四十万吨年合成氨净化车间工段工艺的设计

本 科 毕 业 实 习 报 告 实习地点: 碱业天柱化肥厂 实习名称: 40万吨/年合成氨净化车间工段工艺设计- 61 - / 65目 录前言 - 7 -设计任务书 - 8 -1.概述- 9 -1.1企业介绍- 9-1.2产品介绍-10-1.3 产品用途 .- 11 -2.化学水工段- 12 -2.1 任务- 12 -2.2工作原理- 12 -2.2.1阳床：- 12 -2.2.2阴床：- 12 -2.2.3 除CO2器- 13 -2.3工艺流程及设备一览表- 13 -2.3.1工艺流程见图 - 13 -2.3.2设备一览表 - 13 -2.4工艺条件 - 13 -2.4.1压力 - 13 -2.4.2液位 - 15 -2.4.3水质 - 15 -2.5 操作要点- 15 -2.5.1保证交换剂的再生质量- 15 -2.5.2保证脱盐水质量- 15 -2.6开停车操作- 15 -2.6.1开车前的准备工作- 15 -2.6.2正常开车 - 15 -2.6.3正常倒床 - 15 -2.6.4阳床 - 15 -2.6.5正常停车 - 15 -2.6.6突然停电的停车- 15 -3合成氨原料气的制备- 16 -3.1 造气反应的基本原理- 16 -3.2 工艺流程 - 17 -3.2.1工艺流程简述- 17 -3.2.2工艺指标 - 18 -3.2.3造气工段工艺流程图- 18 -3.2.4煤气发生炉的构造及各部分作用- 20 -3.3 工艺改进及发展趋势- 21 -3.3.1优化自动加煤工艺系统- 21 -3.3.2优选专用炉箅- 21 -4. 合成氨原料气的净化- 23 -4.1原料气的脱硫- 23 -4.1.1任务 - 23 -4.2 一氧化碳的变换 - 28 -4.2.1变换任务 - 29 -4.2.2反应原理 - 30 -4.2.3工艺流程及流程图- 30 -4.2.4低温变换操作- 32 -4.3 二氧化碳的脱除 - 34 -4.3.1岗位任务 - 34 -4.3.2工艺指标 - 34-4.3.3工艺流程 - 34 -4.4 原料气的最终净化 - 34 -5.氨的合成 - 39 -5.1 任务 - 39 -5.2反应原理- 39 -5.3工艺指标- 39 -5.4工艺流程简述及工艺流程图 - 40 -5.5 正常操作要点 - 41 -5.6 主要设备一览表- 43 -6.合成甲醇 - 44 -6.1甲醇的性质和用途- 44 -6.2甲醇生产方法 - 46 -6.3甲醇合成岗位操作规程- 47 -6.4甲醇精馏- 48 -6.4.1精馏原料- 48 -6.4.2精馏原理- 48 -6.4.3精馏塔的特点- 48 -6.4.4工作原理- 49 -6.4.5工艺流程- 50 -6.4.6影响精甲醇质量的因素- 50 -6.4.7工业甲醇质量标准- 51 -7. 反应器设计- 52-7.1 物料衡算 - 52-7.2 塔径、塔高及相关计算- 54-7.2.1塔径的计算- 54 -7.2.2塔高的计算 - 54 -7.2.3填料层高度- 54 -7.2.4接触时间- 54-8.安全教育- 56 -8.1 工人须知 - 56 -8.2 危险化学品 - 56 -8.3 压力系统热力学与危险性- 56-8.4 化学反应类型及其危险性- 56-8.5 化工中常见物质的毒性作用- 57 -8.5.1刺激性气体和有毒液体- 57-8.5.2可导致窒息的气体- 57-8.5.3金属及化合物导致中毒- 57-8.5.4有机化合物导致中毒- 57 -8.6 关于技术安全 - 57 -8.6.1工艺流程- 57-8.6.2设备与管道- 58-9实习感想- 60 -10参考文献 .- 61 -前言 合成氨,指由氮气和氢气在高温高压和催化剂存在下直接合成的氨。分子式NH3,英文名：synthetic ammonia。世界上的氨除少量从焦炉气中回收副产外,绝大部分是合成的氨。世界上绝大部分合成氨都是以燃料为原料的。常用的燃料有煤、焦炭、液态石油烃、天然气、石油炼厂气等。它们跟水、空气反应,生成一氧化碳、氢气、氮气的混合气体,然后通过变换,使一氧化碳转化为氢气和二氧化碳,再由吸收除去二氧化碳,就得到氢气和氮气的混合气体。在有炼焦厂的地方,可以用焦炉气为原料。焦炉气含氢气50以上,还含有甲烷、一氧化碳、乙烯等气体,可以利用这些气体的液化温度不同,在低温下去掉这些杂质,最后补充一定量的氮气,可以得到优质的氢气、氮气混合气体。在电力特别充足的地方,可以由电解水获得氢气。然后使氢气在限量的空气中燃烧,水分离后,剩余的气体就是杂质很少的氢气、氮气混合气体。