四川大学化工实习报告

目录

实习概况

1、对生产实习的认识.................................................4

2、生产实习安排.....................................................4

3、生产单位实习概况.................................................4

3.1、工厂性质.....................................................4

3.2原料加工方法，产品，规模......................................4

3.2.1、产品、规模：.............................................4

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

3.3、技术特点....................................................5

3.4、发展历史及技术进步情况......................................5

实习内容

1、整个生产过程概述.................................................6

1.1、流程图......................................................6

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

2、转化...........................................................8

2.1、造气（原料气）...............................................8

2.1.1、原料气的制取.............................................8

2.1.2、原料气的净化............................................11

2.2、转化工段的参数及其指标......................................14

2.2.1主要设备参数.............................................14

2.2.2工艺指标.................................................14

3、脱碳..........................................................16

3.1、MDEA溶液脱碳的基本原理....................................16

3.2、MDEA工艺流程..............................................17

3.2.1、净化气的分离...........................................17

3.2.2、吸收剂的循环............................................17

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

3.3、脱碳工艺的设备.............................................17

3.4、MDEA溶液工艺特点..........................................18

3.5、脱碳工艺指标...............................................18

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

4.1、合成的基本原理及工艺条件...................................19

4.1.1＞氨合成反应的特点........................................19

4.1.2、氨合成的工艺条件........................................19

4.2、氨合成的工艺流程............................................21

4.2.k氨合成的基本工艺步骤....................................21

4.2.2＞氨合成的工艺流程........................................23

4.3、氨合成系统的设备及其特点....................................24

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

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

4.3.3＞氨分离器................................................26

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

4.3.5、冷凝塔（冷交换器）.....................................26

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

4.5.1、合成氨工艺指标..........................................27

4.5.2、合成车间工艺指标........................................27

4.6、主要设备参数...............................................29

4.6.1合成I的设备参数.........................................29

4.6.2合成II的设备参数.........................................29

4.7、物料平衡和热量平衡.........................................30

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

4.7.2、热量衡算................................................32

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

5.1、尿素合成的基本原理及工艺条件................................33

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

5.1.2、尿素合成的工艺条件......................................34

5.2、尿素合成的工艺流程.........................................35

5.2.1、原料的压缩和净化.......................................35

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

5.2.3、循环回收...............................................36

5.2.4＞尾气的吸收与解吸........................................37

5.2.5、尿素的加工（蒸发和造粒）...............................37

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

5.2.7、循环水冷却.............................................38

5.2.8、脱盐水.................................................38

5.3、尿素合成的主要设备.........................................38

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

5.3.2、一段分解系统设备.......................................38

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

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

5.3.5、蒸发器.................................................39

5.4、尿素的工艺指标.............................................39

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

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

6.1.1、浓氨水的来源...........................................41

6.1.2、碳化反应的过程.........................................41

6.2、碳化的工艺流程.............................................42

6.3、碳化设备的主要特点.........................................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、碳化的工艺指标..............................................43

