合成氨工艺（黄总20080710）

null 合成氨工艺简介 合成氨工艺简介null一、制棒工艺 二、造气工艺 三、脱硫工艺 四、变换工艺 五、变压吸附工艺目录六、精炼工艺 七、合成工艺 八、水溶液法尿素工艺 九、气提法尿素工艺null静电 除焦：除去煤焦油、杂质脱硫 工段：除去大部分H2S变换工段：将CO“变成”H2变脱：除去H2S变压吸附：除去CO2精炼：除去微量O2、CO、CO2、H2S等合成：H2与N2合成氨；放掉CH4氨库：储存氨 股份2#系统工艺流程总体方框图 尿素： CO2与NH3合成尿素造气生产半水煤气:H2、CO、CO2、CH4、H2S、N2、O2、煤焦油、杂质CO2H2+N2一、制棒工艺一、制棒工艺1、岗位任务 2、工作原理 3、腐植酸钠溶液配制 4、流程示意图制棒工艺——1、岗位任务制棒工艺——1、岗位任务1 、粉碎岗位任务 原料粉煤在笼式粉碎机内经过碰撞和摩擦，达到公司规定粒度，供制液岗位使用。 2 、制液岗位任务 配制合格的腐植酸钠溶液，按一定的比例，均匀加入粉碎岗位送来的粉煤中，通过卧式搅拌器搅拌均匀，然后输送到沤化室内沤化。 3 、制棒岗位任务 将沤化室经沤化合格的粉煤运至煤棒机进料口，通过对煤棒机物料的控制，按工艺指标，生产合格的煤棒供造气系统使用。 4 、上料拉渣岗位任务 将合格的成品煤棒通过皮带机输送到造气岗位各个系统的小立斗存放，及时、足额地保证造气炉的生产需要，同时将造气炉排放的物料、煤渣、烟道灰及时地按规定要求拖到指定地点，保证造气生产正常运行。制棒工艺——2、工作原理a制棒工艺——2、工作原理a1、粉碎机工作原理 经过筛分后的籽煤、粉煤除铁后进入粉碎机鼠笼内，依靠两个互为反方向高速旋转的鼠笼使其不断受到剪切、撞击，将其粒度粉碎至3mm以下后排出来。 2、制、配液工作原理 褐煤中的腐植酸经碱液抽提后生成具有粘性作用的腐植酸钠溶液，以一定比例与粉碎岗位提供的粉煤一起加入搅拌器，经搅拌均匀后，送沤化室进行渗透沤化。提取过程的化学反应式是：制棒工艺——工作原理b制棒工艺——工作原理b3、棒机工作原理 转动的叶轮从加料口夹入原煤，并将原煤向前推进。在前进过程中，原煤一方面逐渐被压缩，颗粒紧密靠拢，另一方面又产生相当大的搅动和混合。此时，颗粒与颗粒之间，颗粒与叶片和筒体之间会产生强烈的摩擦和剪切。在摩擦和剪切产生的热量作用下，原煤的温度上升，水份分布的更加均匀，原煤的可塑性也大为增加，再通过模具锥形体的节制作用，颗粒就被压缩得更加紧密，压入模具前端的平直部分，出料而成型。制棒工艺——3、腐植酸钠溶液配制制棒工艺——3、腐植酸钠溶液配制褐煤 3.63t/罐液碱 0.4t/罐水 2.2t/罐制液罐9.5m3 4小时 ≥90℃腐植酸钠溶液蒸汽加热 26kg/吨棒制棒工艺——4、流程示意图制棒工艺——4、流程示意图煤筛分除铁粉碎褐煤碱水制液罐腐植酸钠溶液蒸汽加热搅拌器 褐煤6.5％ 北煤93.5％沤化库 40小时棒机煤棒风干 4.5小时造气炉二、制气工艺二、制气工艺1、岗位任务 2、工作原理 3、工艺流程图 4、平衡方框图 5、消耗控制点 制气工艺——1、岗位任务制气工艺——1、岗位任务 以煤棒为原料，采用YH连续气化法，在高温条件下，交替或同时通空气和蒸汽进行气化反应，制得合格、充足的半水煤气供后工段使用。 制气工艺——2、工作原理制气工艺——2、工作原理 以煤棒为原料，采用间歇式固定层气化法，在高温条件下，交替同空气和蒸汽进行气化反应，制得合格的、充足的半水煤气。 