1、宜化化机宜化化机 崔娟崔娟20162016年年3 3月月各工段工艺与设备各工段工艺与设备基本概念基本概念合成氨工艺流程简述合成氨工艺流程简述结束语结束语1234 氮是自然界分布较广的一种元素，氮是植氮是自然界分布较广的一种元素，氮是植物生长的第一需要，由于植物只能吸收化合物生长的第一需要，由于植物只能吸收化合物中固定状态的氮，因而必须把空气中游离物中固定状态的氮，因而必须把空气中游离的氮转变为氮的化合物。的氮转变为氮的化合物。由于采用合成的方法生产氨，所以习惯上由于采用合成的方法生产氨，所以习惯上称为合成氨。称为合成氨。性质性质：无色有辛辣臭味气体，化学式为：无色有辛辣臭味气体，化学式为NH3
2、,NH3,分分子量为子量为17.0317.03，沸点，沸点-33.35,-33.35,熔点熔点-77.7-77.7,比重比重(液态液态)0.597)0.597。气氨常温加压液化为。气氨常温加压液化为液氨（液氨（25 1.0MPa25 1.0MPa）,易溶于水易溶于水,酒精等酒精等,溶解时放出大量的热，氨是一种可燃性气体溶解时放出大量的热，氨是一种可燃性气体，氨氨与空气混合可以形成爆炸性气体，爆炸极与空气混合可以形成爆炸性气体，爆炸极限为限为15.5 15.5 27%27%。发展简史：发展简史：世界上第一个合成氨厂于世界上第一个合成氨厂于19131913年在德国噢年在德国噢堡建成，实现了工业化生
3、产（堡建成，实现了工业化生产（3030吨吨/天）天）。我国第一个合成氨厂上世纪三十年代在永我国第一个合成氨厂上世纪三十年代在永利公司（就是现在的吉化公司）建成，到利公司（就是现在的吉化公司）建成，到1941949 9年我国合成氨年产量为年我国合成氨年产量为0.60.6万吨，万吨，20082008年产年产量达到了量达到了45004500万吨万吨,占世界总产量的占世界总产量的1/3.1/3.为世为世界第一界第一 。制造氮肥和复合肥料（化肥加工）：占制造氮肥和复合肥料（化肥加工）：占808090%90%，主要品种有尿素、碳铵、硝酸铵、硫酸铵、氯化铵主要品种有尿素、碳铵、硝酸铵、硫酸铵、氯化铵等氮肥，
4、以及磷酸一铵、磷酸二铵和等氮肥，以及磷酸一铵、磷酸二铵和NPKNPK复合肥等含复合肥等含氮复合肥。氮复合肥。作为工业原料和氨化饲料：用量约占世界产量的作为工业原料和氨化饲料：用量约占世界产量的1010。各种含氮的无机盐及有机中间体、磺胺药、聚。各种含氮的无机盐及有机中间体、磺胺药、聚氨酯、聚酰胺纤维和丁腈橡胶等都需直接以氨为原氨酯、聚酰胺纤维和丁腈橡胶等都需直接以氨为原料生产。其他如纯碱、硝酸、甲铵、冶金、医药、料生产。其他如纯碱、硝酸、甲铵、冶金、医药、石油加工等；石油加工等；液氨作为制冷剂在冷冻行业也得到广泛应用。液氨作为制冷剂在冷冻行业也得到广泛应用。N N2 2+3H+3H2 2=2N
5、H=2NH3 3+Q+Q2NH32NH3（液）（液）+CO2+CO2（气）（气）COCO（NH2NH2）2 2（液）（液）+H2O+H2O（液）（液）+Q+Q 合成氨生产的三个过程：合成氨生产的三个过程：原料气的制造（制气），包括原料工段和造原料气的制造（制气），包括原料工段和造气工段；气工段；原料气的净化，包括脱硫、变换、变脱、脱原料气的净化，包括脱硫、变换、变脱、脱碳、精炼等工段；碳、精炼等工段；气体的压缩和合成，主要是压缩和合成工段气体的压缩和合成，主要是压缩和合成工段。合成氨生产的原料：合成氨生产的原料：氮气来自空气，氢气来自原料气制取，原氮气来自空气，氢气来自原料气制取，原料有固体（
6、煤、焦炭等）、液体（石脑油、重料有固体（煤、焦炭等）、液体（石脑油、重质油等）和气体（天然气、焦炉气等）三种。质油等）和气体（天然气、焦炉气等）三种。小氮肥一般以煤为原料。小氮肥一般以煤为原料。一段一段 二段二段六段六段 三段三段 五段五段粗甲醇粗甲醇六段六段四段四段电机电机脱硫脱硫气柜气柜造气造气原料制棒原料制棒变换变换PSA脱碳脱碳CO2压缩压缩尿素尿素精炼精炼合成合成氨库氨库煤煤空气空气蒸汽蒸汽煤气煤气蒸汽蒸汽CO2气气氨氨产品尿素产品尿素4M20-75/31.4压缩机压缩机PC脱碳脱碳产品粗醇产品粗醇 液液 氨氨煤棒煤棒岗位任务：岗位任务：就是将空气和水蒸汽通入固定层煤气发生炉就是将空