7、锅炉..........................................................44

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

7.2、锅炉的蒸汽参数：容量、蒸汽压力、蒸汽温度和给水温度。......44

7.3、锅炉的主要工作过程：.......................................44

7.4、工艺流程图.................................................44

7.5、锅炉及其设备...............................................44

7.5.1、锅体.....................................................45

7.5.2、辅助装置...............................................45

8、脱氧软水........................................................45

8.1、脱盐水工段.................................................45

8.1.1、脱盐水各工序的基本原理及其反应.........................46

8.1.2、脱盐水工艺流程.........................................47

8.1.3、主要装置...............................................47

8.1.4、工艺指标...............................................47

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

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

8.2.2、工艺流程...............................................48

8.2.3、主要设备...............................................48

9、空气压缩........................................................49

9.1、基本工艺原理...............................................49

9.2、空气流程...................................................49

9.3、主要设备参数...............................................49

10、污水处理.......................................................51

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

10.2、工艺流程..................................................52

10.3＞工艺指标...................................................52

10.4、主要设备...................................................52

11、膜分离.........................................................52

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

11.2、工艺流程..................................................53

11.3、主要设备..................................................54

体会和建议

1、生产实习体会....................................................56

2、生产实习建议...................................................56

参考资料...........................................................58

附图...............................................................59

实习概况

一、对生产实习的认识

我们在学校里学习理论知识已经有15年左右的时间，进入大学学习也有三

年多了。真正迈向社会，实习的时间少之又少。接触化工这个专业已经三年多了，

甚至于我实习过后才明白，化工不等于化学。在学校里学到了大量相关的基础理

论知识，例如：《物理化学》、《化工原理》、《化工热力学》等专业基础课程，也