总之,合成氨原料的选择应以因地制宜、价格低为原则。国的绝大部分工厂仍以煤、焦炭为原料,目前新建的日产超千吨的十几家大厂全部用天然气或石脑油石油工业中的轻油为原料。估计到21世纪,劣质煤将成为重要的合成氨原料,我国也在进行有关的研究和试用。本设计说明书是根据 化工工艺设计手册 等多种相关资料设计,年产40万吨/年合成氨的工艺过程,并对此方法扼要的设计。分别用Auto CAD和Chem CAD绘制了工艺流程图和物料衡算图,且进行了物料衡算及中变炉的初步设计。最后讲述了一些安全知识。主要数据来源于碱业天柱化肥厂的设计说明书。设计任务书一 、 设计项目：年产40万吨合成氨净化车间工段中变炉设计及工段流程图设计二、操作方法：中低串联三、数据来源天柱化肥厂, 化工工艺设计手册四、设计阶段：初步设计1 设计容：中变炉填料塔初步设计及流程图设计2 方案设计：Chem CAD进行中变炉物料衡算,确定生产工艺路线,进行流程设计,绘制Auto CAD流程图。3 设计依据：生产规模：年产40万吨合成氨净化车间变换工段生产时间：一年8000小时设备初步计算及绘制工艺流程图一、概述1. 概述11企业介绍碱业股份天柱化肥分公司始建于1968年,属国家大型化工企业,上市公司股票简称碱业。现有员工1200余人、总资产4.5亿元,主要产品有尿素、碳酸氢铵、甲醇、甲醛、液体二氧化碳、双氧水、硬脂酸等。公司曾荣获 全国小氮肥红旗单位、全国化肥生产先进企业、 全国小氮肥行业先进单位等荣誉称号。20XX,公司从挪威海德鲁引进世界先进的大颗粒尿素专利生产技术和核心设备,建成我国第一套国产化设备配套的年产16万吨大颗粒尿素生产线。生产的民丰牌大颗粒尿素,以过硬的产品质量,赢得了中外客商的广泛青睐,不仅畅销国市场,而且大量出口日本、国、北美等国家和地区。公司一贯致力于现代企业管理,积极实施品牌发展战略,社会知名度和产品美誉度不断提高。民丰商标先后被认定为市和省著名商标；民丰牌尿素也先后被认定为市和省名牌产品。公司通过了ISO9001质量管理体系和ISO14001环境管理体系认证。天柱化肥进入全国小氮肥行业50强20XX,企业利润进入全国小氮肥行业50强,受到中国氮肥工业协会的通报表彰。20XX1月5日油脂水解工程竣工投运我公司新上的年产4万吨油脂水解工程,于20XX1月5日竣工投运；生产出合格的硬脂酸和甘油产品。企业发展规律的目标是：公司走可持续发展道路,坚持现代化管理与技术创新并举, 以化肥产品为主业,发展以合成氨为依托的高附加值化工产品, 加快建成具有综合竞争实力的新型化工生产企业。企业的经营理念是：以以市场为导向 以客户为中心 勇于创新 不断超越。企业的精神 作风是：开拓进取、 自强不息 ；严谨 、高效、 务实、 争先企业的价值观是：核心价值观：诚信做人,用心做事管 理 观：以人为本,科学规市 场 观：以诚致信,互利双赢人 才 观：员工是企业最有价值的资源,精心为员工设计实现自我价值的舞台质 量 观：用户满意是质量的最高标准服 务 观：满足用户需求,全心全意为用户服务。企业的形象口号是：绿色创造未来。企业的宗旨是：追求卓越品质 创造最佳效益 回报股东、员工,奉献社会。12产品介绍天柱化工经营出产品：尿素、甲醇、甲醛、甘油、液体二氧化碳、碳酸氢铵、硬脂酸等。121合成氨简介合成氨,指由氮和氢在高温高压和催化剂存在下直接合成的氨。别名：氨气。分子式NH3英文名：synthetic ammonia。合成氨主要用作化肥、冷冻剂和化工原料 。其用途很广泛,主要用于制造氮肥和复料,氨作为工业原料和氨化饲料,用量约占世界产量的12。硝酸、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料。液氨常用作制冷剂。1.2.2 尿素简介 尿素Urea,又称碳酰二胺,分子式为CO 2。纯净的尿素为白色 无味 无臭的针状或棱柱状洁净体,含氮量为46.6%,当含杂质时略县微红色。 尿素的熔点为132.7,超过则分解。尿素易溶于水和液氨,也能溶于醇类,稍溶于乙醚及酯,溶解度随着温度的升高而增加。常温时在水中会缓慢水解,最初转化为甲铵,继而形成碳酸铵,最后分解为氨和二氧化碳。在60 以下,尿素在酸性 碱性或中性溶液中不发生水解作用。尿素的吸湿性低于硝酸铵而大于流酸铵。 尿素与盐类相互作用可生成络合物,如尿素与磷酸以钙作用时生成磷酸尿素CONH22.H3PO4络合物和磷酸氢钙CaHPO4。这一性质常被应用于复混肥料生产中。 尿素在农业和工业上都有很广泛的用途。用作肥料。