7、气和水蒸汽通入固定层煤气发生炉中中,在高温下将固体燃料进行气化制得合格的半水煤气在高温下将固体燃料进行气化制得合格的半水煤气 。（。（CO 29%、H2 40%、CO2 8%、N2 21%、CH41.5%、O2 0.4%、H2S 0.5-2.0g/m3）主要设备:煤气发生炉、旋风除尘器、显热回收器、洗气煤气发生炉、旋风除尘器、显热回收器、洗气塔、蒸汽缓冲罐、夹套汽包、空气鼓风机、煤气气柜塔、蒸汽缓冲罐、夹套汽包、空气鼓风机、煤气气柜等。等。工艺原理：工艺原理：在固体燃料气化过程中，分别通入空气和水在固体燃料气化过程中，分别通入空气和水蒸汽制得空气煤气和水煤气蒸汽制得空气煤气和水煤气,并成为具有
8、一定比例的混并成为具有一定比例的混合气体。这种混合气体称之为半水煤气，它是生产合合气体。这种混合气体称之为半水煤气，它是生产合成氨的基本原料气。成氨的基本原料气。煤气发生炉煤气发生炉壳牌炉壳牌炉流程简述：流程简述：向煤气发生炉内交替通入向煤气发生炉内交替通入和和，与炉内灼热的炭进行气化反应，吹风阶，与炉内灼热的炭进行气化反应，吹风阶段生成的吹风气根据要求送段生成的吹风气根据要求送回收热量回收热量或直接由烟囱放空，并根据需要回收一少部分或直接由烟囱放空，并根据需要回收一少部分入气柜，用以入气柜，用以，煤气炉出来的煤气，煤气炉出来的煤气经经、冷却和冷却和后，在气柜中后，在气柜中混合，然后去脱硫，混
9、合，然后去脱硫，以空气为气化剂制取的空气煤气以空气为气化剂制取的空气煤气粉煤直接气化：荷兰粉煤直接气化：荷兰壳牌技术（鲁奇炉）：壳牌技术（鲁奇炉）：C+O2 CO2+Q C+O2 CO2+Q ；2C+O2 2CO 2C+O2 2CO ；C+CO2 2CO-Q C+CO2 2CO-Q；CO+O2 CO2-QCO+O2 CO2-Q以蒸汽为气化剂制取的半水煤气：型煤、间歇式制气以蒸汽为气化剂制取的半水煤气：型煤、间歇式制气 C+O2 CO2+Q C+O2 CO2+Q（吹风气）供热；（吹风气）供热；C+H2OC+H2O（g g）2CO+H2 2CO+H2；2 C+H2O2 C+H2O（g g）2CO2
10、+2H2 2CO2+2H2；CO+H2OCO+H2O（g g）CO2+H2CO2+H2 不论是以固体原料，还是以天然气、重油为原料制备的氢氮原料不论是以固体原料，还是以天然气、重油为原料制备的氢氮原料气中，都含有一定成分的硫化物。煤气化半水煤气中硫化物主要气中，都含有一定成分的硫化物。煤气化半水煤气中硫化物主要是是H H2 2S S（90%90%）,其次是其次是CSCS2 2,COS,RSH,COS,RSH等有机硫。其含量取决于原料等有机硫。其含量取决于原料的含硫量及其加工方法，以煤为原料时，所得原料气中的含硫量及其加工方法，以煤为原料时，所得原料气中H H2 2S S含量含量一般为一般为 1
11、 13g/m3g/m3 3，有的高达，有的高达 8 815g/m15g/m3 3。硫的危害：硫的危害：硫化物对合成氨生产有着严重的危害，它对设备和管道有腐蚀作用，硫化物对合成氨生产有着严重的危害，它对设备和管道有腐蚀作用，可使变换、甲醇及合成系统的催化剂中毒，还可使铜洗系统的低价铜生可使变换、甲醇及合成系统的催化剂中毒，还可使铜洗系统的低价铜生成硫化亚铜沉淀，使操作恶化，增加铜耗。对产品质量产生影响（硫脲成硫化亚铜沉淀，使操作恶化，增加铜耗。对产品质量产生影响（硫脲-红尿素；红尿素；FeS-FeS-黑碳铵；黑重碱）黑碳铵；黑重碱）脱硫方法的分类：脱硫方法的分类：按脱硫剂的状态可分为按脱硫剂的状
12、态可分为干法干法和和湿法湿法两种。两种。干法是用固体脱硫剂干法是用固体脱硫剂(如氧化铁、活性炭、分子筛如氧化铁、活性炭、分子筛等等)将气体中的硫化物吸收除掉；将气体中的硫化物吸收除掉；湿法用碱性物质或氧化剂的水溶液即液体脱硫剂湿法用碱性物质或氧化剂的水溶液即液体脱硫剂(如氨水法、碳酸盐法、乙醇胺法、腐酸二磺酸如氨水法、碳酸盐法、乙醇胺法、腐酸二磺酸钠法及砷碱法等钠法及砷碱法等)吸收气体中的硫化物。吸收气体中的硫化物。反应原理：反应原理：1 1）吸收：半水煤气中的酸性气体）吸收：半水煤气中的酸性气体H H2 2S S被碱性溶液（被碱性溶液（NaNa2 2COCO3 3）吸收生成）吸收生成N Na