在实验室做过实验，但是，真正的工业化生产只是在老师的课件或者说媒体上了

解了一些。

相信通过此次在工厂车间的参观实习和跟班实习，可以进一步印证、加深对

基础理论知识的理解和巩固，扩大知识面；也能从实习中了解对化工厂的必备生

产环境、设备、过程及方法特点，将理论知识与实际生产联系起来，认识实际生

产和实验室操作的区别，有助于获得对专业的感性认识和培养专业兴趣，从工人

师傅那学到更多的知识以及他们对生产的高度责任心、爱业敬业的精神，锻炼运

用所学知识观察分析实际问题、勇于探索和积极进取的创新精神；提高基本素质

和工作的竞争能力，为将来的就业打下基础。

二、生产实习安排

参加实习人员：工艺专业1、3班全体学生

实习时间：2月22日―3月1日

实习地点：成都市青白江区成都玉龙化工公司

实习内容：对合成氨的转换、脱碳、碳化、合成I、合成II、尿素，锅炉，软水,

污水处理等几个岗位进行轮班实习，了解各工段基本原理、工艺流程

等。

三、生产单位实习概况

（一）、工厂性质

成都玉龙化工有限公司，位于四川省成都市青白江区，占地面积300多亩，

现总资产3.2亿元，具有年产10万吨合成氨，13万吨尿素，10万吨碳氨，10万吨

复合肥的化肥生产能力，系四川省化工重点企业。主导产品尿素是四川省优质产

品，碳钱是原化工部优质产品，“裕农”牌化肥畅销省内外，深受用户喜爱。公

司还有压力容器设计制作、石油化学工程施工能力。新开发的水处理剂产品受到

用户普遍欢迎，丙稀酸特种橡胶系列产品能替代进口产品。

公司坚持开发，节约，环保并重，走科技发展之路，在不断深化企业改革，

强化内部管理的同时，先后投资两亿多元进行技术改造，扩大生产规模，淘汰能

耗高以及环境污染重的老工艺和装置，装置水平和产品质量不断提高，能源消耗

不断降低，效益近几年持续增长，2007年实现利税6000多万元，2007年环境治理

成效显著，废水废气废渣等各项环保指标做到达标排放，实现可持续发展。

（二）原料加工方法，产品，规模

1、产品、规模：

成都玉龙化工有限公司年产合成氨10万吨、尿素13万吨、碳镣10万吨。玉龙

公司控股1个子公司和3个分厂，成都科创精细化工有限公司生产水处理剂、聚丙

烯酸脂特种橡胶等多种精细化工产品，成都化肥厂生产尿素和碳钱；成都玉龙化

工有限公司复合肥分厂生产复混肥；宝鸡市川龙化工有限公司生产碳铁、甲醇、

初甲醇。

2、原料加工方法：

原料气制备：将天然气等原料制成含氢和氮的粗原料气。工业中利用二段蒸汽

转化法制取合成气。

合成氨的生产方法：合成气经过中、低温转变，脱碳，甲烷化后，加压进入合成

塔内。在高温高压，铁催化剂下，反应生成合成氨。

尿素的生产方法：用液氨和脱碳的二氧化碳为原料，在高温高压条件下直接合成

尿素。

碳铁：攀成钢输送过来的窑气同三聚鼠胺的副产物氨水反应，生成碳酸氢铁。

（三）、技术特点

近儿年来,玉龙共筹措资金达一亿多元投入到技改、扩建中，先后组织了‘'合

成铁四改六”、“尿素六改十”、“双一段直接转化”等六大项目的技改工程，对原

来落后的工艺间歇转化改为连续转化，使之节省资源和合理利用资源，降低能耗,

注重环保,提升效益。

（四）、发展历史及技术进步情况

玉龙化工有限公司的前身是1958年全国首批建起的13家小型氮肥厂之一。

后来更名为成都化肥厂，在全国很有名气。40多年的艰苦创业，公司多次受到

原化工部、四川省和成都市各级领导的表彰，荣获原化工部首批命名的〃六好企

业"、”精神文明工厂"、"全国环境优美工厂''等殊荣''裕农"牌碳钱、尿素获部优、

省优98年以来公司不断进行技术改造，先后采用四套先进的进口和国产DCS计

算机控制系统，使产品产量、质量不断提高，成本不断降低。

在〃质量第一、用户至上”的生产经营宗旨指导下，产品深得用户好评和市场

亲睐，2001年荣获四川化学原料及化学制品制造业工业企业最大市场占有份额

30强，2002年公司〃裕农”牌尿素被四川省质量技术监督局列入免检产品，2003

年被评为成都市模范企业。

实习内容

整个生产过程概述

一、流程图

产品产品产品碳铁产品

总流程简图

二、概述

1、转化：

天燃气（主要成分甲烷）分为工艺天然气和燃烧用天然气两部分进入转化工

段进行造气。第一部分工艺天然气首先经脱硫工序脱除H2s及其它硫化物后，与

水蒸气混合，在一段转化炉的反应管中进行转化反应，产生H2,CO,C02及其未

反应的甲烷和水蒸气。由于转化反应是强吸热反应，因此在反应管外将第二部分

燃烧用天然气与一部分工艺空气燃烧供热。

一段转化气进入二段转化炉中，引入另一部分工艺空气在炉中燃烧一部分

H2,放出大量的热以供进一步转化反应，与此同时将氮气引入了系统，消耗了氧

气。经过二段转化炉过后，转化气中含有大量的H2,N2,CO,CO2及其极少量的

惰性气体和未反应的甲烷。

转化气再经过中变炉和低变炉分别进行高温变换和低温变换（可简称高变和

低变）。该过程主要将一氧化碳与转变成二氧化碳，防止合成氨反应中的催化剂

中毒；同时，CO和H20反应生成了部分合成氨原料气之一的H2。

上述三大工序构成了玉龙公司合成氨厂的造气系统，为合成氨提供了粗原料

气，含有大量的H2,N2,C02及其极少量的惰性气体，CO和未反应的甲烷。

2、脱碳:

