四川大學(xué)化工實(shí)習(xí)報(bào)告

目錄

實(shí)習(xí)概況

1、對(duì)生產(chǎn)實(shí)習(xí)的認(rèn)識(shí).................................................4

2、生產(chǎn)實(shí)習(xí)安排.....................................................4

3、生產(chǎn)單位實(shí)習(xí)概況.................................................4

3.1、工廠性質(zhì).....................................................4

3.2原料加工方法，產(chǎn)品，規(guī)模......................................4

3.2.1、產(chǎn)品、規(guī)模：.............................................4

3.2.2、原料加工方法：........................................5

3.3、技術(shù)特點(diǎn)....................................................5

3.4、發(fā)展歷史及技術(shù)進(jìn)步情況......................................5

實(shí)習(xí)內(nèi)容

1、整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程概述.................................................6

1.1、流程圖......................................................6

1.2、概述........................................................6

2、轉(zhuǎn)化...........................................................8

2.1、造氣（原料氣）...............................................8

2.1.1、原料氣的制取.............................................8

2.1.2、原料氣的凈化............................................11

2.2、轉(zhuǎn)化工段的參數(shù)及其指標(biāo)......................................14

2.2.1主要設(shè)備參數(shù).............................................14

2.2.2工藝指標(biāo).................................................14

3、脫碳..........................................................16

3.1、MDEA溶液脫碳的基本原理....................................16

3.2、MDEA工藝流程..............................................17

3.2.1、凈化氣的分離...........................................17

3.2.2、吸收劑的循環(huán)............................................17

3.2.3、二氧化碳的回收.........................................17

3.3、脫碳工藝的設(shè)備.............................................17

3.4、MDEA溶液工藝特點(diǎn)..........................................18

3.5、脫碳工藝指標(biāo)...............................................18

4、合成..........................................................19

4.1、合成的基本原理及工藝條件...................................19

4.1.1＞氨合成反應(yīng)的特點(diǎn)........................................19

4.1.2、氨合成的工藝條件........................................19

4.2、氨合成的工藝流程............................................21

4.2.k氨合成的基本工藝步驟....................................21

4.2.2＞氨合成的工藝流程........................................23

4.3、氨合成系統(tǒng)的設(shè)備及其特點(diǎn)....................................24

4.3.1、氨合成塔................................................24

4.3.2、水冷器..................................................25

4.3.3＞氨分離器................................................26

4.3.4、氨冷器.................................................26

4.3.5、冷凝塔（冷交換器）.....................................26

4.4、合成I和合成H的比較........................................27

4.5.1、合成氨工藝指標(biāo)..........................................27

4.5.2、合成車間工藝指標(biāo)........................................27

4.6、主要設(shè)備參數(shù)...............................................29

4.6.1合成I的設(shè)備參數(shù).........................................29

4.6.2合成II的設(shè)備參數(shù).........................................29

4.7、物料平衡和熱量平衡.........................................30

4.7.k物料衡算................................................30

4.7.2、熱量衡算................................................32

5、尿素.......................................................33

5.1、尿素合成的基本原理及工藝條件................................33

5.1.1＞基本原理................................................33

5.1.2、尿素合成的工藝條件......................................34

5.2、尿素合成的工藝流程.........................................35

5.2.1、原料的壓縮和凈化.......................................35

5.2.2、尿素的合成.............................................35

5.2.3、循環(huán)回收...............................................36

5.2.4＞尾氣的吸收與解吸........................................37

5.2.5、尿素的加工（蒸發(fā)和造粒）...............................37

5.2.6、蒸汽和蒸汽冷凝液.......................................38

5.2.7、循環(huán)水冷卻.............................................38

5.2.8、脫鹽水.................................................38

5.3、尿素合成的主要設(shè)備.........................................38

5.3.1、尿素合成塔.............................................38

5.3.2、一段分解系統(tǒng)設(shè)備.......................................38

5.3.3、一吸塔.............................................39

5.3.4、二分塔.................................................39

5.3.5、蒸發(fā)器.................................................39

5.4、尿素的工藝指標(biāo).............................................39

6、碳化.........................................................41

6.1、碳化的基本原理.............................................41

6.1.1、濃氨水的來(lái)源...........................................41

6.1.2、碳化反應(yīng)的過(guò)程.........................................41

6.2、碳化的工藝流程.............................................42

6.3、碳化設(shè)備的主要特點(diǎn).........................................42

6.3.1、碳化塔..................................................42

6.3.2、回收清洗塔.............................................43

6.3.3、稠厚器.................................................43

6.4、碳化的工藝指標(biāo)..............................................43

7、鍋爐..........................................................44

7.1、基本原理....................................................44

7.2、鍋爐的蒸汽參數(shù)：容量、蒸汽壓力、蒸汽溫度和給水溫度。......44

7.3、鍋爐的主要工作過(guò)程：.......................................44

7.4、工藝流程圖.................................................44

7.5、鍋爐及其設(shè)備...............................................44

7.5.1、鍋體.....................................................45

7.5.2、輔助裝置...............................................45

8、脫氧軟水........................................................45

8.1、脫鹽水工段.................................................45

8.1.1、脫鹽水各工序的基本原理及其反應(yīng).........................46

8.1.2、脫鹽水工藝流程.........................................47

8.1.3、主要裝置...............................................47

8.1.4、工藝指標(biāo)...............................................47

8.2、除氧器工段.................................................48

8.2.1、基本原理...............................................48

8.2.2、工藝流程...............................................48

8.2.3、主要設(shè)備...............................................48

9、空氣壓縮........................................................49

9.1、基本工藝原理...............................................49

9.2、空氣流程...................................................49

9.3、主要設(shè)備參數(shù)...............................................49

10、污水處理.......................................................51

10.k基本原理..................................................51

10.2、工藝流程..................................................52

10.3＞工藝指標(biāo)...................................................52

10.4、主要設(shè)備...................................................52

11、膜分離.........................................................52

11.1、基本原理.................................................53

11.2、工藝流程..................................................53

11.3、主要設(shè)備..................................................54

體會(huì)和建議

1、生產(chǎn)實(shí)習(xí)體會(huì)....................................................56

2、生產(chǎn)實(shí)習(xí)建議...................................................56

參考資料...........................................................58

附圖...............................................................59

實(shí)習(xí)概況

一、對(duì)生產(chǎn)實(shí)習(xí)的認(rèn)識(shí)