基本原理： 以空气为气化剂时发生下列反应： C+O2=CO2+Q 2C+O2=2CO+Q 2CO+O2=2CO2+Q CO2+C2CO-Q 以蒸汽为气化剂时发生下列反应： C+H2OCO+H2-Q C+2H2OCO2+2H2-Q CO+H2OCO2+H2+Q C+2H2CH4+Q制气工艺——3、工艺流程图a制气工艺——3、工艺流程图a单系统工艺流程图制气工艺——工艺流程图b制气工艺——工艺流程图b单炉工艺流程图（不含蒸汽过热器）制气工艺——工艺流程图c制气工艺——工艺流程图c单炉工艺流程图（含蒸汽过热器）制气工艺——4、方框平衡图制气工艺——4、方框平衡图造气炉空气 1770m3/t燃料蒸汽 2.05t/t氨半水煤气 2095.34 m3/t燃料吹风气 1864.4 m3/t燃料煤棒 1.408 t燃料/t氨残渣（损失C） 25.706 kg/t燃料飞灰(损失C) 10.35kg/ t燃料三气锅炉 1511.7m3/t燃料352.7m3/t燃料制气工艺—5、消耗控制点制气工艺—5、消耗控制点1、吹风时间减1s, 消耗下降0.028 t燃料/t氨 2、固定碳增加1%，制气量49.132m3/t燃料 3、灰分增加1%，实际消耗增加0.005 kg/t氨 4、降低水分1%，实际消耗下降0.027 kg/t氨 5、吹出细灰量平均上涨1%，消耗增加0.026 kg/t氨 6、灰渣中含碳上涨1%，消耗增加0.01 kg/t氨三、脱硫工艺三、脱硫工艺1、岗位任务 2、工作原理 3、工艺流程图 4、平衡方框图 5、消耗控制点 脱硫工艺——1、岗位任务脱硫工艺——1、岗位任务 运用栲胶脱硫法，将半水煤气中的硫化氢含量降至0.075g/m3以下，供后工序使用。脱硫工艺——2、工作原理栲胶脱硫基本原理： （1）、半水煤气中的酸性气体H2S被碱性溶液吸收。 Na2CO3 + H2S → NaHS + NaHCO3 （2）、溶液中的NaHS被偏钒酸钠氧化，生成焦钒酸钠并析出S。 2 NaVO3 + NaHS+ NaHCO3 → Na2CO3 + Na2V2O5 + H2O+S （3）、氧化态的栲胶，将焦钒酸钠氧化为偏钒酸钠而氧化态栲胶变成还原态栲胶。 Na2V2O5 +2TEoS+H2O → 2 NaVO3 +2TErS （4）、还原态栲胶经过空气氧化后变成氧化态栲胶。脱硫工艺——2、工作原理脱硫工艺——3、工艺流程图脱硫工艺——3、工艺流程图脱硫工艺——4、平衡方框图脱硫工艺——4、平衡方框图半水煤气 H2S：1.1 ～1.4mg/m3脱硫脱硫液 800m3/h煤气 T：25～35℃ H2S： ≤ 0.075mg/m3静电除焦 4.8万方/h脱硫液再生制液 400kg/天焦油压滤 S：3.4kg/吨氨脱硫工艺——5、消耗控制点脱硫工艺——5、消耗控制点1、出口温度每降低3度，提高压缩机1％打气量（循环水三级冷却，冬天出口控制25度）； 2、制液3元/t氨（T90-2与栲胶交替），消耗控制要加强回收； 3、电耗120度/吨氨，主要是降低脱硫塔阻力，降低水的温度。四、变换工艺四、变换工艺1、岗位任务 2、工作原理 3、工艺流程图 4、平衡方框图 5、消耗控制点 null 将来自压缩二段的半水煤气，在一定温度和压力下，借助于催化剂的作用，使蒸汽与CO反应，在尽可能节约蒸汽的情况下，生成CO2和H2，制出合格的变换气。变换工艺——1、岗位任务变换工艺——2、工作原理变换工艺——2、工作原理 催化剂 CO + H2O CO2 + H2 +Q P·T 副反应： 2CO + 2H2O → CH4 + CO2 + Q 2CO = CO2 + C CO + 3H2 = CH4 + H2O + Q CO2 + 4H2 = CH4 + 2H2O + Q 变换工艺——3、工艺流程图变换工艺——3、工艺流程图变换工艺——4、平衡方框图变换工艺——4、平衡方框图变换变换气 H2S： 0.2～0.6mg/m3 CO: ≤ 1.5%脱硫后煤气 H2S： ≤ 0.075mg/m3 CO:24 ～27%变脱栲胶液 300m3/h混合气 H2S： 0.01mg/m3脱硫液再生压滤 S：1.2kg/吨氨变换工艺——5、消耗控制点变换工艺——5、消耗控制点1、CO下降0.1％，氨产提高0.8～1.4％ 3、变脱制液1.9元/t氨，加强回收； 4、蒸汽消耗0.28～0.3t/t氨五、变压吸附工艺五、变压吸附工艺1、岗位任务 2、工作原理 3、工艺流程图 4、平衡方框图 5、消耗控制点 变压吸附工艺——1、岗位任务变压吸附工艺——1、岗位任务 将变换气中的二氧化碳分离出来，既净化变换气，又提纯二氧化碳供生产尿素用。变压吸附工艺——2、工作原理变压吸附工艺——2、工作原理 变压吸附的基本原理是利用吸附剂对吸附介质所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份又有选择吸附特性，加压吸附除去原料气的杂质组份，减压脱除这些杂质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。 变压吸附工艺——3、工艺流程图变压吸附工艺——3、工艺流程图 PSA提纯工艺流程图吸附→一均降→二均降→三均降→四均降→置换→逆放→抽真空→隔离→四均升→三均升→二均升→一均升→终升→吸附。变压吸附工艺——工艺流程图变压吸附工艺——工艺流程图PSA净化工艺流程图吸附→一均降→二均降→三均降→四均降→逆放→抽真空→四均升 →隔离→三均升→隔离→二均升→隔离→一均升→终升。变压吸附工艺——4、平衡方框图变压吸附工艺——4、平衡方框图提纯净化放空 1500-2000标方/h变换气 7万标方/hCO2 1.08万标方/h真空泵放空 1500标方/h精炼 5万标方/h气柜 5700标方/h三气变压吸附工艺——5、消耗控制点变压吸附工艺——5、消耗控制点1、减少置换气放空损失； 2、提高吸附压力，降低出口尾气含量； 3、延长步时，降低消耗。 4、以氢气收率98.5计（逆放已回收）则吨氨增加氢气：1976.471*0.015=29.64 m3 六、精炼工艺六、精炼工艺1、岗位任务 2、工作原理 3、工艺流程图 4、平衡方框图 5、消耗控制点 精炼工艺——1、岗位任务精炼工艺——1、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）吸收来自粗醇大变压吸附岗位原料气中CO、CO2、O2及H2S等等有害气体，制得合格的精炼气体送合成岗位合成氨，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，解析出来再生气及带出来气氨均回收利用。精炼工艺——2、工作原理精炼工艺——2、工作原理 铜氨液吸收变换气中微量的CO、CO2、O2、H2S等微量杂质气体，反应方程试有： Cu(NH3)2Ac+CO+NH3 =Cu(NH3)3Ac∙CO+Q 2NH3+CO2+H2O =(NH4)2CO3+Q (NH4)2CO3+CO2+H2O = 2NH4HCO3+Q 4Cu(NH3)2Ac+8NH3+4HAc+O2=4Cu(NH3)4Ac2+2H2O+Q 2NH3∙H2O+H2S =(NH4)2S+2H2O+Q 2Cu(NH3)2Ac+H2S= Cu2S↓+2NH4Ac+(NH4)2S null精炼工艺——3、工艺流程图精炼工艺——4、平衡方框图精炼工艺——4、平衡方框图精炼铜氨液40m3/h精炼气 CO： ≤15ppm CO2： ≤15ppm H2：70% N2：23% CH4：2%净化气 CO： ≤ 2% CO2： ≤ 0.7％铜氨液再生补液 氨：7kg/t氨 酸：0.022kg/t氨 铜：0.022kg/t氨再生气 60m3/氨萝茨机进口精炼工艺——5、消耗控制点精炼工艺——5、消耗控制点1、蒸汽0.17t/t氨，降低铜液循环量和提高有机热水及尿素热水利用率； 2、铜液：酸消耗0.022t/t氨，铜消耗0.022t/t氨，防止跑冒滴漏，加强回收； 3、电耗20度/吨氨，控制循环量。