合成氨工艺与设备

宜 化 化 机 崔 娟2016年 3月 各工段工艺与设备基本概念合成氨工艺流程简述结束语1234 氮 是 自 然 界 分 布 较 广 的 一 种 元 素 ， 氮 是 植物 生 长 的 第 一 需 要 ， 由 于 植 物 只 能 吸 收 化 合物 中 固 定 状 态 的 氮 ， 因 而 必 须 把 空 气 中 游 离的 氮 转 变 为 氮 的 化 合 物 。 由 于 采 用 合 成 的 方 法 生 产 氨 ， 所 以 习 惯 上称 为 合 成 氨 。 性 质 ： 无 色 有 辛 辣 臭 味 气 体 ， 化 学 式 为 NH3,分子 量 为 17.03， 沸 点 -33.35 ,熔 点 -77.7 ,比 重 (液 态 )0.597。 气 氨 常 温 加 压 液 化 为液 氨 （ 25 1.0MPa） ,易 溶 于 水 ,酒 精 等 ,溶 解 时 放 出 大 量 的 热 ， 氨 是 一 种 可 燃 性 气 体 ，氨 与 空 气 混 合 可 以 形 成 爆 炸 性 气 体 ， 爆 炸 极限 为 15.5 27%。 发 展 简 史 ： 世 界 上 第 一 个 合 成 氨 厂 于 1913年 在 德 国 噢堡 建 成 ， 实 现 了 工 业 化 生 产 （ 30吨 /天 ） 。 我 国 第 一 个 合 成 氨 厂 上 世 纪 三 十 年 代 在 永利 公 司 （ 就 是 现 在 的 吉 化 公 司 ） 建 成 ， 到 1949年 我 国 合 成 氨 年 产 量 为 0.6万 吨 ， 2008年 产量 达 到 了 4500万 吨 ,占 世 界 总 产 量 的 1/3.为 世界 第 一 。 制 造 氮 肥 和 复 合 肥 料 （ 化 肥 加 工 ） ： 占 80 90%，主 要 品 种 有 尿 素 、 碳 铵 、 硝 酸 铵 、 硫 酸 铵 、 氯 化 铵等 氮 肥 ， 以 及 磷 酸 一 铵 、 磷 酸 二 铵 和 NPK复 合 肥 等 含氮 复 合 肥 。 作 为 工 业 原 料 和 氨 化 饲 料 ： 用 量 约 占 世 界 产 量 的 10 。 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 生 产 。 其 他 如 纯 碱 、 硝 酸 、 甲 铵 、 冶 金 、 医 药 、石 油 加 工 等 ； 液 氨 作 为 制 冷 剂 在 冷 冻 行 业 也 得 到 广 泛 应 用 。 N2+3H2=2NH3+Q2NH3（ 液 ） +CO2（ 气 ） CO（ NH2） 2（ 液 ） +H2O（ 液 ） +Q 合 成 氨 生 产 的 三 个 过 程 ： 原 料 气 的 制 造 （ 制 气 ） ， 包 括 原 料 工 段 和 造气 工 段 ； 原 料 气 的 净 化 ， 包 括 脱 硫 、 变 换 、 变 脱 、 脱碳 、 精 炼 等 工 段 ； 气 体 的 压 缩 和 合 成 ， 主 要 是 压 缩 和 合 成 工 段。 合 成 氨 生 产 的 原 料 ： 氮 气 来 自 空 气 ， 氢 气 来 自 原 料 气 制 取 ， 原料 有 固 体 （ 煤 、 焦 炭 等 ） 、 液 体 （ 石 脑 油 、 重质 油 等 ） 和 气 体 （ 天 然 气 、 焦 炉 气 等 ） 三 种 。小 氮 肥 一 般 以 煤 为 原 料 。 一段 二段六段 三段 五段粗甲醇六段四段电机脱硫气柜造气原料制棒变换PSA脱碳CO2压缩尿素精炼合成氨库煤空气蒸汽煤气蒸汽CO2气氨产品尿素4M20-75/31.4压缩机PC脱碳产品粗醇 液 氨煤棒 岗 位 任 务 ： 就 是 将 空 气 和 水 蒸 汽 通 入 固 定 层 煤 气 发 生 炉中 ,在 高 温 下 将 固 体 燃 料 进 行 气 化 制 得 合 格 的 半 水 煤 气 。 （ CO 29%、 H2 40%、 CO2 8%、 N2 21%、 CH41.5%、 O2 0.4%、 H2S 0.5-2.0g/m3）主 要 设 备 :煤 气 发 生 炉 、 旋 风 除 尘 器 、 显 热 回 收 器 、 洗 气塔 、 蒸 汽 缓 冲 罐 、 夹 套 汽 包 、 空 气 鼓 风 机 、 煤 气 气 柜等 。工 艺 原 理 ： 在 固 体 燃 料 气 化 过 程 中 ， 分 别 通 入 空 气 和 水蒸 汽 制 得 空 气 煤 气 和 水 煤 气 ,并 成 为 具 有 一 定 比 例 的 混合 气 体 。 这 种 混 合 气 体 称 之 为 半 水 煤 气 ， 它 是 生 产 合成 氨 的 基 本 原 料 气 。 煤 气 发 生 炉壳 牌 炉 流 程 简 述 ： 向 煤 气 发 生 炉 内 交 替 通 入 和， 与 炉 内 灼 热 的 炭 进 行 气 化 反 应 ， 吹 风 阶段 生 成 的 吹 风 气 根 据 要 求 送 回 收 热 量或 直 接 由 烟 囱 放 空 ， 并 根 据 需 要 回 收 一 少 部 分入 气 柜 ， 用 以 ， 煤 气 炉 出 来 的 煤 气经 、 冷 却 和 后 ， 在 气 柜 中混 合 ， 然 后 去 脱 硫 ， 以 空 气 为 气 化 剂 制 取 的 空 气 煤 气 粉 煤 直 接 气 化 ： 荷 兰壳 牌 技 术 （ 鲁 奇 炉 ） ：C+O2 CO2+Q ； 2C+O2 2CO ；C+CO2 2CO-Q ； CO+O2 CO2-Q以 蒸 汽 为 气 化 剂 制 取 的 半 水 煤 气 ： 型 煤 、 间 歇 式 制 气 C+O2 CO2+Q （ 吹 风 气 ） 供 热 ； C+H2O（ g） 2CO+H2 ；2 C+H2O（ g） 2CO2+2H2 ； CO+ H2O（ g） CO2+H2 不 论 是 以 固 体 原 料 ， 还 是 以 天 然 气 、 重 油 为 原 料 制 备 的 氢 氮 原 料气 中 ， 都 含 有 一 定 成 分 的 硫 化 物 。 煤 气 化 半 水 煤 气 中 硫 化 物 主 要是 H2S（ 90%） ,其 次 是 CS2,COS,RSH等 有 机 硫 。 其 含 量 取 决 于 原 料的 含 硫 量 及 其 加 工 方 法 ， 以 煤 为 原 料 时 ， 所 得 原 料 气 中 H2S含 量一 般 为 1 3g/m3， 有 的 高 达 8 15g/m3。 硫 的 危 害 ： 硫 化 物 对 合 成 氨 生 产 有 着 严 重 的 危 害 ， 它 对 设 备 和 管 道 有 腐 蚀 作 用 ，可 使 变 换 、 甲 醇 及 合 成 系 统 的 催 化 剂 中 毒 ， 还 可 使 铜 洗 系 统 的 低 价 铜 生成 硫 化 亚 铜 沉 淀 ， 使 操 作 恶 化 ， 增 加 铜 耗 。 对 产 品 质 量 产 生 影 响 （ 硫 脲 -红 尿 素 ； FeS-黑 碳 铵 ； 黑 重 碱 ） 脱 硫 方 法 的 分 类 ： 按 脱 硫 剂 的 状 态 可 分 为 干 法 和 湿 法 两 种 。干 法 是 用 固 体 脱 硫 剂 (如 氧 化 铁 、 活 性 炭 、 分 子 筛等 )将 气 体 中 的 硫 化 物 吸 收 除 掉 ；湿 法 用 碱 性 物 质 或 氧 化 剂 的 水 溶 液 即 液 体 脱 硫 剂(如 氨 水 法 、 碳 酸 盐 法 、 乙 醇 胺 法 、 腐 酸 二 磺 酸钠 法 及 砷 碱 法 等 )吸 收 气 体 中 的 硫 化 物 。 