化剂温度、惰性气体的含量、氨冷出口温度及氨冷器、冷交换器、氨分离器的三大液位。还有就是合成循环回路中气体的H2/N2比可能偏离3，这是因为氨合成反应虽然按H2/N2比等于3来进行，但氢气溶解于液氨中的量不完全相同。可以纠正循环气中H2/N2比偏差的方法是调整补充气的H2/N2比。当循环气的H2/N2比超出2.53.0的正常控制范围时，氨合成反应的速度将明显降低，床层温度也将降低。所以工厂中一般把H2/N2比控制在2.52.9之间，可以得到最大的反应速度和合成率；因此，应精心一补充气的H三、 催化剂及主要设备特点 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,其组份有主要是和FeO，助催化剂为氧化铝、氧花钾、氧化钙、二氧化硅，在催化剂未还原前，氧化铁主要以形态存在，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，是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样、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。呻、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。保护催化剂防止中毒。所以以下几个因素很重要压力的选择。压力高低虽然不会改变反应的平衡状态,但可以提高还原反应速度,当还原进入主要期时,需加大空速以降低水汽浓度, 但压力的提高会导致催化剂同平面温差的增大。温度的选择。提高温度有利于提高化剂的还原速度,缩短还原进间,但温度高容易引化剂铁微晶的烧结,同时水汽浓也将增大。空间速度的选择。提高空速可降低催化剂表面水汽浓度,在保证升温度速率的同时,尽可能加大循环量。水汽浓度的选择。催化剂的原是从颗粒外表面开始逐步向内部深入的,水汽浓度低,化剂孔内水份易逸出,还原水汽浓度要求3000PPM。氨冷温度的选择。控制氨冷后的气体温度,也就是控制合成塔入口气的水汽浓度在氨水浓度达25%后,方可投用氨冷器。气体成份的选择。还原反应是靠氢气来进行的,氢含量愈高,氢分压愈大,对还原反应愈有利，但同时需要有氮气，以使产生合成反应提供热量，一般在75。在这氨合成我们采用铁催化剂（又称铁触煤），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。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，可用普通的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。从工艺角度出发，不管哪种结构型式的合成塔，都应该满足下列要求： 尽可能充分利用合成塔内的有效空间，多装触媒，装卸触媒较方便； 气体在触媒床层均匀分布，床层压力降应尽量低； 能方便地调节控制床层及其他各点的温度； 结构简单，运行可靠，便于检修和操作。玉龙氨合成塔由耐高温的内件和耐高压的外筒两部分组成。进入合成塔的气体先经过内件与外筒子之间的环隙，内件外面设有保温层，以减少向外筒的散热。因而，外筒主要承受高压，但不承受高温，可用普通低合金钢或优质低碳钢制成，寿命可达四五十年以上。内件虽然在500左右，但只承受环隙气流与内件气流的压差，一般仅为12Mpa，从而降低对材质的要求。内件一般用合金钢制作，寿合比外筒短得多。 IV、转化工段1主要任务：将脱硫后的天然气，转化成半水煤气，将CO转换为CO2送下段，另将氢氮气通过甲烷化，转化法脱除微量CO、CO2，把合格的氢氮气送入合成氨工段。2） 脱硫合成气中的硫化物主要是硫化氢,此外还有二硫化碳、硫氧化碳、硫醇、硫醚、等有机硫。由于硫化物的存在使后续过程中的催化剂中毒，因此要求硫化氢含量一般不大于0.15至0.2。对天然气蒸汽转化、中低温变换、甲烷气净化制合成氨原料气工艺，脱硫的要求则更高。脱硫方法根据脱硫剂的物理形态分为干法和湿法两类。干法脱硫有：活性炭吸附法，可脱除硫醇等有机硫化物及少量的硫化氢；用氧化锌、氧化铁、氧化锰进行接触反应，能脱出硫化氢及多种有机硫；应用或镍催化剂加氢转化，将有机硫全部转化为硫化氢，然后再用其他有机脱硫剂（如氧化锌），将生成的硫化氢脱除，能将总硫含量脱除到0.5ppm以下。氧化锌是一种内表面积大，硫容量较高的接触反应型脱硫剂、脱硫能力极高，除噻吩外，能以极快的速度将硫化氢和各种有机硫化物几乎全部脱除，其脱硫反应为：直接吸收硫化氢和硫醇，生成硫化锌。采用铁锰脱硫催化剂在约300400高温下发生下述反应： 十H2 + + +在铁、锰催化剂的作用下，大约还剩小于5PPm的硫化氢，在氧化锌作用下发生下述脱硫反应而被吸收。 +=+ +=+有氢存在时，与钴钼加氢转化相似，二硫化碳与硫氧化碳转化成硫化氢，然后再被吸收成硫化锌。反应式如下： CS2十4H22H2S+CH4 COS十H2H2S十CO 湿法脱硫又分为物理吸收法和化学吸收法。化学脱硫的介绍 脱硫剂：氧化锌ZnO、氧化铁Fe2O3、氧化锰MnO氧化锌是一种内表面颇大、硫容较高的接触反应型脱硫剂。除噻吩外，脱除硫化氢及各种有机硫化物的能力极高，可将出口气中硫含量降至o1PPm以下。既可单独使用(当硫含量小于50ppm时)，也可与温法脱硫联合使用(当硫含量较高时先用湿法再串接氧化锌脱硫)。此外，还放在对硫敏感的催化剂前面作为保护剂玉龙公司采用干法脱硫。常温脱硫采用活性炭，高温脱硫采用铁锰和氧化锌。3）一段转化一段转化是在外热式的管式炉内进行，是把甲烷原料通过与蒸汽反应生成H和CO。主要反应式如下： CH4H2OCO3H2206.4kJmol COH2O（汽）CO2H241.2kJmol这两个反应的平衡常数列于下表：平衡常数 550 600 700 800 900 1000 Kp4 8.310 5.410 0.130 1.75 15.2 94.7 Kp5 3.52 2.59 1.57 1.05 0.762 0.586从热力学角度衡量，甲烷蒸汽转化反应该尽可能在高温、高水碳比及低压条件下进行。但是，在相当高的温度下反应速度仍然很慢，必须用催化剂加快反应。在这里镍是最有效的催化剂活性组分，含量为催化剂的10%25%；助催化剂是CrO、AlO、TiO等，这些助催化剂的作用是抗烧结、抗积炭、改善催化剂的孔结构和选择性等；催化剂载体常用AlO或耐火材料类。除了主反应外，蒸汽转化