演讲稿(焦炉气制氨和尿素2010-10-25).ppt
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1、焦炉气合成氨尿素 生产知识简介,吴云龙 2010年10月,讲课内容目录,第一节 焦炉气为原料制合成氨 第二节 尿素生产知识 第三节 化肥装置的特点和管理,第一节 焦炉气为原料制合成氨,一、本装置原料焦炉气 1、焦炉气的组分的主要成分,2、焦炉气杂质含量,3、焦炉气进入合成氨装置界区的流量 25400 N/h,二、合成氨生产方块流程图,电捕焦油器,湿法脱硫,焦炉气压缩机,干法脱硫,转化,中温变换,低温变换,MDEA法脱碳,甲烷化,中 压 蒸 汽,低 压 蒸 汽,合成,合成气压缩机,冷冻,冰机,热 回 收 系 统,焦炉气,NH3 产 品,CO2副产品,氧气,氮 气,说明: 1、全流程分为造气、净化
2、、合成三个部分 2、生产余热利用,构成全装置热回收系统,三、合成氨工艺流程简介,1、脱硫 (1)概 述 原料焦炉气中硫以多种形态从在,主要有两种: 无机硫:硫化氢(H2S) 有机硫:氧硫化碳(CO2)、二硫化碳(CS2)、硫醇(RSH)、噻吩(C4H4S)、硫醚(R-S-R)等、,(2)脱硫的目的 硫化物不仅腐蚀设备、管道,而且致使合成氨生产过程中所用的催化剂中毒,从而使氨产量下降,因此在焦炉气进转化工序去前必须脱除干净。,(3)本装置脱硫方法 本装置由于原料焦炉气中硫含量较高(H2S:1000mg/Nm3、有机硫500mg/Nm3),脱硫精度要求达到:总硫0.1ppm,针对这样的情况,设计的
3、本装置脱硫方法为先采用ADAPDS法的湿法脱硫,再采用干法脱硫。, 本装置湿法脱硫 a.湿法脱硫装置是由ADAPDS湿法脱硫加 氧化铁干法脱硫组成。 b. 湿法脱硫的工艺流程,焦炉气流程 焦炉气 电捕焦油器 气柜 焦炉气压 缩机一级缸 氧化铁脱硫槽 焦炉气压缩 机二级缸 三级缸 四级缸 干法脱 硫装置,脱硫溶液流程 脱硫塔底出口溶液 富液槽 富液泵 喷射氧化再生槽 空气 贫液 贫液槽 贫液泵 脱硫塔(塔顶) 硫泡沫 硫泡沫槽 硫泡沫泵 熔硫釜 硫磺, 精脱硫 a.目的 脱除焦炉气中粗脱硫后少量的H2S (小于1mg/Nm3)和有机硫。,b. 流程方块示意图,铁钼预加氢反应器(2台),铁钼加氢反
4、应器(1台),中温氧化锌脱硫槽(2台),钴钼加氢反应器(1台),氧化锌脱硫槽(2台),焦炉气送往转化工序 (总硫0.1ppm),焦炉气 (来自湿法脱硫后经焦 炉气压缩机四级压缩,压 力3.75MPa,温度280),2、转化 (1)目的 通过转化工序使焦炉气中轻质烃类(CH4、CmHn)与水蒸汽反应,得到制氨所需的氢气。 (2)主要反应式 燃烧反应 转化反应,(3) 转化工艺流程,工艺冷凝液 脱硫后焦炉气 饱和塔 加热炉辐射段 转化炉 转化废锅 变换 纯氧(3.8Mpa,120) 中压蒸汽( 4.2Mpa,31.7t/h),3.14MPa,1006,3.1MPa,350,(4)转化工艺指标 转化
5、炉出口气CH40.4% (5)转化催化剂 甲烷的蒸汽转化反应即使在1000以上进行,其反应速度也很缓慢,因此必须用催化剂来提高转化反应速度。 转化催化剂有两个牌号: 上层 Z205(耐热催化剂) ; 下层 CN-20 这是因为转化炉温度很高,上部燃烧区12001250,下部催化剂层9001100,因此催化剂床层上部装填一层耐热性催化剂(即热保护剂),用量约占25。,两个牌号转化催化剂的活性组份都是NiO。因为只有镍催化剂中的金属镍才对甲烷的蒸汽转化具有活性,因此在使用转化催化剂前,必须使催化剂中NiO还原为金属Ni。 还原反应如下:,(6)主要设备 加热炉,说明: a. 加热炉为底烧式方箱炉,
6、设两个辐射室,一个对流室。两个辐射室内各设一组加热盘管E1和E2,对流室内设四组加热盘管。 b.辐射室内烧嘴分四组设置,每排十个,共四十个。 对流室顶部设置烧嘴两个。 c.加热炉燃料在正常生产情况下是氢回收装置产生的驰放气、氨回收工段的液氨闪蒸气,不足部分用焦炉气补充。 d.加热炉的烟气用引风机抽出。 炉膛内在正常生产情况下维持负压为-5mm水柱。,转化炉,说明: a.转化炉为一立式圆筒,壳体材质时碳钢。转化炉是合成氨所有装置温度最高的一台设备,碳钢壳体只耐压不抗热,因此转化炉内衬耐火材料,外壁设置水夹套。 b.转化炉顶部烧嘴,从侧壁进去炉内的焦炉气与从顶部进入炉内的氧气混合,在炉膛顶部燃烧。