尿素分解释放出的CO2可被作物吸收,促进植物的光合作用；在土壤中,尿素能增进磷 钾 镁和钙的有效性,且施入土壤后不存在残存废物,用作工业原料。在有机合成工业中,尿素可用来制取高聚物合成材料；在医药工业中,其可作为利尿剂 镇静剂等原料。此外,在石油 纺织 纤维素 造纸 炸药 染料和选矿等生产中也需要尿素。用作饲料。尿素可用作牛 羊等反刍动物的辅助饲料,反刍动物胃中的微生物将尿素的胺态氮转变为蛋白质,使动物肉 奶增产。但其字饲料中的最高掺入量不得超过反刍动物所需蛋白质量的1/3。1.2.3甲醇简介 甲醇CH3OH,无色透明液体,易燃易挥发,类似酒精气味。与水混溶,具有毒性。主要用途：广泛用于有机合成、染料、医药、涂料和国防等工业。是优良的有机溶剂,而且是重要的化工原料,主要用于制造清漆、甲醛等。此外,甲醇也是合成氯甲烷、甲胺、有机玻璃、合成纤维等产品的原料,还可以广泛地用做无公害燃料,与汽油掺烧等。1.2.4硬脂酸简介 硬脂酸C18H36O2,白色或微黄色的蜡状体。溶于乙醇、乙醚、氯仿、二硫化碳、四氯化碳等溶剂、不溶于水。相对密度084,溶点694。可呈块状 片状 粉状。主要用于橡胶、金属盐、合成洗涤剂、油漆、涂料、塑料、化妆品、食品乳化剂、润滑脂、矿物浮选剂、医药制剂、纺织印染助剂、肥皂、精密铸造等行业。 天柱公司的硬脂酸是以进口棕榈油为原料,采用当前国际先进的高压连续水解工艺生产。硬脂酸年生产能力40000吨,质量达到国际标准。该装置有脂肪酸蒸馏、脂肪酸催化加氢和硬脂酸蒸馏等工艺过程,可以根据客户的需求生产多种规格的硬脂酸产品。还可以根据顾客要求生产硬化油和脂肪酸产品。1.2.5甘油简介 甘油,化学名称丙三醇, 无色透明粘稠状液体,昧甜,与水、甲醇、乙醇混溶,不溶于苯、氯仿、二硫化碳、四氯化碳等有机溶剂,吸湿性强,与氧化剂作用发生爆炸。广泛应用于涂料、医药、烟草、纺织、印染、国防、食品、化妆品、造纸、制革、照相、印刷、金属加工、电工材料、橡胶等行业。天柱公司生产的甘油是以进口棕榈油为原料,通过高压连续水解,再经蒸发、真空蒸馏脱色等工艺精制而成,设计产量为4000吨/年。采用GBl320691标准组织生产。1.3 产品用途合成氨是生产尿素、磷酸铵、硝酸铵等化学肥料的主要原料,工业生产过程是以天然气或煤炭为原料通过水蒸气重整工艺制得氢气,然后与氮气进行高压合成制得合成氨。二、化学水2. 化学水工段2.1 任务建厂原水中含有由各种盐类溶解的等当量的阳离子主要有Ca、Mg、Na、K等和阴离子主要有HCO3、SO4、Cl等,当把水加热时,这些离子会按一定的规律分别结合成某些化合物从水中沉淀析出,形成水垢,附着在设备的受热面上,造成危害。此外水中的某些离子如Cl会腐蚀设备,影响产品质量,为了消除这些危害,必须去除原水中的这些阴阳离子,使之成为除盐水又称纯水,以满足某些特殊岗位的用水要求。2.2工作原理制备除盐水使用的是强酸、强碱式阳、阴离子交换除盐法。阳离子交换树脂型号为：0017强酸性苯乙烯阳离子交换树脂。阴离子交换树脂型号为：2017强碱性季铵烯阳离子交换树脂。其反应式为：2.2.1阳床：2RH+Ca2R2Ca+2CO2+2H2O2RH+Mg2R2Mg+2CO2+2H2O2RH+CaCl2R2Ca+2HCl2RH+MgSO4R2Mg+H2SO42RH+Na2SO42RNa+H2SO4RH+NaClRNa+HCl2.2.2阴床：ROH+HClRCl+H2OROH+H2SO4RHSO4+H2O2ROH+H2SO4R2SO4+2H2OROH+H2CO3RHCO3+H2OROH+H2SiO3RHSiO3+H2O2.2.3除二氧化碳器原水中溶解的气体主要有O2和CO2,另外,在H离子交换过程中,处理水中产生大量的CO2这些气体腐蚀设备,若进入强碱性阴离子交换器,将加重强碱树脂的负荷,而碳酸是一种弱酸,水的PH较低时,几乎全部以游离CO2的形态存在于水中,这给脱气提供了良好的条件,所以,水的除盐系统中,将除CO2器放置在紧接氢离子交换器之后。2.3工艺流程及设备一览表2.3.1工艺流程见图2.3.2设备一览表序号名称型号主要工作参数数量配用电机型号功率Kw1脱盐软水泵IS100-65-250Q:100m3/hH:80m2Y200L2-2372中间水泵IH100-65-200Q:100m3/hH:50m2Y180M-2223再生水泵IS65-50-160Q:25m3/hH:32m2Y132S1-25.54脱碳塔引风机6-46-11.3AQ:2159m3/hH:142m2JO2-31-235阳离子交换器能力：60m3/h:2016H:572026阴离子交换器能力：60m3/h:2016H:572027脱CO2塔能力：47m3/h:1216H:200028中间水箱:2016H:200029脱盐软水箱80m3:4216H:4800210盐酸贮槽10m3:1820H:4750211碱液贮槽10m3:1820H:4750212酸雾吸收器:400H:120022.4工艺条件2.4.1压力1除盐软水泵出口0.8MPa2中间水泵出口0.3-0.6 