1、化肥廠生產(chǎn)裝置工藝反應(yīng)原理簡介化肥廠技術(shù)科2008-12-15第一章合成氨裝置工藝原理1、合成氨工藝反應(yīng)機理化肥廠合成氨裝置工藝采用燒類蒸汽轉(zhuǎn)化法。整套工藝共有七個主反應(yīng)，按照工藝流程順序分別為鉆鋁加氫反應(yīng)、氧化鋅脫硫反應(yīng)、轉(zhuǎn)化反應(yīng)（包括一段轉(zhuǎn)化和二段轉(zhuǎn)化反應(yīng)）、變換反應(yīng)（包括高溫變換和低溫變換反應(yīng)）、脫碳反應(yīng)、甲烷化反應(yīng)、合成氨反應(yīng)。合成氨裝置的原料為油田伴生氣、空氣和水蒸氣，這三種原料經(jīng)過上述七個主反應(yīng)最后生成產(chǎn)品氨。合成氨工藝主反應(yīng)匯總表（按反應(yīng)發(fā)生的前后順序排列）反應(yīng)順序反應(yīng)名稱反應(yīng)物反應(yīng)方程式生成物反應(yīng)目的反應(yīng)部位所用催化劑第一鉆鋁加氫反應(yīng)有機硫和氫氣R-SH+H=RH+HSR-S-

2、R+2H2=RH+RH+HSR-S-S-R+3H2=RH+RH+2HSGH4S+4H=n-C4H0+H2SCOS+H=CO+HSCS+4H=CH+2H2s燒類和硫化氫使原料油田伴生氣中的有機硫轉(zhuǎn)化為無機硫加氫反應(yīng)器鉆鋁型催化劑第二步氧化鋅脫硫反應(yīng)硫化氫和氧化鋅H2S+ZnO=hbO（汽）+ZnS水蒸氣和硫化鋅脫除掉原料氣中的硫化物防止其對后脫硫反應(yīng)器續(xù)工段的催化劑產(chǎn)生中毒反應(yīng)第三步轉(zhuǎn)化反應(yīng)（分為一段和二段轉(zhuǎn)化）（見注）甲烷和水蒸氣（一段轉(zhuǎn)化反應(yīng)物）CH+H20（汽）=CO+moLCO+HO（汽）=CO+H+moL一氧化碳、二氧化碳、氫制合成氨工段所需的氫氣一段轉(zhuǎn)化爐饃Ni,載體是AI2Q甲烷和

3、水蒸氣氧氣和氫氣（二段轉(zhuǎn)化反應(yīng)物）CH+hb0（汽）=CO+moLCO+HO（汽）=CO+H+moLH2+1/2O2=H2O（汽）+242KJ/mol一氧化碳、二氧化碳、氫和水蒸氣制氫氣的同時引入合成氨工段所需的氮氣（由于在此工段加入空氣，所以引入氮氣）二段轉(zhuǎn)換爐饃Ni,載體是A12Q第四步變換反應(yīng)（分為高溫變換和低溫變換）（見注）一氧化碳和水烝氣CO+HO（汽）=CO+H+KJ/mol二氧化碳和氫使一氧化碳轉(zhuǎn)化為二氧化碳以便在脫碳工段脫除碳氧化合物高、低溫變換反應(yīng)器局艾催化劑為FaO,低變催化劑為單質(zhì)Cu第五步脫碳反應(yīng)碳酸鉀、二氧化碳和水吸收K2CO+CQ+HCX=2KHCO+熱量再生碳酸氫

4、鉀脫除氮、氫氣中的碳氧化合物防止其對合成氨催化劑產(chǎn)生中毒作用吸收塔和再生塔活化劑ACT-1第六步甲烷化反應(yīng)一氧化碳、二氧化碳和氫氣CQ+3H=CH+H2Q+molCQ+4H2=CH+2H2Q+mol甲烷和水使氮、氫氣中剩余的微量碳氧化合物轉(zhuǎn)化成對合成氨催化劑無毒副作用的甲烷氣，防止其對合成氨催化劑產(chǎn)生中毒作用甲烷化反應(yīng)爐饃Ni,載體是AI2Q第七步合成氨反應(yīng)氮氣和氫氣+=NH+mol液氨制產(chǎn)品液氨氨合成塔鐵Fe注：第三步轉(zhuǎn)化反應(yīng)分為一段和二段轉(zhuǎn)化反應(yīng)的原因是：如果要求在一段轉(zhuǎn)化反應(yīng)就使原料氣中的甲烷完全轉(zhuǎn)化為氫氣、一氧化碳和二氧化碳，則必須要加大水碳比或者提高溫度。前一種方法必將導(dǎo)致耗用過多的