反 应 原 理 ： 1） 吸 收 ： 半 水 煤 气 中 的 酸 性 气 体 H2S被 碱 性 溶 液 （ Na2CO3） 吸 收 生 成 NaHS和 NaHCO3,其 反 应 方 程 式 如 下 ： 碱 的 溶 解 (Na2CO3+H2O NaHCO3+NaOH/NaHCO3+H2O NaOH+H2O+CO2 ） Na2CO3 H2S NaHS+NaHCO3 /H2S+NaOH NaHS+H2O NH3+H2S NH4HS（ 氨 水 脱 硫 ） 2） 再 生 ： 溶 液 中 的 HS-被 氧 化 析 出 硫 (催 化 剂 作 用 下 )： NaHS+O2=NaOH+S NH4HS+O2 NH3+S +H2O 静 电 除 焦 静 电 除 焦 结 构 ： 静 电 除焦 由 塔 体 部 分 和 电 器 部 分 组成 。 塔 体 为 同 心 圆 式 结 构 。电 器 部 分 由 高 压 电 源 、 控 制系 统 、 电 晕 电 极 组 成 。 静 电 除 焦 工 作 原 理 ： 静电 除 焦 利 用 强 电 场 的 作 用 ，使 半 水 煤 气 中 的 尘 埃 、 油 雾等 细 微 粒 带 上 负 电 向 电 极 移动 ， 中 和 后 被 吸 附 排 出 ， 达到 净 化 气 体 的 目 的 。 脱 硫 塔 813 脱 硫 塔 直 径 5.0m，高 38m， 装 三 段 填 料 ， 每段 填 料 高 5m。 脱 硫 塔 中 气 体 和 液 体两 相 逆 流 ， 脱 硫 液 从 上进 ， 从 下 出 ， 而 半 水 煤气 从 底 部 进 ， 从 顶 部 出 。规 整 填 料 使 气 液 分 布 更均 匀 ， 接 触 更 好 ， 使 硫化 氢 更 好 的 被 脱 硫 液 吸收 。 冷 却 清 洗 塔 冷 却 清 洗 塔 分 为 两 段 ， 下端 为 冷 却 塔 ， 上 端 为 清 洗 塔 。 设 置 冷 却 塔 是 为 了 降 低 从静 电 除 焦 来 的 半 水 煤 气 温 度 ，保 证 脱 硫 的 效 果 。 半 水 煤 气 和冷 却 水 换 热 ， 降 低 温 度 。 设 置 清 洗 塔 是 为 了 除 去 从脱 硫 塔 出 来 半 水 煤 气 携 带 的 脱硫 液 等 杂 质 。 罗 茨 鼓 风 机 罗 茨 鼓 风 机 主 要 起 输 送 气 体的 作 用 。 并 起 一 定 的 加 压 作 用 。 罗 茨 机 在 机 体 内 通 过 同 步 齿轮 的 作 用 使 两 叶 轮 呈 反 方 向 旋 转 ，腔 体 与 叶 轮 构 成 相 互 隔 绝 的 进 气腔 与 排 气 腔 ， 借 助 于 叶 轮 旋 转 将机 体 内 的 气 体 由 进 气 腔 压 缩 推 送至 排 气 腔 ， 排 出 气 体 ， 达 到 强 制输 送 气 体 的 目 的 。 压 缩 机 的 岗 位 任 务 ： （ 1） 氨 的 合 成 ： 因 为 在 合 成 氨 生 产 中 ， 原 料 气 的 净 化及 氨 的 合 成 都 是 在 一 定 压 力 下 进 行 的 ， 为 此 要 用 压 缩 机 提高 压 力 、 输 送 气 体 。 通 过 压 缩 机 将 脱 硫 来 的 半 水 煤 气 逐 步压 缩 到 各 工 段 要 求 压 力 ， 并 畅 通 送 到 各 工 段 最 后 合 成 氨 。 （ 2） 尿 素 的 合 成 ： 将 脱 碳 或 变 压 吸 附 送 来 的 二 氧 化 碳气 体 经 分 离 器 除 去 水 后 ， 经 压 缩 机 一 ， 二 级 压 缩 提 压 后 送脱 硫 槽 除 去 硫 化 氢 ， 再 经 三 、 四 、 五 级 压 缩 提 压 送 至 尿 素岗 位 作 为 生 产 尿 素 的 主 要 原 料 气 。 压 缩 机 的 工 作 原 理 根 据 气 体 状 态 方 程 ： P V=n R T （ n 物 质 的 量 ； R 常 量 ） 当 气 体 的 温 度 （ T） 保 持 不 变 时 ， 我 们可 以 通 过 压 缩 气 体 的 体 积 （ V） 来 提 高 气 体 的 压力 （ P） 。 利 用 气 体 的 可 压 缩 性 ， 通 过 压 缩 机 各段 活 塞 的 往 复 动 作 而 达 到 提 高 气 体 压 力 的 目的。 变 换 岗 位 任 务 将 来 自 压 缩 的 加 压 半 水 煤 气 ， 在 一 定 的 温 度 和 压 力 条 件下 借 助 变 换 催 化 剂 的 催 化 作 用 ， 使 半 水 煤 气 中 CO与 水 蒸 气 发生 反 应 ， 转 化 为 CO2和 H2。 其 目 的 是 通 过 转 化 半 水 煤 气 中 的 CO获 得 合 成 氨 生 产 所 需 要 的 原 料 H2和 尿 素 （ 或 纯 碱 ） 生 产 所需 的 原 料 CO2， 并 且 合 理 回 收 系 统 中 的 热 量 。变 换 岗 位 生 产 原 理反 应 方 程 式 ： CO + H2O（ g） CO2 + H2 +Q 副 反 应 ： CO+H2 C+H2O+Q CO+3H2 CH4+H2O+Q 变 换 催 化 剂 简 介 ：中 变 催 化 剂 : 1)催 化 剂 型 号 ： 中 变 催 化 剂 主 要 型 号 有 B107、 B109、 B112、 B113、 B116、 B117等 。 2)催 化 剂 组 成 ： 中 变 催 化 剂 含 Fe2O380-90%， Cr2O37-11%， 并 有 少 量 的K2O、 MgO和 Al2O3等 成 分 。 Fe2O3被 还 原 形 成 的 具 有 尖 晶 石 结 构 的 Fe3O4是 催 化 剂 的 活 性 组 分 。 催 化 剂 还 原 ： 3Fe2O3+H2=2Fe3O4 +H2O+9.6kJ 3Fe2O3+CO=2Fe3O4 +CO2+50.8kJ 催 化 剂 还 原 过 程 为 放 热 反 应 ， 为 避 免 温 度 剧 升 ， 要 严 格 控 制 还 原 气体 量 ， 保 护 催 化 剂 。 3） 活 性 温 度 ： 在 活 性 温 度 范 围 内 进 行 操 作 。 不 同 型 号 的 中 变 催 化 剂 ，反 应 起 始 温 度 为 320-380 ， 热 点 温 度 为 450-500 4） 催 化 剂 中 毒 与 老 化 ： 催 化 剂 中 毒 是 指 催 化 剂 因 与 杂 质 发 生 作 用 而导 致 活 性 下 降 的 现 象 。 变 换 过 程 中 原 料 气 中 的 硫 化 物 是 引 起 催 化 剂 中 毒的 主 要 原 因 。 Fe3O4+3H2S+H23FeS+4H2O+Q CO变 换 将 大 部 分 有 机 硫 转 化为 H2S， 使 催 化 剂 受 H2S影 响 。 该 反 应 可 逆 ， 降 低 原 料 气 H2S含 量 ， 增 加 水蒸 气 用 量 ， 可 恢 复 催 化 剂 活 性 。 原 料 气 中 灰 尘 及 水 蒸 气 中 无 机 盐 等 ， 能造 成 催 化 剂 永 久 性 中 毒 。 催 化 剂 衰 老 是 指 催 化 剂 长 时 间 使 用 后 活 性 逐 渐 下 降 的 现 象 。 