化肥廠工藝反應(yīng)原理簡(jiǎn)介(共17頁(yè))

1、化肥廠生產(chǎn)(shngchn)裝置工藝(gngy)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(gngy)原理1、合成氨工藝(gngy)反應(yīng)(fnyng)機(jī)理化肥廠合成氨裝置工藝采用烴類蒸汽轉(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鈷鉬加氫反應(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)名稱反應(yīng)物反應(yīng)方程式生成物反應(yīng)目的反應(yīng)部位

2、所用催化劑第一步鈷鉬加氫反應(yīng)有機(jī)硫和氫氣R-SH+H2RH+H2SR-S-R+2H2RH+RH+H2SR-S-S-R+3H2RH+RH+2H2SC4H4S+4H2n-C4H10+H2SCOS+H2CO+H2SCS2+4H2CH4+2H2S烴類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)器鈷鉬型催化劑第二步氧化鋅脫硫反應(yīng)硫化氫和氧化鋅H2S+ZnOH2O(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）（見注）甲烷和水蒸氣（一段轉(zhuǎn)化反應(yīng)物）CH4+H20(汽)CO+3H2-206.58KJ/moLCO+H

3、2O(汽)CO2+H2+41.2KJ/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)化爐鎳Ni，載體是Al2O3甲烷和水蒸氣氧氣和氫氣（二段轉(zhuǎn)化反應(yīng)物）CH4+H20(汽)CO+3H2-206.58KJ/moLCO+H2O(汽)CO2+H2+41.2KJ/moLH2+ 1/2O2H2O(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捎谠诖斯ざ渭尤肟諝?，所以引入氮?dú)猓┒无D(zhuǎn)換爐鎳Ni，載體是Al2O3第四步變換反應(yīng)（分為高溫變換和低溫變換）（見注）一氧化碳和水蒸氣CO+H2O(汽)CO2+H2 +41.2 KJ/mol二氧化碳和氫使一

4、氧化碳轉(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Fe3O4，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K2CO3CO2H2O2KHCO3 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CO+3H2CH4+H2O +206.284KJ/molCO2+4H2CH4+2H2O +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)生中毒作用甲烷化反應(yīng)爐鎳Ni，載體是Al2O3第七步合

5、成氨反應(yīng)氮?dú)夂蜌錃?.5N21.5H2NH3 54.427KJ/mol液氨制產(chǎn)品液氨氨合成塔鐵Fe注: 第三步轉(zhuǎn)化(zhunhu)反應(yīng)分為一段和二段轉(zhuǎn)化反應(yīng)的原因(yunyn)是：如果要求(yoqi)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同時(shí)又加入

6、了合成氨反應(yīng)所需的氮?dú)狻５谒牟阶儞Q反應(yīng)分為高溫變換和低溫變換反應(yīng)的原因是：采用Fe3O4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371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H2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)化氣在二段爐內(nèi)燃燒掉一部

7、分H2，放出熱量以供進(jìn)一步轉(zhuǎn)化，同時(shí)獲得N2。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CO2和H2，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)。脫碳油田氣脫硫二段轉(zhuǎn)化一段轉(zhuǎn)化高變 低變?nèi)ジ咦儺a(chǎn)品氨甲烷化氨合成塔來(lái)自二段轉(zhuǎn)化合成氨裝置工藝流程簡(jiǎn)圖CoMoZnOZnO一段爐二段爐吸收塔再生塔甲烷化爐高溫變換爐低溫變換爐純度：99.9(W)含水：0.1(W)含油：5mg/L原料氣壓縮機(jī)加氫氨分離器合成氨產(chǎn)品CO2蒸氣空氣第二章 尿素裝置(zhungzh)工藝原理1、尿素(nio s)工藝(g

8、ngy)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)NH3和CO2氣生成氨基甲酸銨反應(yīng)和氨基甲酸銨脫水生成尿素反應(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)第一步氨基甲酸銨生成反應(yīng)氨和二氧化碳2NH3(氣)+ CO2 (氣) = NH4COONH2(液) +119.2千焦/摩爾氨基甲酸銨高壓甲銨冷凝器中壓甲銨冷凝器低壓甲銨冷凝器制成合成塔所需的氨基甲酸銨強(qiáng)放熱反應(yīng)第二步氨基甲酸銨脫水反

9、應(yīng)氨基甲酸銨NH4COONH2(液)= CO(NH2)2(液)+H2O(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(nio s)工藝副反應(yīng)匯總表反應(yīng)名稱反應(yīng)物反應(yīng)方程式生成物反應(yīng)部位反應(yīng)性質(zhì)尿素水解反應(yīng)尿素和水NH2CONH2 + H2O = 2NH3 + CO2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 = 2H2O水脫氫反應(yīng)器強(qiáng)放熱反應(yīng)尿素縮合反應(yīng)尿素2CO(NH2)2 = NH2CONHCONH2 + NH3縮二脲和氨蒸發(fā)系統(tǒng)加熱器吸熱反應(yīng)2、二氧化碳汽提工藝(gngy)原理二氧化碳(r yng hu tn)汽提法分離未反應(yīng)物，是將合成(hc

