化肥厂生产实习报告

1、PAGE PAGE 39攀 枝 花 学 院实 习 报 告 书 题 目： 川化实习报告 学 院： 攀枝花学院 专 业： 自动化 班 级： 2008级2班 姓 名： 廖文成 学 号： 200810503035 2012年 2 月 20 日目录一 前言二 实习内容说明三 实习单位简介四 实习要求 (一)准备工作 (二)工艺流程概括五 实习内容 (一)氨合成 1氨合成概述 2原料气的制备 3脱硫工段 3.1基本原理 3.2加氢转化 3.3氧化锌脱硫 3.4甲烷化处理 3.5主要设备特点 4碳化工段 4.1碳化工段的基本流程及特点 4.2碳化设备的主要特点 5净化合成气的压缩与氨的合成 6碳化工艺 6.

2、1基本原理 6.2干法脱碳简介 6.3主要设备特点 7合成氨工艺 7.1氨的主要特点 7.2合成氨的工艺流程 7.3合成氨的工艺条件 7.4氨的净化与输送 7.5主要设备特点(二)尿素的合成 1尿素的基本性质 2尿素合成的基本原理 3尿素合成的工艺条件的选择 4未反应成尿素物质的分离和回收 5尿素的加工 6工艺流程介绍 7尿素合成工艺流程图 8尿素合成基本流程 9尿素生产工艺条件 10主要设备的说明六 实习心得体会一、前言对于生产实践能力要求很高的过程装备与控制工程专业，去工厂认识实习与生产实习是我们的专业课学习过程中必不可少的部分，我们工科学生的生产实习是理论联系实际、培养高级工程技术人才、

3、为后续专业课学习打下感性认识基础的非常重要的实践环节。在工厂的“身临其境”让我们褪去了书本的束缚，真正的把理论联系到实际，在机械的轰鸣声中，在空气中弥漫的淡淡尿素味道里，在看到工厂的工人师傅认真生产，一丝不苟的表情时，我们队“过程装备与控制工程专业”有了更多的理解和体会。通过对化工厂工艺流程和主要机械设备的实习，了解化工生产的概况和主要机械设备的作用和主要结构，为后续的专业课学习增强感性认识，提高了我们运用所学知识观察和分析实际问题的能力。在2011年12月27号，我们按照安排去了青白江川化股份有限公司开始了期待的实习。虽然只有短暂的3周，但在带队老师和工人师傅的细心介绍和耐心指导下，我感觉受

4、益匪浅。二、实习内容说明我们这次实习，主要是在川化化肥厂。在车间师傅和带队老师的详细讲解和悉心指导下，我们了解了各个工段的设备和操控系统，初步了解了工厂各个工段的工艺指标，对工厂的管理制度也进行了简单的了解。了解化工生产的方法和工艺流程，弄清主要工艺参数确定的理论依据，了解生产中的技术革新措施，并注意新技术发展趋势，接受安全与劳动纪律教育，增强安全生产集体观念；学习工人和工程技术人员对生产的高度责任感以及理论联系实际、解决实际问题的经验。重点了解主要机器和设备的类型、结构、作用原理，以及它们在生产流程的最用地位。三、实习单位简介 川化股份有限公司（以下简称川化）位于成都市青白江区，是一家以生产

5、化肥、化工原料和新材料为主的国有特大型化工企业。川化始建于1956年，现有资产总额29.6亿元。年销售收入27亿元。年利税总额3亿元以上。公司占地220公顷，在册职工5000余人，设立有国家级技术中心和博士后科研工作站，承担了国家“863”科技计划项目。在50多年建设发展中，川化始终立足于“技术进步、科技兴厂”公司生产的化肥，以过硬的产品质量，赢得了客商的广泛青睐，畅销国内市场。四、实习要求准备工作2010年3月5日，我们在川化化肥有限公司的会议堂中进行了下厂前的安全教育。由工厂的资深工程师为我们做了工厂劳动保护、安全技术、放火、防爆、防毒以及保密等内容的安全生产教育。此化工厂的生产为高温、高

6、压、易燃易爆的高危企业。原料化肥生产中的氨气、CO属有毒气体，H2易燃易爆，液氨有毒，若不做好有效地安全防范工作，很容易发生事故。1、注注意着装，不能披散长发，不能戴首饰，不穿高跟鞋。2、严禁碰阀门，仪表，按钮。3、班前4小时内禁止饮酒，工作中禁止吸烟。4、注意环保，保持工厂的环境卫生。5、分批进入车间，不要妨碍正常生产操作。6、出现事故迅速撤离至下风处。（二）工艺流程概括了解主要生产车间（工段）的生产工艺流程，并对工艺操作条件做扼要分析，弄清主线流程中机器设备的作用。五 实习内容 （一）氨合成1合成氨概述合成氨工业诞生于本世纪初，其规模不断向大型化方向发展，目前大型氨厂的产量占世界合成氨总产

7、量的80%以上。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，都是以氨为原料的。合成氨是大宗化工产品之一，世界每年合成氨产量已达到1亿吨以上，其中约有80%的氨用来生产化学肥料，20%作为其它化工产品的原料。德国化学家哈伯1909年提出了工业氨合成方法，即“循环法”，这是目前工业普遍采用的直接合成法。反应过程中为解决氢气和氮气合成转化率低的问题，将氨产品从合成反应后的气体中分离出来，未反应气和新鲜氢氮气混合重新参与合成反应。合成氨反应式如下：N2+3H22NH3合成氨的主要原料可分为固体原料、