5、水蒸氣，而后一種方法對于采用外加熱方式的一段反應(yīng)爐來說對設(shè)備材質(zhì)的要求也會更高。因此在自熱式的二段轉(zhuǎn)化爐內(nèi)通過氣體自身燃燒放熱，只需要在爐內(nèi)做一層耐火襯里就能既解決高溫對設(shè)備材料的要求又能增加反應(yīng)溫度，可使原料氣中的甲烷完全轉(zhuǎn)化，同時二段轉(zhuǎn)化工段在加入空氣助燃的同時又加入了合成氨反應(yīng)所需的氮氣。第四步變換反應(yīng)分為高溫變換和低溫變換反應(yīng)的原因是：采用Fe3Q催化劑的高變反應(yīng)只能使96-98%的一氧化碳轉(zhuǎn)化為二氧化碳，要想使一氧化碳含量降低到的指標范圍內(nèi)，只有在單質(zhì)銅催化劑存在下的低溫變換反應(yīng)才能達到，如果在高溫變換反應(yīng)中應(yīng)用單質(zhì)銅催化劑，由于單質(zhì)銅催化劑較昂貴會增加催化劑的使用成本，而且由于單質(zhì)

6、銅催化劑的作用溫度低將導(dǎo)致廢熱的利用價值降低。2、工藝流程簡述油田伴生氣加壓至，經(jīng)預(yù)熱升溫到371c在脫硫工序脫硫后與水蒸汽混合，進入一段轉(zhuǎn)化爐進行轉(zhuǎn)化制H2反應(yīng)，一段轉(zhuǎn)化爐出來的轉(zhuǎn)化氣進入二段轉(zhuǎn)化爐，在此引入空氣，轉(zhuǎn)化氣在二段爐內(nèi)燃燒掉一部分Ha,放出熱量以供進一步轉(zhuǎn)化，同時獲得Nao二段轉(zhuǎn)化氣經(jīng)余熱回收后，進入變換系統(tǒng)，氣體中的CO與水蒸汽反應(yīng)，生成CO和Hz,從變換系統(tǒng)出來的氣體經(jīng)脫碳、甲烷化后為合成氨提供純凈的氫氮混合氣，氫氮混合氣經(jīng)壓縮至，送入合成塔進行合成氨反應(yīng)。合成氨裝置工藝流程簡圖二段爐高變低變段轉(zhuǎn)化第二章尿素裝置工藝原理1、尿素工藝反應(yīng)機理化肥廠尿素裝置采用二氧化碳汽提工藝生

7、產(chǎn)尿素產(chǎn)品。尿素裝置的原料為合成氨裝置的產(chǎn)品液氨和二氧化碳。整套尿素工藝共有二個主反應(yīng)，即液態(tài)NH3和CO氣生成氨基甲酸俊反應(yīng)和氨基甲酸俊脫水生成尿素反應(yīng)。原料氨和二氧化碳經(jīng)過上述兩個主反應(yīng)后生成尿素裝置產(chǎn)品尿素。尿素工藝主反應(yīng)匯總表（按反應(yīng)順序排列）反應(yīng)順序反應(yīng)名稱反應(yīng)物反應(yīng)方程式生成物反應(yīng)部位反應(yīng)目的反應(yīng)性質(zhì)第一氨基甲酸俊生成反應(yīng)氨和二氧化碳2NH（氣）+CO2（氣）=NH4COONH液）+千焦/摩爾氨基甲酸俊高壓甲俊冷凝器中壓甲俊冷凝器低壓甲俊冷凝器制成合成塔所需的氨基甲酸俊強放熱反應(yīng)第二步氨基甲酸俊脫水反應(yīng)氨基甲酸俊NHCOONH液）=CO（NH）2（液）+降。（液）千焦/摩爾尿素和水

8、高壓合成塔生成產(chǎn)品尿素吸熱反應(yīng)尿素工藝副反應(yīng)匯總表反應(yīng)名稱反應(yīng)物反應(yīng)方程式生成物反應(yīng)部位反應(yīng)性質(zhì)尿素水解反應(yīng)尿素和水NHCONH+H2O=2NH3+CQ氨和水水解系統(tǒng)水解塔吸熱反應(yīng)脫氫反應(yīng)氧氣和氫氣2H2+O2=2H2O水脫氫反應(yīng)器強放熱反應(yīng)尿素縮合反應(yīng)wr2CO(NH2=NH2CONHCO2NHNH3縮二月尿和氨蒸發(fā)系統(tǒng)加熱器吸熱反應(yīng)2、二氧化碳汽提工藝原理二氧化碳汽提法分離未反應(yīng)物，是將合成反應(yīng)液（包括尿素、氨基甲酸俊、氨和水）在與尿素合成過程相同的壓力及較高的溫度下與汽提氣CO逆流接觸，將氨基甲酸俊分解成NH和CO并從合成液中分離出來。甲俊分解反應(yīng)式：NHCOONH液尸2NH3（氣）+C