MPa3阳床入口0.1-0.28 MPa4阴床入口0.08-0.24 MPa2.4.2液位1中间水箱1/2-2/3处2除盐软水水箱1/2-2/3处3碱液贮槽1/3-2/3处4酸液贮槽1/3-2/3处2.4.3水质1阳床出水硬度0.15mol/l 酸度1.2-3.6mgN/l2阴床出水电导率20s/cm3Cl5mg/l 碱度0.1mgN/l2.5操作要点2.5.1保证交换剂的再生质量交换剂的再生应按操作步骤进行,首先做好反洗,调节好反洗强度将污染物冲洗干净,要制好浓度和再生时间,以保证再生质量,使再生后的树脂较完整地恢复交换能力。2.5.2保证脱盐水质量及供应随时检测交换器的出水质量,掌握其变化规律,及时进行交换剂的再生,确保除盐软水并根据生产用水量的大小,来及时调节除盐水产量,以满足生产的需要。2.6开停车操作2.6.1开车前的准备工作检查各设备、管道、阀门、分析取样点及电器、仪表等,必须正常完好。检查系统所有阀门的开关装置,应符合开车要求。与软水、供电及各用水用户等联系,做好开车准备。2.6.2正常开车a.清水泵：当水池有一定的液位后,对清水泵进行盘车,开启入口阀,启动水泵,慢慢开启出口阀,给各交换器送水。b.阳床：开阳床顶部进水阀,控制压力0.10-0.12MPa,开底部排污阀,取样分析合格开出水阀,关排污阀,并启动脱二氧化碳塔风机,投入正常运行。c.当中间水箱有1/2-2/3液位后,开中间水泵入口阀,盘车启动中间水泵电机,控制到一定压力后,开启水泵出水阀,开阴床进水阀,开底部排污阀,取样分析合格后,开阴床出水阀,关排污阀,投入正常运行。d.当除盐水箱有1/2-2/3液位后,开启除盐水泵入口阀,盘车启动中间水泵电机,压力达到一定会,慢慢开启出口阀,往各用水用户送水。2.6.3正常倒床阳床当一号阳床失效后,开启二号备用床,关一号阳床出入口阀,准备再生。阴床当一号阴床失效后,开启二号备用床,关一号阴床出入口阀,准备再生。2.6.4阳床a小反洗：开中间进入阀,开顶部排污阀,对中间装置以上部分的压脂层进行反洗,以冲去水中积下来吸附在表面的污物,时间10-20分钟,流速以不冲出树脂为宜,出水清为止。b再生：小反洗后,关中间进水阀,顶部排污阀,开启顶部进水阀,控制压力,开再生阀,喷射器出口阀,中间排污阀,并开启再生泵和喷射器入口阀调节盐酸溶液浓度在3%,逆流再生30-40分钟。c逆流冲洗关喷射器进酸阀、出入口阀、再生泵,其他阀门不变,开启反洗阀,控制压力,逆流冲洗30-40分钟。d小正洗：关闭与逆流冲洗相关阀门,停止逆流冲洗,然后开阳床上顶部进水阀,开中间排污阀,小正洗5-8分钟e正洗小正洗结束后,关中间排污阀,开底部排污阀,流速控制在15m/h左右,直至洗至出水达到要求为止,关顶部进水阀和底部排污阀备用。阴床：阴床再生步骤同阳床,再生液为2-4%的NaOH溶液。f大反洗当床子运行15-20个周期后,要对树脂进行一次大反洗,以除去树脂表面的吸附物和破碎树脂。2.6.5正常停车首先关闭除盐水泵出口阀,停除盐水箱满液位后,关中间进出水阀,停中间水泵,关阴床进水阀、停阴床,等中间水箱满液位后,关阳床进出水阀,关过滤器的进出水阀,然后根据软水岗位具体情况,确定是否停清水泵。2.6.6突然停电的停车首先管除盐水泵、中间水泵、清水泵的出口阀,再关闭阴床、阳床、过滤器的进出水阀,目的是防止水倒流。三、合成氨原料气的制备3合成氨原料气的制备3.1 造气反应的基本原理以煤为原料,以适量空气与水蒸气作为气化剂,制取半水煤气。由于起本身特点采用间歇制气法制的半水煤气。煤气炉的气化反应是空气和蒸汽交替通过燃料层进行的。固定层燃料气化过程中的化学反应综合列入表1-2中:表1-2 气化过程中的主要反应方程式方程式反 应C+O2=CO22C+O2= COC+CO2 =2CO2CO+ O2=2CO2C+H2Og= CO+ H2C+2H2Og= CO2+ 2H2CO+ H2Og= CO2+ H22H2+O2= 2H2OC+ H2=CH4CO+3 H2= CH4+ H2OCO2+4 H2= CH4+2 H2O间歇制取半水煤气时,自本次开始进入空气至下一次再送如空气时止称为一个工作循环,每个循环一般包括5个阶段。即吹风阶段,上吹制气阶段,下吹制气阶段,二次上吹制气阶段,空气吹净阶段。.