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1、化肥廠生產(chǎn)裝置工藝反應(yīng)原理簡(jiǎn)介化肥廠技術(shù)科2008-12-15第一章合成氨裝置工藝原理1、合成氨工藝反應(yīng)機(jī)理化肥廠合成氨裝置工藝采用燒類(lèi)蒸汽轉(zhuǎn)化法。整套工藝共有七個(gè)主反應(yīng),按照工藝流程順序分別為鉆鋁加氫反應(yīng)、氧化鋅脫硫反應(yīng)、轉(zhuǎn)化反應(yīng)(包括一段轉(zhuǎn)化和二段轉(zhuǎn)化反應(yīng))、變換反應(yīng)(包括高溫變換和低溫變換反應(yīng))、脫碳反應(yīng)、甲烷化反應(yīng)、合成氨反應(yīng)。合成氨裝置的原料為油田伴生氣、空氣和水蒸氣,這三種原料經(jīng)過(guò)上述七個(gè)主反應(yīng)最后生成產(chǎn)品氨。合成氨工藝主反應(yīng)匯總表(按反應(yīng)發(fā)生的前后順序排列)反應(yīng)順序反應(yīng)名稱(chēng)反應(yīng)物反應(yīng)方程式生成物反應(yīng)目的反應(yīng)部位所用催化劑第一鉆鋁加氫反 應(yīng)有機(jī)硫和氫氣R-SH+H= RH+HS R

2、-S-R+2H 2= RH+RH+HS R-S-S-R+3H 2= RH+RH+2HS aiH4S+4H= n-C4H0+H2S COS+H= CO+HS CS+4H2=CH+2H2s燒類(lèi)和硫 化氫使原料油田伴生氣 中的有機(jī)硫轉(zhuǎn)化為 無(wú)機(jī)硫加氫反應(yīng)器鉆鋁型催化 劑第二步氧化鋅脫硫 反應(yīng)硫化氫和氧化 鋅H2S+ZnO= H2O(汽)+ZnS水蒸氣和 硫化鋅脫除掉原料氣中的 硫化物防止其對(duì)后 續(xù)工段的催化劑產(chǎn) 生中毒反應(yīng)脫硫反應(yīng)器第三步轉(zhuǎn)化反應(yīng)(分為一段 和二段轉(zhuǎn)化)甲烷和水蒸氣(一段轉(zhuǎn)化反 應(yīng)物)CH+H0(汽)=CO+3IH-206.58KJ/moLCO+HO(汽)=CO+H2+41.2KJ/

3、moL一氧化碳、二氧化碳、 氫制合成氨工段所需 的氫氣一段轉(zhuǎn)化爐饃Ni,載體是AI2Q(見(jiàn)注)甲烷和水蒸氣 氧氣和氫氣 (二段轉(zhuǎn)化反 應(yīng)物)CH+H0(汽)=CO+3H-206.58KJ/moLCO+HO(汽)=CO+Hb+41.2KJ/moLH2+ 1/20 2= H2O(汽)+242KJ/mol一氧化碳、 二氧化碳、 氫和水蒸 氣制氫氣的同時(shí)引入 合成氨工段所需的 氮?dú)猓ㄓ捎谠诖斯?段加入空氣,所以 引入氮?dú)猓┒无D(zhuǎn)換爐饃Ni,載體是A12C3第四步變換反應(yīng)(分為高溫 變換和低溫 變換)(見(jiàn)注)一氧化碳和水 烝氣CO+HOG氣)=C0+H2 +41.2 KJ/mol二氧化碳 和氫使一氧化碳

4、轉(zhuǎn)化為 二氧化碳以便在脫 碳工段脫除碳氧化 合物高、低溫變換 反應(yīng)器高變催化劑 為Fe30,低變 催化劑為單質(zhì)Cu第五步脫碳反應(yīng)碳酸鉀、二氧化 碳和水吸收K2CO+ C0+ H2CX = = 2KHC0 +熱量再生碳酸氫鉀脫除氮、氫氣中的 碳氧化合物防止其 對(duì)合成氨催化劑產(chǎn) 生中毒作用吸收塔和再 生塔活化劑ACT-1第六步甲烷化反應(yīng)一氧化碳、二氧 化碳和氫氣C0+3H= CH+H20 +206.284KJ/molCC+4H2= CH4+2H2C +165.127KJ/mol甲烷和水使氮、氫氣中剩余 的微量碳氧化合物 轉(zhuǎn)化成對(duì)合成氨催 化劑無(wú)毒副作用的 甲烷氣,防止其對(duì) 合成氨催化劑產(chǎn)生 中毒作