9、O2（氣）由反應(yīng)方程式可以看出當用純CO氣進行汽提時，氣相NH3的濃度幾乎等于零，所以在任何壓力下甲俊都能夠完全分解。這也是為什么汽提分解甲錢可以在與合成尿素壓力相同的條件下進行的原因。3、工藝流程簡述尿素生產(chǎn)所需的原料液氨和CO均來自化肥廠合成氨裝置，兩股物料經(jīng)加壓后送高壓系統(tǒng)反應(yīng)生成尿素溶液，然后尿素溶液經(jīng)過中壓精儲、低壓精儲以及蒸發(fā)系統(tǒng)提濃后送往造粒塔頂部的造粒噴頭進行噴淋造粒，在造粒塔底部形成尿素顆粒，最后送往成品裝置進行包裝成為成品尿素出廠。尿素工藝流程簡圖尿液梢U吸CQ二氧化碳壓縮產(chǎn)品尿素4、長效尿素所用SO的加劑的作用機理SODm是模擬SO漪的簡稱，是由高純氨基酸為原料合成。1)

10、產(chǎn)品物性：PH值：呈中性至微堿性；熱穩(wěn)定性：250C;在250c以下不揮發(fā)、不分解；平均分子量：M:7000-8000;SOD產(chǎn)品在室溫下溶于水，與純水制成濃度為30%勺制劑；SOD產(chǎn)品添加進尿素后，尿素的顏色變?yōu)榈S色；SOD產(chǎn)品在尿素裝置生產(chǎn)情況下對生產(chǎn)設(shè)備不具備腐蝕作用。在尿素產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，添加SOD制劑能夠增加農(nóng)作物產(chǎn)量，改進農(nóng)作物產(chǎn)品質(zhì)量，提高農(nóng)作物抗逆性，減少尿素的使用量。2)SODM加入的工藝流程n303-F儲槽中，經(jīng)過303-J尿在配藥槽內(nèi)添加30%濃度的成品SODM制劑，使其充分溶解混合均勻，然后用計量泵經(jīng)過流量計計量、手動調(diào)節(jié)后送入液泵送入蒸發(fā)系統(tǒng)造粒。第三章水汽裝置工

11、藝原理水氣裝置有四個部分組成，即預(yù)處理裝置、脫鹽裝置、循環(huán)水裝置、快鍋裝置。下面分別對這四個裝置的工藝原理進行闡述。1、預(yù)處理裝置預(yù)處理裝置采用石灰軟化法對升壓站來水進行處理，所加藥劑有三種，按加藥順序為氯氣、硫酸亞鐵和石灰，加藥劑地點為澄清池，源水經(jīng)過預(yù)處理裝置后OH指標為l,濁度wI2mg/l。下面以表格的形式對加藥的目的和反應(yīng)機理進行闡述。預(yù)處理裝置加藥劑種類及反應(yīng)機理匯總表加藥順序反應(yīng)名稱反應(yīng)目的反應(yīng)機理反應(yīng)方程式所加藥劑第一步澄清池加氯氣殺滅、抑制微生物的生長。同時防止設(shè)備的腐蝕和樹脂的污染。破壞原水中膠體的穩(wěn)定性，分解長鏈復(fù)雜的有機物分子為短鏈簡單的有機物分子，使它們在混凝劑的作用

12、卜易于除去。把硫酸亞鐵中的二價鐵離子氧化成三價鐵離了，起到助凝作用。2Fe2+CL2=2Fe3+2CL-氯氣第二步澄清池加硫酸亞鐵除去水中的膠體物質(zhì)，降低水中雜質(zhì)硫酸亞鐵首先在氯氣的氧化作用卜，形成硫酸鐵。鐵離子和氫氧根離子發(fā)生化學反應(yīng)，形成氫氧化鐵膠體。2Fe2+CL2=2Fe3+2CL-Fe3+3OH-=Fe(OH3J硫酸亞鐵第三步澄清池加石灰除去水中暫時硬度。除去水中的二氧化碳及水在水的預(yù)處理中，加入石灰水Ca(OH2,主要是起到軟去除暫時硬度，軟化水質(zhì)；Ca(OH2+Ca(HCQ2=2CaCQj+2H2O石灰水Ca(OH2中的膠體硅。化和助凝兩個作用2Ca(OH2+Mg(HC02=2C

