湖北金源化工股份有限公司实习报告

第一章前言 1第二章公司简介 1第三章实习任务 2第四章合成氨的生产工艺流程 2§4.1合成氨原料气制备 3§4.2脱硫 3§4.3变换 4§4.4脱碳 6§4.5压缩 7§4.6氨合成技术 8第五章甲醇的生产工艺流程 9§5.1联醇规模的确定 9§5.2联醇合成工艺流程的选择 9§5.3进入系统的气体的精制和除去有害物质 10§5.4出系统甲醇的水洗回收 10§5.6联醇投产后对合成氨工艺的影响 11第六章氮肥的基本生产工艺流程 11§6.1硝酸铵 12§6.2硫酸铵 12§6.3尿素 13第七章结束语 13第一章前言这次在金源化工厂的生产实习，即是在理论教学之后，通过生产实习的教学环节，使我们能够亲身实践感受化工生产过程及化工单元操作，使我们对化学工程与工艺所涉及的专业领域及概念有进一步的认识，对化工生产的流程、单元操作以及设备的认识从感性到理性，同时，使我们对我们以后所要从事的化工领域有更深入的了解。第二章公司简介湖北金源化工股份有限公司是由原湖北省鄂西化工厂（大二型企业）改制而成的集化工、设计开发、设备制造、建筑安装为一体的股份制企业。位于楚国故都宜城市境内，依山傍水，北邻襄樊，南接荆门，交通十分便利，有丰富的人文资源和优美的自然环境，具有发展化工产业不可多得的地理环境和区位优势。公司占地41.2万平方米，总资产1.77亿元，现有员工1700多人，其中各类专业技术人员619人。主要产品及年生产能力分别为：总氨（合成氨＋粗甲醇）12万吨、复混肥5万吨、稀硝酸12万吨、硝酸铵13万吨、浓硝酸5万吨、精甲醇4万吨、甲醛4万吨、硝酸钠0.4万吨、亚硝酸钠0.4万吨、甲醇钠0.15万吨。其中，主导产品硝酸铵、浓硝酸被湖北省人民政府授予“精品名牌”称号；甲醇产品为国家优等品；公司有六大分厂，设有仪表车间，质检中心，铁路科和硝钾办。公司采用型煤即煤棒做主要燃料。第三章实习任务这次为期半个月的生产实习，我们主要是参观工厂，在工人师傅的带领下，将课本所学知识融入化工实践，了解合成氨、甲醇及氮肥的主要生产工艺流程。通过工人师傅的讲解，弄清楚变换、脱碳及合成等几个主要车间的生产工艺。同时，通过见习让我们认识到书本知识与生产实践的差别。在化工生产实践中，污水处理是化工环保的一个重要方面，我们必须明确化工环保与治理在化工厂所占的重要的地位。第四章合成氨的生产工艺流程合成氨主要采用型煤即煤棒做主要燃料，通入空气及水蒸气，制备原料气，在通过脱硫、变换、脱碳及压缩合成制备合成氨。以型煤为原料合成氨的生产流程如图1所示：图1以煤为原料合成氨厂工艺流程示意图§4.1合成氨原料气制备原料气的制备主要采用煤、焦炭、半焦为原料，利用固体燃料中的有效成分碳，在高温下与氧或含氧化合物如水蒸气反应生成合成氨用的原料气———水煤气、半水煤气。这种制取原料气的方法被称作固体燃料气化法。