化肥廠工藝反應(yīng)原理簡介.

1、化肥廠工藝反應(yīng)原理簡介化肥廠生產(chǎn)裝置工藝反應(yīng)原理簡介化肥廠技術(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。整套工藝共有七個主反應(yīng)，按照工藝流程順序分別為鉆鉬加氫反應(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)過上述七個主反應(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)部位所用催 化劑第一止 步鉆鉬 加氫 反應(yīng)有機

2、硫和氫氣R-SH+H= RH+bS R-S-R'+2H2 = RH+R'H+tS R-S-S-R'+3H2 = RH+R'H+22S GHS+4H= n-C4H10+H2S COS+H= CO+2S CS+4H= CH+2HS烴類 和硫 化氫使原料油 田伴生氣 中的有機 硫轉(zhuǎn)化為 無機硫加氫 反應(yīng) 器鉆鉬型催化劑給一 第一二止 步氧化 鋅脫 硫反 應(yīng)硫化氫 和氧化 鋅H2S+Z nO=H0（汽）+ZnS水蒸 氣和 硫化 鋅脫除掉原 料氣中的 硫化物防 止其對后 續(xù)工段的 催化劑產(chǎn) 生中毒反脫硫 反應(yīng) 器應(yīng)第二止 步轉(zhuǎn)化 反應(yīng)（分 為 段和 二段 轉(zhuǎn)化）（見 注）

3、甲烷和 水蒸氣（一段 轉(zhuǎn)化反 應(yīng)物）CH4+H20（汽）=CO+3H206.58KJ/moLCO+HD（汽）=CO+H+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Al 203甲烷和 水蒸氣 氧氣和 氫氣（二段 轉(zhuǎn)化反 應(yīng)物）CH4+H0（汽）=CO+3H206.58KJ/moLCO+HO（汽）=CO+H+41.2KJ/moLH+ 1/20 2= H0（汽） +242KJ/mol一氧 化碳、 二氧 化碳、 氫和 水蒸 氣制氫氣的 同時引入 合成氨工 段所需的 氮氣（由 于在此工 段加入空二段 轉(zhuǎn)換 爐鎳Ni,載體是AI2O氣，所以

4、引入氮 氣）第四止 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+2O（汽）=CO+H +41.2 KJ/mol二氧化碳和氫使一氧化 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FO,低變催 化劑為 單質(zhì)Cu第五止 步脫碳 反應(yīng)碳酸 鉀、二 氧化碳和水吸 收&CQ + CO + H2OV > 2KHCO + 熱量再 生碳酸氫鉀脫除氮、 氫氣中的 碳氧化合 物防止其 對合成氨 催化劑產(chǎn) 生中毒作 用吸收 塔和 再生 塔活化劑ACT-1第六止 步甲烷 化反 應(yīng)一氧化 碳、一 氧化碳 和氫氣CO+32 CH

5、4+H2O +206.284KJ/molCO+4H2 CH+2HO +165.127KJ/mol甲烷 和水使氮、氫 氣中剩余 的微量碳 氧化合物 轉(zhuǎn)化成對甲烷 化反 應(yīng)爐鎳Ni,載體是AI2Q合成氨催 化劑無毒 副作用的 甲烷氣， 防止其對 合成氨催 化劑產(chǎn)生 中毒作用第七止 步合成 氨反 應(yīng)氮氣和氫氣0.52+ 1.5H2= NH3 + 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)致耗用過多的水蒸氣，而后

6、一種方法對 于采用外加熱方式的一段反應(yīng)爐來說對設(shè)備材質(zhì)的要求也會更高。因此在自熱式的二段轉(zhuǎn)化爐內(nèi)通過氣體自身燃燒放熱，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 時二段轉(zhuǎn)化工段在加入空氣助燃的同時又加入了合成氨反應(yīng)所需的氮氣。第四步變換反應(yīng)分為咼溫變換和低溫變換反應(yīng)的原因是：米用F&O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)銅催化劑較昂貴會增加催化劑的使