5、用甲烷化反應(yīng) 爐饃Ni,載體是AI2Q第七步合成氨反應(yīng)氮?dú)夂蜌錃?.5N2+1.5H2= NH + 54.427KJ/mol液氨制產(chǎn)品液氨氨合成塔鐵Fe注:第三步轉(zhuǎn)化反應(yīng)分為一段和二段轉(zhuǎn)化反應(yīng)的原因是:如果要求在一段轉(zhuǎn)化反應(yīng)就使原料氣中的甲烷完全轉(zhuǎn)化為氫氣、一氧化碳和二氧化碳,則必須要加大水碳比或者提高溫度。前一種方法必將導(dǎo)致耗用過(guò)多的水蒸氣,而后一種方法對(duì)于采用外加熱方式的一段反應(yīng)爐來(lái)說(shuō)對(duì)設(shè)備材質(zhì)的要求也會(huì)更高。因此在自熱式的二段轉(zhuǎn)化爐內(nèi)通過(guò)氣體自身燃燒放熱,只需要在爐內(nèi)做一層耐火襯里就能既解決高溫對(duì)設(shè)備材料的要求又能增加反應(yīng)溫度,可使原料氣中的甲烷完全轉(zhuǎn)化,同時(shí)二段轉(zhuǎn)化工段在加入空氣助燃的

6、同時(shí)又加入了合成氨反應(yīng)所需的氮?dú)?。第四步變換反應(yīng)分為高溫變換和低溫變換反應(yīng)的原因是:采用Fe3c4催化劑的高變反應(yīng)只能使96-98%的一氧化碳轉(zhuǎn)化為二氧化碳,要想使一氧化碳含量降低到 0.2-0.5% 的指標(biāo)范圍內(nèi),只有在單質(zhì)銅催化劑存在下的低溫變換反應(yīng)才能達(dá)到,如果在高溫變換反應(yīng)中應(yīng)用單質(zhì)銅催化劑,由于單質(zhì)銅催化劑較昂貴會(huì)增加催化劑的使用成本,而且由于單質(zhì)銅催化劑的作用溫度低將導(dǎo)致廢熱的利用價(jià)值降低。2、工藝流程簡(jiǎn)述油田伴生氣加壓至 4.05MPa,經(jīng)預(yù)熱升溫到371c在脫硫工序脫硫后與水蒸汽混合,進(jìn)入一段轉(zhuǎn)化爐進(jìn)行轉(zhuǎn)化制Ha反應(yīng),一段轉(zhuǎn)化爐出來(lái)的轉(zhuǎn)化氣進(jìn)入二段轉(zhuǎn)化爐,在此引入空氣,轉(zhuǎn)化氣在

7、二段爐內(nèi)燃燒掉一部分放出熱量以供進(jìn)一步轉(zhuǎn)化,同時(shí)獲得Nao二段轉(zhuǎn)化氣經(jīng)余熱回收后,進(jìn)入變換系統(tǒng),氣體中的CO與水蒸汽反應(yīng),生成CO和從變換系統(tǒng)出來(lái)的氣體經(jīng)脫碳、甲烷化后為合成氨提供純凈的氫氮混合氣,氫氮混合氣經(jīng)壓縮至14.0MPa,送入合成塔進(jìn)行合成氨反應(yīng)。合成氨裝置工藝流程簡(jiǎn)圖油田氣溫變換爐一低溫變換爐一脫硫空氣高變低變二段爐甲烷化段轉(zhuǎn)化脫碳合成氨純度: 99.9(W)含水:V 0.1(W)第二章尿素裝置工藝原理1、尿素工藝反應(yīng)機(jī)理化肥廠尿素裝置采用二氧化碳汽提工藝生產(chǎn)尿素產(chǎn)品。尿素裝置的原料為合成氨裝置的產(chǎn)品液氨和二氧化碳。整套尿素工藝共有二個(gè)主反應(yīng),即液 態(tài)NH和CO氣生成氨基甲酸俊反應(yīng)