催 化 剂 氧 化 ： 4Fe3O4+O2=6Fe2O3+466kJ 活 性 组 分 Fe3O4在 50-60 以上 不 稳 定 ， 易 被 氧 化 剧 烈 放 热 ， 导 致 飞 温 ， 损 坏 催 化 剂 。 因 此 要 严 格 控制 原 料 气 O2含 量 在 0.5%以 下 。 低 变 催 化 剂 ： 低 温 变 换 是 指 操 作 温 度 比 中 温 变 换 低 的 变 换 工 艺 。 操 作 温度 多 在 180-300 左 右 。 低 温 变 换 催 化 剂 有 Cu-Zn系 低 温 变 换 催 化 剂 和 Co-Mo系 宽 温 变 换 催 化 剂 两 种 。 Cu-Zn系 低 温 变 换 催 化 剂 180 即 有 很 高 活性 ， 但 其 耐 硫 差 ， 对 原 料 气 硫 含 量 要 求 苛 刻 。 Co-Mo系 宽 温 变 换 催 化 剂低 温 活 性 好 ， 抗 硫 性 能 好 。 Co-Mo系 宽 温 耐 硫 低 变 催 化 剂 1） 催 化 剂 种 类 ： 常 用 有 B301、 B303等 2） 催 化 剂 组 成 ： CoO、 MoO、 K2O3、 Al2O3是 其 主 要 成 分 ， 催 化 剂 经 过 硫化 活 化 后 形 成 的 CoS、 MoS2是 催 化 剂 的 活 性 组 分 。 3） 催 化 剂 硫 化 ： 由 于 未 经 硫 化 的 催 化 剂 不 具 备 催 化 活 性 ， 因 此 在 生 产前 用 加 CS2的 半 水 煤 气 对 催 化 剂 进 行 硫 化 ， 使 其 具 备 催 化 活 性 。 CS2+4H2=2H2S +CH4+240.6kJ MoO3+2H2S+H2=MoS2 +3H2O+48.1kJ CoO+H2S=CoS +H2O+13.4kJ 硫 化 反 应 为 放 热 反 应 ， 为 避 免 超 温 ， 气 体 中 硫 化 物 浓 度 不 宜 过 高 。 硫化 时 CS 2用 量 一 般 按 1m3催 化 剂 150kg准 备 。 4） 催 化 剂 反 硫 化 ： Co-Mo系 催 化 剂 反 硫 化 主 要 是 指 MoS2的 放 硫 现 象 。 MoS2+2H2O=MoO2+2H2S 放 硫 现 象 会 生 成 不 具 备 催 化 活 性 的 MoO2， 降 低 催化 剂 催 化 活 性 。 为 防 止 反 硫 化 ， 进 低 变 的 反 应 气 体 中 H2S不 能 过 低 ， H2S含 量 有 一 个 最 低 值 。 从 化 学 平 衡 来 看 ， 汽 气 比 越 低 ， 最 低 H2S含 量 越 低 ，催 化 剂 越 不 易 反 硫 化 。 5） 催 化 剂 中 毒 ： 半 水 煤 气 中 的 O2会 使 Co-Mo系 催 化 剂 缓 慢 发 生 硫 酸 盐化 反 应 ， 使 CoS、 MoS2中 S2-氧 化 成 SO42-,导 致 催 化 剂 活 性 降 低 。 因 此 ，低 变 耐 硫 催 化 剂 前 要 设 置 一 层 保 护 剂 和 除 氧 剂 （ 抗 毒 剂 ） ， 避 免 O2等杂 质 进 入 低 变 催 化 剂 使 催 化 剂 活 性 降 低 。 半 水 煤 气 中 油 污 在 高 温 下 碳化 ， 沉 积 在 催 化 剂 颗 粒 中 也 会 降 低 催 化 剂 活 性 。 水 会 溶 解 催 化 剂 中 活性 组 分 钾 盐 ， 使 催 化 剂 永 久 失 活 。 其 他 杂 质 进 入 低 变 催 化 剂 也 会 使 催化 剂 失 活 。