七、合成工艺七、合成工艺1、岗位任务 2、工作原理 3、工艺流程图 4、平衡方框图 5、消耗控制点 合成工艺——1、岗位任务合成工艺——1、岗位任务 将经过精制的氢、氮气在高温、高压条件下，借助于催化剂的作用合成为氨，经冷凝分离得液氨，未合成氨的气体进行循环合成为氨。合成工艺——2、工作原理合成工艺——2、工作原理 催化剂 3H2+N2 NH3+Q 高温、高压 特点：可逆、放热、体积缩小，要有触媒。 合成工艺——3、工艺流程图合成工艺——3、工艺流程图合成工艺——4、平衡方框图合成工艺——4、平衡方框图合成驰放气 H2：35% N2：11% CH4：9% NH3：45%精炼气 CO： ≤15ppm CO2： ≤15ppm H2：70% N2：23% CH4：2%氨提H2 4050m3/h精炼三气中压氨洗蒸汽 0.68t/t氨合成工艺——5、消耗控制点合成工艺——5、消耗控制点1、电耗77度/吨氨，合理开机。 2、产蒸汽0.68t/t氨； 3、驰放量，140m3/t氨，控制好合成气体成分及触媒层温度在指标范围内，利用塔后放空调节系统甲烷。 4、合成弛放气（未回收至系统）以吨氨130 m3氢55%计，则吨氨增加氢130*0.55=71.5 m3 八、尿素工艺（水溶液法）八、尿素工艺（水溶液法）1、岗位任务 2、工作原理 3、工艺流程图 4、平衡方框图 5、消耗控制点 1、岗位任务1、岗位任务 将液氨与CO2气体及循环回收的氨基甲酸铵溶液在一定的压力和温度条件下合成，并对未反应物进行两段分解、两段吸收，使之循环回收至合成塔，重新参与合成。2、工作原理2、工作原理由液氨与二氧化碳气体直接合成尿素的总反应式为： 2NH3(液)+CO2(气)  CO(NH2)2(液)+H2O(液)+Q 这是一个可逆的放热反应。 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 使甲铵液处于液相状态的条件： ·温度必须高于其熔点154℃； ·压力必须高于其平衡压力80kgf/cm2。 3、工艺流程图3、工艺流程图 4、平衡方框图4、平衡方框图5、消耗控制点5、消耗控制点1、CO2转化率≥57﹪：转化率下降，系统放空量加大，水量增加，每下降1﹪气提塔甲铵分解量增加4.3﹪。 2、 CO2纯度≥95﹪：惰性气含量每增加1﹪ CO2转化率将下降0.3-0.6 ﹪。 3、氨耗每增加0.01吨，增加0.012吨标准煤。九、尿素工艺（气提法）九、尿素工艺（气提法）1、气提原理 2、工艺流程图 3、平衡方框图 4、消耗控制点 1、气提原理 气提原理：所谓气提就是一种气体通过反应物，从而降低气相中氨和(或)二氧化碳的分压，使甲铵分解。其基本原理如下： 甲铵分解反应式为： NH2COONH4(液) = 2NH3(液)+CO2(液)1、气提原理 溶液中氨和二氧化碳与气相中的氨和二氧化碳处于平衡，假设它们分别符合拉乌尔与亨利定律， PNH3=P0NH3·〔NH3〕(液) PCO2=HCO2·〔CO2〕(液)2、工艺流程图a2、工艺流程图a工艺流程图b工艺流程图b3、平衡方框图3、平衡方框图4、消耗控制点4、消耗控制点1、CO2转化率≥57﹪：转化率下降，系统放空量加大，水量增加；转化率每下降1﹪气提塔甲铵分解量增加4.3﹪。 2、 CO2纯度≥95﹪：惰性气含量每增加1﹪ CO2转化率将下降0.3-0.6 ﹪ 3、 合成塔出液温度180-185℃，每下降1℃转化率下降0.25-0.3﹪null