8、和氨基甲酸俊脫水生成尿素反應(yīng)。原料氨和二氧化碳經(jīng)過(guò)上述兩個(gè)主反應(yīng)后生成尿素裝置產(chǎn)品尿素。尿素工藝主反應(yīng)匯總表(按反應(yīng)順序排列)反應(yīng)順序反應(yīng)名稱(chēng)反應(yīng)物反應(yīng)方程式生成物反應(yīng)部位反應(yīng)目的反應(yīng)性質(zhì)第一氨基甲酸 俊生成反 應(yīng)氨和二氧化 碳2NH(氣)+ CO (氣)=NHCOONH 液)+119.2千焦/摩爾氨基甲酸俊高壓甲俊冷凝器 中壓甲俊冷凝器 低壓甲俊冷凝器制成合成塔所需 的氨基甲酸俊強(qiáng)放熱反應(yīng)第二步氨基甲酸 俊脫水反 應(yīng)氨基甲酸俊NHCOON2H 液)= CO(NH) 2(液)+HkO(液)-15.5千焦/摩爾尿素和水高壓合成塔生成產(chǎn)品尿素吸熱反應(yīng)尿素工藝副反應(yīng)匯總表反應(yīng)名稱(chēng)反應(yīng)物反應(yīng)方程式生成

9、物反應(yīng)部位反應(yīng)性質(zhì)尿素水解反應(yīng)尿素和水NHCONH+ H2O = 2NH3 + CQ氨和水水解系統(tǒng)水解塔吸熱反應(yīng)脫氫反應(yīng)氧氣和氫氣2H2 + O2 = 2H2。水脫氫反應(yīng)器強(qiáng)放熱反應(yīng)尿素縮合反應(yīng)wr2CO(NH 2 = NH2CONHCO2NHNH3縮二月尿和氨蒸發(fā)系統(tǒng)加熱器吸熱反應(yīng)2、二氧化碳汽提工藝原理二氧化碳汽提法分離未反應(yīng)物,是將合成反應(yīng)液(包括尿素、氨基甲酸俊、氨和水)在與尿素合成過(guò)程相同的壓力及較高的溫度下與汽提氣CO逆流接觸,將氨基甲酸俊分解成 NH3和CO并從合成液中分離出來(lái)。 甲俊分解反應(yīng)式:NHCOONH(液尸 2NH 3 (氣)+ CO2(氣)由反應(yīng)方程式可以看出當(dāng)用純

10、CO氣進(jìn)行汽提時(shí),氣相NH的濃度幾乎等于零, 所以在任何壓力下甲俊都能夠完全分解。這也是為什么汽提分解甲錢(qián)可 以在與合成尿素壓力相同的條件下進(jìn)行的原因。3、工藝流程簡(jiǎn)述尿素生產(chǎn)所需的原料液氨和CO均來(lái)自化肥廠合成氨裝置,兩股物料經(jīng)加壓后送高壓系統(tǒng)反應(yīng)生成尿素溶液,然后尿素溶液經(jīng)過(guò)中壓精儲(chǔ)、低壓精儲(chǔ) 以及蒸發(fā)系統(tǒng)提濃后送往造粒塔頂部的造粒噴頭進(jìn)行噴淋造粒,在造粒塔底部形成尿素顆粒,最后送往成品裝置進(jìn)行包裝成為成品尿素出廠。產(chǎn)品尿素尿素工藝流程簡(jiǎn)圖洗滌蒸發(fā)系統(tǒng)中壓系統(tǒng)合成塔高壓甲俊冷凝器L低壓系統(tǒng)CQ氣提塔二氧化碳?jí)嚎s4、長(zhǎng)效尿素所用SO的加劑的作用機(jī)理SOD m是模擬SOD1的簡(jiǎn)稱(chēng),是由高純氨基

11、酸為原料合成。1)產(chǎn)品物性:PH值:呈中性至微堿性;熱穩(wěn)定性: 250 C;在250c以下不揮發(fā)、不分解;平均分子量:M: 7000-8000 ;SOD產(chǎn)品在室溫下溶于水,與純水制成濃度為30%勺制劑;SOD產(chǎn)品添加進(jìn)尿素后,尿素的顏色變?yōu)榈S色;SOD產(chǎn)品在尿素裝置生產(chǎn)情況下對(duì)生產(chǎn)設(shè)備不具備腐蝕作用。在尿素產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程中,添加SOD制劑能夠增加農(nóng)作物產(chǎn)量,改進(jìn)農(nóng)作物產(chǎn)品質(zhì)量,提高農(nóng)作物抗逆性,減少尿素的使用量。2) SOD加入的工藝流程在配藥槽內(nèi)添加30%濃度的成品SODm制劑,使其充分溶解混合均勻,然后用計(jì)量泵經(jīng)過(guò)流量計(jì)計(jì)量、手動(dòng)調(diào)節(jié)后送入303-F儲(chǔ)槽中,經(jīng)過(guò)303-J尿液泵送入蒸發(fā)系