吹风阶段 由煤气发生炉底部送入空气,提高燃料层温度,吹风气回收。吹风阶段空气中的氧与赤热的碳发生以下反应:C+O2=CO2 2C+O2= COC+CO2 =2CO 2CO+ O2=2CO2 空气自上而下进行上述反应,空气中氧的浓度迅速下降,二氧化碳的浓度相应急速上升。当氧的浓度降至最低时,二氧化碳浓度达到最高值,这一反应区域为氧化层,氧化层所进行的反应主要是上述11至13的放热反应,因此氧化层是煤气炉中温度最高的区域,由于氧化层的几个反应速度极快,所以氧化层的厚度一般在100200mm围,氧化层中传递而来。还原层进行的主要是14式的吸热反应,吸热反应所需要的热量主要是氧化层中传递而来。还原层的温度随着反映的进行逐渐降低,由于二氧化碳的还原速度较慢,所以还原层的厚度大于氧化层,一般在200400mm围。吹风阶段的理想要在尽可能短的时间将燃料层升到教高的气化温度,同时使吹风气中的一氧化碳尽可能的低,以减少吹风气中的潜热损失,提高吹风效率,把大量的热储存在燃料层,为了达到理想要求,应从反应速度和化学平衡两个方面综合考虑。.制气阶段包括上吹制气和下吹制气两个阶段。a. 上吹制气阶段水蒸气由炉底部送入,经灰渣层预热进入气化层进行气化反应,生成的煤气送入气柜。随着反应的进行,燃料层下部温度下降,上部升高,造成煤气带走的显热增加。因此,操作一段时间后需要更换气流方向。b下吹制气阶段 水蒸气自上而下通过燃料层进行气化反应。煤气由炉底引出,经回收热量后送入气柜。由于煤气下行时经过灰渣层温度下降,从而减少了煤气带走的显热损失,燃料层温度均衡。蒸气通过炙热的碳层进行汽化反应的过程为制气。蒸汽最先通过汽化层习惯上称为主还原层,主还原层主要发生如下反应C+2H2O=CO2+2H2-19.24千卡1-5C+H2O=CO+H2-29.3千卡1-6还原层中生成的CO2在次还原层中被还原成COCO2+C=2CO-39.4千卡1-7在温度较低时,还有生成甲烷的副反应：C+2H2=CH4-19.94千卡1-8制气阶段的目的,是努力是化学反应向提高蒸汽分解率,增加CO和H2的产量的方向进行。.二次上吹阶段水蒸气自炉底送入,目的是要将存在于煤气炉底的煤气排净,为下一循环吹入空气作好安全准备。.空气吹净阶段 目的是要回收存在于煤气炉上部及管道中残余的煤气,此部分吹风气亦应加以回收,作为半水煤气中N2的来源。3.2 工艺流程3.2.1工艺流程简述 向煤气发生炉前,交替的通入空气和过热水蒸汽。与炉过热的 碳进行生化反应,吹风阶段的风气放空或近燃烧炉,其它阶段生成的热空气回收热量,冷却和 除尘后,去气柜混合为半水煤气,然后去脱硫工段,上述制气过程在造气油压集成系统微机控制下,往复循环进行。一循环分六阶段,其流程示意如下：a吹风阶段空气煤气发生炉除尘器蒸汽过热器废热锅炉烟囱放空 b回收阶段 空气煤气发生炉除尘器蒸汽过热器废热锅炉洗气塔气柜c上吹制气阶段蒸汽煤气发生炉除尘器蒸汽过热器废热锅炉洗气塔气柜d下吹制气 阶段蒸汽顶进煤气发生炉废热锅炉洗气塔气柜e吹净蒸汽煤气发生炉除尘器蒸汽过热器废热锅炉洗气塔气柜3.2.2工艺指标3.2.2.1 半水煤气成分 1半水煤气中CO2含量8% 2半水煤气中O2含量 0.5%3半水煤气中CO+H2含量 68% 4合成循环气 H2/N2含量 2.43.13.2.2.2 气体温度1 煤气炉顶出口温度 3802 煤气炉底出口温度 1502803 气柜入口煤气温度 453.2.3造气工段工艺流程图以煤炭为原料生产半水煤气工艺流程图如图2-1-1所示:图3-1-1 半水煤气生产工艺流程图1蒸汽缓冲罐；2煤气发生炉；3旋风分离器；4废热锅炉；5放空管；6洗气塔；7汽包煤气发生炉部结构:造气炉由上而下可分为干燥区 干馏区 气化区 和灰渣区。固体燃料的气化过程,实际上是碳与氧及碳与蒸汽的反应。这两种反应总称为固体燃料的气化反应,合成氨生产中,固体燃料的气化反应是在煤气发生炉进行的,按煤气炉生产过程进行的特性,自上而下分为五层,即干燥层、干馏层、还原层、氧化层、灰渣层。燃料在煤气炉中,随着生产的进行,自上而下移动,在移动过程中发生一系列的变化,这些变化有物理变化也有化学变化,在燃料层的上部,煤与热的气流接触,并受到下层温度较高的燃料层热辐射,所有的水分开始蒸发干燥,这一区域叫干燥层。干燥层以下的燃料层温度比较高,燃料在此发生热分解,放出挥发分而逐渐焦化。由于其温度条件与干馏炉相似而称为干馏层。再往下燃料层的温度更高,使燃料能发生化学发应,这就是燃料气化的主要区域气化层。在气化层,燃料中的碳与氧反应,有两种情况,碳与氧作用生成氧化物,气化剂中的氧化物失去氧被还原,气化层下部至灰盘的区域称为灰渣层。