7、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 價值降低。2、工藝流程簡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，進入一段轉(zhuǎn)化爐進行轉(zhuǎn)化制 H2反應(yīng)，一段轉(zhuǎn)化爐出來的轉(zhuǎn)化氣進入二段轉(zhuǎn)化爐，在此引入空氣，轉(zhuǎn)化氣在二段爐內(nèi)燃燒掉一部分H2，放出熱量以供進一步轉(zhuǎn)化，同時獲得 N2。二段轉(zhuǎn)化氣經(jīng)余熱回收后，進入變換系統(tǒng)，氣體中的CO與水蒸汽反應(yīng)，生成CO和H2,從變換系統(tǒng)出來的氣體經(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14.0MPQ送入合成塔進行合成氨反應(yīng)。油田氣來自二段轉(zhuǎn)化氫 F加一 高溫變換爐低溫變換爐高變低變合成氨裝置

8、工藝流程簡圖空氣段轉(zhuǎn)化甲烷化脫碳氨分離器I化 轉(zhuǎn) 段 二去高變 、氨合成塔純度：A99.9(W)含水：W0.1(W)合成氨第二章尿素裝置工藝原理1、尿素工藝反應(yīng)機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主反應(yīng)，即液態(tài)NH和CO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)過上述兩個主反應(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 成反氨和 二氧 化碳2NH（氣）+ CO2 （氣）

9、=NH4氨基甲酸銨高壓甲 銨冷凝 器中壓甲制成合 成塔所 需的氨 基甲酸強放熱 反應(yīng)C O ON H2（液） +119銨冷凝銨器低壓甲銨冷凝器2千八4 / t 人川/摩爾給一 第一二止 步氨基 甲酸 銨脫 水反 應(yīng)氨基 甲酸 銨NHCOONH 液）=和素水O7f( H 2 7 2 (咼壓合 成塔生成產(chǎn) 品尿素吸熱反 應(yīng)液>+ H 2 OLM) - 15 5千隹廣摩爾尿素工藝副反應(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2HH + O2 = 2H2O水脫氫反應(yīng)

10、 器強放熱反 應(yīng)尿素縮合反應(yīng)尿素2CO(NH 2 = NH2CONHCQNHINH3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、氨基甲酸銨、氨和水）在與尿素合成過程相同的壓力及較高的溫度下與汽提氣CG逆流接觸，將氨基甲酸銨分解成NH和CG并從合成液中分離出來。甲銨分解反應(yīng)式：NHCGGNH液）=2NH3 （氣）+ CG2（氣）由反應(yīng)方程式可以看出當用純C（進行汽提時，氣相NH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行的原因。3、工藝流程簡述尿素生產(chǎn)所

11、需的原料液氨和 CG均來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部的造粒噴頭進行噴淋造粒，在造粒塔底部形成尿素顆粒，最后送往成品裝置進行包裝成為成品尿素出廠。rl造粒塔尿素工藝流程簡圖液氨二吸收塔蒸發(fā)系統(tǒng)I洗滌器中壓系高壓甲鞍冷凝合 成 塔壓甲鞍冷凝二氧化碳壓縮4、長效尿素所用SOD添加劑的作用機理SOD m是模擬SOD酶的簡稱，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：250C;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，

12、與純水制成濃度為 30%勺制劑；SOD產(chǎn)品添加進尿 素后，尿素的顏色變?yōu)榈S色；SOD產(chǎn)品在尿素裝置生產(chǎn)情況下對生產(chǎn)設(shè)備不具 備腐蝕作用。在尿素產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，添加 SOD制劑能夠增加農(nóng)作物產(chǎn)量，改進農(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加入的工藝流程流量計R :配藥槽計星泵虛鏡內(nèi)為新加的設(shè)備11 .111303-F11Jst303-J尿液泵亠段蒸發(fā)添加劑r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，然后用計量泵經(jīng)過流量計計量、手動調(diào)節(jié)后送入303-F儲槽中，經(jīng)過303-J尿液泵送入蒸發(fā)系統(tǒng)造粒。第三章水汽裝置工藝原理水氣裝置有四個部分組成，