13、HSaHS和和NaHCONaHCO3 3,其反应方程式如下：其反应方程式如下：碱的溶解碱的溶解(NaNa2 2COCO3 3+H+H2 2ONaHCOONaHCO3 3+NaOH/NaHCO+NaOH/NaHCO3 3+H+H2 2ONaOH+HONaOH+H2 2O+COO+CO2 2）NaNa2 2COCO3 3H H2 2SNaHS+NaHCOSNaHS+NaHCO3 3/H/H2 2S+NaOHNaHS+HS+NaOHNaHS+H2 2O O NH NH3 3+H+H2 2SNHSNH4 4HSHS（氨水脱硫）（氨水脱硫）2 2）再生：溶液中的）再生：溶液中的HSHS-被氧化析出硫被氧
14、化析出硫(催化剂作用下催化剂作用下)：NaHS+ONaHS+O2 2=NaOH+SNaOH+S NH NH4 4HS+OHS+O2 2NHNH3 3+S+H+S+H2 2O O静电除焦静电除焦 静电除焦静电除焦结构：结构：静电除静电除焦由塔体部分和电器部分组焦由塔体部分和电器部分组成。塔体为同心圆式结构。成。塔体为同心圆式结构。电器部分由高压电源、控制电器部分由高压电源、控制系统、电晕电极组成。系统、电晕电极组成。静电除焦静电除焦工作原理：工作原理：静静电除焦利用强电场的作用，电除焦利用强电场的作用，使半水煤气中的尘埃、油雾使半水煤气中的尘埃、油雾等细微粒带上负电向电极移等细微粒带上负电向电极
15、移动，中和后被吸附排出，达动，中和后被吸附排出，达到净化气体的目的。到净化气体的目的。脱硫塔脱硫塔 813 813 脱硫塔直径脱硫塔直径5.0m5.0m，高高38m38m，装三段填料，每，装三段填料，每段填料高段填料高5m5m。脱硫塔中气体和液体脱硫塔中气体和液体两相逆流，脱硫液从上两相逆流，脱硫液从上进，从下出，而半水煤进，从下出，而半水煤气从底部进，从顶部出。气从底部进，从顶部出。规整填料使气液分布更规整填料使气液分布更均匀，接触更好，使硫均匀，接触更好，使硫化氢更好的被脱硫液吸化氢更好的被脱硫液吸收。收。冷却清洗塔冷却清洗塔 冷却清洗塔分为两段，下冷却清洗塔分为两段，下端为冷却塔，上端为
16、清洗塔。端为冷却塔，上端为清洗塔。设置冷却塔是为了降低从设置冷却塔是为了降低从静电除焦来的半水煤气温度，静电除焦来的半水煤气温度，保证脱硫的效果。半水煤气和保证脱硫的效果。半水煤气和冷却水换热，降低温度。冷却水换热，降低温度。设置清洗塔是为了除去从设置清洗塔是为了除去从脱硫塔出来半水煤气携带的脱脱硫塔出来半水煤气携带的脱硫液等杂质。硫液等杂质。罗茨鼓风机罗茨鼓风机 罗茨鼓风机主要起输送气体罗茨鼓风机主要起输送气体的作用。并起一定的加压作用。的作用。并起一定的加压作用。罗茨机在机体内通过同步齿罗茨机在机体内通过同步齿轮的作用使两叶轮呈反方向旋转，轮的作用使两叶轮呈反方向旋转，腔体与叶轮构成相互隔
17、绝的进气腔体与叶轮构成相互隔绝的进气腔与排气腔，借助于叶轮旋转将腔与排气腔，借助于叶轮旋转将机体内的气体由进气腔压缩推送机体内的气体由进气腔压缩推送至排气腔，排出气体，达到强制至排气腔，排出气体，达到强制输送气体的目的。输送气体的目的。压缩机的岗位任务：压缩机的岗位任务：（1 1）氨的合成：氨的合成：因为在合成氨生产中，原料气的净化因为在合成氨生产中，原料气的净化及氨的合成都是在一定压力下进行的，为此要用压缩机提及氨的合成都是在一定压力下进行的，为此要用压缩机提高压力、输送气体。通过压缩机将脱硫来的半水煤气逐步高压力、输送气体。通过压缩机将脱硫来的半水煤气逐步压缩到各工段要求压力，并畅通送到各
18、工段最后合成氨。压缩到各工段要求压力，并畅通送到各工段最后合成氨。（2 2）尿素的合成：尿素的合成：将脱碳或变压吸附送来的二氧化碳将脱碳或变压吸附送来的二氧化碳气体经分离器除去水后，经压缩机一，二级压缩提压后送气体经分离器除去水后，经压缩机一，二级压缩提压后送脱硫槽除去硫化氢，再经三、四、五级压缩提压送至尿素脱硫槽除去硫化氢，再经三、四、五级压缩提压送至尿素岗位作为生产尿素的主要原料气。岗位作为生产尿素的主要原料气。压缩机的工作原理 根据气体状态方程：PV=nRT （n物质的量；R常量）当气体的温度（T）保持不变时，我们可以通过压缩气体的体积（V）来提高气体的压力（P）。利用气体的可压缩性，通