中 低 低 主 要 设 备 ： 中 温 变 换 炉 、 低 温 变 换 炉 、 饱 和 热 水 塔 、 煤 气 换热 器 、 热 水 加 热 器 、 中 低 变 电 炉 、 软 水 加 热 器 、 变 换 气 冷 却 器 、 焦 炭过 滤 器 等 。 煤 经 气 化 制 得 的 半 水 煤 气 ， 经 脱 硫 、 变 换 后 含 有 一 定 量 (23 30 )的 CO2 ， 半 水 煤 气 在 进 入 合 成 工 序 前 必 须 将 CO2清 除 干 净 ， 因 为 CO2易 使 合 成 氨 催 化 剂 中 毒 。 同 时 CO2是 制 造 尿 素 、 碳 酸 氢 铵 和 纯 碱 的重 要 原 料 。 因 此 在 整 个 合 成 氨 中 必 有 一 个 脱 碳 工 序 。岗 位 任 务 ： 将 变 换 气 中 的 CO2脱 除 掉 ， 制 得 合 格 的 净 化 气 ,并 将 脱 除 下来 的 CO2提 纯 回 收 用 于 后 续 产 品 (尿 素 、 碳 铵 、 纯 碱 等 )生 产 。 脱 碳 主 要 方 法 ：化 学 法 ： 变 换 气 中 CO2直 接 参 与 反 应 并 生 成 其 他 盐 ， 达 到 除 CO2的 目 的 。 如 碳 化 ： CO2+NH3 H2O=NH4HCO3 物 理 吸 附 法 ： 碳 酸 丙 烯 酯 法 、 NHD（ 聚 乙 二 醇 二 甲 醚 ） 法 、 低 温 甲 醇 洗 涤 法 、 变压 吸 附 脱 碳 法 、 改 良 热 钾 碱 法 等 。 利 用 溶 剂 或 吸 附 剂 在 一 定 压 力 下对 不 同 组 分 的 选 择 性 吸 收 （ 溶 解 度 的 较 大 差 异 ） 来 达 到 脱 除 CO 2的目 的 。 3、 变 压 吸 附 脱 碳 法 ： （ 1） 变 压 吸 附 的 基 本 原 理 ： 吸 附 剂 对 吸 附 介 质 在 不 同 分 压 下有 不 同 吸 附 容 量 ， 并 且 在 一 定 的 吸 附 压 力 下 ， 对 被 分 离 的 气 体混 合 物 的 各 组 分 又 有 选 择 吸 附 的 特 性 。 加 压 吸 附 除 去 原 料 气 的杂 质 组 分 ， 减 压 （ 抽 真 空 ） 脱 除 这 些 杂 质 ， 从 而 使 吸 附 剂 获 得再 生 。 因 此 ， 采 用 多 个 吸 附 床 ， 循 环 地 变 动 所 组 合 的 各 吸 附 床压 力 ， 就 可 以 达 到 连 续 分 离 气 体 混 合 物 的 目 的 。 a、 变 压 吸 附 脱 碳 优 点 ： 产 品 气 纯 度 高 ； 工 艺 简 单 ， 无 需 复杂 的 预 处 理 系 统 ； 运 行 费 用 非 常 低 、 能 耗 低 、 吸 附 剂 消 耗 也 非常 小 （ 吸 附 剂 设 计 使 用 年 限 15年 ） ； 采 用 计 算 机 自 动 控 制 ， 其自 动 化 程 度 较 高 ， 开 停 车 及 正 常 操 作 较 方 便 简 单 。 b、 变 压 吸 附 脱 碳 常 用 吸 附 剂 为 ： 硅 胶 （ 脱 二 氧 化 碳 ） 、 活性 氧 化 铝 （ 脱 水 ） 和 活 性 炭 （ 脱 二 氧 化 碳 、 脱 甲 烷 、 脱 硫 ） 。 c、 变 压 吸 附 工 作 基 本 步 骤 ： 加 压 下 吸 附 ； 减 压 或 抽 真空 解 吸 ； 再 升 压 吸 附 。 