主要是燃料中的灰份,带有少量的可燃碳。上述燃料的分层情况,在实际生产中并无严格的区分界线,并且往往相互交错。随燃料的种类性质的不同,所用气化剂及气化条件的不同,燃料层不仅分层不同,各层高度也不同。例如,以焦碳为原料就没有干馏层。又如,干燥层和干馏层只是在含水量和含挥发较高的燃料气化时才能明显区分。气化层和灰渣层也是在气化条件较正常或气化较完全时才能明显区分。在一般情况下,气化剂通过燃料层中的干燥层、干馏层和灰渣层是温度较低,一般不发生气化发应而只发生热量的交换,只有气化层才具备使燃料发生气化翻译功能的温度条件。因此,燃料层的区分可以粗分为预热层干燥层、干馏层、气化层还原层、氧化层和下预热层灰渣层三大区域。燃料特性如表11所示：表11固定层煤气炉燃料层各个区域自上而下的特性区域区域名称用途及进行的过程化学反应灰渣层分配气化剂保护炉底设备免受高温的影响借灰渣显热预热气化剂。氧化层碳被空气氧化生成二氧化碳及一氧化碳；并放出热量C+O2=CO22C+O2= CO还原层二氧化碳被还原成一氧化碳水蒸气分解为氢燃料依靠预热气体换热而被预热。C+CO2 =2COC+2H2Og= CO2+ 2H2C+2H2Og= CO2+ 2H2CO+ H2Og= CO2+ H2干燥层依靠气体显热,蒸发燃料中水分。炉上空间积聚煤气,均匀分布下吹蒸汽。表11固定层煤气炉燃料层各个区域自上而下的特性区域区域名称用途及进行的过程化学反应灰渣层分配气化剂保护炉底设备免受高温的影响借灰渣显热预热气化剂。氧化层碳被空气氧化生成二氧化碳及一氧化碳；并放出热量C+O2=CO22C+O2= CO还原层二氧化碳被还原成一氧化碳水蒸气分解为氢燃料依靠预热气体换热而被预热。C+CO2 =2COC+2H2Og= CO2+ 2H2C+2H2Og= CO2+ 2H2CO+ H2Og= CO2+ H2干燥层依靠气体显热,蒸发燃料中水分。炉上空间积聚煤气,均匀分布下吹蒸汽。3.2.4煤气发生炉的构造及各部分作用 煤气发生炉是由加料口、炉体、除灰机构三部分构成的 。 加料口：在炉顶部,由炉盖和加料筒组成,用铸铁制成,炉盖配有密封垫圈或采用无填料密封。固体燃料从该口加入。 炉体：炉体壁为 直立的圆筒,下部由钢板焊成的水夹套,夹套上部衬有耐火材料,用以保护外壳钢板和减少热损失。炉体上部有出气口,顶部为加料口,炉体钢板 壁 用 耐火砖砌成拱形。 除灰机构：在 颅底轨道上置有大齿轮,大齿轮上部盖有灰盘,灰盘中间设有炉箅,当灰盘旋转时,灰渣由灰犁刮入灰仓,定期排除。炉箅是由五层大小不同 的 五边形炉箅块互相叠砌成偏心的链体,顶部再加一块炉箅盖,下部连接炉箅下环和底座,固定在灰盘上,具有均匀分布气化剂和火层、有效的承渣、降渣、破渣等作用。3.3工艺改进及发展趋势煤氨系统生产过程可分为造气环节和用气环节2个基本部分。对于造气环节的剖析,需要在一定的煤气质量要求下,尽可能地提高产气量和降低能耗,提高造气的质量和规模。针对提高造气能力和节能降耗方面阐述造气工艺的技术化与选型。3.3.1优化自动加煤工艺系统 自动加载控制系统在合成氨行业的应用,解决了煤气炉必须停炉加煤的问题,使炭层和炉温更加稳定,进而稳定了气化层,实现了煤气炉在较佳工艺状态下连续生产,大幅提高了单炉发气量,降低了原煤消耗。优选的自动加载系统具有如下工艺特点。 自动加载控制系统将加煤机的各个工艺参数融于制气循环生产程序中,使煤气炉的加煤与制气过程成为一个整体,为造气的连续、稳定、全自动和优化工序打下了基础。自动加煤机的使用可降低劳动强度,减少事故,改善环境,亦可降低煤的损耗,提高产气量,且降低蒸汽消耗量。 加煤时采用少量多次的工艺过程。原加煤间隔时间约40 min,改自动加煤后,每个循环均加煤1次。这样的加料方式不仅布料均匀,炭层和炉温波动小,使炉况一直处于较稳定状态,而且煤的燃烧反应更加充分,达到了提高产气量,降低煤耗和炉渣残碳量的工艺改进目的,对于小粒煤工艺尤为适用。 由于实现了不停炉加煤,单炉每天约增加制气时间70min,减少吹风气回收时间55 min,1台3 000mm煤气炉每年可增产合成氨1 200t。 自动加煤机各部位在1个循环中的工艺流程可以通过程序编程器进行自动控制。 自动加煤机的缺陷：插板阀控制给料不均匀,易卡阻；分布器提升杆的下部和连接筒处在加煤时受冲刷严重；不能使用普通仪器测量炭层。3.3.2优选专用炉箅 专用炉箅是根据各企业的炉型、原料性质、加煤方式、炭层高度以及各部位阻力等参数设计的一种专门炉箅。优选炉箅应从炉型、通风面积、布风性能、破渣排渣能力和带出物情况等方面综合考虑。 布风设计专用炉箅优化中,最关键的部位是布风设计。