我們?cè)趯W(xué)校里學(xué)習(xí)理論知識(shí)已經(jīng)有15年左右的時(shí)間，進(jìn)入大學(xué)學(xué)習(xí)也有三

年多了。真正邁向社會(huì)，實(shí)習(xí)的時(shí)間少之又少。接觸化工這個(gè)專業(yè)已經(jīng)三年多了，

甚至于我實(shí)習(xí)過(guò)后才明白，化工不等于化學(xué)。在學(xué)校里學(xué)到了大量相關(guān)的基礎(chǔ)理

論知識(shí)，例如：《物理化學(xué)》、《化工原理》、《化工熱力學(xué)》等專業(yè)基礎(chǔ)課程，也

在實(shí)驗(yàn)室做過(guò)實(shí)驗(yàn)，但是，真正的工業(yè)化生產(chǎn)只是在老師的課件或者說(shuō)媒體上了

解了一些。

相信通過(guò)此次在工廠車間的參觀實(shí)習(xí)和跟班實(shí)習(xí)，可以進(jìn)一步印證、加深對(duì)

基礎(chǔ)理論知識(shí)的理解和鞏固，擴(kuò)大知識(shí)面；也能從實(shí)習(xí)中了解對(duì)化工廠的必備生

產(chǎn)環(huán)境、設(shè)備、過(guò)程及方法特點(diǎn)，將理論知識(shí)與實(shí)際生產(chǎn)聯(lián)系起來(lái)，認(rèn)識(shí)實(shí)際生

產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)室操作的區(qū)別，有助于獲得對(duì)專業(yè)的感性認(rèn)識(shí)和培養(yǎng)專業(yè)興趣，從工人

師傅那學(xué)到更多的知識(shí)以及他們對(duì)生產(chǎn)的高度責(zé)任心、愛(ài)業(yè)敬業(yè)的精神，鍛煉運(yùn)

用所學(xué)知識(shí)觀察分析實(shí)際問(wèn)題、勇于探索和積極進(jìn)取的創(chuàng)新精神；提高基本素質(zhì)

和工作的競(jìng)爭(zhēng)能力，為將來(lái)的就業(yè)打下基礎(chǔ)。

二、生產(chǎn)實(shí)習(xí)安排

參加實(shí)習(xí)人員：工藝專業(yè)1、3班全體學(xué)生

實(shí)習(xí)時(shí)間：2月22日―3月1日

實(shí)習(xí)地點(diǎn)：成都市青白江區(qū)成都玉龍化工公司

實(shí)習(xí)內(nèi)容：對(duì)合成氨的轉(zhuǎn)換、脫碳、碳化、合成I、合成II、尿素，鍋爐，軟水,

污水處理等幾個(gè)崗位進(jìn)行輪班實(shí)習(xí)，了解各工段基本原理、工藝流程

等。

三、生產(chǎn)單位實(shí)習(xí)概況

（一）、工廠性質(zhì)

成都玉龍化工有限公司，位于四川省成都市青白江區(qū)，占地面積300多畝，

現(xiàn)總資產(chǎn)3.2億元，具有年產(chǎn)10萬(wàn)噸合成氨，13萬(wàn)噸尿素，10萬(wàn)噸碳氨，10萬(wàn)噸

復(fù)合肥的化肥生產(chǎn)能力，系四川省化工重點(diǎn)企業(yè)。主導(dǎo)產(chǎn)品尿素是四川省優(yōu)質(zhì)產(chǎn)

品，碳錢是原化工部?jī)?yōu)質(zhì)產(chǎn)品，“裕農(nóng)”牌化肥暢銷省內(nèi)外，深受用戶喜愛(ài)。公

司還有壓力容器設(shè)計(jì)制作、石油化學(xué)工程施工能力。新開(kāi)發(fā)的水處理劑產(chǎn)品受到

用戶普遍歡迎，丙稀酸特種橡膠系列產(chǎn)品能替代進(jìn)口產(chǎn)品。

公司堅(jiān)持開(kāi)發(fā)，節(jié)約，環(huán)保并重，走科技發(fā)展之路，在不斷深化企業(yè)改革，

強(qiáng)化內(nèi)部管理的同時(shí)，先后投資兩億多元進(jìn)行技術(shù)改造，擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，淘汰能

耗高以及環(huán)境污染重的老工藝和裝置，裝置水平和產(chǎn)品質(zhì)量不斷提高，能源消耗

不斷降低，效益近幾年持續(xù)增長(zhǎng)，2007年實(shí)現(xiàn)利稅6000多萬(wàn)元，2007年環(huán)境治理

成效顯著，廢水廢氣廢渣等各項(xiàng)環(huán)保指標(biāo)做到達(dá)標(biāo)排放，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

（二）原料加工方法，產(chǎn)品，規(guī)模

1、產(chǎn)品、規(guī)模：

成都玉龍化工有限公司年產(chǎn)合成氨10萬(wàn)噸、尿素13萬(wàn)噸、碳鐐10萬(wàn)噸。玉龍

公司控股1個(gè)子公司和3個(gè)分廠，成都科創(chuàng)精細(xì)化工有限公司生產(chǎn)水處理劑、聚丙

烯酸脂特種橡膠等多種精細(xì)化工產(chǎn)品，成都化肥廠生產(chǎn)尿素和碳錢；成都玉龍化

工有限公司復(fù)合肥分廠生產(chǎn)復(fù)混肥；寶雞市川龍化工有限公司生產(chǎn)碳鐵、甲醇、

初甲醇。

2、原料加工方法：

原料氣制備：將天然氣等原料制成含氫和氮的粗原料氣。工業(yè)中利用二段蒸汽

轉(zhuǎn)化法制取合成氣。

合成氨的生產(chǎn)方法：合成氣經(jīng)過(guò)中、低溫轉(zhuǎn)變，脫碳，甲烷化后，加壓進(jìn)入合成

塔內(nèi)。在高溫高壓，鐵催化劑下，反應(yīng)生成合成氨。

尿素的生產(chǎn)方法：用液氨和脫碳的二氧化碳為原料，在高溫高壓條件下直接合成

尿素。

碳鐵：攀成鋼輸送過(guò)來(lái)的窯氣同三聚鼠胺的副產(chǎn)物氨水反應(yīng)，生成碳酸氫鐵。

（三）、技術(shù)特點(diǎn)