19、过压缩机各段活塞的往复动作而达到提高气体压力的目的。变换岗位任务变换岗位任务 将来自压缩的加压半水煤气，在一定的温度和压力条件将来自压缩的加压半水煤气，在一定的温度和压力条件下借助变换催化剂的催化作用，使半水煤气中下借助变换催化剂的催化作用，使半水煤气中COCO与水蒸气发与水蒸气发生反应，转化为生反应，转化为COCO2 2和和H H2 2。其目的是通过转化半水煤气中的。其目的是通过转化半水煤气中的C CO O获得合成氨生产所需要的原料获得合成氨生产所需要的原料H H2 2和尿素（或纯碱）生产所和尿素（或纯碱）生产所需的原料需的原料COCO2 2，并且合理回收系统中的热量。并且合理回收系统中的热
20、量。变换岗位生产原理变换岗位生产原理反应方程式：反应方程式：CO+HCO+H2 2O O（g g）COCO2 2+H+H2 2+Q+Q 副反应：副反应：CO+HCO+H2 2 C+H C+H2 2O+Q CO+3HO+Q CO+3H2 2 CH CH4 4+H+H2 2O+O+Q Q 变换催化剂简介：变换催化剂简介：中变催化剂中变催化剂:1)1)催化剂型号：中变催化剂主要型号有催化剂型号：中变催化剂主要型号有B107B107、B109B109、B112B112、B113B113、B B116116、B117B117等。等。2)2)催化剂组成：中变催化剂含催化剂组成：中变催化剂含FeFe2 2O
21、 O3 380-90%80-90%，CrCr2 2O O3 37-11%7-11%，并有少量的，并有少量的K K2 2O O、MgOMgO和和AlAl2 2O O3 3等成分。等成分。FeFe2 2O O3 3被还原形成的具有尖晶石结构的被还原形成的具有尖晶石结构的FeFe3 3O O4 4是催化剂的活性组分。是催化剂的活性组分。催化剂还原：催化剂还原：3Fe3Fe2 2O O3 3+H+H2 2=2Fe=2Fe3 3O O4 4+H+H2 2O+9.6kJ 3FeO+9.6kJ 3Fe2 2O O3 3+CO=2Fe+CO=2Fe3 3O O4 4+CO+CO2 2+50.8kJ+50.8k
22、J 催化剂还原过程为放热反应，为避免温度剧升，要严格控制还原气催化剂还原过程为放热反应，为避免温度剧升，要严格控制还原气体量，保护催化剂。体量，保护催化剂。3 3）活性温度：在活性温度范围内进行操作。不同型号的中变催化剂，）活性温度：在活性温度范围内进行操作。不同型号的中变催化剂，反应起始温度为反应起始温度为320-380320-380，热点温度为，热点温度为450-500 450-500 4 4）催化剂中毒与老化：）催化剂中毒与老化：催化剂中毒是指催化剂因与杂质发生作用而催化剂中毒是指催化剂因与杂质发生作用而导致活性下降的现象。变换过程中原料气中的硫化物是引起催化剂中毒导致活性下降的现象。变
23、换过程中原料气中的硫化物是引起催化剂中毒的主要原因。的主要原因。FeFe3 3O O4 4+3H+3H2 2S+HS+H2 23FeS+4H3FeS+4H2 2O+Q O+Q COCO变换将大部分有机硫转化变换将大部分有机硫转化为为H H2 2S S，使催化剂受，使催化剂受H H2 2S S影响。该反应可逆，降低原料气影响。该反应可逆，降低原料气H H2 2S S含量，增加水含量，增加水蒸气用量，可恢复催化剂活性。原料气中灰尘及水蒸气中无机盐等，能蒸气用量，可恢复催化剂活性。原料气中灰尘及水蒸气中无机盐等，能造成催化剂永久性中毒。造成催化剂永久性中毒。催化剂衰老是指催化剂长时间使用后活性逐渐下
24、降的现象。催化剂衰老是指催化剂长时间使用后活性逐渐下降的现象。催化剂氧化：催化剂氧化：4Fe4Fe3 3O O4 4+O+O2 2=6Fe=6Fe2 2O O3 3+466kJ +466kJ 活性组分活性组分FeFe3 3O O4 4在在50-6050-60以以上不稳定，易被氧化剧烈放热，导致飞温，损坏催化剂。因此要严格控上不稳定，易被氧化剧烈放热，导致飞温，损坏催化剂。因此要严格控制原料气制原料气O O2 2含量在含量在0.5%0.5%以下。以下。低变催化剂：低温变换是指操作温度比中温变换低的变换工艺。操作温低变催化剂：低温变换是指操作温度比中温变换低的变换工艺。操作温度多在度多在180-3