工 艺 流 程 简 述 ： 来 自 变 换 岗 位 的 变 换 气 （ 含 CO2 26 28%， 温 度 40 ）经 气 水 分 离 器 分 离 掉 机 械 水 后 ， 进 入 提 纯 吸 附 塔 ， 将 变 换 气 中 的 CO2、水 、 硫 等 吸 附 下 来 ， 未 被 吸 附 的 H2、 N2以 及 残 存 的 CO2， 进 入 净 化 吸 附塔 ， 再 次 吸 附 ， 将 CO2降 到 0.5%以 下 ， 一 同 与 未 被 吸 附 的 H2、 N2送 后 工序 使 用 。 提 纯 装 置 待 吸 附 饱 和 后 ， 再 经 过 四 次 均 压 ， 用 96%以 上 的 CO2置换 吸 附 ， 将 其 他 杂 质 置 换 出 来 。 然 后 通 过 抽 真 空 将 吸 附 的 水 、 硫 及 CO2解 析 出 来 ， 进 入 CO2气 柜 ， 再 通 过 罗 茨 机 加 压 后 送 入 CO2压 缩 机 一 段 入 口 ，净 化 装 置 待 吸 附 饱 和 后 经 四 次 均 压 逆 放 ， 通 过 抽 真 空 使 吸 附 剂 获 得 再生 。 联 醇 生 产 简 介 ： 甲 醇 合 成 装 置 串 联 在 合 成 氨 生 产 装 置 之 中 ， 用 合 成 氨 原 料气 CO、 CO2、 H2合 成 甲 醇 ， 同 时 达 到 减 轻 精 炼 负 荷 的 目 的 。 作 用 ： 合 成氨 副 产 甲 醇 ； 净 化 进 精 炼 系 统 的 原 料 气 ， 减 轻 精 炼 负 荷 及 消 耗 。甲 醇 岗 位 任 务 ： 将 压 缩 机 五 段 来 的 含 有 CO、 H2和 少 量 CO2的 混 合 气 体 经 油分 后 送 入 合 成 塔 ， 在 一 定 的 温 度 、 压 力 和 铜 基 触 媒 的 作 用 下 ， CO、 CO2和 H2合 成 为 粗 甲 醇 ， 经 冷 却 分 离 ， 将 粗 甲 醇 送 入 甲 醇 槽 ， 回 收 弛 放 气 ， 粗 甲 醇送 有 机 精 加 工 ， 分 离 后 ， 部 分 含 H2、 N2、 少 量 CO气 体 部 分 循 环 使 用 ， 大 部分 送 精 炼 工 段 净 化 。生 产 原 理 ： 主 反 应 方 程 式 ： CO+2H2=CH3OH+Q CO2+3H2= CH3OH+H2O+Q 副 反 应 方 程 式 ： 2CO+4H2=CH3OCH3+H2O+Q CO+3H2=CH4+H2O+Q CO+4H2=C2H5OH+H2O+Q 经 过 脱 硫 、 变 换 和 脱 碳 后 的 原 料 气 仍 然 含 有 少 量 CO、 CO2、 O2及 H2S等 有害 气 体 ， 为 了 防 止 它 们 对 氨 合 成 催 化 剂 的 毒 害 ， 我 们 需 要 对 气 体 进 一 步 净化 精 炼 。 中 小 氮 肥 绝 大 多 数 采 用 铜 氨 液 吸 收 法 来 精 制 原 料 气 。 甲 烷 化 和双 甲 工 艺 现 在 被 推 广 。岗 位 任 务 ： 在 高 压 、 低 温 的 条 件 下 ， 用 醋 酸 铜 氨 液 （ 以 下 简 称 铜 液 ） 吸 收 来 自 变压 吸 附 岗 位 原 料 气 中 CO、 CO2、 O2及 H2S等 有 害 气 体 ， 制 得 合 格 的 精 炼 气 体（ CO+CO2 25ppm） 送 合 成 岗 位 合 成 氨 ， 吸 收 后 的 铜 液 经 减 压 、 加 热 ， 使 其再 生 后 恢 复 原 有 吸 收 能 力 ， 循 环 使 用 ， 解 析 出 来 的 再 生 气 及 带 出 来 的 气 氨均 回 收 利 用 。 