炉膛截面从向外依次分为中心区、环区和外环区。中心区通风面积占炉膛面积的10左右,有时为了中心区不结块,只能采用降低风量或提高炭层的操作方法。外环区风量过小,会导致温度低,煤炭气化不完全,炉渣含炭高。外环区通风面积占炉膛面积的60。合理布风的原则应是控制中心风量,加大外环区风量。布风强度的优化设计与原料的种类、性质、粒径、气孔率,所用风机的风量与风压,加煤的形式,燃料层总高度以及各部位阻力等有关。 炉型的优选为了防止生产过程中煤气炉炭层下降不均匀,出现塌炭、返焦率上升等现象,3 000mm煤气炉采用六边形均布型炉箅,以克服以上不良现象。 带出物的优化设计要注意风道间隙和上下层重叠面的设计是否合理,以使下吹带出物量与通风阻力之间达到最优化,既可减少下吹带出物,又不会影响制气效果。专用炉箅属于一企一策的优选技术,要结合工艺技术条件和原料性质进行专门的设计和制造,才能在生产运行中达到优化效果。四、合成氨原料气的净化4. 合成氨原料气的净化4.1 原料气的脱硫4.1.1 任务 造气岗位制得的半水煤气中含有一定量的H2S,它不仅能使二级触媒中毒降低活性,同时它也对设备、管道腐蚀严重,还能造成铜洗工段铜耗高。本岗位的任务就是利用脱硫液吸收半水煤气的H2S,使气体得到净化后送下工段,吸收H2S后的脱硫液在偏钒酸钠、ADA及空气的一系列氧化作用下改良ADA法脱硫或在888催化剂888法脱硫及空气的氧化作用下再生循环使用。再生析出的硫泡沫分离、熔融后制成固体硫,据全部生产情况,调节罗茨风机气量,一均衡生产负荷。4.1.2反应原理及方法改良ADA法脱硫 ADA脱S液是含有Na2CO3、ADA、V2O5、KNaC4H4O6、FeCl3等的水熔液。此外,NaHCO3、Na2S2O3、Na2SO4、NaCNS等,含有反应生成物等,溶液的组成和各组分的含量时脱硫和再生过程有很大的影响。 反应原理: a：脱硫塔进行吸收反应：Na2CO3+H2SNaHS+NaHCO3b：在再生槽中及脱硫塔：贫富液槽中,NaHS被偏钒酸钠氧化成单质硫：2NaHS+4Na2CO3+H2O=Na2V4O9+4NaOH+2S c: 还原态的焦钒狻钠被氧化态的ADA氧化: 2ADA+Na2V4O9+2NaOH+H2O=2ADA+4NaVO3 氧化态 还原态 d: 还原态的ADA被空气氧化再生,恢复了ADA的氧化性能:2ADA+O2=2ADA+2H2O 还原态 氧化态 上述反应中,反应a消耗掉的Na2CO3由反应b生成的NaOH得到了补偿:NaOH+NaHCO3=Na2CO3+H2O 因煤气中含有CO2、O2故有下列反应： a：Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3 b：2NaHS+2O2=Na2S2O3+H2O 当煤气中含有HCN存在为例： c：Na2CO3+HCN+S=NaCNS+NaHCO3 d：2NaCNS+5O2=Na2SO4+2CO2+SO2+N2气体中含有这些杂质上不可避免的,可见,总有一部分Na2CO3消耗在副反应上,进行物料衡算则应把这些反应计入。888脱硫法反应原理：a. 吸收反应: H2S+NaCO3 NaHCO3+NaHS RSH+NaOH = RSN +H2O COS+2NaOH = Na2CO2S+H2O CS2+2NaOH = Na2COS2+H2Ob.析硫反应: NaHS+1/2O2= S+NaOH RSN+1/2O2=RSSR+NaOH Na2CO2S+1/2O2= S+Na2CO3 Na2COS2+O2= S+Na2CO34.1.3主要工艺条件 a.溶液纯碱度 ：0.5PH值：8.2-9.0 b.使用温度 ：20-50 c.液汽比： 12升/标准m3 d.再生效率 ：大于80% e.吹风强度 ：35-50m3/h4.1.4工艺流程 4.1.4.1 工艺流程叙述 气体流程：出气柜的半水煤气经过水封进入洗气塔,洗涤部分油污,杂质,并降低温度在经过焦炭过滤器净化后进入罗茨风机提升后进入冷塔,降低温度,经汽水分离器后进入脱硫塔,与脱硫液逆流接触,脱出硫化氢后气体得到净化,在进入静电除焦,除焦油后送至压缩一段入口总管。 液体流程： 吸收硫化氢后的溶液由脱硫塔底部经液封进入高液槽,由溶液泵打入再生槽喷射再生后经液位调节器进入贫液槽,再由贫液泵打入脱硫塔顶吸收半水煤气中的硫化氢,吸收硫化氢后脱硫液循环再生使用。再生槽浮选出的硫泡沫流入泡沫中间槽用泵打入沉降槽,沉降后溶液回到父液槽,泡沫放入融硫釜,用蒸汽加温到120-130以上,硫成熔融状态放出,装盒,凝团,入库,融硫后分离出的脱硫液放入地下池,再经过滤后打入贫液槽循环使用。