固体燃料气化制取原料气的方法有3种：（1）固定层煤气炉气化法（2）沸腾层煤气炉气化法。（3）粉煤气流式气化法。化学反应方程式如下：C+HO(g)CO+H表1水煤气生产的原料气成分表2半水煤气生产的原料气成分§4.2脱硫原料气中的有机硫化物主要有硫氧化碳、二硫化碳、硫醇、硫醚、噻吩和氢化噻吩。硫化物对合成氨生产的主要危害如下。1、毒害催化剂合成氨生产中常用的烃转化催化剂，高温变换和低温变换催化剂、甲烷化催化剂以及氨合成催化剂中的活性组分都能与HS反应生成金属硫化物，而使催化剂的活性下降、强度降低，严重地影响催化剂的使用寿命。2、腐蚀设备含有HS的气体在有水分存在的条件下，溶于水生成硫氢酸，能与金属设备、管道生成相应的金属硫化物而造成腐蚀。其腐蚀程度随气体中分压增高而加剧。同时，腐蚀产物硫化铁在水中与氧可以进一步反应生成硫酸或连多硫酸。在高温、高压操作环境中，连多硫酸是造成不锈钢设备的焊缝应力区腐蚀破裂的重要因素。3、污染溶液在铜洗溶液中，HS可与铜液中的Cu和Cu作用生成CuS沉淀,这不但增加了铜耗，而且破坏了铜液的正常组成，降低了铜液吸收的能力。同时，生成的沉淀会堵塞设备、管道，严重时可造成精炼气带液。在脱CO的工艺过程中，HS被溶液吸收同时生成硫氢酸盐，能使溶液的表面张力下降，造成脱碳系统的拦液、带液，严重影响正常操作，使生产负荷下降。4、污染环境HS是剧毒物质，人体吸入微量即出现头痛晕眩等症状，吸入较多可致猝死。而且HS比空气重，放空或设备、管道泄漏出来的气体中的HS均沉积于地面，对环境造成不同程度的污染。根据国家工业卫生标准，大气中HS不许超过10mg/m5、降低产品质量、§4.3变换用不同原料制得的合成气中都含有大量的CO,CO对于氨合成催化剂有严重的毒害,可利用CO变换反应除去，CO与水蒸汽在催化剂上变换成CO和氢气。由于氢气是合成氨的有效成分，而CO的除去要比CO容易得多，因此，希望CO变换反应进行得愈完全愈好。早期使用的高温变换催化剂只能使CO含量降低至2～4%，残余的CO需用铜氨液或液氮除去。60年代研究成功CO低温变换催化剂，使变换后气体中的CO含量降低至0.2～0.5%，残余的CO可用甲烷化等方法除去，从而使合成氨生产的工艺大为简化。“变换”岗位是合成氨工段的一个中间环节，目的是利用一氧化碳与水蒸气反应得到氢气，采用DCS自动化操作系统。DCS系统操作，主要检测的是CO含量和触媒温度。通过调节温度和水蒸气加入量来调节三低变出口CO的含量，使其不超过6.0%，该数值是根据后续生产甲醇的量来确定的。控温主要是控制温度使其在触媒的活性范围里，温度过高或过低都不利于触媒的催化活性。1、生产原理：半水煤气中的一氧化碳与水蒸汽在催化剂的作用下发生反应转化成氢气和二氧化碳。CO+HO(g)CO+H2、反应机理：[K]+HO(g)=