粗原料气经管道输送到脱碳工段进行脱碳。用MEDA作为溶剂吸收掉大量的

C02,C02经解吸加压输送到尿素工段合成尿素。

脱碳过后的原料气（简称脱碳气）则输送回转化工段进行甲烷化工序。甲烷

化是将少量的CO,C02与水反应转化成甲烷和水蒸气。水蒸气经分离后排除，甲

烷是对合成氨反应无影响的气体。其中，脱碳和甲烷化合成为合成气净化，即将

粗原料气净化成合成氨反应需要的，对设备和催化剂无负面影响原料气混合气。

3、合成：

经过甲烷化后的原料气作为补充气输送到合成氨工段，与合成塔内出来的未

反应的原料气混合输入合成塔内反应。生成的氨气经过加压液化后，一部分可直

接作为液氨产品，另一部分输送到尿素工段参与尿素的合成。

4、尿素：

来自于脱碳工段的C02和合成氨工段输送过来的液氨，在催化剂和高温高压

的作用下合成尿素。部分未反应完的C02则输往下一工段，碳化工段。这个工段

的产品尿素，在熔融状态下输送到三聚鼠胺工段，生产三聚氟胺。

5、碳化：来自于攀成钢的C02（每年8万吨左右）经三聚氟胺工段反应产出的

浓氨水吸收生成碳酸氢钱，碳酸氢钱经由离心分离，干燥后直接作为化肥产品。

6、锅炉、软水、空压：三个工段分别为以上各个工段提供蒸汽，脱氧软水以及

空气的压缩。

7、污水处理:该工段处理以上各个工段来的污水。

备注：三聚氟胺工段处于技术保密阶段，未进行实习，在此也不赘述。

转化

转化工段是合成氨厂中最重要的工段，它的主要任务是以天然气为原料和燃

料，在铁镒脱硫剂和氧化锌脱硫剂作用下，将天然气中的有机硫和无机硫脱除到

0.5ppm以下，通过配入一定量的蒸气和空气在一、二转化触媒和一定的温度条

件下将甲烷转化为氢气、一氧化碳、二氧化碳，制取合成氨所需要的氢气和氮气,

在一定的温度和变换触媒的催化作用下，使一氧化碳变换成二氧化碳和氢气，为

尿素车间提供富余的中压蒸气，同时净化脱碳气中残余的二氧化碳和一氧化碳，

为后工段输出合格的低变气和净化气。

一、造气（原料气）

下面将着重介绍该工段的相关原理和工艺流程

原料气是重要的氨合成原料，主要是氢气和氮气。制造原料气的原料很多，

主要是一些含碳氢化合物的焦炭、无烟煤、天然气、石脑油、重油等。原料气气

的生产工艺主要随生产原料的不同而不同，但无论采用何种流程都可以将生产方

法归纳为以下两个主要步骤。

（1）原料气的制取。即合成氨所需的氢气和氮气。现在工业上普遍采用焦

炭、无烟煤、天然气、石脑油、重油等含碳氢化合物的原料和水蒸气、空气作用

的气化方法制取。

（2）原料气的净化。无论选择什么原料得的原料气都含有硫化合物、一氧

化碳、二氧化碳等，这些杂质都是氨合成过程中催化剂的毒物。因此，在原料气

输送去氨合成之前，必须将其中的杂质出去。

（一）、原料气的制取

1、原料气的净化

原料气中普遍存在着无机硫（H2S）和有机硫（硫醇、嚷吩等）。硫是许多工

业催化剂的毒物，它主要是与催化剂活性中心发生有害的化学吸附或化学反应，

致使催化剂失活。

来自天然气压缩机的原料天然气中，总硫含量W20mg/m3。该工序的目的就是

原料气的脱硫，净化甲烷（含硫量W0.5ppm）。

（1）常用脱硫比较（干法与湿法）

玉龙化工厂的这套装置中，采用的是干法脱硫方法。干法脱硫是将原料气通

过装有固定脱硫剂的床层脱除硫化物。该方法能够达到的脱硫精度在

0.1—0.5ppm,气体的净化度较高。

与干法对应的就是湿法脱硫，是用液体吸收气体中的硫化物，此法适用于气

体含硫量高而对净化度要求不高的场合。脱硫精度在20ppm左右。

（2）脱硫原理

采用铁镒系脱硫剂作为有机硫的脱硫剂。它是一种转化型的脱硫剂，在

350—400℃,能够脱除嚷吩外的所有硫化物。反应方程式如下：

RSH+H2fH2S+RH

HS+MnO-MnS+HO

铁钻镒催化剂的作用下，2大约还剩W5Ppm2M硫化氢，在氧化锌催化剂作用下发生

下述脱硫反应而被吸收，反应方程式如下：

H2S+ZnO-ZnS+H2O

C2H5SH+ZnOfZnS+C2H4+H2O

在氧化锌脱硫剂作用下吸收速度极快，因而脱硫沿气体流动方向逐层进行，

最终硫被脱除至0.5ppm以下。

在许多时候，由于天然气本身含硫量比较小，经铁镒系脱硫剂脱硫后的原料

气含硫量已达到0.5ppm以下，满足净化原料气的要求了。因此在整个脱硫工序

中氧化锌脱硫槽未参加脱硫，闲置备用。故在工艺流程图中未画出氧化锌脱硫槽。

2、甲烷蒸气转化反应

(1)一段转化过程

经过脱硫后的原料气，一股原料气直接进入在方箱炉里进行一段转化。一段

转化的，甲烷蒸气转化的主反应为：

CH4+H2OCO+3H2；M。=206.2。Imol(1)