8、液体原料和气体原料。经过近百年的发展，合成氨技术趋于成熟，形成了一大批各有特色的工艺流程，但都是由三个基本部分组成，即原料气制备过程、净化过程以及氨合成过程。现代大型合成氨厂大多数以天然气为原料，生产过程中，天然气经脱硫、转化及变换等工序，制得合成氨的粗原料气，它的主要成分为H2,N2,CO2。粗原料气经净化（包括脱碳和甲烷化工序），制得合成氨所需的H2,N2混合气体。H2、N2混合气体经压缩后送入合成工序合成制得氨，后由冷冻工序提供冷源值得分离产品氨。上述工艺过程大致可分为制气、净化和合成三个部分。此外还有一套完整的蒸汽动力系统穿插于各个工序内。2原料气的制备：以天然气为原料和燃料，在铁锰脱

9、硫剂和氧化锌脱硫剂的作用下，将天然气中的无机硫和有机硫脱除到0.5ppm以下，配入一定量的水蒸汽和空气分别在一、二段转化触媒和一定温度条件下将甲烷转化为氢气，制取合成氨所需的氢气和氮气，在一定的温度和变换触媒的催化作用下，使CO变换成CO2和H2，为尿素车间提供富余的中间蒸汽，同时净化碳化气体中残余的CO2和CO，为后工段输出合格的原料气和净化气（其中CO和CO2的含量25ppm）。由界区外供给合成氨装置用作原料和燃料的天然气，其压力为3.5kg/cm2G。把天然气引入进料分离罐144-F中，把天然气夹带的液态烃分离掉，后气流流经过滤器102-LA或102-LB，除去悬浮的固体杂质，从过滤器出

10、来的天然气分成两股，一股作为转化炉的原料天然气，另一股作为合成氨装置的燃料天然气。经计量的原料天然气在原料气压缩机102-J的一段缸中压缩后，与一股来自合成气压缩机吸入罐104-F的富氢合成气循环气混合。3脱硫工段：3.1基本原理从原料气压缩机一段缸出来的天然气在压缩机段间冷却器137-C与冷却水进行换热。从原料气压缩机出口出来的混合气进入一段转化炉101-B的对流段，被预热约399,接着进入加氢器102D，在加氢器中有机硫化合物被氢化，生成硫化氢。在加氢器中，基本上所有的有机硫都变成硫化氢。接着气体再进入氧化锌脱硫槽108-DA/DB,每一个脱硫槽内装有21的条状氧化锌脱硫剂，气体中的硫化氢

11、与氧化锌反应而被氧化锌所吸附。脱硫的最好方法是在过量氢气存在的情况下，将这硫化物催化转化成硫化氢然后再使硫化氢与氧化锌反应达到脱除的目的。以焦炉煤气为原料,压缩至2.1 MPa后进入精脱硫装置,将气体中的总硫脱至0.1 ppm以下.焦炉气中甲烷含量达22.4,采用纯氧催化部分氧化转化工艺,将气体中甲烷及少量多碳烃转化为合成甲醇用的一氧化碳和氢;经压缩进入甲醇合成装置.甲醇合成采用5.3 MPa低压合成技术,精馏采用3塔流程3.2加氢转化天然气加氢转化处理就是在有钴、钼催化剂尊在的条件下，与加入的氢气进行转化反应，主要化学反应如下：3.3氧化锌脱硫这种方法用氧化锌做脱硫剂，在一定条件下，它能迅速

12、脱硫，由于氧化锌脱硫剂使用后不能用简单方法再生，因此只运用于低浓度硫的脱除，并作为最后一级脱硫。主要化学反应如下：脱硫后的原料气在镍催化剂作用下进行反应以制取合成氨所用的原料气。主要反应式如下：转化工序分为两段进行，在一段转化炉里，烃类和水蒸气在反应管内的镍触媒上反应，由管外供给热量。出口气体残余甲烷浓度约为813%，一段氧化后的气体进入二段转化炉，在那里加入空气燃烧放热，又继续进行转化反应。二段炉出口温度在810870之间，经二段转化后可使粗原料气达到反应标准。氢氮比（分子比）：2.83.1 残余甲烷（干基）：0.30.6%转化气中的H2与空气中的O2发生燃烧反应：H2 + 1/2O2 =

13、H2O + 241.16KJ在二段炉内除氢气外一氧化碳和甲烷也能燃烧，但H2燃烧反应的速度比其它可燃气体快34倍，所以在二段炉内催化剂上部的非催化剂空间里，首先是空气中的氧与一段转化气中的氢气进行燃烧，故大量的热用于转化气中的残余甲烷的继续转化34甲烷化处理出二段炉原料气中含有大量的CO，变换工序就是使CO在催化剂的作用下与水蒸气反应生成CO2和H2.既除去对后段工序有害的CO，又能制得尿素原料之一的CO2。反应式为：CO + H2O(g) CO2 + H2 + 9.8KJ/mol这是一个等体积、可逆、放热反应，降低温度和提高蒸汽浓度均有利于变换反应的进行。催化剂是铁铬系催化剂，还原后具有催化

14、活性的是Fe3O4，低变采用铜锌系催化剂，还原后具有活性的是Cu。中变在360380，在催化剂的作用下，反应速度很快，中变炉出口CO3.0%，然后通过换热降温到180左右，在低变催化剂的作用下，工艺中的CO含量进一步降到0.3%，以满足甲烷化对CO含量的要求。经过中、低变换和碳化、脱碳的气体尚含有少量的CO2和CO，这些气体会使合成氨触媒中毒丧失活性，所以在送往合成前必须对原料气作进一步净化处理。即将碳化气中残余的CO2和CO与原料气中的H2，在一定温度和镍触媒催化作用下反应生成对合成氨无害的气体甲烷。以上反应有以下特点：1、反应是强放热反应，每0.1%CO、CO2、O2（体积含量）所造成的温