7、 c.炉内装填催化剂两层,上层时耐高温的Z205催化剂,下层是活性高的CN-20催化剂。,3、CO变换 (1)目的 变换工序的作用是使CO在有催化剂存在下与水蒸气作用生成H2和CO2,生成的H2能制氨,同时又脱除了毒物CO。 (2)主要反应式 CO+H2O H2+CO2,催化剂,(3)流程:,中温变换炉,甲烷化预热器,锅炉给水预热器,低温变换炉,低压蒸汽废锅,副产0.4Mp,153低压蒸汽,CO3%,来自转化炉工艺气(3.1Mp,350),CO0.3%,205,中压蒸汽,至脱碳再沸器,(4)工艺指标 a.中温变换出口气CO 3%; b.低温变换出口气CO0.3%。 (5)变换催化剂 中温变换催
8、化剂: 本装置用型号B113-2的铁铬系催化剂。 a.组成:三氧化二铁(Fe2O3),助催化剂三氧化二铬(Cr2O3)。,b.还原与氧化 还原反应: 氧化反应:,低温变换催化剂 本装置用型号B205-1铜锌系低变催化剂 a.组成:氧化铜(CuO)(2829%),助催化剂氧化锌(ZnO)(4751%)。 b.低变催化剂的活性组份是Cu,所以使用前需进行还原 还原反应:,4、 CO2脱除 (1)目的 出变换的工艺气中CO2含量大约为19%,需经过脱碳工序后脱除绝大部分CO2 ,并将副产品CO2送尿素车间作为原料。 (2)脱碳工艺 选用改良MDEA法脱碳,a. MDEA主要成分N甲基二乙醇胺,分子式
9、:C5H13NO2 。 分子结构式: CH2-CH2-OH CH3-N CH2-CH2-OH b.脱碳反应式,(3)工艺指标 脱碳工序出口气中CO2 0.08%。 (4)主要设备 静设备 吸收塔:型式分为上、下两段,塔内装填料。,。,再生塔:型式分为上、下两段,塔内装填料。,。,动设备: 贫液泵2台、半贫液泵3台。 5、甲烷化 (1)目的 a.它的任务是除去经变换和脱碳后工艺气体中残余的CO和CO2,得到合格的氢氮气送入合成工序; b.进甲烷化炉之前,工艺中配入来自空分的N2,使工艺气中氢氮比为3:1。,(2)主要反应式 (3)工艺指标 甲烷化后工艺气中CO和CO2总量10ppm。,(4)工艺
10、流程,甲烷化进/出口气换热器,甲烷化炉,甲烷化水冷器,分离器,270 ,冷凝液去转化 工序饱和塔,CO+CO210ppm,H2:N2=3:1 精炼气去合成气压缩机,40,300,净化气(来自低变出口),N2(来自空分9283m3/h),(5)甲烷化催化剂 本装置用J103型甲烷化催化剂 a.组成:活性成分是氧化镍,载体为氧化铝,促进剂为氧化镁。外观为灰色。 b.催化剂的还原与氧化 还原:甲烷化催化剂使用前必须将氧化镍还原成金属镍,才具有催化活性, 其反应如下:,氧化:还原态的甲烷化催化剂能与O2发生激烈的氧化反应,生成金属镍,同时放出大量热。 其反应如下:,(6)甲烷化出口气(即:新鲜气) a
11、.组分,b.流量: 40700 Nm3/h,说明:如前所述,生产合成氨的原料-焦炉气流量是25400 Nm3/h ,至甲烷化出口的工艺气流量达40700 Nm3/h,为什么气体流量增大了大约15000 Nm3/h ,这是因为在转化与变换工序生产中加入了水蒸气以及在甲烷化炉前工艺气中配入了氮气所致。,6 、压缩 (1)目的 氨合成需要高的压力,氢氮气只有通过压缩才能提高压力;氨气只有通过压缩才能构成冷冻循环。 (2)主要设备 氢氮气压缩机 三缸四段18级叶轮离心式压缩机,转速16500rpm,汽轮机驱动。 氨气压缩机(即冰机) 单缸三段9级叶轮离心式压缩机,转速12090rpm,电机驱动。,7、
12、合成 (1)目的 氨合成是氨生产的最后一道工序。它是整个合成氨流程中的核心部分。,氢气与氮气在高压、高温、铁催化剂存在的条件下合成为氨。 (2)反应式 3H2+N2 2NH3 (放热),催化剂,(3)合成催化剂 a.催化剂主要成分:FeO、Fe2O3 助催化剂:Al2O3、K2O、CaO b. 还原 Fe3O4没有催化的性能,它必须还原成 -Fe才 具有活性。 还原反应式为: Fe3O4 +4H2 3Fe+4H2O,c.还原操作 氨合成催化剂装填量大,塔内分层装填,加上还原反应式一个可逆反应,为了减少还原生成的水汽在催化剂床层中反复氧化,还原期间必须严格控制水汽浓度。氨合成催化剂升温还原操作,
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