25、00180-300左右。低温变换催化剂有左右。低温变换催化剂有Cu-ZnCu-Zn系低温变换催化剂和系低温变换催化剂和CoCo-Mo-Mo系宽温变换催化剂两种。系宽温变换催化剂两种。Cu-ZnCu-Zn系低温变换催化剂系低温变换催化剂180180即有很高活即有很高活性，但其耐硫差，对原料气硫含量要求苛刻。性，但其耐硫差，对原料气硫含量要求苛刻。Co-MoCo-Mo系宽温变换催化剂系宽温变换催化剂低温活性好，抗硫性能好。低温活性好，抗硫性能好。Co-Mo Co-Mo系宽温耐硫低变催化剂系宽温耐硫低变催化剂 1 1）催化剂种类：常用有）催化剂种类：常用有B301B301、B303B303等等 2
26、2）催化剂组成：）催化剂组成：CoOCoO、MoOMoO、K K2 2O O3 3、AlAl2 2O O3 3是其主要成分，催化剂经过硫是其主要成分，催化剂经过硫化活化后形成的化活化后形成的CoSCoS、MoSMoS2 2是催化剂的活性组分。是催化剂的活性组分。3 3）催化剂硫化：由于未经硫化的催化剂不具备催化活性，因此在生产）催化剂硫化：由于未经硫化的催化剂不具备催化活性，因此在生产前用加前用加CSCS2 2的半水煤气对催化剂进行硫化，使其具备催化活性。的半水煤气对催化剂进行硫化，使其具备催化活性。CSCS2 2+4H+4H2 2=2H=2H2 2S+CHS+CH4 4+240.6kJ+24
27、0.6kJ MoO MoO3 3+2H+2H2 2S+HS+H2 2=MoS=MoS2 2+3H+3H2 2O+48.1kJ CoO+HO+48.1kJ CoO+H2 2S=CoS+HS=CoS+H2 2O+13.4kJO+13.4kJ 硫化反应为放热反应，为避免超温，气体中硫化物浓度不宜过高。硫硫化反应为放热反应，为避免超温，气体中硫化物浓度不宜过高。硫化时化时CSCS2 2用量一般按用量一般按1m1m3 3催化剂催化剂150kg150kg准备。准备。4 4）催化剂反硫化：）催化剂反硫化：Co-MoCo-Mo系催化剂反硫化主要是指系催化剂反硫化主要是指MoSMoS2 2的放硫现象。的放硫现象
28、。MoSMoS2 2+2H+2H2 2O=MoOO=MoO2 2+2H+2H2 2S S 放硫现象会生成不具备催化活性的放硫现象会生成不具备催化活性的MoOMoO2 2，降低催，降低催化剂催化活性。为防止反硫化，进低变的反应气体中化剂催化活性。为防止反硫化，进低变的反应气体中H H2 2S S不能过低，不能过低，H H2 2S S含量有一个最低值。从化学平衡来看，汽气比越低，最低含量有一个最低值。从化学平衡来看，汽气比越低，最低H H2 2S S含量越低，含量越低，催化剂越不易反硫化。催化剂越不易反硫化。5 5）催化剂中毒：半水煤气中的）催化剂中毒：半水煤气中的O O2 2会使会使Co-MoC
29、o-Mo系催化剂缓慢发生硫酸盐系催化剂缓慢发生硫酸盐化反应，使化反应，使CoSCoS、MoSMoS2 2中中S S2-2-氧化成氧化成SOSO4 42-2-,导致催化剂活性降低。因此，导致催化剂活性降低。因此，低变耐硫催化剂前要设置一层保护剂和除氧剂（抗毒剂），避免低变耐硫催化剂前要设置一层保护剂和除氧剂（抗毒剂），避免O O2 2等等杂质进入低变催化剂使催化剂活性降低。半水煤气中油污在高温下碳杂质进入低变催化剂使催化剂活性降低。半水煤气中油污在高温下碳化，沉积在催化剂颗粒中也会降低催化剂活性。水会溶解催化剂中活化，沉积在催化剂颗粒中也会降低催化剂活性。水会溶解催化剂中活性组分钾盐，使催化剂永
30、久失活。其他杂质进入低变催化剂也会使催性组分钾盐，使催化剂永久失活。其他杂质进入低变催化剂也会使催化剂失活。化剂失活。中低低主要设备：中低低主要设备：中温变换炉、低温变换炉、饱和热水塔、煤气换中温变换炉、低温变换炉、饱和热水塔、煤气换热器、热水加热器、中低变电炉、软水加热器、变换气冷却器、焦炭热器、热水加热器、中低变电炉、软水加热器、变换气冷却器、焦炭过滤器等。过滤器等。煤经气化制得的半水煤气，经脱硫、变换后含有一定量煤经气化制得的半水煤气，经脱硫、变换后含有一定量(23(233030)的的COCO2 2 ，半水煤气在进入合成工序前必须将，半水煤气在进入合成工序前必须将COCO2 2清除干净，