15、升分别为：CO7.4，CO26.1，O216.5；2、反应是体积缩小的反应，因此，提高压力向正方向进行3.5主要设备特点（1）脱硫槽川化化工厂使用中石油提供的天然气，四川地区的天然气含硫量比较高，合成氨原料气中的硫化物主要以硫化氢的形式存在，含量其次的是COS、CS2和有机硫化物等。因为硫能使合成氨的铁基催化剂及变换和甲烷化的催化剂中毒，因而需要在变换和甲烷化工序之前设置脱硫工序将之除去。川化化工厂采用了氧化锌，氧化锰及加氢来脱硫。混合气体在有氢气的条件下在加氢转化器中转化为无机硫，加氢转化器直径约为2m，全高约14米，催化剂分为两层，每层高4m。下层的下边和上层的上边各铺一层氧化铝球作为过滤

16、和分布气流之用。所有的无机硫在脱硫槽中与氧化锌脱硫剂反应生成硫化锌被除去。氧化锌脱硫槽是立式圆筒形容器，脱硫剂分为两层，上下都有氧化铝球层，槽上部设有气体分布器，下部有集气器。有机硫转化为无机硫时温度一般控制在340-400；一般氢气与有机硫化物摩尔比为250：1-1000：1；压力一般为0.6-3.8Mpa；空间速度一般选用空速范围为500-1500h-1.无机脱硫时升温对脱硫有利，但不能太高，温度一般控制在小于400；汽/气比应该小于0.3；较低空速，400h-1。（2）甲烷化装置甲烷化炉为圆筒形立式设备，由于甲烷化炉内气体氢的分压较高，而且有时会发生超温事故，故壳体采用低合金钢制成。催化

17、剂上下层都有氧化铝球层和钢丝网，以免气体将催化剂层吹翻，同时增大阻力利于气体分布。为防止催化剂过热，准确掌握催化剂的温度变化，在催化剂层不同平面设有热电偶温度计套管。（3）一二段炉川化化工厂是中型化工厂，所以转化炉和大型化工厂的转化炉有所不同，为双一段转化炉。一段转化炉内有156根转化管，在底部变径后引出。因为炉内温度很高，在停产时容易产生热胀冷缩，为了防止热胀冷缩带来的危害，变径后的转化管做成弯形并悬挂与炉下方。一段炉通过燃烧天然气进行加热，加热后的废气进入换热设备放出余热对进入反应器的气体和软水预热，温度下降达到放空条件后放空。经过脱硫后的反应气60%进入一段炉40%进入换转炉。换转炉利用

18、二段出口高温气体余热（夹套加热）进行加热。换转炉结构特点是炉拱填装镍触媒，在拱与触媒之间摆有耐火球，炉拱，篦子板和耐火球是为支撑触媒和是气体能在触媒层均匀分布而设计的。触媒层有热电偶测温点三个（上层两个，下层一个），下部有压力表管一个。二段转化炉的壳层为耐火砖，中间无有管道。4碳化工段4.1碳化工段的基本流程及特点有造气车间转化岗位中低变工序送来的（压力0.85MPa，CO2含量为17%）低变气从碳化主塔底部进入塔内，气体由下而上与塔顶加入的副塔液逆流鼓泡吸收大部分CO2，含CO25%10%的尾气从塔顶导出，经碳化副塔底部进入塔内，与塔顶加入的浓氨水进一步逆流吸收，使CO2含量降至1.6%，尾

19、气由塔顶导出，有固定副塔底部进入塔内，与塔顶加入的浓氨水或回收塔稀氨水进一步逆流吸收，使CO2降至小于等于0.4%，NH320g/m3气体从尾气管导出再从回收段底部进入回收清洗塔，与由清洗塔顶部加入或回收塔加入的软水再次逆流吸收，去除气体中所含的NH3和CO2使CO2含量0.2g/m3气体由清洗塔顶部尾气管导出，经汽水分离器出去后，然后送压缩机三段压缩。由吸收送来的浓氨水经加压至1.01.2Mpa,由副塔顶部加入塔内，与碳化主塔出口气中的CO2反应生成碳酸铵溶液，再用泵从塔底抽出，加压至1.41.6Mpa, 由碳化主塔顶部加入塔内，进一步吸收变换气中的而生成碳酸氢铵悬浮液，由塔底部取出送稠厚器

20、供离心机分离。由于反应时放出大量热量，碳化塔内设冷水箱，用河泵送来压力为0.05-0.10Mpa的冷水控制碳化温度。由软水岗位送来的0.7-1.2Mpa软水，由顶部加入清洗塔内，清洗塔气体中的氨后，经回收塔顶部与清洗塔底部的溢流管由回收塔顶部进入回收塔内。清洗回收固定副塔出口气中的NH3和CO2后，生成的稀氨水一部分由回收塔底部抽出，加压至0.81.2Mpa，由固定副塔顶部加入塔内吸收副塔出气中的NH3和CO2后，稀氨水压往吸收。回收清洗塔另一部分稀氨水加压至0.80.9Mpa，送往洗氨塔吸收合成驰放气中的氨后，通过自动气动薄膜阀，压往吸收母液贮槽或稀氨水贮槽。在碳化工段中，主塔与副塔是相对的

21、。因为在工作8小时后，主塔与副塔要对换一次，在主塔中，有大量的碳氨晶粒存在，容易在主塔壁上沉淀下来，时间过长后，容易造成堵塞。而在副塔中，有浓氨水喷入，因而对换后，主塔变为副塔，在其中由浓氨水，可以清洗壁上的沉淀。主塔和副塔结构上是一样的没有什么区别 4.2碳化主要设备特点（1）碳化塔 碳化塔是碳化工段最主要的设备。工作原理是伴有化学反应的吸收过程，在塔内氨水吸收变换气中二氧化碳生成碳酸氢铵氮肥。冷却系统采用小水箱结构，拆装容易，便于清理堵管和换管；设备具有操作方便、控制容易、运行稳定的优点。目前加压碳化系统所采用的均为钢制。碳化塔顶部温度30左右，一般30-35较好，因为此温度下，能加速反应