12、統(tǒng)造粒。第三章水汽裝置工藝原理水氣裝置有四個(gè)部分組成,即預(yù)處理裝置、脫鹽裝置、循環(huán)水裝置、快鍋裝置。下面分別對(duì)這四個(gè)裝置的工藝原理進(jìn)行闡述。1、預(yù)處理裝置預(yù)處理裝置采用石灰軟化法對(duì)升壓站來(lái)水進(jìn)行處理,所加藥劑有三種,按加藥順序?yàn)槁葰狻⒘蛩醽嗚F和石灰,加藥劑地點(diǎn)為澄清池,源水經(jīng)過(guò)預(yù)處理裝置后OH指標(biāo)為0.51.2mmol/l ,濁度w I2mg/l。下面以表格的形式對(duì)加藥的目的和反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行闡述。 預(yù)處理裝置加藥劑種類(lèi)及反應(yīng)機(jī)理匯總表加藥順序反應(yīng)名稱(chēng)反應(yīng)目的反應(yīng)機(jī)理反應(yīng)方程式所加藥劑第一步澄清池加 氯氣殺滅、抑制微生物的生長(zhǎng)。 同時(shí)防止設(shè)備的腐蝕和樹(shù) 脂的污染。破壞原水中膠體的穩(wěn)定性, 分解長(zhǎng)鏈

13、復(fù)雜的有機(jī)物分子 為短鏈簡(jiǎn)單的有機(jī)物分子,使 它們?cè)诨炷齽┑淖饔貌芬子?除去。把硫酸亞鐵中的二價(jià)鐵離 子氧化成三價(jià)鐵離了,起到助 凝作用。2Fe2+ + CL 2 = 2Fe 3+ + 2CL-氯氣第二步澄清池加 硫酸亞鐵除去水中的膠體物質(zhì),降 低水中雜質(zhì)硫酸亞鐵首先在氯氣的氧 化作用卜,形成硫酸鐵。鐵離子和氫氧根離子發(fā)生 化學(xué)反應(yīng),形成氫氧化鐵膠 體。2Fe2+ + CL 2 = 2Fe 3+ + 2CL- Fe3+ + 3OH - = Fe (OH 3 J硫酸亞鐵第三步澄清池加 石灰除去水中暫時(shí)硬度。除去水中的二氧化碳及水 中的膠體硅。在水的預(yù)處理中,加入石灰 水Ca (OH 2,主要是起

14、到軟 化和助凝兩個(gè)作用 去除暫時(shí)硬度,軟化水質(zhì);Ca (OH 2+Ca (HC 2 = 2CaCQj +2H2O2Ca(OH 2+Mg(HC 2= 2CaCOj +Mg(OH 2, +2H2O去除水中的CO,減少腐蝕,提高水的 PH值;CO+Ca (OH 2= CaCO J +H2O中和過(guò)量的混凝劑,并提高PH從而增加混凝劑的 混凝效果,起到助凝劑的作用;4FeSQ+4Ca (OH 2+C2+2H2O = 4CaSO+4Fe (OH 3 J去除水中的膠體硅,提高脫鹽水制水批量;H2SiO3+Ca (OH 2 = CaSiO 3 J +H2O去除鎂鹽,同時(shí)起到軟化作用;MgCL+ Ca (OH

15、2 = Mg (OH 2J +CaCL2MgSO+ Ca (OH 2= Mg (OH 2J+CaSO石灰水Ca(OH 22、脫鹽裝置脫鹽裝置采用的是化學(xué)除鹽,它主要是靠陰陽(yáng)離子交換劑,除去水中的鹽份。目前脫鹽裝置有三個(gè)系列,每個(gè)系列均由陽(yáng)床、陰床和混床組成。脫 鹽裝置的源水主要是合成工藝?yán)淠骸⒛蛩卣羝淠汉湍蛩厮馑此?jīng)過(guò)脫鹽裝置后生產(chǎn)出較純的脫鹽水。下面以表格的方式闡述其工藝原理。脫鹽裝置反應(yīng)機(jī)理匯總表源水流向設(shè)備名稱(chēng)反應(yīng)目的反應(yīng)機(jī)理反應(yīng)方程式第一步陽(yáng)床脫除水中的陽(yáng)離子水通過(guò)陽(yáng)離子交換劑時(shí),水中 的陽(yáng)離子Ca、Mg、Na、/ 等被離子交換劑吸附,而交換 劑上可以交換的H離子被置換 到