近兒年來(lái),玉龍共籌措資金達(dá)一億多元投入到技改、擴(kuò)建中，先后組織了‘'合

成鐵四改六”、“尿素六改十”、“雙一段直接轉(zhuǎn)化”等六大項(xiàng)目的技改工程，對(duì)原

來(lái)落后的工藝間歇轉(zhuǎn)化改為連續(xù)轉(zhuǎn)化，使之節(jié)省資源和合理利用資源，降低能耗,

注重環(huán)保,提升效益。

（四）、發(fā)展歷史及技術(shù)進(jìn)步情況

玉龍化工有限公司的前身是1958年全國(guó)首批建起的13家小型氮肥廠之一。

后來(lái)更名為成都化肥廠，在全國(guó)很有名氣。40多年的艱苦創(chuàng)業(yè)，公司多次受到

原化工部、四川省和成都市各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)的表彰，榮獲原化工部首批命名的〃六好企

業(yè)"、”精神文明工廠"、"全國(guó)環(huán)境優(yōu)美工廠''等殊榮''裕農(nóng)"牌碳錢、尿素獲部?jī)?yōu)、

省優(yōu)98年以來(lái)公司不斷進(jìn)行技術(shù)改造，先后采用四套先進(jìn)的進(jìn)口和國(guó)產(chǎn)DCS計(jì)

算機(jī)控制系統(tǒng)，使產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量不斷提高，成本不斷降低。

在〃質(zhì)量第一、用戶至上”的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)宗旨指導(dǎo)下，產(chǎn)品深得用戶好評(píng)和市場(chǎng)

親睞，2001年榮獲四川化學(xué)原料及化學(xué)制品制造業(yè)工業(yè)企業(yè)最大市場(chǎng)占有份額

30強(qiáng)，2002年公司〃裕農(nóng)”牌尿素被四川省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局列入免檢產(chǎn)品，2003

年被評(píng)為成都市模范企業(yè)。

實(shí)習(xí)內(nèi)容

整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程概述

一、流程圖

產(chǎn)品產(chǎn)品產(chǎn)品碳鐵產(chǎn)品

總流程簡(jiǎn)圖

二、概述

1、轉(zhuǎn)化：

天燃?xì)猓ㄖ饕煞旨淄椋┓譃楣に囂烊粴夂腿紵锰烊粴鈨刹糠诌M(jìn)入轉(zhuǎn)化工

段進(jìn)行造氣。第一部分工藝天然氣首先經(jīng)脫硫工序脫除H2s及其它硫化物后，與

水蒸氣混合，在一段轉(zhuǎn)化爐的反應(yīng)管中進(jìn)行轉(zhuǎn)化反應(yīng)，產(chǎn)生H2,CO,C02及其未

反應(yīng)的甲烷和水蒸氣。由于轉(zhuǎn)化反應(yīng)是強(qiáng)吸熱反應(yīng)，因此在反應(yīng)管外將第二部分

燃燒用天然氣與一部分工藝空氣燃燒供熱。

一段轉(zhuǎn)化氣進(jìn)入二段轉(zhuǎn)化爐中，引入另一部分工藝空氣在爐中燃燒一部分

H2,放出大量的熱以供進(jìn)一步轉(zhuǎn)化反應(yīng)，與此同時(shí)將氮?dú)庖肓讼到y(tǒng)，消耗了氧

氣。經(jīng)過(guò)二段轉(zhuǎn)化爐過(guò)后，轉(zhuǎn)化氣中含有大量的H2,N2,CO,CO2及其極少量的

惰性氣體和未反應(yīng)的甲烷。

轉(zhuǎn)化氣再經(jīng)過(guò)中變爐和低變爐分別進(jìn)行高溫變換和低溫變換（可簡(jiǎn)稱高變和

低變）。該過(guò)程主要將一氧化碳與轉(zhuǎn)變成二氧化碳，防止合成氨反應(yīng)中的催化劑

中毒；同時(shí)，CO和H20反應(yīng)生成了部分合成氨原料氣之一的H2。

上述三大工序構(gòu)成了玉龍公司合成氨廠的造氣系統(tǒng)，為合成氨提供了粗原料

氣，含有大量的H2,N2,C02及其極少量的惰性氣體，CO和未反應(yīng)的甲烷。

2、脫碳:

粗原料氣經(jīng)管道輸送到脫碳工段進(jìn)行脫碳。用MEDA作為溶劑吸收掉大量的

C02,C02經(jīng)解吸加壓輸送到尿素工段合成尿素。

脫碳過(guò)后的原料氣（簡(jiǎn)稱脫碳?xì)猓﹦t輸送回轉(zhuǎn)化工段進(jìn)行甲烷化工序。甲烷

化是將少量的CO,C02與水反應(yīng)轉(zhuǎn)化成甲烷和水蒸氣。水蒸氣經(jīng)分離后排除，甲

烷是對(duì)合成氨反應(yīng)無(wú)影響的氣體。其中，脫碳和甲烷化合成為合成氣凈化，即將

粗原料氣凈化成合成氨反應(yīng)需要的，對(duì)設(shè)備和催化劑無(wú)負(fù)面影響原料氣混合氣。

3、合成：

經(jīng)過(guò)甲烷化后的原料氣作為補(bǔ)充氣輸送到合成氨工段，與合成塔內(nèi)出來(lái)的未

反應(yīng)的原料氣混合輸入合成塔內(nèi)反應(yīng)。生成的氨氣經(jīng)過(guò)加壓液化后，一部分可直

接作為液氨產(chǎn)品，另一部分輸送到尿素工段參與尿素的合成。

4、尿素：

來(lái)自于脫碳工段的C02和合成氨工段輸送過(guò)來(lái)的液氨，在催化劑和高溫高壓

的作用下合成尿素。部分未反應(yīng)完的C02則輸往下一工段，碳化工段。這個(gè)工段

的產(chǎn)品尿素，在熔融狀態(tài)下輸送到三聚鼠胺工段，生產(chǎn)三聚氟胺。

5、碳化：來(lái)自于攀成鋼的C02（每年8萬(wàn)噸左右）經(jīng)三聚氟胺工段反應(yīng)產(chǎn)出的

濃氨水吸收生成碳酸氫錢，碳酸氫錢經(jīng)由離心分離，干燥后直接作為化肥產(chǎn)品。

6、鍋爐、軟水、空壓：三個(gè)工段分別為以上各個(gè)工段提供蒸汽，脫氧軟水以及

空氣的壓縮。

7、污水處理:該工段處理以上各個(gè)工段來(lái)的污水。

備注：三聚氟胺工段處于技術(shù)保密階段，未進(jìn)行實(shí)習(xí)，在此也不贅述。

轉(zhuǎn)化

轉(zhuǎn)化工段是合成氨廠中最重要的工段，它的主要任務(wù)是以天然氣為原料和燃

料，在鐵鎰脫硫劑和氧化鋅脫硫劑作用下，將天然氣中的有機(jī)硫和無(wú)機(jī)硫脫除到

0.5ppm以下，通過(guò)配入一定量的蒸氣和空氣在一、二轉(zhuǎn)化觸媒和一定的溫度條

件下將甲烷轉(zhuǎn)化為氫氣、一氧化碳、二氧化碳，制取合成氨所需要的氫氣和氮?dú)?

在一定的溫度和變換觸媒的催化作用下，使一氧化碳變換成二氧化碳和氫氣，為

尿素車間提供富余的中壓蒸氣，同時(shí)凈化脫碳?xì)庵袣堄嗟亩趸己鸵谎趸迹?/p>

為后工段輸出合格的低變氣和凈化氣。

一、造氣（原料氣）

下面將著重介紹該工段的相關(guān)原理和工藝流程

原料氣是重要的氨合成原料，主要是氫氣和氮?dú)?。制造原料氣的原料很多?/p>

主要是一些含碳?xì)浠衔锏慕固俊o(wú)煙煤、天然氣、石腦油、重油等。原料氣氣

的生產(chǎn)工藝主要隨生產(chǎn)原料的不同而不同，但無(wú)論采用何種流程都可以將生產(chǎn)方

法歸納為以下兩個(gè)主要步驟。

（1）原料氣的制取。即合成氨所需的氫氣和氮?dú)狻，F(xiàn)在工業(yè)上普遍采用焦

炭、無(wú)煙煤、天然氣、石腦油、重油等含碳?xì)浠衔锏脑虾退魵?、空氣作?/p>

的氣化方法制取。

（2）原料氣的凈化。無(wú)論選擇什么原料得的原料氣都含有硫化合物、一氧

化碳、二氧化碳等，這些雜質(zhì)都是氨合成過(guò)程中催化劑的毒物。因此，在原料氣

輸送去氨合成之前，必須將其中的雜質(zhì)出去。

（一）、原料氣的制取

1、原料氣的凈化

原料氣中普遍存在著無(wú)機(jī)硫（H2S）和有機(jī)硫（硫醇、嚷吩等）。硫是許多工

業(yè)催化劑的毒物，它主要是與催化劑活性中心發(fā)生有害的化學(xué)吸附或化學(xué)反應(yīng)，

致使催化劑失活。

來(lái)自天然氣壓縮機(jī)的原料天然氣中，總硫含量W20mg/m3。該工序的目的就是

原料氣的脫硫，凈化甲烷（含硫量W0.5ppm）。

（1）常用脫硫比較（干法與濕法）

玉龍化工廠的這套裝置中，采用的是干法脫硫方法。干法脫硫是將原料氣通

過(guò)裝有固定脫硫劑的床層脫除硫化物。該方法能夠達(dá)到的脫硫精度在

0.1—0.5ppm,氣體的凈化度較高。

與干法對(duì)應(yīng)的就是濕法脫硫，是用液體吸收氣體中的硫化物，此法適用于氣

體含硫量高而對(duì)凈化度要求不高的場(chǎng)合。脫硫精度在20ppm左右。

（2）脫硫原理

采用鐵鎰系脫硫劑作為有機(jī)硫的脫硫劑。它是一種轉(zhuǎn)化型的脫硫劑，在

350—400℃,能夠脫除嚷吩外的所有硫化物。反應(yīng)方程式如下：

RSH+H2fH2S+RH

HS+MnO-MnS+HO

鐵鉆鎰催化劑的作用下，2大約還剩W5Ppm2M硫化氫，在氧化鋅催化劑作用下發(fā)生

下述脫硫反應(yīng)而被吸收，反應(yīng)方程式如下：

H2S+ZnO-ZnS+H2O

C2H5SH+ZnOfZnS+C2H4+H2O

在氧化鋅脫硫劑作用下吸收速度極快，因而脫硫沿氣體流動(dòng)方向逐層進(jìn)行，

最終硫被脫除至0.5ppm以下。

在許多時(shí)候，由于天然氣本身含硫量比較小，經(jīng)鐵鎰系脫硫劑脫硫后的原料

氣含硫量已達(dá)到0.5ppm以下，滿足凈化原料氣的要求了。因此在整個(gè)脫硫工序

中氧化鋅脫硫槽未參加脫硫，閑置備用。故在工藝流程圖中未畫(huà)出氧化鋅脫硫槽。

2、甲烷蒸氣轉(zhuǎn)化反應(yīng)

(1)一段轉(zhuǎn)化過(guò)程

經(jīng)過(guò)脫硫后的原料氣，一股原料氣直接進(jìn)入在方箱爐里進(jìn)行一段轉(zhuǎn)化。一段

轉(zhuǎn)化的，甲烷蒸氣轉(zhuǎn)化的主反應(yīng)為：

CH4+H2OCO+3H2；M。=206.2。Imol(1)

&

CO+H2O<==>CO.+H2;AH=-41.2V/mol(2)