&

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

上述两反应均为可逆反应。第一个式子反应吸热，热效应随温度的增加而增

大；第二个式子反应放热，热效应随温度的增加而减小。

在进行甲烷蒸气转化的同时，可能会有析碳反应产生：

CH4=2H2+C;AH®=74.9V/mol

2CO=CO2+C;AH®=—172.5左J/mol

@

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

以上三个反应为转化反应的副反应，调节蒸气量和选择适宜的温度、压力可以避

免反应发生。

(2)换热式转化炉

另一股原料气则进入换热式转化炉，利用来自二段转化炉里氢气燃烧放出的

大量热量，进行甲烷蒸汽的转化反应。反应方程式以及催化剂、反应温度等都和

一段转化炉里一样。在像玉龙化工厂这样的小型合成氨厂，这样做是为了充分利

用热能，减少前期资金突入，尤其是天然气供应紧张的现阶段。

(3)二段转化过程

经一•段转化后，出口气体残余甲烷浓度约为8%-20%,,高温的一段转化气

进入二段转化炉并加入空气，利用反应热将甲烷转化反应进行到底。二段转化

时，在装有镇催化剂床层的上部，一段转化气与空气发生燃烧反应：

&

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

@

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

由于燃烧反应放出大量的热，温度升高，致使残余的甲烷得以继续转化：

CH,+H2O=CO+3H2

二段转化过程，是转化气中的甲烷由8%—20%降至0.5%以下，同时又向系统

补入氨合成所需要的氮气。因为氨合成对氢氮比有一定的要求，因此加入的空气

量基本一定，二段转化炉内燃烧反应放出的热量也是一定的。二段炉出口温度在

810~900℃之间，经二段炉转化后，可使转化气打到下列两项要求：

(1)氢氮比(分子比)：2.2-2.8；

(2)残余甲烷(干基):0.3-0.6%0

二段转化炉出口气体的组成

组分H2COC02CH4N2Ar合计

进口69.010.1210.339.680.87—100

出口56.412.957.780.3322.260.28100

(此表数据仅作参考用，非玉龙公司技术部数据)

3、转化反应的工艺条件(压强、温度、水碳比、催化剂)

(1)压强：1.4—4.OMPa

从甲烷蒸气转化反应的化学平衡考虑，宜在低压下进行，但在实际生产中，

转化反应多在加压的条件下进行，压力为1.4—4.OMPa。甲烷蒸气转化反应是体

积增大的反应，压缩天然气原料气要比压缩转化气省功，且氨合成反应又要求在

高压下进行，即原料气总是要加压的。提高转化的操作压力，可以使每吨氨的总

功耗减少，从而降低成本。

(2)出口温度：一段炉：800℃左右二段炉：900—1000℃

一段转化炉的出口温度是决定出口组成的主要因素。提高出口温度，可以降

低残余甲烷的含量。但提高温度对转化反应管的寿命影响很大，并且二段转化所

需要热量完全由空气的燃烧供给，而空气量又受合成气的氢氮比所制约，因此一

段炉的出口温度-一般控制在800C左右。二段转化炉出口温度控制着原料气的质

量，按压力、水碳比和残余甲烷含量小于0.5%的要求，二段转化炉出口温度应

为900—1000℃»