精 炼 铜 洗 原 理高 压 低 温 洗 涤 吸 收 ： （ 1） 铜 氨 液 吸 收 CO是 在 游 离 氨 存 在 下 ， 依 靠 低 价 铜 离 子 进 行 的 ： Cu(NH3)2Ac+CO(液 相 )+NH3= Cu(NH3)3AcCO+Q （ 2） 吸 收 CO2是 依 靠 铜 氨 液 中 的 游 离 氨 ， 反 应 如 下 : 2NH3+CO2+H2O =(NH4)2CO3+Q 生 成 的 (NH4)2CO3会 继 续 吸 收 CO2而 生 成 NH4HCO3 (NH4)2CO3+CO2+H2O=2NH4HCO3+Q （ 3） 铜 氨 液 吸 收 O2的 反 应 是 依 靠 低 价 铜 进 行 的 ， 其 反 应 方 程 式 如 下 4Cu(NH3)2Ac+8NH3+4HAc+O2=4Cu(NH3)4Ac2+2H2O+Q （ 4） 铜 氨 液 吸 收 硫 化 氢 的 反 应 主 要 是 依 靠 其 中 的 氢 氧 化 铵 ， 其 反 应方 程 式 如 下 2NH 4OH+H2S (NH4)2S+2H2O+Q 2Cu(NH3)2Ac+H2S= Cu2S +2NH4Ac+(NH4)2S 低 压 加 热 解 吸 再 生 ： （1）吸收了CO、CO2、H2S、O2等有害物质的铜液，通过再生解吸后循环使用： Cu(NH3)3AcCO= Cu(NH3)2Ac+CO +NH3 -Q NH4HCO3=NH3 +CO2 +H2O-Q (NH4)2S=2NH3 +H2S -Q （2）还原高价铜以维持铜液铜比 2Cu(NH3)2+CO+H2O=2Cu+CO2 +2NH3 +2NH4+-Q Cu+Cu2+=2Cu+-Q 2Cu2+CO+H2O=2Cu+CO2 +H2 -Q主 要 设 备 ： 铜 洗 塔 、 再 生 器 、 铜 分 、 油 分 、 化 铜 桶 、 氨 冷 器 、 卧 冷 、还 原 加 热 器 等 。 岗 位 任 务 ： 将 经 过 精 制 合 格 的 氢 、 氮 气 在 高 温 、 高 压 条 件 下 ， 借 助 于 催化 剂 的 作 用 合 成 为 氨 ， 经 冷 凝 分 离 得 到 液 氨 。反 应 原 理 ： 氢 和 氮 在 460 、 31.4MPa、 H2/N22.2 2.8 和 铁 系 催 化 剂 存在 下 发 生 如 下 化 学 合 成 反 应 ： 3H2+N2 2NH3+92.44kJ/mol 合 成 氨 反 应 步 骤 如 下 ： 1） 气 体 反 应 物 扩 散 到 催 化 剂 外 表 面 ； 2） 反 应 物进 一 步 扩 散 到 催 化 剂 毛 细 孔 内 表 面 ； 3） 气 体 被 催 化 剂 内 表 面 的 活 性 吸附 ； 4） 反 应 气 体 在 催 化 剂 的 表 面 进 行 反 应 ， 形 成 吸 附 态 的 氨 ； 5） 生成 的 氨 从 催 化 剂 内 表 面 上 脱 吸 ； 6） 脱 吸 的 氨 从 毛 细 孔 内 表 面 向 催 化 剂外 表 面 扩 散 ； 7） 产 物 氨 从 催 化 剂 外 表 面 扩 散 至 气 相 主 体 。 合 成 尿 素 原 理 与 方 法 ： 原 理 ：由液氨与二氧化碳气体直接在一定的温度和压力下合成尿素，总反应式为： 2NH3(液)+CO2(气) CO(NH2)2(液)+H2O(液)+Q 合成尿素分两步进行： 第一步由氨与二氧化碳生成中间产物甲铵，其反应式为： 2NH3(液)+CO2(气) NH2COONH4(液) +100kJ/mol 第二步由甲铵脱水生成尿素，其反应式为：(合成尿素过程中的控制反应) NH2COONH4(液) CO(NH2)2(液)+H2O(液)-27.5kJ/mol 合 成 尿 素 工 业 化 生 产 方 法 ： 水溶液全循环法、二氧化碳气提法、氨气提法等