上述兩反應(yīng)均為可逆反應(yīng)。第一個(gè)式子反應(yīng)吸熱，熱效應(yīng)隨溫度的增加而增

大；第二個(gè)式子反應(yīng)放熱，熱效應(yīng)隨溫度的增加而減小。

在進(jìn)行甲烷蒸氣轉(zhuǎn)化的同時(shí)，可能會(huì)有析碳反應(yīng)產(chǎn)生：

CH4=2H2+C;AH?=74.9V/mol

2CO=CO2+C;AH?=—172.5左J/mol

@

CO+H2=H2O+C;^H=-131.5kJ/mol

以上三個(gè)反應(yīng)為轉(zhuǎn)化反應(yīng)的副反應(yīng)，調(diào)節(jié)蒸氣量和選擇適宜的溫度、壓力可以避

免反應(yīng)發(fā)生。

(2)換熱式轉(zhuǎn)化爐

另一股原料氣則進(jìn)入換熱式轉(zhuǎn)化爐，利用來(lái)自二段轉(zhuǎn)化爐里氫氣燃燒放出的

大量熱量，進(jìn)行甲烷蒸汽的轉(zhuǎn)化反應(yīng)。反應(yīng)方程式以及催化劑、反應(yīng)溫度等都和

一段轉(zhuǎn)化爐里一樣。在像玉龍化工廠這樣的小型合成氨廠，這樣做是為了充分利

用熱能，減少前期資金突入，尤其是天然氣供應(yīng)緊張的現(xiàn)階段。

(3)二段轉(zhuǎn)化過(guò)程

經(jīng)一?段轉(zhuǎn)化后，出口氣體殘余甲烷濃度約為8%-20%,,高溫的一段轉(zhuǎn)化氣

進(jìn)入二段轉(zhuǎn)化爐并加入空氣，利用反應(yīng)熱將甲烷轉(zhuǎn)化反應(yīng)進(jìn)行到底。二段轉(zhuǎn)化

時(shí)，在裝有鎮(zhèn)催化劑床層的上部，一段轉(zhuǎn)化氣與空氣發(fā)生燃燒反應(yīng)：

&

H2+^O2=H2O;^=-2M.SkJ/mol

@

CO+^O2=CO2,\H=-283.2kJ/mol

由于燃燒反應(yīng)放出大量的熱，溫度升高，致使殘余的甲烷得以繼續(xù)轉(zhuǎn)化：

CH,+H2O=CO+3H2

二段轉(zhuǎn)化過(guò)程，是轉(zhuǎn)化氣中的甲烷由8%—20%降至0.5%以下，同時(shí)又向系統(tǒng)

補(bǔ)入氨合成所需要的氮?dú)狻Ｒ驗(yàn)榘焙铣蓪?duì)氫氮比有一定的要求，因此加入的空氣

量基本一定，二段轉(zhuǎn)化爐內(nèi)燃燒反應(yīng)放出的熱量也是一定的。二段爐出口溫度在

810~900℃之間，經(jīng)二段爐轉(zhuǎn)化后，可使轉(zhuǎn)化氣打到下列兩項(xiàng)要求：

(1)氫氮比(分子比)：2.2-2.8；

(2)殘余甲烷(干基):0.3-0.6%0

二段轉(zhuǎn)化爐出口氣體的組成

組分H2COC02CH4N2Ar合計(jì)

進(jìn)口69.010.1210.339.680.87—100

出口56.412.957.780.3322.260.28100

(此表數(shù)據(jù)僅作參考用，非玉龍公司技術(shù)部數(shù)據(jù))

3、轉(zhuǎn)化反應(yīng)的工藝條件(壓強(qiáng)、溫度、水碳比、催化劑)

(1)壓強(qiáng)：1.4—4.OMPa

從甲烷蒸氣轉(zhuǎn)化反應(yīng)的化學(xué)平衡考慮，宜在低壓下進(jìn)行，但在實(shí)際生產(chǎn)中，

轉(zhuǎn)化反應(yīng)多在加壓的條件下進(jìn)行，壓力為1.4—4.OMPa。甲烷蒸氣轉(zhuǎn)化反應(yīng)是體

積增大的反應(yīng)，壓縮天然氣原料氣要比壓縮轉(zhuǎn)化氣省功，且氨合成反應(yīng)又要求在

高壓下進(jìn)行，即原料氣總是要加壓的。提高轉(zhuǎn)化的操作壓力，可以使每噸氨的總

功耗減少，從而降低成本。

(2)出口溫度：一段爐：800℃左右二段爐：900—1000℃

一段轉(zhuǎn)化爐的出口溫度是決定出口組成的主要因素。提高出口溫度，可以降

低殘余甲烷的含量。但提高溫度對(duì)轉(zhuǎn)化反應(yīng)管的壽命影響很大，并且二段轉(zhuǎn)化所

需要熱量完全由空氣的燃燒供給，而空氣量又受合成氣的氫氮比所制約，因此一

段爐的出口溫度-一般控制在800C左右。二段轉(zhuǎn)化爐出口溫度控制著原料氣的質(zhì)

量，按壓力、水碳比和殘余甲烷含量小于0.5%的要求，二段轉(zhuǎn)化爐出口溫度應(yīng)

為900—1000℃?

(3)水碳比：3.5—4

水蒸氣過(guò)量對(duì)轉(zhuǎn)化反應(yīng)有利，且可以防止析碳反應(yīng)發(fā)生。但水蒸氣配入量過(guò)