[K]O+H[K]O+CO

=[K]+CO

[K]——催化剂

O——吸附态氧3、

煤制气的变换流程半水煤气由压缩机加压至2.06MPa，经脱硫后进入饱和塔，与塔顶喷淋下来的170℃热水逆流接触，从饱和塔顶出来的半水煤气被加热到160℃左右，并带出一定数量的水蒸汽，再从外界往气体中添加一部分蒸汽，使蒸汽与煤气之体积比达1：1.1，然后进入高温变换热器的管间，将湿煤气加热到350℃，进入变换炉上段进行CO变换反应。从变换炉上段出来的460℃变换气，进入换热器，使变换气的温度降至410℃，送入变换炉下段进行变换反应。变换炉出来的变换气温度为420℃，换热后温度降至在饱和热水塔内的水是循环使用的，热水塔的水进入热水泵加压，通过水加热器管内，被变换气加热到170℃,从顶部进入饱和塔，随即水从饱和塔底部出来，通过一个U加压变换典型流程图如图2：图2煤制气的变换流程§4.4脱碳在合成氨生产过程中，经变换后气体中一般含有的二氧化碳，它不仅会使氨合成催化剂中毒，而且给清除少量一氧化碳过程带来困难。采用铜氨溶液洗涤法时，二氧化碳能与铜氨液中的氨生成碳酸铵结晶，堵塞管道和设备；采用液氮洗涤法时，二氧化碳容易固体为干冰，也会堵塞设备和管道；在甲烷化过程中，二氧化碳过多消耗大量氢，又生成无用气体甲烷。此外，二氧化碳又是制造尿素、纯碱、碳酸氢铵、干冰等产品的原料。因此，合成氨原料气中的二氧化碳必然除去，并应回收利用。习惯上把脱除气体中二氧化碳的过程称为脱碳。脱碳的方法很多，但均为溶液吸收法。根据所用吸收剂性质的不同，可分为物理吸收法、化学吸收法和物理化学吸收法。1、物理吸收法是利用二氧化碳比氢、氮在吸收剂中溶解度大的特性，除去原料气中二氧化碳。常用的方法有加压水洗法、低温甲醇法、碳酸丙烯酯法和聚乙二醇二甲醚法。碳酸丙烯酯法与聚乙二醇二甲醚法脱碳过程基本相同，他们的优点是对二氧化碳、硫化氢等酸性气体，有较大的溶解能力，且无毒、无腐蚀性，因此有部分中小型氨厂采用此法。低温甲醇洗法是在低温下，用甲醇脱除原料气中二氧化碳、硫化氢等酸性气体。甲醇吸收能力大，气体净化度高，我国以重油和煤气为原料的大型氨厂，均采用低温甲醇洗法脱除原料气中酸性气体。加压水洗法是应用较早的一种脱碳方法，优点是水源丰富，流程简单，但动力消耗大，近年逐渐被先进的脱碳方法取代。2、化学吸收法是二氧化碳与碱性溶液进行化学反应而被除去，常用的有氨水法、热钾碱法和乙醇胺法等。氨水法是用浓氨水与二氧化碳进行碳化反应，不仅将原料气中二氧化碳除去，同时将氨加工成碳酸氢铵肥料。我国绝大多数小型氨厂及部分中型氨厂，采用氨水法脱碳。热钾碱法是用加有活化剂（催化剂）的碳酸钾溶液，脱除原料气中二氧化碳。活化剂的种类有多种，例如以氨基乙酸为活化剂时，称为氨基乙酸催化热钾碱法，亦称为氨基乙酸法或无毒脱碳法；以二乙醇胺为活化剂，称为二乙醇胺催化热钾碱法，亦称为本菲尔法。我国以天然气和轻油为原料的大型氨厂，以及部分中型氨厂，均采用热钾碱法脱碳。乙醇胺属于碱性有机化合物，能与原料气中二氧化碳进行化学反应而达到脱碳的目的。3、物理化学吸收法即脱碳时既有物理吸收又有化学吸收，常用的方法为环丁砜法，吸收剂为环丁砜和烷基醇胺的水溶液。环丁砜为物理吸收剂，烷基醇胺（常用的为一乙醇胺、二异丙醇胺等）为化学吸收剂。