(3)水碳比：3.5—4

水蒸气过量对转化反应有利，且可以防止析碳反应发生。但水蒸气配入量过

大，除了经济上不合理外，不但增加反应管系统的阻力，而且增加一段转化炉的

热负荷。目前，工业上水碳比一般控制在3.5—4。

(4)催化剂：银催化剂

甲烷蒸气转化在高温下进行反应是有利的，但即使在1000C下它的反应速

率也是相当慢的，需采用催化剂来加快反应速率。对于甲烷蒸气转化，锲催化剂

是最有效的。催化剂常用载体有A1&,CaO,KQ等。催化剂在使用之前，须用

氢气-水蒸气或甲烷-水蒸气在600—800℃下进行还原。催化剂的主要毒物是硫

的各种化合物，通常要求原料气的总含硫量在0.5ppm以下，在此也体现了前面

原料气脱硫的重要性。

4、转化反应工艺流程

连续蒸气转化反应的工艺流程图如图一所示。天然气经压缩机压缩至

1.4Mpa—4Mpa左右，进行除油器除油处理后，经转化炉的对流段加热至

380—400℃后，进入铁镒系脱硫罐里进行脱硫。天然气脱硫后在3.6Mpa、380℃

条件下配入水蒸气（水碳比约为3.5）,进入对流段加热到480—500℃。出来换

热器后的混合气分成两股：•股进入对流段第一组盘管加热至520℃后进入方箱

式一段转化炉管内进行甲烷转化，离开反应管底部的转化气温度为800—820℃,

汇合于集气管。沿上升管上升，继续吸收一些热量，使温度升到850C—860C。

与此同时，另一股进入混合气预热器中预热至535℃进入换热式转化炉的转化管

内进行甲烷转化，转化完后，配入了少量蒸气并预热到450C的空气与一段炉的

气体在二段炉顶部汇合,在顶部燃烧区燃烧后，进入二段炉催化剂床层继续反应,

然后以900-1000C的温度离开二段转化炉。

5、转化炉设备

一段转化炉即方箱炉，是甲烷蒸气转化法制氢的关键设备之一。它包括了转

化管（2X26=52根）与加热室的辐射段以及回收热量的对流段。转化管下部

出方箱炉处为猪尾状弯管（简称猪尾管），设置成弯管的目的是，因为炉室内和

室外的温差较大，防止金属管材热胀冷缩。-一段炉的回收段是为了回收烟道气的

热量而设置的，主要由若干组加热盘管组成，分别预热原料气、高压蒸气、工艺

空气以及锅炉给水等工艺介质。转化炉管要承受高温、高压和气体腐蚀的苛刻条

件，因而对金属材质的要求极高。

二段转化炉即换热式转化炉为一碳钢制圆筒，内衬耐火材料，炉内上部有转

化气与空气充分混合的空间，催化剂床层的上层为耐高温的铝催化剂，下层是锲

催化剂。

转化系统可回收的余热较多，控制一段转化炉的排烟温度，可回收更多的热

量；二段转化炉后设置废热锅炉，可以回收高温转化器的热量，产生高压蒸气，

供后续工序使用。

（二）、原料气的净化

1、一氧化碳的变换

由上面转化反应而来的合成氨原料气中，含有102T2.95%左右的一氧化

碳。将一氧化碳和水蒸气的反应，把一氧化碳变为易于清除的二氧化碳，同时又

制得氨合成所需要的氢气。因此，一氧化碳的变换既是原料气的进化过程，也是

制氢的继续。

在工业中，一氧化碳的变换反应是在催化剂存在条件下进行的。应用以四氧

化三铁为主体的催化剂，反应温度为360—550℃的过程称为中温变换（简称中

变）。由于反应温度较高，气体经变换后仍有3%左右的--氧化碳。应用以氧化铜

为主体的催化剂，反应在200—280℃下进行,气体中残余的一氧化碳可降至0.3%

左右，以满足后面甲烷化（C0的量不超过0.3%）的要求此过程称为低温变换（简

称低变）。

(1)一氧化碳变换反应

CO+H20CO?+%；AH°=-41.2V/mol

这是一个等体积、可逆、放热反应。

(2)变换工艺条件

压力：W4.OMpa

由(1)中方程式可知，该反应是一个等体积反应。

所以，压力对变换反应的平衡几乎没影响，但是加压可以加快反应速率。反

应速率约与压力的0.5次方成正比，一次增加压力，可以提高单位体积催化剂处

理气体的能力，即空速随压力的增加而增大。压力对低变催化剂的反应速率的影

响与中变相似，通常压力随中变压力而定，然而，低变压力还受水蒸气露点的限

制，一般不超过4.OMpa。

温度：中变：450—500℃低变：220—280℃

变换反应是可逆放热反应，因而有着最佳的反应温度。实际生产中，对于中

变而言，应在催化剂活性温度范围内操作，一般反应开始的温度在320—380C,

催化剂热点温度在450-500r0对于低变过程，催化剂的操作温度除受本身活

性温度范围的限制，还必须高于气体的露点温度。一般操作温度的下限比该条件

的露点高20—30℃。

水蒸气用量：H20:C0=3—5

增加水蒸气的用量，有利于降低一氧化碳的残余量，加速反应的进行。过量

的水蒸气还起到热载体的作用，可调节床层的温度。但是，水蒸气的用量是变换

过程最主要的消耗指标，在满足生产要求的前提下尽可能降低其用量。中变中，

较适宜的水蒸气比为也0:C0=3—5,低变则不需再添加蒸汽。

(3)变换的催化剂

中变催化剂：以三氧化二铁为主体，以氧化格为主要添加物的多成分铁格系催化

剂。该催化剂中的三氧化二铁经还原成四氧化三铁后才具有活性。

低变催化剂：以氧化铜为主体，还原后具有活性的组分是细小的铜结晶-铜微晶。

与中变催化剂相比，低变催化剂对毒物十分敏感。冷凝水则能使原料气的微量氨

水，溶解催化剂的活性组分一铜，导致催化剂活性下降，因此，低变操作温度一

定要高于该条件下的露点。

(4)变换工艺流程

变换工艺流程的，主要是根据原料气中一氧化碳含量、温度和湿含量不同而

不同。

玉龙化工公司采用的是中变-低变串联流程。采用此流程，一般与甲烷方法

配合。由于原料气中co含量较低，中变催化剂只需设置一段。含一氧化碳

10.00212.95%的原料气经废热锅炉降温，在压力3.0Mpa、温度为370℃下进入

中变废热锅炉，经反应后气体中一氧化碳降至3%左右，温度为425—440℃。气

体经中变废热锅炉后，冷却到330℃。锅炉产生10.IMpa的饱和蒸汽。气体加热

生产工艺气后被冷至200℃后进入低变炉。低变绝热温升仅为15—20℃,残余

CO降至0.3%-0.5%o气体离开变换系统后进入脱碳工序。

2、二氧化碳的脱除(MEDA溶液湿法，干法)