22、和吸收，减少晶核生成。下部温度20-28较好：利于碳化反应的平衡；提高氨转化率；利于结晶析出，提高产品的产量、质量；得到的碳化母液碳化度低，利于循环使用。（2）离心机 利用离心力分离固体和液体或液体和液体的机械。主要部分是一可以旋转的圆筒，叫“转鼓”。置物料于鼓内，使鼓高速旋转，所产生的离心力将比重不同的物质分离。川化化工厂使用的应该是壁上无空的转鼓，操作时固体被甩出而附于内壁，液体则由中央导管连续排出。离心机转速越高，分离效果也越好。综上表述为天然气合成与净化的大致工序，概括如下：由天然气制备粗合成气分四个主要步骤：原料天然气脱硫脱硫后的天然气在一段转化炉中进行烃类的部分转化二段转化炉内的转

23、化。向二段转化炉内引入足量的空气以提供氨合成所需化学计量的氨，并降低二段转化炉出口气中甲烷的含量在变换炉内，转化气中的一氧化碳与蒸汽反应生成二氧化碳，同时产生当量的氢气一段转化炉炉顶在炉管管排之间装有顶部燃烧烧嘴，火焰向下喷射，使工艺火在炉管出口处的温度达到803。炉管出口设有集气管，集气管位于一段转化炉的辐射段。工艺火在上升管内温度继续升高，出一段转化炉的工艺火温度约为820、压力为34.5kg/cm2G。二段转化炉燃烧所需工艺空气由离心式空压机101-J提供。空压机由燃气透平101-JGT驱动，把燃气透平约477的热排放气送至一段转化炉辐射段用作燃料空气，提供一段转化炉辐射段所需燃烧空气量

24、的65%左右。从低温变换炉出来的工艺气的温度大约为231、压力为31.9kg/cm2G，在低变给水预热器131-G中加热锅炉给水，然后在再生塔喷射蒸汽发生器111-C中产生低压蒸汽用于二氧化碳再生塔喷射器，接着在再沸器105-C中再沸苯菲尔溶液，在热交换器106-C中预热低压锅炉给水，最后工艺气被冷却至81。经冷却的工艺气在分离器的中下将上述热交换器内冷凝出来的冷凝液从工艺气中分离掉。天然气的净化工序中，对粗合成气进行处理，除去其中的二氧化碳和一氧化碳，生产出高纯度的富氢/氮合成气。采用改良苯菲尔脱碳工艺技术，该工艺技术带半贫液四级闪蒸，从而使外部供热减至最少。用甲烷化法脱除合成气中残余额二氧

25、化碳和一氧化碳，在甲烷化炉中，碳的氧化物在催化床上与氢反应转化成甲烷和水。5净化合成气的压缩与氨的合成：净化后的合成气中含有氢气和氨气，在大约29.9kg/cm2G的压力和37的温度下送至合成气压缩机103-J的进口。此合成气压缩机是一蒸汽透平驱动的二缸，段间冷却离心式压缩机，二段缸内有一分隔开的循环叶轮。经一段缸压缩后的合成气在段间冷却器116-C中被冷却水冷却，然后在段间氨冷器129-C中被氨冷降温，氨冷后的合成气补充气中冷凝下来的水，在段间分离罐105-F中分离出去，分离器顶部设有一根管线可以把气体回流至压缩机一段缸。分离器底有一根管线可以把合成气中分离出来的水返回至合成气压缩机进口罐1

26、04-F，以调节其液位。用段间冷却器和氨冷器冷却去压缩机二段缸的气体，以获得最佳的体积效率，并保证去压缩机的气体不带水，除水步骤能延长合成塔内催化剂的使用寿命，并能获得高纯度的产品氨。6脱碳工艺：6.1基本原理 MDEA(N-Methyldiethanolamine) 即N-甲基二乙醇胺，分子式为：分子量119.2，沸点246-248，闪点260，凝固点-21，汽化潜热519.16KJ/Kg，能与水和醇混溶，微溶于醚。在一定条件下，对二氧化碳等酸性气体有很强的吸收能力，而且反应热小，解吸温度低,化学性质稳定,无毒不降解。纯MDEA溶液与CO2不发生反应，但其水溶液与CO2可按下式反应： 式受液

27、膜控制，反应速率极慢，式则为瞬间可逆反应，因此式为MDEA吸收CO2的控制步骤，为加快吸收速率，在MDEA溶液中加入1%-5%的活化剂DEA（）后，反应按下式进行：+：由式-可知，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。工艺流程图工艺流程变换气经过三段加压到1.8Mpa，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低部。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

28、液，温度约80、1.8Mpa，经减压阀减压到0.4Mpa，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2.2Mpa进入吸收塔中部吸收CO2，约1/3的半贫液被常压泵加压到0.6Mpa，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

29、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2.4Mpa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的在生气被称为汽提气，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，在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。苯菲尔溶液吸CO2的化学反应活化钾碱溶液接化学反应吸收二氧化碳，二氧化碳经水合成碳酸，它再与一个碳酸根离子反应，生成重碳酸根离子，其反应式如下：苯菲尔系统具有的优点包括：提高反应速度，导致所需再生热耗量

30、少采用无挥发性的洗涤介质；使氢损失大大减少；投资费用和操作费用低6.2干法脱碳简介在合成氨和尿素生产过程中，都需要除去大量的CO2组份，其脱碳过程均在变换工序后。经变换后的变换气，CO2含量通常在1835。脱除变换气中CO2的方法很多，从大类来分，可分为湿法和干法，湿法可根据吸收机理的不同，分为化学吸收法、物理吸收法和物理化学综合吸收法；干法即变压吸附(PSA)法。变压吸附法脱除变换气中CO2是利用吸附剂对CO2的吸附力很强，而对H2、N2、CO等的吸附力相对较弱的特性，压力状态下(一般为0.71.5MPa)吸附CO2以及吸附力更强的H2O、硫化物等杂质，在真空状态下脱附这些杂质，使CO2与H