循环冷却水将半水煤气洗涤并降温后经液封进入凉水塔,冷却后的水由冷却泵打至冷塔,与半水煤气逆流接触。4.1.4.2 工艺流程图 脱硫工段工艺流程图如3-1-1所示:图4-1-1 脱硫工段工艺流程图4.1.4.3正常操作要点1. 经常注意罗茨风机出入口压力,防止出入口超压或入口成负压,注意风机出入口半水煤气温度,保证各风机正常运行。2经常注意各泵电机电流,温度,保证各泵打液量正常,注意贫富液槽液位,防止出现假液位及泵抽空。3注意脱硫前硫化氢含量变化,及时调整药品加入量,注意脱硫后煤气硫化氢含量,超标要及时查找原因。4注意调节888溶液滴加量,保证均匀滴加。5注意放硫量是否正常。6注意喷射器压力,保证再生槽液位稳定,调节液位是泡沫正常溢流。7注意观察静电除焦电压及电流值是否正常。8 .注意氧气含量高低,如有异常及时通知有关岗位。9. 注意风机,泵润滑油位,保证润滑油足量。10. 调节冷塔水量及风机喷水量,保证吸收温度及再生温度。11. 注意按时排放各设备管道,防止积水。4.1.4.4 设备一览表表4-1-1 脱硫工段设备一览表序号名称规格型号或图号数量备注1罗茨风机346m3/minL94WD3电机JS158-82罗茨风机160m3/minL82WD1电机JS127-63罗茨风机116m3/minLG480665-22电机JS125-64脱S贫液泵419.4m3/min250S-65A2电机Y280M-45贫液泵790m3/min300S-581电机Y315M-46富液泵485m3/min250S-653电机Y315M-47富液泵720m3/min12SH-6B1电机Y315M-48药品补充溶液泵45m3/min3BA-91电机JO-42-29泡沫泵100m3/min3BA-91电机JO-42-210釜液泵45m3/min3BA-91电机JO-42-211贮槽倒液泵170m3/min6BA-81电机JO72-412循环水泵270m3/min8SH-9A1电机Y250M-213循环水泵200m3/minIS150-125-4001电机225-M-4N14清水泵54m3/min H260m80F-601电机JJ1-2检修冲脱S塔15气柜后水封宽1.8m 长2.8m高1.85m1V 9m316洗气塔240011480161V 51.9m317焦炭过滤器40004000101气柜后250 m318冷却塔320026695161脱S塔前V225 m319冷却塔液封槽1200683561V 7.7 m320脱碳塔4200332001406A421176阶梯环填料高度14.8m分四段205m321脱硫塔液封槽1400683561V10.5m322贫液槽4500550081V87m323富液槽4500550081V87m324再生槽950085001281212 60001V300m3附件17个其中喷射器2738H3222喷嘴38吸空气量145m3/h溶液流量86m3/hLJ-300-1型吸空气量300m3/h溶液流量50m3/h25静电除焦193081006JDCJ01-40226静电除焦3000 10100102800127汽水分离器24004500161V20m3冷却塔28冷却塔循环槽5000600012129硫泡沫中间槽2000338512013131V117m330熔S釜1200 12 46801400 810A761V15m331硫泡沫清夜槽1000224061V3.64m332硫泡沫清夜槽1000224061V1m333硫泡沫槽30006362102V25m334溶液贮槽7000811061V300m335溶液制炃槽2000200061V6.28m34.2 一氧化碳的变换4.2.1变换任务 变换岗位是负责把水煤气中的CO转化为CO2,使CO含量控制在一定的指标围,同时得到等体积的H2,CO不仅不是合成氨所需要的,反而对氨合成催化剂有毒害,而CO2和H2是生产尿素和氨合成的原料气体,所以变换过程既是原料气的净化过程,又是原料气制造的继续。4.2.2反应原理CO+H2O= CO2+H2H=-41.2kJ/mol由于煤气中还含有一定量的有机硫化物,所以还有如下反应：CS2+2H2O=2H2S+CO2COS+H2O=H2S+CO2COS+H2=H2S+CO由CO的变换反应可以看出,该反应是向煤气中添加一定量的水蒸汽在一定温度压力下,借助催化剂的作用,使CO转化为CO2和H2。变换反应是一个可逆的放热反应,要尽一切可能使反应向生成CO2和H2的方向进行,要从化学平衡和反应速度两点着眼确定操作条件,生产中所控制的温度