31、因为清除干净，因为C CO O2 2易使合成氨催化剂中毒。同时易使合成氨催化剂中毒。同时COCO2 2是制造尿素、碳酸氢铵和纯碱的是制造尿素、碳酸氢铵和纯碱的重要原料。因此在整个合成氨中必有一个脱碳工序。重要原料。因此在整个合成氨中必有一个脱碳工序。岗位任务：岗位任务：将变换气中的将变换气中的COCO2 2脱除掉，制得合格的净化气脱除掉，制得合格的净化气,并将脱除下并将脱除下来的来的COCO2 2提纯回收用于后续产品提纯回收用于后续产品(尿素、碳铵、纯碱等尿素、碳铵、纯碱等)生产。生产。脱碳主要方法脱碳主要方法：化学法：化学法：变换气中变换气中COCO2 2直接参与反应并生成其他盐，达到除直接
32、参与反应并生成其他盐，达到除COCO2 2的目的。的目的。如碳化：如碳化：COCO2 2+NH+NH3 3H H2 2O=NHO=NH4 4HCOHCO3 3 物理吸附法物理吸附法：碳酸丙烯酯法、碳酸丙烯酯法、NHDNHD（聚乙二醇二甲醚（聚乙二醇二甲醚）法、低温甲醇洗涤法、变法、低温甲醇洗涤法、变压吸附脱碳法、改良热钾碱法等。利用溶剂或吸附剂在一定压力下压吸附脱碳法、改良热钾碱法等。利用溶剂或吸附剂在一定压力下对不同组分的选择性吸收（溶解度的较大差异）来达到脱除对不同组分的选择性吸收（溶解度的较大差异）来达到脱除COCO2 2的的目的。目的。3 3、变压吸附脱碳法：、变压吸附脱碳法：（1 1
33、）变压吸附的基本原理：吸附剂对吸附介质在不同分压下）变压吸附的基本原理：吸附剂对吸附介质在不同分压下有不同吸附容量，并且在一定的吸附压力下，对被分离的气体有不同吸附容量，并且在一定的吸附压力下，对被分离的气体混合物的各组分又有选择吸附的特性。加压吸附除去原料气的混合物的各组分又有选择吸附的特性。加压吸附除去原料气的杂质组分，减压（抽真空）脱除这些杂质，从而使吸附剂获得杂质组分，减压（抽真空）脱除这些杂质，从而使吸附剂获得再生。因此，采用多个吸附床，循环地变动所组合的各吸附床再生。因此，采用多个吸附床，循环地变动所组合的各吸附床压力，就可以达到连续分离气体混合物的目的。压力，就可以达到连续分离气
34、体混合物的目的。a a、变压吸附脱碳优点、变压吸附脱碳优点：产品气纯度高；工艺简单，无需复产品气纯度高；工艺简单，无需复杂的预处理系统；运行费用非常低、能耗低、吸附剂消耗也非杂的预处理系统；运行费用非常低、能耗低、吸附剂消耗也非常小常小 （吸附剂设计使用年限（吸附剂设计使用年限1515年）；采用计算机自动控制，其年）；采用计算机自动控制，其自动化程度较高，开停车及正常操作较方便简单。自动化程度较高，开停车及正常操作较方便简单。b b、变压吸附脱碳常用吸附剂为、变压吸附脱碳常用吸附剂为：硅胶（脱二氧化碳）、活硅胶（脱二氧化碳）、活性氧化铝（脱水）和活性炭（脱二氧化碳、脱甲烷、脱硫）。性氧化铝（脱
35、水）和活性炭（脱二氧化碳、脱甲烷、脱硫）。c c、变压吸附工作基本步骤：加压下吸附；变压吸附工作基本步骤：加压下吸附；减压或抽真减压或抽真空解吸；空解吸；再升压吸附。再升压吸附。工艺流程简述：工艺流程简述：来自变换岗位的变换气（含来自变换岗位的变换气（含COCO2 2 26 2628%28%，温度，温度4040）经气水分离器分离掉机械水后，进入提纯吸附塔，将变换气中的经气水分离器分离掉机械水后，进入提纯吸附塔，将变换气中的COCO2 2、水、硫等吸附下来，未被吸附的水、硫等吸附下来，未被吸附的H H2 2、N N2 2以及残存的以及残存的COCO2 2，进入净化吸附，进入净化吸附塔，再次吸附，