31、2、N2等组分得以有效的分离，同时使吸附剂获得再生。 PSA干法脱碳技术在1991年开始进入工业应用，由于其显著的优越性，目前已得到越来越广泛的应用。PSA干法脱碳技术主要有以下特点：（1）操作方便，流程简单，无设备腐蚀问题，能耗低，操作中不消耗蒸汽，装置运行费用低。（2）CH4在变换气中一般为0.70.9%，经PSA脱碳后CH4含量可降低到0.20.4%，使合成系统的弛放气大大减少。（3）以煤为原料的氨厂变换气中一般H2S约为50200mg/m3，有机硫为2050ppm，其主要组分为COS、CS2、硫醇、硫醚等，在经PSA脱碳后净化气中H2S含量可降至0.5mg/m3，有机硫除COS外可全部

32、除去。（4）由于PSA技术对变换气净化度高（氢氮气中CO2含量0.2%），可采用甲烷化代替铜洗，节省蒸汽和冷冻量消耗，免除铜洗液污染环境。由于气体净化度高，硫化物、NH3等杂质均为ppm级，使有联醇工序的合成氨厂甲醇质量大大提高，且将延长甲醇催化剂使用寿命。 针对合成氨生产厂家的不同需要，在脱碳工序，变压吸附脱碳技术的用于主要有以下三种类型：1、用来替代碳化以增产液氨为目的的PSA脱碳工艺。2、配甲醇生产的PSA脱碳工艺。3、同时制取脱碳净化气和纯度为98以上气体CO2的工艺。川化化工厂主要是用来替代碳化以增产液氨为目的的PSA脱碳工艺。PSA装置分为提纯系统和净化系统。整个工艺流程简述如下，

33、由造气车间送来的半水煤气经过湿法脱硫，加压后进入中低变系统，变换气组成：CO2 28.7%、CO 0.2%、H2 50.4%、CH2 1.1%、N2 19.6%。变换气送PSA提纯系提纯产品CO2纯度为98%，中间气经压缩后去脱除CO2，便净化气中CO20.2%，净化气加压后去铜洗，然后再加压去氨合成。纯CO2经压缩后去脱除，再压缩后去尿素生产。6.3主要设备特点（1）吸收塔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四分之一到五分之一，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。为了使溶液均匀的

34、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。（2）解析塔解析塔的结构和吸收塔的结构差不多，也分为两段也是填料塔。但是他的塔身上下一样大。而且是

35、个常压设备没有其他的吸收的的要求高。而且是从塔的下面进液，上面出塔是解析后的CO2气体。工艺操作技术指标进系统变换气压力 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CO2 98% 进吸收塔半贫液温度 802 半贫液含CO2 15-25L/L(V) 进吸收塔贫液温度 64-70 贫液CO2 1.5-3.0 L/L(V) 出再沸器溶液温度 106-1107合成氨工艺7.1氨的主要特点氨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。空气个氨质量分数在0.5

36、-1.0%时，就能使人在几分钟内窒息。 氨的相对分子质量为17.3沸点(0.1013MPa)-33.5C冰点一777C,临界温度132.4C，临界压力ll28MPa液氨的密度0.1013MPa、-334C为0.6813kg?L。标准状态下气氨的密度771410E4kg-L摩尔体积2208L?mol-1液氨挥发性很强。气化热较大。氨基易挥发，可生产含氨15%30%(质量)的商品氨水，氨溶解时放出大量的热。氨水溶液呈弱碱性，易挥发。液氨和干燥的气氨对大部分材料没有腐蚀性，但是在有水存在的条件下。对铜、银、锌等金属有腐蚀性。 氨是一种可燃性物质，自然点为630C，一般较难点燃。氨与空气或氧的混合物在

37、一定范围内能够发生爆炸，常压，室温下的爆炸范围分别为15.5%28%和13.5%82%氨的化学性质较活泼，能与碱反应生成盐。 7.2合成氨工艺的流程1、分流进塔：反应气分成两部分进塔，一部分经塔外换热器预热，依次进入塔内换热管、中心管，送到催化剂第一床层，另一部分经环隙直接进入冷管束，两部分气体在菱形分布器内汇合，继续反应，这样使低温未反应气直接竟如冷管束，稍加热后，作为一、二段间的冷激气，从而减少冷管面积和占用空间，提高了催化剂筐的有效容积，并强化了床层温度的可调性。同时仅有6570%的冷气进入塔内换热器和中心管，减轻了换热器负荷，因而减少了换热面积，相对增加了有效的高压容积，也使出塔反应气

38、温度提高（310340），即回收热品位提高。气体分流进塔还使塔阻力和系统阻力比传流程小。2、进塔外换热器的冷气不经环隙，这样温度更低，使进水冷器的合成气温度更低（约75左右），提高了合成反应热的利用率，降低了水冷器的负荷和冷却水的消耗。3、水冷后的合成气直接进入冷交管间，由上而下边冷凝边分离，液氨在重力和离心力的作用下分离，既提高了分离效果，又减小了阻力。4、塔后放空置于水冷、冷交后，气体经连续冷却，冷凝量多，因此气体中氨含量低，惰气含量高，故放空量少，降低了原料气消耗。5、塔前补压：循环机设于冷交之后，气体直接进塔，使合成反应处于系统压力最高点，有利于反应，同时循环机压缩的温升不消耗冷量，降

39、低了冷冻能耗。6、设备选用结构合理，使消耗低，运行平稳，检修量减少，工艺趋于完善。7、选用先进的自控手段，如两级放氨，氨冷加氨，废锅加水，系统近路的控制，均用了DCS计算机集散系统自动化控制，冷交、氨分用液位检测采用国内近几年问世的电容式液位传感器等新技术使操作更加灵活、平稳、可靠，降低了操作强度。合成氨工艺流程图73氨合成工艺条件（1）温度：合成塔壁 150进塔主气流 175-185分流气出塔 150-160零米 360-380一段热点 460-470二段进口 400-430废锅进口 310-340废锅出口 190-200水冷进口 75水冷出口 30氨冷出口 05（2）压力：系统压力 31.