大，除了經(jīng)濟(jì)上不合理外，不但增加反應(yīng)管系統(tǒng)的阻力，而且增加一段轉(zhuǎn)化爐的

熱負(fù)荷。目前，工業(yè)上水碳比一般控制在3.5—4。

(4)催化劑：銀催化劑

甲烷蒸氣轉(zhuǎn)化在高溫下進(jìn)行反應(yīng)是有利的，但即使在1000C下它的反應(yīng)速

率也是相當(dāng)慢的，需采用催化劑來(lái)加快反應(yīng)速率。對(duì)于甲烷蒸氣轉(zhuǎn)化，鍥催化劑

是最有效的。催化劑常用載體有A1&,CaO,KQ等。催化劑在使用之前，須用

氫氣-水蒸氣或甲烷-水蒸氣在600—800℃下進(jìn)行還原。催化劑的主要毒物是硫

的各種化合物，通常要求原料氣的總含硫量在0.5ppm以下，在此也體現(xiàn)了前面

原料氣脫硫的重要性。

4、轉(zhuǎn)化反應(yīng)工藝流程

連續(xù)蒸氣轉(zhuǎn)化反應(yīng)的工藝流程圖如圖一所示。天然氣經(jīng)壓縮機(jī)壓縮至

1.4Mpa—4Mpa左右，進(jìn)行除油器除油處理后，經(jīng)轉(zhuǎn)化爐的對(duì)流段加熱至

380—400℃后，進(jìn)入鐵鎰系脫硫罐里進(jìn)行脫硫。天然氣脫硫后在3.6Mpa、380℃

條件下配入水蒸氣（水碳比約為3.5）,進(jìn)入對(duì)流段加熱到480—500℃。出來(lái)?yè)Q

熱器后的混合氣分成兩股：?股進(jìn)入對(duì)流段第一組盤管加熱至520℃后進(jìn)入方箱

式一段轉(zhuǎn)化爐管內(nèi)進(jìn)行甲烷轉(zhuǎn)化，離開(kāi)反應(yīng)管底部的轉(zhuǎn)化氣溫度為800—820℃,

匯合于集氣管。沿上升管上升，繼續(xù)吸收一些熱量，使溫度升到850C—860C。

與此同時(shí)，另一股進(jìn)入混合氣預(yù)熱器中預(yù)熱至535℃進(jìn)入換熱式轉(zhuǎn)化爐的轉(zhuǎn)化管

內(nèi)進(jìn)行甲烷轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化完后，配入了少量蒸氣并預(yù)熱到450C的空氣與一段爐的

氣體在二段爐頂部匯合,在頂部燃燒區(qū)燃燒后，進(jìn)入二段爐催化劑床層繼續(xù)反應(yīng),

然后以900-1000C的溫度離開(kāi)二段轉(zhuǎn)化爐。

5、轉(zhuǎn)化爐設(shè)備

一段轉(zhuǎn)化爐即方箱爐，是甲烷蒸氣轉(zhuǎn)化法制氫的關(guān)鍵設(shè)備之一。它包括了轉(zhuǎn)

化管（2X26=52根）與加熱室的輻射段以及回收熱量的對(duì)流段。轉(zhuǎn)化管下部

出方箱爐處為豬尾狀彎管（簡(jiǎn)稱豬尾管），設(shè)置成彎管的目的是，因?yàn)闋t室內(nèi)和

室外的溫差較大，防止金屬管材熱脹冷縮。-一段爐的回收段是為了回收煙道氣的

熱量而設(shè)置的，主要由若干組加熱盤管組成，分別預(yù)熱原料氣、高壓蒸氣、工藝

空氣以及鍋爐給水等工藝介質(zhì)。轉(zhuǎn)化爐管要承受高溫、高壓和氣體腐蝕的苛刻條

件，因而對(duì)金屬材質(zhì)的要求極高。

二段轉(zhuǎn)化爐即換熱式轉(zhuǎn)化爐為一碳鋼制圓筒，內(nèi)襯耐火材料，爐內(nèi)上部有轉(zhuǎn)

化氣與空氣充分混合的空間，催化劑床層的上層為耐高溫的鋁催化劑，下層是鍥

催化劑。

轉(zhuǎn)化系統(tǒng)可回收的余熱較多，控制一段轉(zhuǎn)化爐的排煙溫度，可回收更多的熱

量；二段轉(zhuǎn)化爐后設(shè)置廢熱鍋爐，可以回收高溫轉(zhuǎn)化器的熱量，產(chǎn)生高壓蒸氣，

供后續(xù)工序使用。

（二）、原料氣的凈化

1、一氧化碳的變換

由上面轉(zhuǎn)化反應(yīng)而來(lái)的合成氨原料氣中，含有102T2.95%左右的一氧化

碳。將一氧化碳和水蒸氣的反應(yīng)，把一氧化碳變?yōu)橐子谇宄亩趸?，同時(shí)又

制得氨合成所需要的氫氣。因此，一氧化碳的變換既是原料氣的進(jìn)化過(guò)程，也是

制氫的繼續(xù)。

在工業(yè)中，一氧化碳的變換反應(yīng)是在催化劑存在條件下進(jìn)行的。應(yīng)用以四氧

化三鐵為主體的催化劑，反應(yīng)溫度為360—550℃的過(guò)程稱為中溫變換（簡(jiǎn)稱中

變）。由于反應(yīng)溫度較高，氣體經(jīng)變換后仍有3%左右的--氧化碳。應(yīng)用以氧化銅

為主體的催化劑，反應(yīng)在200—280℃下進(jìn)行,氣體中殘余的一氧化碳可降至0.3%

左右，以滿足后面甲烷化（C0的量不超過(guò)0.3%）的要求此過(guò)程稱為低溫變換（簡(jiǎn)

稱低變）。

(1)一氧化碳變換反應(yīng)