16、水中,并且和水中的陰離子 生成相應(yīng)的無(wú)機(jī)酸。1/2Ca2+RH + 1/2Mg 2+Na +卜K + H2-1/2SO 4CL =CO 3SiO 3-1/2Ca 2+-_2+R 1/2MgNa+K+1/2+ HHCOHSiOSO42 CL )33第二步陰床脫除水中的陰離子當(dāng)含有無(wú)機(jī)酸的水,通過(guò)陰離 子父換劑時(shí),水中的陰離子如 SO2-、CL-、HCO、HSQ-等被 交換劑所吸附,而交換劑上可 交換離子 OH被置換于水中, 并和水中結(jié)合成為H2O。1/2SOROH + H+HCOHSiO)42CL = R CL3-HCO3-HSi(21/2 SO一 + H2O一3 O33、循環(huán)水裝置循環(huán)水裝置主

17、要是對(duì)合成、尿素和橡膠裝置的循環(huán)水進(jìn)行冷卻、過(guò)濾和穩(wěn)定處理,然后把處理后的循環(huán)水送回合成、尿素和橡膠裝置循環(huán)使用。循環(huán)水裝置工藝較為簡(jiǎn)單,在循環(huán)水處理過(guò)程中需要在水質(zhì)穩(wěn)定處理部分加入兩種藥劑,即阻垢-緩蝕劑和殺菌劑。下面就這兩種藥劑的作用機(jī)理進(jìn)行闡述。阻垢-緩蝕劑循環(huán)水裝置使用的阻垢-緩蝕劑HC-565A為有機(jī)磷配方,它可以提高結(jié)垢物質(zhì)微粒表面電荷密度,增大排斥力,降低結(jié)晶速度,使結(jié)晶體結(jié)構(gòu)畸變而失去矯健作用,從而不致結(jié)垢,還可以和沉淀在管壁上的膠體結(jié)合或與Ca2 Fe2+等形成絡(luò)合物,然后把已結(jié)成的水垢分散到水中,另外,藥劑含Zn2+,能與金屬表面形成保護(hù)膜,起控制腐蝕的作用。殺菌劑循環(huán)水裝

18、置的殺菌劑有氧化性和非氧化性殺菌劑兩種,其中氯和優(yōu)氯凈屬于氧化性殺菌劑,HC-902和GSP-222屬于非氧化性殺菌劑。反應(yīng)機(jī)理氯進(jìn)入水中,水解生成鹽酸和次氯酸,次氯酸在水中發(fā)生電離,生成H+和OC-兩種離子。次氯酸是一種強(qiáng)氧化劑。反應(yīng)方程式如下:C12+HO - HClO+HClHClO - H +OCl-氯不但有殺菌效果,還是一種強(qiáng)氧化劑,可以與水中的氨反應(yīng),減少氨轉(zhuǎn)化為亞硝酸根。方應(yīng)方程式如下:NH+ HClO f NH 2CI+ H2O (PH 7.5)NH 3+ 2HC1O.NHCl 2+ 2H2O(PH:5 6.5)NH3+ 3HC1O.NCl 3+ 3H2O(PH:4.4 )4、快鍋裝置快鍋裝置主要是給生產(chǎn)裝置提供動(dòng)力蒸氣,為了保證鍋爐不結(jié)垢需要在鍋爐中投加藥劑以去除水中的鈣離子和調(diào)整PH值,所用藥劑為磷酸三鈉。反應(yīng)機(jī)理水中加入磷酸三鈉,使?fàn)t水中維持一定量的磷酸根,由于鍋爐處于沸騰狀態(tài),且堿性較強(qiáng),Ca2+與磷酸根會(huì)發(fā)生如下反應(yīng):10 Ca2+ + 6PO43- + 2OH- = Ca10OH2( PO4) 6第四章 供水裝置供水裝置共有八個(gè)部分組成,分別為升壓站、熱水站、換熱站、生活水場(chǎng)、空壓站、外網(wǎng)、污水泵房、返洗排泥水回收裝置。除生活水場(chǎng)外其它部分工藝簡(jiǎn)單

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