40、4 Mpa输氨压力 1.9 Mpa放氨压力 2.55 Mpa氨蒸发压力 2.45 Mpa废锅蒸汽压力 1.3 Mpa总回收压力： 0.4-0.7 Mpa（3）气体成分：补充气CO+CO2 20PPm进塔H2/N2 2.0-2.8进塔CH4+Ar 20%进塔NH3%： 2.5% 7.4氨的净化和输送 由合成车间液氨仓库经液氨升压泵加压后的原料液氨，压力大于（表压），温度约20直接送入尿素生产车间27米楼面的液氨过滤器，进入液氨缓冲槽原料室。来自一段循环系统冷凝器回收的液氨，自氨冷凝器A、B流入液氨缓冲槽的回流室，其中一部分液氨正常为60%，作为一段吸收塔回流液氨用，而其余液氨经过液氨缓冲槽的中部

41、溢流隔板，进入原料室与新鲜原料液氨混合后一起至高压氨泵，这样可使液氨保持较低的温度以减少高压氨泵进口氨气化。氨缓冲槽压力维持在左右，设置在高为23米平面上，是为了具有足够的压头，使液氨回流进入一段吸收塔，同时也为了保证高压氨泵所需要的吸入压头。氨缓冲槽原料室的液氨，进入高压氨泵（单动卧式三联柱塞泵、打液能力为每台，反复次数180次/分、电动机250KW、三台高压氨泵一台备用）将液氨加压7. 5主要设备特点（1）合成塔进入合成塔的其他主要由两部分组成，一部分是占气体总量65%-70%的主反应气，从塔底进入位于塔内最底层的换热器和中心管进行加热，升温至360-370，进入第一催化剂床层反应，反应温

42、度达到470-480，另外一部分为为热护气和冷护气的混合气体，约占总气体量的30%-35%，由下而上进入合成塔内件与壳层的环隙，从塔顶顶部进入催化剂层冷管束，被管外热气加热至250，上升至冷激分气盒进入催化剂第二床层。主反应气与热护气和冷护气的混合气体在第一反应床层混合后依次进入第二、第三床层反应。进入合成塔内件与壳层环隙的气体主要起保护作用：因为合成氨的反应条件为高温高压，而塔设备的材料决定了其只能在反应时承受高温或者高压，而不能同时承受高温高压，进入环隙的保护气在加压后压力和塔内的压力相当，避免了塔内件承受高压而只承受高温，同时气体处于低温状态可以吸收反应放出的热量，避免了塔的壳层承受高温

43、而只承受高压。反应放出的热量对保护气加热也实现了能量的充分利用。（2）一段转化炉 一段转化炉为方格式炉子，整个炉子由辐射段、过渡段、对流段、出口烟道、引风机组成。辐射段是炉子的主体，里面设置完成转化过程的“竖琴” 系统，它由进口急风管、猪尾管、转化管、下集气管、上升管和输气总管组成、炉顶设烧嘴向下喷烧供热，对流段有多组换热器，用烟道气加热其他介质。 原料气脱硫后，则希望以比较经济的方法将原料气转化生成氢气。原料气蒸汽混合气与镍催化剂接触，同时提高温度和压力来促进此反应。该反应是一吸热反应，需要一段炉供给恒定的热量以维持适合一段转化反应的温度。在一段炉和二段炉中，催化剂促使两个同时发生的平衡反应

44、，它们是蒸汽-甲烷反应： 但事实上不是这样的，二段炉出口气中含有大量的CO，大部分未变换的CO再变换中氧化成从而提高产氢率。一段转化炉炉管内装有环状或圆柱状的镍催化剂，各炉管内催化剂装填应均匀，从而保证其压降相等，使通过每根转化管的气体分配均匀。如果某根转化管的压降不正常，则可能会发生过热或转化不充分，造成操作不正常。 （3）二段转化炉二段转化炉为立式圆筒形反应器。受压主体为碳钢制圆筒壳，两端为锥形封头，由于内部温度高，在壳外部有水夹套，这样既可降低壳体温度，也可是壳体受热均匀。空气-蒸汽由混合器均匀喷出，工艺气则通过带孔的环形分布板，这样可保证空气-蒸汽和工艺气均匀混合燃烧。转化炉下部为带孔

45、的耐火金刚玉砖拼成的球形承重拱。出一段炉的经部分转化的气体经过一段有水夹套的输送管线107-D，沿切线方向进入二段炉（103-D）的入口室，二段转化炉进口的温度大约830。一段转化后的气体仍含有较多的甲烷，为了进一步转化则需要更高的温度。这个任务在内热式二段炉里完成。在此加入空气，于是气体中的，同时气体中的、CO也可能燃烧，放出大量的热，温度可达1200-1250，因此，残余的继续转化。出口温度降到900-1000左右。进入二段转化的空气，也为合成提供了N2。（4）热交换器热交换器为管式换热器，进热交换器的冷气不经过合成塔的间隙，这样使温度更低，使进水冷器的合成气温度更低，提高了合成反应热利用