CO+H20CO?+%；AH°=-41.2V/mol

這是一個(gè)等體積、可逆、放熱反應(yīng)。

(2)變換工藝條件

壓力：W4.OMpa

由(1)中方程式可知，該反應(yīng)是一個(gè)等體積反應(yīng)。

所以，壓力對(duì)變換反應(yīng)的平衡幾乎沒(méi)影響，但是加壓可以加快反應(yīng)速率。反

應(yīng)速率約與壓力的0.5次方成正比，一次增加壓力，可以提高單位體積催化劑處

理氣體的能力，即空速隨壓力的增加而增大。壓力對(duì)低變催化劑的反應(yīng)速率的影

響與中變相似，通常壓力隨中變壓力而定，然而，低變壓力還受水蒸氣露點(diǎn)的限

制，一般不超過(guò)4.OMpa。

溫度：中變：450—500℃低變：220—280℃

變換反應(yīng)是可逆放熱反應(yīng)，因而有著最佳的反應(yīng)溫度。實(shí)際生產(chǎn)中，對(duì)于中

變而言，應(yīng)在催化劑活性溫度范圍內(nèi)操作，一般反應(yīng)開(kāi)始的溫度在320—380C,

催化劑熱點(diǎn)溫度在450-500r0對(duì)于低變過(guò)程，催化劑的操作溫度除受本身活

性溫度范圍的限制，還必須高于氣體的露點(diǎn)溫度。一般操作溫度的下限比該條件

的露點(diǎn)高20—30℃。

水蒸氣用量：H20:C0=3—5

增加水蒸氣的用量，有利于降低一氧化碳的殘余量，加速反應(yīng)的進(jìn)行。過(guò)量

的水蒸氣還起到熱載體的作用，可調(diào)節(jié)床層的溫度。但是，水蒸氣的用量是變換

過(guò)程最主要的消耗指標(biāo)，在滿足生產(chǎn)要求的前提下盡可能降低其用量。中變中，

較適宜的水蒸氣比為也0:C0=3—5,低變則不需再添加蒸汽。

(3)變換的催化劑

中變催化劑：以三氧化二鐵為主體，以氧化格為主要添加物的多成分鐵格系催化

劑。該催化劑中的三氧化二鐵經(jīng)還原成四氧化三鐵后才具有活性。

低變催化劑：以氧化銅為主體，還原后具有活性的組分是細(xì)小的銅結(jié)晶-銅微晶。

與中變催化劑相比，低變催化劑對(duì)毒物十分敏感。冷凝水則能使原料氣的微量氨

水，溶解催化劑的活性組分一銅，導(dǎo)致催化劑活性下降，因此，低變操作溫度一

定要高于該條件下的露點(diǎn)。

(4)變換工藝流程

變換工藝流程的，主要是根據(jù)原料氣中一氧化碳含量、溫度和濕含量不同而

不同。

玉龍化工公司采用的是中變-低變串聯(lián)流程。采用此流程，一般與甲烷方法

配合。由于原料氣中co含量較低，中變催化劑只需設(shè)置一段。含一氧化碳

10.00212.95%的原料氣經(jīng)廢熱鍋爐降溫，在壓力3.0Mpa、溫度為370℃下進(jìn)入

中變廢熱鍋爐，經(jīng)反應(yīng)后氣體中一氧化碳降至3%左右，溫度為425—440℃。氣

體經(jīng)中變廢熱鍋爐后，冷卻到330℃。鍋爐產(chǎn)生10.IMpa的飽和蒸汽。氣體加熱

生產(chǎn)工藝氣后被冷至200℃后進(jìn)入低變爐。低變絕熱溫升僅為15—20℃,殘余

CO降至0.3%-0.5%o氣體離開(kāi)變換系統(tǒng)后進(jìn)入脫碳工序。

2、二氧化碳的脫除(MEDA溶液濕法，干法)

制氨原料氣經(jīng)一氧化碳變換后，二氧化碳含量增加。在氨合成之前，須將其

中的二氧化碳脫除。脫除二氧化碳的方法很多，主要是吸收法。玉龍采用的是

MDEA溶液作為二氧化碳的吸收劑，溶液吸收二氧化碳后，在減壓、加熱的條件

下再生，循環(huán)使用，副產(chǎn)品二氧化碳作為尿素合成的原料。(此工序?yàn)槊撎脊ば?

在后面的脫碳中將著重介紹，在此不作過(guò)多贅述)

3、甲烷化

氨合成氣經(jīng)過(guò)一氧化碳的變換和二氧化碳脫除后，尚含有少量殘余的一氧化

碳和二氧化碳。為了防止它們對(duì)合成催化劑的毒害，原料氣在送往合成之前，必

須作最后的凈化處理，使原料氣中的一氧化碳和二氧化碳的總含量低于Wpprno

清除的方法有銅氨液吸收法、甲烷法和液氨洗滌法。

玉龍化工采用的是甲烷化清除殘余的碳氧化物。甲烷化法是利用催化劑使一

氧化碳和二氧化碳加氫生成甲烷的一種方法。此法可將原料氣中碳氧化物總量脫

除到lOppm以下。由于甲烷化過(guò)程中消耗氫氣并生成無(wú)用的甲烷，因此，此過(guò)程

僅適用于一氧化碳和二氧化碳的含量低于0.5%的氣體精制。

(1)甲烷化原理

甲烷化法是利用催化劑使一氧化碳和二氧化碳加氫生成甲烷的一種方法。此

法可將原料氣中碳氧化物總量脫除到lOppm以下。由于甲烷化過(guò)程中消耗氫氣

并生成無(wú)用的甲烷，因此，此過(guò)程僅適用于一氧化碳和二氧化碳的含量低于

0.5%的氣體精制。

反應(yīng)方程式如下：

CO+3H2~~>CH&+H2O,AH◎=-206.2V/mol

CO.+4H2<——>C/f4+2H2。；AH?=-165AkJ/mol

(2)甲烷化的工藝條件

溫度：280—420℃

上述兩個(gè)主反應(yīng)都是甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化的逆反應(yīng)，從熱力學(xué)平衡數(shù)據(jù)上分析，提

高反應(yīng)溫對(duì)甲烷化是不利的。一般反應(yīng)溫度范圍為280—420C,允許的絕熱溫

升為140℃。由于反應(yīng)是強(qiáng)放熱過(guò)程，在3：1的氫氮比中，每轉(zhuǎn)化建的一氧化

碳和二氧化碳的絕熱溫升為72℃和59℃。因此,只需原料氣中的碳氧化物在0.5%

左右，甲烷化放出的熱量就可足夠?qū)⑦M(jìn)口氣體預(yù)熱到反應(yīng)溫度。

壓力：甲烷化的操作壓力隨中低變和脫碳的壓力而定，要求不是很高。

催化劑：以銀作為活性組分

甲烷化的催化劑和蒸汽轉(zhuǎn)化的催化劑一樣，以鑲作為活性組分。但由于甲烷

化的溫度不宜過(guò)高，要在較低的溫度下進(jìn)行反應(yīng)，因此，對(duì)催化劑的活性要求較

高。所以，盡管甲烷化和甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化都是以保為活性組分，但是前者（15%—35%）

鎮(zhèn)的含量要遠(yuǎn)高于后者（10%—15%）。在原料氣還原時(shí)，為避免床層溫升過(guò)高，

這就要求脫碳工段將碳氧化物（主要是二氧化碳）的含量脫洗至0.5%以下。

（3）甲烷化的工藝流程

甲烷化的流程很簡(jiǎn)單，由脫碳崗位送來(lái)的脫碳?xì)猓紫冉?jīng)碳化氣分離器分離

掉油污后，進(jìn)入甲烷化第一換熱器管間與管內(nèi)的凈化氣換熱，然后進(jìn)入甲烷化第

二換熱器管內(nèi)與管間的中變氣換熱，溫度降至280C左右進(jìn)入甲烷化爐進(jìn)行甲烷

化反應(yīng)，出甲烷化爐凈化氣C0+C02W25PPm,溫度為280-310℃。

（4）甲烷化主要設(shè)備：為甲烷化反應(yīng)器及預(yù)熱原料氣和回收熱量的換熱

器。

二、轉(zhuǎn)化工段的參數(shù)及其指標(biāo)

（-）主要設(shè)備參數(shù)