10、hng)反應(yīng)液（包括尿素、氨基甲酸銨、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CO2逆流接觸，將氨基甲酸銨分解成NH3 和CO2并從合成液中分離出來(lái)。甲銨分解反應(yīng)式：NH2COONH4 (液)= 2NH3 (氣)+ CO2(氣)由反應(yīng)方程式可以看出當(dāng)用純CO2氣進(jìn)行汽提時(shí)，氣相NH3的濃度幾乎等于零，所以在任何壓力下甲銨都能夠完全分解。這也是為什么汽提分解甲銨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CO2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)中壓精餾、低壓精餾以及蒸發(fā)系統(tǒng)提濃后送往造粒塔頂

11、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。 尿素工藝流程簡(jiǎn)圖二氧化碳CO2 氣提塔高壓甲銨冷凝器低壓系統(tǒng)閃蒸槽尿液槽蒸發(fā)系統(tǒng)合成塔吸收塔洗滌器造粒塔液氨中壓系統(tǒng)氨泵二氧化碳?jí)嚎s機(jī)產(chǎn)品尿素放空4 、長(zhǎng)效尿素(nio s)所用SODM添加劑的作用(zuyng)機(jī)理 SODM是模擬(mn)SOD酶的簡(jiǎn)稱，是由高純氨基酸為原料合成。1）產(chǎn)品物性：PH值：呈中性至微堿性；熱穩(wěn)定性：250；在250以下不揮發(fā)、不分解；平均分子量：M：7000-8000；SODM產(chǎn)品在室溫下溶于水，與純水制成濃度為30%的制劑；SODM產(chǎn)品添加進(jìn)尿素后，尿素的顏色變?yōu)榈S

12、色；SODM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SODM 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）SODM加入的工藝流程在配藥槽內(nèi)添加30%濃度(nngd)的成品SODM制劑，使其充分溶解混合均勻，然后(rnhu)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)(jnggu)303-J尿液泵送入蒸發(fā)系統(tǒng)造粒。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

13、劑有三種，按加藥順序?yàn)槁葰?、硫酸亞鐵和石灰，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12mg/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及反應(yīng)機(jī)理匯總表加藥順序反應(yīng)名稱反應(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)備的腐蝕和樹脂的污染。破壞原水中膠體的穩(wěn)定性，分解長(zhǎng)鏈復(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┑淖饔孟乱子诔?。把硫酸亞鐵中的二價(jià)鐵離子氧化成三價(jià)鐵離子，起到助凝作用。2Fe2+ + CL2 = 2Fe3+ + 2CL-氯氣第二步澄清池加硫酸亞鐵除去水中的膠

14、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下，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+ + CL2 = 2Fe3+ + 2CL- Fe3+ + 3OH- = Fe（OH）3 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（HCO3）2 = 2CaCO3+2H2O2Ca（OH）2+Mg（HCO3）2 = 2CaCO3+Mg（OH）2 +2H2O去除水中的CO2，減少腐蝕，提高水的PH值；CO2+Ca（OH）2 =

15、 CaCO3+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；4FeSO4+4Ca（OH）2+O2+2H2O = 4CaSO4+4Fe（OH）3 去除水中的膠體硅，提高脫鹽水制水批量；H2SiO3+Ca（OH）2 = CaSiO3+H2O去除鎂鹽，同時(shí)起到軟化作用；MgCL2+ Ca（OH）2 = Mg（OH）2 +CaCL2MgSO4+ Ca（OH）2 = Mg（OH）2+CaSO4石灰水Ca（OH）22、脫鹽裝置(zhungzh)脫鹽裝置(zhungzh)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(zhungzh)有三個(gè)系列，每個(gè)

16、系列均由陽(yáng)床、陰床和混床組成。脫鹽裝置(zhungzh)的源水主要是合成工藝?yán)淠骸⒛蛩卣羝淠汉湍蛩厮馑?，源水?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Ca2+、Mg2+、Na+、K+等被離子交換劑吸附，而交換劑上可以交換的H+離子被置換到水中，并且和水中的陰離子生成相應(yīng)的無(wú)機(jī)酸。 1/2Ca2+ 1/2SO42- 1/2Ca2+ 1/2SO42-RH+ 1/2Mg2+ CL- = R 1/2Mg2+ + H+ CL- Na+ HCO3- N

17、a+ HCO3- K+ HSiO3- K+ HSiO3-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)陰離子交換劑時(shí)，水中的陰離子如SO42-、CL-、HCO3-、HSiO3-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H+結(jié)合成為H2O。 1/2SO42- 1/2 SO42- ROH- H+ CL- = R CL- H2O HCO3- HCO3- HSiO3- HSiO3-3、循環(huán)水裝置(zhungzh)循環(huán)水裝置主要是對(duì)合成、尿素和橡膠裝置的循環(huán)水進(jìn)行冷卻、過(guò)濾(gul)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(gngy)較為

18、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

19、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OCl-兩種離子。次氯酸是一種強(qiáng)氧化劑。反應(yīng)方程式如下：Cl2+H2O 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：NH3+ HClO NH2Cl+ H2O （PH：7.5） NH3+ 2HClO NHCl2+ 2H2O （PH： 56.5） NH3+ 3HClO NCl3+ 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