金源化工厂采用低温甲醇洗涤法脱除二氧化碳。工艺流程如下：图3低温甲醇洗涤法脱除二氧化碳工艺流程图甲醇洗涤二氧化碳的流程有两种类型：一种是适用于单独脱除气体中的二氧化碳，或处理只含有少量硫化氢的气体；另一种是适用于同时脱除含硫化氢和二氧化碳的原料气，再生时可以分别得到高浓度的二氧化碳和硫化氢。压力约2.5MPa的原料气，在预冷器中被净化气和二氧化碳气冷却到-20℃后，进入吸收塔下部。在此与由吸收塔中部加入的-75℃的甲醇溶液逆流接触，大量二氧化碳被吸收。由于二氧化碳溶解时放热，塔底部排出的甲醇溶液（称为富液）温度升到-20℃。将该溶液送到闪§4.5压缩合成氨生产过程中，压缩机装置起着输送原料气和提高气体压力的作用。压缩机的生产能力及动力消耗是决定合成氨产量及成本的关键。因此，维修人员必须提高检修质量，操作人员必须精心操作。从而保证压缩机组的正常运转，充分发挥设备能力。经过脱碳后的原料气压力≤3.0MPa,温度≤40℃,首先进入四段前水分离器，然后进入四段缸和平衡段缸；经四段和平衡段缸压缩后的气体压力为6.0～8.0MPa，温度≤150℃进入四段缓冲器、四段冷却排、四段油、水分离器，温度降至50℃，进入五段缸；经五段压缩后的气体压力为14.0～18.0Mpa，温度≤150℃，进入五段缓冲器、五段冷却排、五段油水分离器，温度降至，再进入六段缸；经六段压缩后的气体压力为≤32MPa，温度≤120℃，进入六段冷却排、六段冷却排、六段油水分离器进行最后的油水分离，通过六段单向阀送往铜洗系统精制，除去CO和O及残余图4带控制点的1266/320型压缩机气体流程图§4.6氨合成技术合成原理氨合成反应为：H+NNH反应系摩尔数减少的放热可逆反应，压力高、温度低时，低的惰性气含量和合适之氢氮比(2.9～3.0),有利于平衡氨含量的提高。第五章甲醇的生产工艺流程§5.1联醇规模的确定联醇规模的确定,也就是醇氨比(实际上是醇与总氨的比例)。最经济的联醇规模,在不增加脱碳能力或降低尿素产量,把变换剩余的CO使之合成甲醇,作为副产品,这时醇氨比在10%~20%,合成氨的经济效益最好。但这样的比例形不成生产规模,经不起市场变化。当甲醇利润高,而化肥利润率低迷时,却无法提高甲醇产量。因此考虑联醇规模时,还应考虑甲醇的市场前景。可过高的醇氨比又使造气煤耗增加,增加脱碳的消耗和甲醇合成循环机的电耗等,而成本上升,影响合成氨的综合效益。合成氨企业总体规模不大时,一般醇氨比在40%~50%,总体规模较大时醇氨比不超过40%。对新建厂而言还考虑投资回报率,醇氨比过高,不如搞联氨工艺了,即单醇联产合成氨。§5.2联醇合成工艺流程的选择合成氨的联醇之甲醇合成工艺,金源化工是把甲醇合成设置在铜洗之前,即压缩机五段或六段出口处。甲醇合成工艺流程目前有下列三种。普遍的是合成塔内自设换热器,无热量回收,压缩来的气体与循环气混合进入油分,分二路,主线进合成塔筒体与内件夹套后入下部换热器,副线直接入塔底进入中心管与换热后的气体混合后入内件的催化剂筐内。而出塔的含有甲醇的气体直接进入水冷器,冷却后在醇分分离甲醇后一路去铜洗,另一路进循环机加压后再回到油分。醇分分离的粗醇再进一步经精馏后作产品销售。