制氨原料气经一氧化碳变换后，二氧化碳含量增加。在氨合成之前，须将其

中的二氧化碳脱除。脱除二氧化碳的方法很多，主要是吸收法。玉龙采用的是

MDEA溶液作为二氧化碳的吸收剂，溶液吸收二氧化碳后，在减压、加热的条件

下再生，循环使用，副产品二氧化碳作为尿素合成的原料。(此工序为脱碳工序,

在后面的脱碳中将着重介绍，在此不作过多赘述)

3、甲烷化

氨合成气经过一氧化碳的变换和二氧化碳脱除后，尚含有少量残余的一氧化

碳和二氧化碳。为了防止它们对合成催化剂的毒害，原料气在送往合成之前，必

须作最后的净化处理，使原料气中的一氧化碳和二氧化碳的总含量低于Wpprno

清除的方法有铜氨液吸收法、甲烷法和液氨洗涤法。

玉龙化工采用的是甲烷化清除残余的碳氧化物。甲烷化法是利用催化剂使一

氧化碳和二氧化碳加氢生成甲烷的一种方法。此法可将原料气中碳氧化物总量脱

除到lOppm以下。由于甲烷化过程中消耗氢气并生成无用的甲烷，因此，此过程

仅适用于一氧化碳和二氧化碳的含量低于0.5%的气体精制。

(1)甲烷化原理

甲烷化法是利用催化剂使一氧化碳和二氧化碳加氢生成甲烷的一种方法。此

法可将原料气中碳氧化物总量脱除到lOppm以下。由于甲烷化过程中消耗氢气

并生成无用的甲烷，因此，此过程仅适用于一氧化碳和二氧化碳的含量低于

0.5%的气体精制。

反应方程式如下：

CO+3H2~~>CH&+H2O,AH◎=-206.2V/mol

CO.+4H2<——>C/f4+2H2。；AH®=-165AkJ/mol

(2)甲烷化的工艺条件

温度：280—420℃

上述两个主反应都是甲烷蒸汽转化的逆反应，从热力学平衡数据上分析，提

高反应温对甲烷化是不利的。一般反应温度范围为280—420C,允许的绝热温

升为140℃。由于反应是强放热过程，在3：1的氢氮比中，每转化建的一氧化

碳和二氧化碳的绝热温升为72℃和59℃。因此,只需原料气中的碳氧化物在0.5%

左右，甲烷化放出的热量就可足够将进口气体预热到反应温度。

压力：甲烷化的操作压力随中低变和脱碳的压力而定，要求不是很高。

催化剂：以银作为活性组分

甲烷化的催化剂和蒸汽转化的催化剂一样，以镶作为活性组分。但由于甲烷

化的温度不宜过高，要在较低的温度下进行反应，因此，对催化剂的活性要求较

高。所以，尽管甲烷化和甲烷蒸汽转化都是以保为活性组分，但是前者（15%—35%）

镇的含量要远高于后者（10%—15%）。在原料气还原时，为避免床层温升过高，

这就要求脱碳工段将碳氧化物（主要是二氧化碳）的含量脱洗至0.5%以下。

（3）甲烷化的工艺流程

甲烷化的流程很简单，由脱碳岗位送来的脱碳气，首先经碳化气分离器分离

掉油污后，进入甲烷化第一换热器管间与管内的净化气换热，然后进入甲烷化第

二换热器管内与管间的中变气换热，温度降至280C左右进入甲烷化炉进行甲烷

化反应，出甲烷化炉净化气C0+C02W25PPm,温度为280-310℃。

（4）甲烷化主要设备：为甲烷化反应器及预热原料气和回收热量的换热

器。

二、转化工段的参数及其指标

（-）主要设备参数

设备名称主要设备型号与规格数量（台）

段炉炉管：0124X11X11473其56根1

转换炉炉管：①89X5X10005其52根1

二段炉O2400/02600X20/10X15343V=18.56m31

脱硫槽®1800X20X10450V=15.2m32

混预器01100/01300X14/10X6857F=56.33m21

转化废锅中900X12X7958F=40.7m21

汽包①1200X14X5710V=6.164m31

中变炉02600X20X11230V=19.5m31

主低变炉02400X16X14380V=21.8m31

预低变炉02400X18X130481

甲烷化炉①1800X322X37910V=4.4m31

甲一换①800X12X7895F=338m21

甲二换0600X14X5500F=21.7m21

中变废锅®800X12X5020F=96.Im21

天压机型号：LW-7.6/4-15.6能力：7.8m3/min3