36、将塔，再次吸附，将COCO2 2降到降到0.5%0.5%以下，一同与未被吸附的以下，一同与未被吸附的H H2 2、N N2 2送后工送后工序使用。提纯装置待吸附饱和后，再经过四次均压，用序使用。提纯装置待吸附饱和后，再经过四次均压，用96%96%以上的以上的COCO2 2置置换吸附，将其他杂质置换出来。然后通过抽真空将吸附的水、硫及换吸附，将其他杂质置换出来。然后通过抽真空将吸附的水、硫及COCO2 2解析出来，进入解析出来，进入COCO2 2气柜，再通过罗茨机加压后送入气柜，再通过罗茨机加压后送入COCO2 2压缩机一段入口，压缩机一段入口，净化装置待吸附饱和后经四次均压逆放，通过抽真空使吸
37、附剂获得再净化装置待吸附饱和后经四次均压逆放，通过抽真空使吸附剂获得再生。生。联醇生产简介：联醇生产简介：甲醇合成装置串联在合成氨生产装置之中，用合成氨原料甲醇合成装置串联在合成氨生产装置之中，用合成氨原料气气COCO、COCO2 2、H H2 2合成甲醇，同时达到减轻精炼负荷的目的。作用：合成合成甲醇，同时达到减轻精炼负荷的目的。作用：合成氨副产甲醇；净化进精炼系统的原料气，减轻精炼负荷及消耗。氨副产甲醇；净化进精炼系统的原料气，减轻精炼负荷及消耗。甲醇岗位任务：甲醇岗位任务：将压缩机五段来的含有将压缩机五段来的含有COCO、H H2 2和少量和少量COCO2 2的混合气体经油的混合气体经油
38、分后送入合成塔，在一定的温度、压力和铜基触媒的作用下，分后送入合成塔，在一定的温度、压力和铜基触媒的作用下，COCO、COCO2 2和和H H2 2合成为粗甲醇，经冷却分离，将粗甲醇送入甲醇槽，回收弛放气，粗甲醇合成为粗甲醇，经冷却分离，将粗甲醇送入甲醇槽，回收弛放气，粗甲醇送有机精加工，分离后，部分含送有机精加工，分离后，部分含H H2 2、N N2 2、少量、少量COCO气体部分循环使用，大部气体部分循环使用，大部分送精炼工段净化。分送精炼工段净化。生产原理：生产原理：主反应方程式：主反应方程式：CO+2HCO+2H2 2=CH=CH3 3OH+Q COOH+Q CO2 2+3H+3H2
39、2=CH=CH3 3OH+HOH+H2 2O+QO+Q 副反应方程式：副反应方程式：2CO+4H2CO+4H2 2=CH=CH3 3OCHOCH3 3+H+H2 2O+Q CO+3HO+Q CO+3H2 2=CH=CH4 4+H+H2 2O+Q O+Q CO+4HCO+4H2 2=C=C2 2H H5 5OH+HOH+H2 2O+QO+Q 经过脱硫、变换和脱碳后的原料气仍然含有少量经过脱硫、变换和脱碳后的原料气仍然含有少量COCO、COCO2 2、O O2 2及及H H2 2S S等有等有害气体，为了防止它们对氨合成催化剂的毒害，我们需要对气体进一步净害气体，为了防止它们对氨合成催化剂的毒害，
40、我们需要对气体进一步净化化精炼。中小氮肥绝大多数采用铜氨液吸收法来精制原料气。甲烷化和精炼。中小氮肥绝大多数采用铜氨液吸收法来精制原料气。甲烷化和双甲工艺现在被推广。双甲工艺现在被推广。岗位任务：岗位任务：在高压、低温的条件下，用醋酸铜氨液（以下简称铜液）吸收来自变在高压、低温的条件下，用醋酸铜氨液（以下简称铜液）吸收来自变压吸附岗位原料气中压吸附岗位原料气中COCO、COCO2 2、O O2 2及及H H2 2S S等有害气体，制得合格的精炼气体等有害气体，制得合格的精炼气体（CO+COCO+CO2 225ppm25ppm）送合成岗位合成氨，吸收后的铜液经减压、加热，使其）送合成岗位合成氨，
41、吸收后的铜液经减压、加热，使其再生后恢复原有吸收能力，循环使用，解析出来的再生气及带出来的气氨再生后恢复原有吸收能力，循环使用，解析出来的再生气及带出来的气氨均回收利用。均回收利用。精炼铜洗原理精炼铜洗原理高压低温洗涤吸收：高压低温洗涤吸收：（1 1）铜氨液吸收铜氨液吸收COCO是在游离氨存在下，依靠低价铜离子进行的：是在游离氨存在下，依靠低价铜离子进行的：Cu(NHCu(NH3 3)2 2Ac+CO(Ac+CO(液相液相)+NH)+NH3 3=Cu(NH=Cu(NH3 3)3 3AcAcCO+QCO+Q （2 2）吸收）吸收COCO2 2是依靠铜氨液中的游离氨，反应如下是依靠铜氨液中的游离氨