合成塔内自设换热器占据了高压空间,使催化剂装填量减少,另外由于主副线气量调节有限而使该流程进塔CO的高限值受制约,而调节幅度降低,为此出现了第二种流程,设置塔外换热器。压缩来的气体与循环气混合进入油分,主线经换热器提温后进合成塔筒体与内件夹套,后进入内件中心管到催化剂筐,副线可直接进内件中心管与主线气混合入催化剂筐,出塔气进换热器后去水冷器、醇分。此流程与前不同的是把内件里的换热器移到塔外,使合成塔高压空间得到充分利用,调节幅度比以前更大了。但该流程中要注意的是塔出口温度超过200℃以上,也就是合成塔出口到换热器进口及合成塔底部和换热器底部要接触超过200℃以上的气体,其材质必需是耐热合金钢。为此该流程大部分都是在合成塔内保留部分换热器,使出塔温度不超过200℃而解决。这样的流程与前流程无大的区别,热量均未利用,仅改变和增加了调节手段,增加了甲醇产量。

第三种工艺§5.3进入系统的气体的精制和除去有害物质硫及硫化物、氯及氯化物、羰基金属化合物、微量氨、油污等都是对Cu、Zn、催化剂极其敏感,容易中毒失活,因此入系统前必需对原料气进行净化精制处理。原料气中的氨来源于合成氨的碳化工序,使三段入口到甲醇合成系统进口带氨,为此我们在合成工序的油分前加设除氨洗涤分离器装置,目前有二种方法:一是用洗涤塔加水喷淋,连续加水、连续排放,但由于水量很小,而效果较差;或保持一定液位气体鼓泡吸收,间断加水、间断排放,效果是时好时坏。二是专用的高压吸收装置,设在进口管线上,高压水成雾状与气体充分混合接触而除氨,到氨洗分离器里分离液体,这样效果较好。§5.4出系统甲醇的水洗回收由于水冷后在气体中还有一定的未冷凝的甲醇平衡蒸气分压,如40℃时有0.28%甲醇蒸气,30℃时0.17%甲醇蒸气,再加上醇分分离效果差,醇后气中夹带甲醇雾沫,则损失相当可观。因此一般醇后气送出系统前还应回收甲醇,甲醇很易溶解在水中,稀甲醇上的气相中甲醇平衡浓度要低一个数量级。普遍都是用高压水在高压吸收器中吸收。在分离器里得到5%左右的稀甲醇液,可用作甲醇精馏的萃取水。也有在此设水洗涤塔(与氨洗同样处理)而进行回收。别小看这区区的0.17%(30℃时),以回收80%计,每小时24000Nm气量的企业,一天能回收1.1t甲醇(折合成100%)。同时加水洗回收甲醇后可减少铜洗清洗的负荷,减少对氨合成催化剂的影响。

§3H+N→2NHCO+2H→CHOH比较中可看出生成一个NH是消耗1.5H,而生成一个CHOH,消耗的3个H(CO在变换工序经变换是一个CO变换一个H),生产一个CHOH相当于消耗了二个NH的H,也就是联醇生产一吨甲醇会减少1.06t液氨[(2×17)÷32=1.06]。就尿素厂而言,本来就全都脱碳,上联醇后减少了氨产量,也就是减少了尿素产量。而对碳铵厂来说,原来的碳化工序是一个碳消耗一个氨,平衡下来搞得好应有10%左右的剩余氨,10%剩余氨去联产甲醇,可以不必开脱碳。再增加甲醇产量就使氨碳不平衡,因此必须在原来碳化基础上再增加脱碳工艺,才能使工艺平衡。脱碳工艺方法较多,现在比较流行的变压吸附脱碳,在此特别提醒大家注意一个问题,不上甲醇时,变压吸附脱除CO时损失一部分CO是无关紧要,有利无弊,而在上联醇时,又要提高CO含量进行脱碳,若损失CO这就使甲醇成本上升,一定要在变压吸附时尽量提高CO的回收率。§5.6联醇投产后对合成氨工艺的影响由于甲醇合成比氨合成多耗氢而不耗氮,随醇氨比的增加,必须提高原料气中氢含量和降低氮含量,造气炉的发气效率和发气量会下降,给造气操作增加了难度,不易调整醇后气中氢氮比,且原有造气炉装置可能会显示能力不够。甲醇合成对变换工序是减轻了变换的生产负荷,降低了蒸汽消耗,变换阻力也下降了。但在较大的醇氨比时,变换出口CO提得较高时,变换不是全低变系统,要注意的是,不可用减外加蒸汽的方法提高变换气中CO,会使中变进口蒸汽比过低产生问题。所以此时最好采用中变出口的近路来调节CO。当然若是全低变工艺时只要严格稳定控制蒸汽比,就能达到自如控制出口CO。甲醇合成的投入,精炼的气体洁净了,而且精炼的负荷降低,铜耗、电耗下降,且确保了合成进口的微量指标,至于微量甲醇进入铜液中未见有不良现象。第六章氮肥的基本生产工艺流程用氨和其他原料可生产氮肥。固体氮肥的物理性质如图5：图5固体氮肥的物理性质§6.1硝酸铵硝酸铵（NHNO）是一种在合成氨厂中制造的较为合理的固体肥料品种。氨先制成硝酸，然后再加入氨进行中和制得硝酸铵。硝酸铵是一种含350克N/公斤（35%N）的白色固体结晶。（用调理剂包裹后的肥料品位含33.5～34.0%N）。生产的硝酸铵约有75%是用于制造达纳炸药，高性能爆炸物，固体火箭推进剂；它同约6%燃料油（重量）混合后可作为达纳炸药的代用品。氨和硝酸反应生成硝酸铵是一个简单的酸碱中和反应：HNO+NHNHNO§6.2硫酸铵农用硫酸铵【(NH)SO】大多数是生产焦炉气和生产已内酰胺的副产品，但也可通过合成制得。不论是哪种NH来源，其反应都是相同的。2NH+HSO(NH)SO硫酸铵是一种白色的固体结晶，在水中的溶解度比