空压机型号：LW-33.5/⑵X能力:33.5m3/min1

引风机型号：Y4-68NO.12.5D1

能力:43599-79681m3/min

（二）工艺指标

指标名称控制范围

天然气入系统压力Wl.45Mpa

空气入系统压力Wl.30Mpa

燃料气入对流段压力WO.25Mpa

・段炉进口压力W1.2MPa

甲烷化进口压力Wl.8MPa

低变水分出口压力W0.8MPa

炉膛负压-30〜-50Pa

废锅蒸汽压力Wl.56Mpa

脱硫槽热点温度340~400℃

一段炉出口温度W730C

转化炉出口温度W730℃

空预器出口温度W550C

二段炉进口温度>650℃

二段炉出口温度W870℃

中变炉热点温度375〜400℃

低变炉热点温度185~210℃

甲烷化热点温度280~310℃

低变水分出口温度W40℃

甲烷化水分出口温度W40℃

水气比2.9~3.2

烟气残氧6.0~8.0%

脱硫槽出口硫含量WO.5Ppm

•段炉出口残余甲烷7-13%

换转炉出口残余甲烷14-20%

二段炉出口残余甲烷W0.6%

中变炉出口co含量W3%

低变炉出口co含量<0.25%

净化气含量

CO+co2W25Ppm

入合成补充气甲烷含量近1.2%

合成进塔气氢氮比2.2〜2.8

废锅炉水溶解固体物W400mg/l

废锅炉水PH值10-12

炉水中PO产含量5~20mg/I

炉水中SiCh含量W50mg/I

汽包液位1/3-1/2

低变废锅液位1/2-2/3

脱碳

脱碳工段，是原料气净化中的一个关键工序，它的岗位任务主要是脱除变换

气中的C02,保证脱碳气质量，同时制备高纯度C02供尿素生产使用。原料气经

过一氧化碳变换后，二氧化碳含量在18%左右，它不仅会使氨合成催化剂的中毒,

而且会给清除少量的一氧化碳的过程带来困来。此外，在玉龙化工厂中，二氧化

碳还是制造尿素、碳酸氢钱等产品的原料。因此，原料气中的二氧化碳必须出去,

并回收利用。

脱除二氧化碳的方法有很多，常用的是吸收法。玉龙化工厂采取的脱碳方法

有两种：湿法(又叫MDEA水溶液法)和(干法又叫变压吸附法)。

1)：湿法脱碳R2CH3N+C02+H20=RWH3NHHCO3

R2CH3N：中文名是N-甲基二乙醇胺

2)：变压吸附采用氧化铝，硅胶，活性炭等吸附剂吸收合成氨原料气中

的二氧化碳，在经过低压抽吸饱和的吸附剂中的二氧化碳，使吸附剂再生，这是

一个物理吸收过程。

由于实习期间，正处于天然气紧张时期，干法的能耗较大，故公司采用的是

湿法吸收二氧化碳，节约成本。因此，下面只着重介绍一下MDEA湿法脱碳。

一、MDEA溶液脱碳的基本原理

1、MDEA：【中文名称】甲基二乙醇胺，通常称为N-甲基二乙醇胺，是一

种叔胺，它具有有腐蚀性小、不易降解、更易于再生、挥发性小、水溶性好、脱

除C02性能好等性能。(百度百科)

2、MDEA溶液法：

(1)基本原理：

纯的MDEA是不会与二氧化碳发生反应，因此，将其与锅炉软水以一定的

配比形成水溶液与二氧化碳反应，反应原理如下：

+

co2+H20=H+HCO；------------------(1)

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

总反应式：R2CH3N+CO2+H2O=RWH3NHHCO3--------(3)

(2)反应速率

反应(1)受液膜控制,反应极慢,反应(2)则系瞬间可逆反应,因此反应(1)为

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

剂DEA(二乙醉胺R2NH),改变了吸收二氧化碳的历程，如下所示：

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

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

总反应式：R2NCH、+CO2+H2O->R2CH,NH+HCO3——(6)

由反应(4)一(6)可知,活化剂吸收了CO?,然后向液相MDEA传递CO2,大大加快

了反应速率，而