46、，同时也降低了水冷器的负荷和冷却水的消耗。（5）循环机循环机设与冷交换热气之后，气体经循环机加压后直接进塔，使合成反应处于系统压力最高点，有利于反应。气体在设备中流动和反应都会使得整个体系的压力降低，循环机起到补充系统压力的作用（二）尿素的合成1尿素的基本性质尿素的化学命名为碳酸铵，分子式是.尿素是无色，无嗅，无味的针状或棱柱状结晶，工业产品为白色，含氮量为46.6%，分子量为60.04。熔点：132.7重度：20-40,1,335（固体），1.4（粒状）。比重变化量：每1 0.000208假比重：0.52-0.64,0.7-0.75（粒状）溶解度：易溶于水和液氨中，稍溶于甲醇、苯中，不溶于三

47、氯甲烷、醚类中。温度在30以上，尿素在液氨中溶解度较水中的溶解度大。2尿素合成的基本原理用氨和合成尿素的反应，通常认为是按以下两个步骤，在合成塔内连续进行：第一步：氨与作用生成氨基甲酸铵第二步：氨基甲酸铵脱水生成尿素这两个反应都是可逆反应，反应（1）是放热反应，在常温下实际上可以进行到底，在100、150时，反应进行的很快、很完全，为瞬时反应，而反应（2）是吸热反应，进行的比较缓慢，且不完全，这就使其成为合成尿素的控制反应。实验证明，尿素不能在气相中直接形成，固体的氨基甲酸铵加热时尿素的生成速度比较慢，而在液相中反应才较快。所以，尿素的生产过程要求在液相中进行，即氨基甲酸铵必须呈液态存在。温度

48、要高于熔点145-155，因此，决定了尿素的合成要在高温下进行。氨基甲酸铵是个不稳定化合物，加热时很容易分解，在常温下60就可以完全分解，制取尿素时为了使氨基甲酸铵呈液态，采用了较高温度，所以必需采用高压。由上可知，合成尿素的反应的基本特点是高温、高压下的液相反应，并且是可逆放热反应。3尿素合成工艺条件的选择（1）过剩氨过剩氨是比较化学反应量所多的氨，常以百分率表示，或表示。过剩氨可以使反应的平衡趋向生成尿素的一方，使产率提高。过剩氨也可以合成速度加快，提高尿素产率，过剩氨的存在，可与系统中的水结合，从而降低了水的浓度，抑制了副反应的发生。过剩氨的存在，带走了一部分氨基甲酸铵的生成热，不仅有利

49、于反应平衡趋向生成尿素的方向，提高尿素产率，而且有利于维持塔内反应的自热平衡，简化了合成塔的结构，过剩氨的存在，抑制了氢酸和氢酸氨的生成，降低了对合成塔的腐蚀。但过剩氨的存在也带来一些不利影响：过剩氨的增加过大，二氧化碳转化率增加率也逐渐增加，并且提高了合成塔内反应系的平衡压力：过剩氨的增加，会破坏反应物的自然平衡，为维持合成塔内顶定温度，就必须提高浓氨预热温度；过剩氨的增加，会是反应混合物的比重下降，所需反应釜的容积加大，处理未生成尿素的反应物的设备也更大，动力消耗增加。因此，在尿素水溶液全循环法中比一般在3.5-4.1。水份 水是尿素合成过程中的产物，水存在可以降低氨基甲酸铵的熔点，有利于

50、尿素的合成，氨基甲酸铵可以溶解在水中，故可以消除氨基甲酸铵的堵塞现象。但是从化学反应平衡考虑，过量水的存在阻止合成反应向着生成尿素的方向移动，促进氨基甲酸铵水解等付反应的进行。造成CO2转化率的下降，甚至引起合成与分解的操作条件恶性循环，水的存在也使合成塔腐蚀加剧。因此在水溶液全循环中，正常生产时避免向合成塔内送水，在过剩氨回收和液相循环中，也应力求减少水分进入合成塔，在工业生产中进行合成塔物料为1/0.65。（3）的纯度的纯度低，不仅会降低的转化率，而且会造成合成塔的腐蚀，生产实践证明%在86-100%时，纯度每下降1%的转化率下降0.6%左右。因此生产中过顶二氧化碳的纯度要在98%以上。温

51、度和压力 温度越高尿素达最大产率的时间越短，即反应速度越快，合成塔的生产强度也就提高，但温度越高，尿素产率的提高逐渐减慢，同时反应温度的提高也必须使合成系统的平衡压力提高，腐蚀速度增加，为保证尿素在液相中生成和一定的反应速度，对设备制造和防腐问题，合成塔的操作温度控制在185-190为宜。 合成塔的操作压力，必须大于操作条件下的平衡压力，否则会使氨基甲酸铵离解，溶液中氨气化，转化率下降，但操作压力过高，会使动力消耗增加，设备制造强度加大。因此合成塔的操作压力高于其操作条件下平衡压力10-30气压较好。 4未反应成尿素物质的分离和回收在合成塔中比为4时，约有65%的和33%的氨转变成尿素，其余的

52、氨和二氧化碳则以氨基甲酸铵，游离二氧化碳和游离氨的形式存在于合成后尿素熔融物种，这部分物质必须同尿素分离，以便循环利用。为了把未反应生成尿素的从尿水熔融物分离出来，一般采用逐段降压和提温的方法，有利于的溜出，但压力的选择，还必须考虑到，的回收，为年度的控制还必须考虑到高温对设备的腐蚀，温度和压力的选择都不宜太高太低。为了把分离出来的回收，通常是在不同温度，不同压力，是用水和氨水，把吸收，生成甲胺和氨水，然后返回尿素合成塔。5尿素的加工尿素水溶液在加热过程中其热稳定性较差，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，其反应如下：2NH2CONH2 = NH2CONHCON

53、H2+NH3NH2CONH2+2H2O = （NH4）2CO3 = 2NH3+ CO2+H2O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的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，已达到最后的浓度，两端蒸发的分界线是根据传热温差和冷却水温度而定的。 6工艺流程介绍 其生产工艺流程特点是采用了二段分解、三段吸收、二段蒸发、自然通风的造粒流程，设计中未考虑解析系统，碳化氨