13、即預(yù)處理裝置、脫鹽裝置、循環(huán)水裝置、快鍋裝 置。下面分別對這四個裝置的工藝原理進行闡述。1、預(yù)處理裝置預(yù)處理裝置采用石灰軟化法對升壓站來水進行處理，所加藥劑有三種，按加 藥順序為氯氣、硫酸亞鐵和石灰，加藥劑地點為澄清池，源水經(jīng)過預(yù)處理裝置后 OH指標為0.51.2mmol/l ,濁度w 12mg/l。下面以表格的形式對加藥的目的和 反應(yīng)機理進行闡述。預(yù)處理裝置加藥劑種類及反應(yīng)機理匯總表加藥 順序反應(yīng)名稱反應(yīng)目的反應(yīng)機理反應(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。 同時防止設(shè) 備的腐蝕和樹 脂的污染。 破壞原水中 膠體的穩(wěn)定性， 分解長鏈復(fù)雜 的有機物分子 為短鏈簡

14、單的 有機物分子，使 它們在混凝劑 的作用下易于 除去。 把硫酸亞鐵2Fe2+ + CL2 = 2Fe 3+ + 2CL氯氣中的一價鐵離 子氧化成三價 鐵離子，起到助 凝作用。第一二止 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2Fe2+ + CL2 = 2Fe 3+ + 32CLFe + 3OH - = Fe( OH3 J硫酸亞 鐵氫氧化鐵膠體。第二止 步澄清池加石灰 除去水中暫 時硬度。 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

15、起到軟 化和助凝兩個 作用 去除暫時硬度，軟化水 質(zhì)；Ca( OH 2+Ca( HCO)2 =2CaCOj +2H02Ca (OH 2+Mg( HCO)2 = 2CaCO； +M(OH 2 J +2H2O 去除水中的 CO,減少腐 蝕，提高水的PH值；CG+Ca( OH 2 = CaCOj +HO 中和過量的混凝劑丄并提 高、PH從而增加混凝劑的混 凝效果,起到助凝劑的作 用.4FeSG+4Ca (OH 2+Q+2HO =4CaSO+4Fe (OH 3 J 夫除水中的膠體硅，提高石灰水Ca(OH 2脫鹽水制水批量；H2SiO3+Ca( OH 2= CaSiO J +H2O去除鎂鹽，同時起到軟化

16、 作用；MgC2+ Ca(OH 2 = Mg(OH 2 J +CaCLMgSG Ca( OH 2 = Mg( OH 2 J +CaSO2、脫鹽裝置脫鹽裝置采用的是化學(xué)除鹽，它主要是靠陰陽離子交換劑，除去水中的鹽份。 目前脫鹽裝置有三個系列，每個系列均由陽床、陰床和混床組成。脫鹽裝置的源 水主要是合成工藝冷凝液、尿素蒸汽冷凝液和尿素水解水，源水經(jīng)過脫鹽裝置后生產(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)機理匯總表源水 流向設(shè)備 名稱反應(yīng)目的反應(yīng)機理反應(yīng)方程式第一止 步陽床脫除水中的陽 離子水通過陽離子 交換劑時，水中 的陽離子8、Mg、Na、K等 被離子交換劑 吸附，而交換劑

17、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)的無機 酸。1/2Ca1/2Ca2+iRH + 1/2M(1/2Mg+ + H、 NaNaHCOK +K+HSiC2+1/2SCX2-/2SO4匚 CL- = RCLHCO)3HSiQ-)3第一二止 步陰床脫除水中的陰離子當含有無機酸 的水，通過陰離2 1/2S 1/2 SC2-ROH + H + CL丨-Q42Cl -= R卜H2O子交換劑時，水 中的陰離子如SQ2-、CL、HCO、 HSiQ等被交換 劑所吸附，而交 換劑上可交換 離子QH被置換 于水中，并和水 中H結(jié)合成為HCQ3-HCQHSiQ3-HSiQ-3、循環(huán)水裝置

18、循環(huán)水裝置主要是對合成、尿素和橡膠裝置的循環(huán)水進行冷卻、過濾和穩(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)水裝置工藝較為簡單，在循環(huán)水處理過程中需要在水質(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理進行闡述。 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CaT 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)機理氯進入水中，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。次氯酸是一種強氧化劑。反應(yīng)方程式如下：CI2+HO f HCIO+HCIH+OCI氯不但有殺菌效果，還是一種強氧化劑，可以與水中的氨反應(yīng),為亞硝酸根。方應(yīng)方程式如下：HCIO f減少氨轉(zhuǎn)化> NH 2CI+ H2O(PH >7.5)NH3