設(shè)備名稱主要設(shè)備型號(hào)與規(guī)格數(shù)量（臺(tái)）

段爐爐管：0124X11X11473其56根1

轉(zhuǎn)換爐爐管：①89X5X10005其52根1

二段爐O2400/02600X20/10X15343V=18.56m31

脫硫槽?1800X20X10450V=15.2m32

混預(yù)器01100/01300X14/10X6857F=56.33m21

轉(zhuǎn)化廢鍋中900X12X7958F=40.7m21

汽包①1200X14X5710V=6.164m31

中變爐02600X20X11230V=19.5m31

主低變爐02400X16X14380V=21.8m31

預(yù)低變爐02400X18X130481

甲烷化爐①1800X322X37910V=4.4m31

甲一換①800X12X7895F=338m21

甲二換0600X14X5500F=21.7m21

中變廢鍋?800X12X5020F=96.Im21

天壓機(jī)型號(hào)：LW-7.6/4-15.6能力：7.8m3/min3

空壓機(jī)型號(hào)：LW-33.5/⑵X能力:33.5m3/min1

引風(fēng)機(jī)型號(hào)：Y4-68NO.12.5D1

能力:43599-79681m3/min

（二）工藝指標(biāo)

指標(biāo)名稱控制范圍

天然氣入系統(tǒng)壓力Wl.45Mpa

空氣入系統(tǒng)壓力Wl.30Mpa

燃料氣入對(duì)流段壓力WO.25Mpa

?段爐進(jìn)口壓力W1.2MPa

甲烷化進(jìn)口壓力Wl.8MPa

低變水分出口壓力W0.8MPa

爐膛負(fù)壓-30?-50Pa

廢鍋蒸汽壓力Wl.56Mpa

脫硫槽熱點(diǎn)溫度340~400℃

一段爐出口溫度W730C

轉(zhuǎn)化爐出口溫度W730℃

空預(yù)器出口溫度W550C

二段爐進(jìn)口溫度>650℃

二段爐出口溫度W870℃

中變爐熱點(diǎn)溫度375?400℃

低變爐熱點(diǎn)溫度185~210℃

甲烷化熱點(diǎn)溫度280~310℃

低變水分出口溫度W40℃

甲烷化水分出口溫度W40℃

水氣比2.9~3.2

煙氣殘氧6.0~8.0%

脫硫槽出口硫含量WO.5Ppm

?段爐出口殘余甲烷7-13%

換轉(zhuǎn)爐出口殘余甲烷14-20%

二段爐出口殘余甲烷W0.6%

中變爐出口co含量W3%

低變爐出口co含量<0.25%

凈化氣含量

CO+co2W25Ppm

入合成補(bǔ)充氣甲烷含量近1.2%

合成進(jìn)塔氣氫氮比2.2?2.8

廢鍋爐水溶解固體物W400mg/l

廢鍋爐水PH值10-12

爐水中PO產(chǎn)含量5~20mg/I

爐水中SiCh含量W50mg/I

汽包液位1/3-1/2

低變廢鍋液位1/2-2/3

脫碳

脫碳工段，是原料氣凈化中的一個(gè)關(guān)鍵工序，它的崗位任務(wù)主要是脫除變換

氣中的C02,保證脫碳?xì)赓|(zhì)量，同時(shí)制備高純度C02供尿素生產(chǎn)使用。原料氣經(jīng)

過(guò)一氧化碳變換后，二氧化碳含量在18%左右，它不僅會(huì)使氨合成催化劑的中毒,

而且會(huì)給清除少量的一氧化碳的過(guò)程帶來(lái)困來(lái)。此外，在玉龍化工廠中，二氧化

碳還是制造尿素、碳酸氫錢等產(chǎn)品的原料。因此，原料氣中的二氧化碳必須出去,

并回收利用。

脫除二氧化碳的方法有很多，常用的是吸收法。玉龍化工廠采取的脫碳方法

有兩種：濕法(又叫MDEA水溶液法)和(干法又叫變壓吸附法)。

1)：濕法脫碳R2CH3N+C02+H20=RWH3NHHCO3

R2CH3N：中文名是N-甲基二乙醇胺

2)：變壓吸附采用氧化鋁，硅膠，活性炭等吸附劑吸收合成氨原料氣中

的二氧化碳，在經(jīng)過(guò)低壓抽吸飽和的吸附劑中的二氧化碳，使吸附劑再生，這是

一個(gè)物理吸收過(guò)程。

由于實(shí)習(xí)期間，正處于天然氣緊張時(shí)期，干法的能耗較大，故公司采用的是

濕法吸收二氧化碳，節(jié)約成本。因此，下面只著重介紹一下MDEA濕法脫碳。

一、MDEA溶液脫碳的基本原理

1、MDEA：【中文名稱】甲基二乙醇胺，通常稱為N-甲基二乙醇胺，是一

種叔胺，它具有有腐蝕性小、不易降解、更易于再生、揮發(fā)性小、水溶性好、脫

除C02性能好等性能。(百度百科)

2、MDEA溶液法：

(1)基本原理：

純的MDEA是不會(huì)與二氧化碳發(fā)生反應(yīng)，因此，將其與鍋爐軟水以一定的

配比形成水溶液與二氧化碳反應(yīng)，反應(yīng)原理如下：

+

co2+H20=H+HCO；------------------(1)

H*+R2cH?N=R2cH3NH*---------------(2)

總反應(yīng)式：R2CH3N+CO2+H2O=RWH3NHHCO3--------(3)

(2)反應(yīng)速率

反應(yīng)(1)受液膜控制,反應(yīng)極慢,反應(yīng)(2)則系瞬間可逆反應(yīng),因此反應(yīng)(1)為

MDEA吸收CO?的控制步驟。為加快吸收速率,在MDEA溶液中加入1%—3%的活化

劑DEA(二乙醉胺R2NH),改變了吸收二氧化碳的歷程，如下所示：

R2NH+C02——>R2NCOOH-----------------(4)

R^NCOOH+R2NCH3+H20fR；NH+R2CH3NH+HCOy--(5)

總反應(yīng)式：R2NCH、+CO2+H2O->R2CH,NH+HCO3——(6)

由反應(yīng)(4)一(6)可知,活化劑吸收了CO?,然后向液相MDEA傳遞CO2,大大加快

了反應(yīng)速率，而