13、aCOj+Mg(OH2,+2H2O去除水中的CO,減少腐蝕，提高水的PH值；CO+Ca(OH2=CaCQJ+H2O中和過量的混凝劑，并提高PH從而增加混凝劑的混凝效果，起到助凝劑的作用；4FeSQ+4Ca(OH2+Q+2H2O=4CaSO+4Fe(OH3J去除水中的膠體硅，提高脫鹽水制水批量；hbSiO3+Ca(OH2=CaSiO3J+H2O去除鎂鹽，同時起到軟化作用；MgCL+Ca(OH2=Mg(OH2J+CaCL2MgSO+Ca(OH2=Mg(OH2J+CaSO2、脫鹽裝置脫鹽裝置采用的是化學除鹽，它主要是靠陰陽離子交換劑，除去水中的鹽份。目前脫鹽裝置有三個系列，每個系列均由陽床、陰床和混

14、床組成。脫鹽裝置的源水主要是合成工藝冷凝液、尿素蒸汽冷凝液和尿素水解水，源水經(jīng)過脫鹽裝置后生產(chǎn)出較純的脫鹽水。下面以表格的方式闡述其工藝原理。脫鹽裝置反應(yīng)機理匯總表源水流向設(shè)備名稱反應(yīng)目的反應(yīng)機理反應(yīng)方程式第一步陽床脫除水中的陽離子水通過陽離子父換劑時，水中的陽離子Cs2+、M、Na+、K等被離子交換劑吸附，交換劑上可以交換的H+離子被置換到水中，并且和水中的陰離子生成相應(yīng)的無機酸。1/2Ca2+RH+1/2Mg2+Na+卜K+H21/2SO4CL-=ICO3SiO3-入2+1/2Ca：R1/2Mg2+Na+K+1/2+H+HC(HSiOSO42CL-)3)3第二步陰床脫除水中的陰離子當含后尢

15、機酸的水，通過陰離子父換劑時，水中的陰離子如SO2-、CL、HCO、HSQ-等被交換劑所吸附，而交換劑上可交換離子OH被置換于水中，并和水中結(jié)合成為HO。1/2SOROH+H+HCOHSiO)42CL-=RCL3-HCC3-HSi21/2SO-+H2O3-O33、循環(huán)水裝置循環(huán)水裝置主要是對合成、尿素和橡膠裝置的循環(huán)水進行冷卻、過濾和穩(wěn)定處理，然后把處理后的循環(huán)水送回合成、尿素和橡膠裝置循環(huán)使用。循即阻垢-緩蝕劑和殺菌劑。下面就這兩種藥劑的作用機理進行闡述。環(huán)水裝置工藝較為簡單，在循環(huán)水處理過程中需要在水質(zhì)穩(wěn)定處理部分加入兩種藥劑,阻垢-緩蝕劑循環(huán)水裝置使用的阻垢-緩蝕劑HC-565A為有機磷

16、配方，它可以提高結(jié)垢物質(zhì)微粒表面電荷密度，增大排斥力，降低結(jié)晶速度，使結(jié)晶體結(jié)構(gòu)畸變而失去矯健作用，從而不致結(jié)垢，還可以和沉淀在管壁上的膠體結(jié)合或與Cf、5不+等形成絡(luò)合物，然后把已結(jié)成的水垢分散到水中，另外，藥劑含Zn2+,能與金屬表面形成保護膜，起控制腐蝕的作用。殺菌劑循環(huán)水裝置的殺菌劑有氧化性和非氧化性殺菌劑兩種，其中氯和優(yōu)氯凈屬于氧化性殺菌劑，HC-902和GSP-222屬于非氧化性殺菌劑。反應(yīng)機理氯進入水中，水解生成鹽酸和次氯酸，次氯酸在水中發(fā)生電離，生成H+和OC-兩種離子。次氯酸是一種強氧化劑。反應(yīng)方程式如下：CI2+H2O.HClO+HClHClO-H+OCl-氯不但有殺菌效果

17、，還是一種強氧化劑，可以與水中的氨反應(yīng)，減少氨轉(zhuǎn)化為亞硝酸根。方應(yīng)方程式如下：NH+HClOfNH2Cl+H2O(PH)NH3+2HClOfNHCl2+2H2O(PH:5)NH3+3HClONCl3+3H2O(PH:)4、快鍋裝置PH值，所用藥劑為磷酸三鈉。快鍋裝置主要是給生產(chǎn)裝置提供動力蒸氣，為了保證鍋爐不結(jié)垢需要在鍋爐中投加藥劑以去除水中的鈣離子和調(diào)整反應(yīng)機理水中加入磷酸三鈉，使爐水中維持一定量的磷酸根，由于鍋爐處于沸騰狀態(tài)，且堿性較強，Ca2+與磷酸根會發(fā)生如下反應(yīng)：10Ca2+6PO43-+20H=Ca100H(PO)6第四章供水裝置供水裝置共有八個部分組成，分別為升壓站、熱水站、換熱站、生活水場、空壓站、外網(wǎng)、污水泵房、返洗排泥水回收裝置。除生活水場外其它部分工藝簡單，因此本章僅對生活水場工藝原理進行闡述