54、水送碳氨母液槽。本流程分为压缩、合成、分解系统、循环系统、蒸发造粒四个生产过程，整个生产为单系统生产。7.尿素合成工艺流程图： 8尿素合成基本流程：来自脱碳工段的二氧化碳经压缩机加压后达到1.6MPa压力，进入尿素合成塔。从氨库来的液氨进入氨储罐，经氨泵加压至2MPa，预热后进入甲胺喷射器作为推动液，将来自甲胺分离器的甲胺溶液增压后混合一起进入尿素合成塔。尿素合成塔内温度为186-190，压力为20MPa左右。出合成塔的合成液中含有尿素、氨基甲酸铵、过剩的氨和水。通过压力控制阀减压并进入预分离器，与一分加热器来的热气体逆流接触，进行传质传热，使液相中部分氨基甲酸铵分解进入气相。同时，气相中的水

55、蒸气部分冷凝。出预分离器的液体进入一分离器加热器减压，使液体中的氨基甲酸铵分解。一分塔出口液体中氨基甲酸铵含量已经大大降低，再通入二分塔进一步减压，气液分离后，液体经减压调节阀进入闪蒸槽和一蒸器（一段蒸发器）进一步将液相提浓，出一蒸器的液相中尿素含量一般在90%以上。液相经一蒸器分离进入二蒸器，出二段蒸发加热器的尿素溶液浓度可达到99%以上，此时尿素溶液的温度一般为140左右。最后经二蒸器分离后，尿素溶液送往造粒塔顶部进行造粒，造粒塔底部得到的成品颗粒尿素由传送机送至包装处。一分塔、二分塔出来的气体中含有氨和二氧化碳，分别进入一段吸收和二段吸收，氨和二氧化碳与闪蒸、一段蒸发、二段蒸发工段冷凝下

56、来的冷凝水吸收混合形成水溶液，用泵送入尿素合成塔继续参与反应。一段吸收后剩余的气体进入惰洗器稀释与二段吸收的残余气体混合进入尾气吸收塔。尿素生产采用水溶液全循环改良C法。整个流程包括：二氧化碳的压缩，氨的净化和输送，尿素的合成，一段循环，二段循环，蒸发和造粘，尾气吸收与解吸。由合成车间脱碳工序送来的CO2在总管先加氧混合，加氧量控制在CO2总量的0.5(V/V)。其目的是防止尿素合成塔不锈钢衬里的腐蚀，因此要测定CO2中氧含量，保证缓蚀效果。二氧化碳在分离器中除去水份后进入压缩机，经过压缩，压力达到21MPa，温度升至100130，然后直接送入尿素合成塔。来自氨库的液氦压力大于2.0MP温度低

57、于20。它先进入液氨过滤器，除去杂质，然后进入液氨缓冲槽。来自一段循环系统回收的液氨，从氨冷器流入液氨缓冲槽。其中一部分(正常为60)用作一段吸收塔的回流氨；另一部分溢出氨缓冲槽，进入原料室与新鲜氨混合后引进高压液氨泵入口。掖氨加压至2021MPa后，进入氨预热器预热至4055，然后进入尿素合成塔。由CO2压缩机五段送来的CO2经高压泵加压与预热器来的液氨和一段甲铵泵送来的甲铵液一起进入合成塔的混合器。使CO2和NH3发生反应，约90的CO2生成氨基甲酸铰，在170180时氨基甲酸铵脱水生成尿素。9尿素生产工艺条件1压缩机压力：一段吸入：100-500mm水柱 温度：3-40 一段出口：2.6

58、（表） 温度：150 二段出口：9-10.5（表） 温度：150 三段出口：28-32（表） 温度：150 四段出口：75-90（表） 温度：150 五段出口：210（表） 温度：150 二，三，四段进口温度：40 五段进口温度：38-40 循环油压力：30.5（表） 水压：2-3（表）2尿素合成塔入合成塔气体中含氧量：0.5-0.8%（体积）液氨顶热后温度：40-60反应釜底部温度：180反应釜顶部温度：185-190反应釜压力：210（表）入反应釜物料比：3.8-4.1（分子比） (分子比)转化率：62-67%3一段分解压力：17（表）分解操作温度：155-160甲胺分解率：87-89%氨

59、蒸出率：88-90%气相含水量：5.6-6%一分塔液位：30-40%4二段分解压力：1.7（表）分解操作温度：137-140甲胺分解率：98-99%总氨蒸出率：97-99%二分塔液位：30-40%5一段吸收压力：17（表）塔底溶液温度：90-100填料上部温度：45-50%塔顶气相中含一吸塔液位：40-60%出塔氨基甲酸铵溶液组成：6二段吸收二段第一吸收塔压力：1.2（表） 温度：40二段第二吸收塔压力：0.7（表） 温度：4010主要设备的说明（1）二氧化碳压缩机由合成车间脱碳工段送来的CO2在总管先加氧或空气混合，在CO2气体中加氧或空气的目的是使尿素反应釜不锈钢的衬里表面、生成很薄一层氧

60、化膜防止腐蚀。由总管进来的CO2气体分成三路，经一段进口缓冲器，进入三台4M12-45/210型卧式五段对称平衡式二氧化碳压缩机（转/分轴工率550KW电动机630KW）。1-4段压缩后的气体，均设有冷却分离器，一，二段冷却器为立式列管型，三、四段冷却器为束管式卧式冷却器，五段出口，设有冷却器、分离器。五段压缩后的气体，温度150,压力，经五段缓冲器、直接送入尿素合成塔，一，三，四，五段出口均有缓冲器。为操作方便和安全生产，CO2压缩机设有三段放空和五段放空，有油压、水压、一段入口气压，五段出口气压信号指示和油压连锁装置，如油泵为开动，电机不能启动连锁装置。（2）尿素合成塔尿素合成塔要求有一定