42、，反应如下:2NH 2NH3 3+CO+CO2 2+H+H2 2O=(NHO=(NH4 4)2 2COCO3 3+Q+Q 生成的生成的(NH(NH4 4)2 2COCO3 3会继续吸收会继续吸收COCO2 2而生成而生成NHNH4 4HCOHCO3 3 (NH (NH4 4)2 2COCO3 3+CO+CO2 2+H+H2 2O=2NHO=2NH4 4HCOHCO3 3+Q+Q （3 3）铜氨液吸收）铜氨液吸收O O2 2的反应是依靠低价铜进行的，其反应方程式如下的反应是依靠低价铜进行的，其反应方程式如下 4Cu(NH4Cu(NH3 3)2 2Ac+8NHAc+8NH3 3+4HAc+O+4H
43、Ac+O2 2=4Cu(NH=4Cu(NH3 3)4 4AcAc2 2+2H+2H2 2O+QO+Q （4 4）铜氨液吸收硫化氢的反应主要是依靠其中的氢氧化铵，其反应）铜氨液吸收硫化氢的反应主要是依靠其中的氢氧化铵，其反应方程式如下方程式如下 2NH2NH4 4OH+HOH+H2 2S(NHS(NH4 4)2 2S+2HS+2H2 2O+QO+Q 2Cu(NH 2Cu(NH3 3)2 2Ac+HAc+H2 2S=CuS=Cu2 2S+2NHS+2NH4 4Ac+(NHAc+(NH4 4)2 2S S低压加热解吸再生：低压加热解吸再生：（1）吸收了）吸收了CO、CO2、H2S、O2等有害物质的铜
44、液，通过再生解等有害物质的铜液，通过再生解吸后循环使用：吸后循环使用：Cu(NH3)3AcCO=Cu(NH3)2Ac+CO+NH3-Q NH4HCO3=NH3+CO2+H2O-Q (NH4)2S=2NH3+H2S-Q （2）还原高价铜以维持铜液铜比）还原高价铜以维持铜液铜比 2Cu(NH3)2+CO+H2O=2Cu+CO2+2NH3 +2NH4+-Q Cu+Cu2+=2Cu+-Q 2Cu2+CO+H2O=2Cu+CO2+H2-Q主要设备：主要设备：铜洗塔、再生器、铜分、油分、化铜桶、氨冷器、卧冷、铜洗塔、再生器、铜分、油分、化铜桶、氨冷器、卧冷、还原加热器等。还原加热器等。岗位任务岗位任务：将
45、经过精制合格的氢、氮气在高温、高压条件下，借助于催：将经过精制合格的氢、氮气在高温、高压条件下，借助于催化剂的作用合成为氨，经冷凝分离得到液氨。化剂的作用合成为氨，经冷凝分离得到液氨。反应原理反应原理：氢和氮在氢和氮在460460、31.4MPa31.4MPa、H H2 2/N/N2 22.22.22.8 2.8 和铁系催化剂存和铁系催化剂存在下发生如下化学合成反应：在下发生如下化学合成反应：3H3H2 2+N+N2 2 2NH 2NH3 3+92.44kJ/+92.44kJ/molmol 合成氨合成氨反应步骤反应步骤如下：如下：1 1）气体反应物扩散到催化剂外表面；）气体反应物扩散到催化剂外
46、表面；2 2）反应物）反应物进一步扩散到催化剂毛细孔内表面；进一步扩散到催化剂毛细孔内表面；3 3）气体被催化剂内表面的活性吸）气体被催化剂内表面的活性吸附；附；4 4）反应气体在催化剂的表面进行反应，形成吸附态的氨；）反应气体在催化剂的表面进行反应，形成吸附态的氨；5 5）生）生成的氨从催化剂内表面上脱吸；成的氨从催化剂内表面上脱吸；6 6）脱吸的氨从毛细孔内表面向催化剂）脱吸的氨从毛细孔内表面向催化剂外表面扩散；外表面扩散；7 7）产物氨从催化剂外表面扩散至气相主体。）产物氨从催化剂外表面扩散至气相主体。合成尿素原理与方法合成尿素原理与方法：原理：原理：由液氨与二氧化碳气体直接在一定的温度
47、和压力下合成尿素，总由液氨与二氧化碳气体直接在一定的温度和压力下合成尿素，总反应式为：反应式为：2NH3(液液)+CO2(气气)CO(NH2)2(液液)+H2O(液液)+Q 合成尿素分两步进行：合成尿素分两步进行：第一步由氨与二氧化碳生成中间产物甲铵，其反应式为：第一步由氨与二氧化碳生成中间产物甲铵，其反应式为：2NH3(液液)+CO2(气气)NH2COONH4(液液)+100kJ/mol 第二步由甲铵脱水生成尿素，其反应式为：第二步由甲铵脱水生成尿素，其反应式为：(合成尿素过程中的控制合成尿素过程中的控制反应反应)NH2COONH4(液液)CO(NH2)2(液液)+H2O(液液)-27.5kJ/mol 合成尿素工业化生产方法合成尿素工业化生产方法 ：水溶液全循环法、二氧化碳气提法、氨气提法等水溶液全循环法、二氧化碳气提法、氨气提法等
