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-第一章合成氨裝置工藝原理1、合成氨工藝反應(yīng)機(jī)理化肥廠合成氨裝置工藝采用烴類蒸汽轉(zhuǎn)化法。整套工藝共有七個(gè)主反應(yīng)，按照工藝流程順序分別為鈷鉬加氫反應(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(gè)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步鈷鉬加氫反應(yīng)有機(jī)硫和氫氣R-SH+H2＝RH+H2SR-S-R'+2H2＝RH+R'H+H2SR-S-S-R'+3H2＝RH+R'H+2H2SC4H4S+4H2＝n-C4H10+H2SCOS+H2＝CO+H2SCS2+4H2＝CH4+2H2S烴類和硫化氫使原料油田伴生氣中的有機(jī)硫轉(zhuǎn)化為無機(jī)硫加氫反應(yīng)器鈷鉬型催化劑第二步氧化鋅脫硫反應(yīng)硫化氫和氧化鋅H2S+ZnO＝H2O(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續(xù)工段的催化劑產(chǎn)生中毒反應(yīng)脫硫反應(yīng)器脫碳油田氣脫碳油田氣脫硫二段轉(zhuǎn)化一段轉(zhuǎn)化高變低變?nèi)ジ咦儺a(chǎn)品氨甲烷化氨合成塔來自二段轉(zhuǎn)化合成氨裝置工藝流程簡圖CoMoZnOZnO一段爐二段爐吸收塔再生塔甲烷化爐高溫變換爐低溫變換爐純度：≥99.9(W)含水：≤0.1(W)含油：≤5mg/L原料氣壓縮機(jī)加氫氨分離器合成氨產(chǎn)品CO2蒸氣空氣第二章尿素裝置工藝原理1、尿素工藝反應(yīng)機(jī)理化肥廠尿素裝置采用二氧化碳汽提工藝生產(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(gè)主反應(yīng)，即液態(tài)NH3和CO2氣生成氨基甲酸銨反應(yīng)和氨基甲酸銨脫水生成尿素反應(yīng)。原料氨和二氧化碳經(jīng)過上述兩個(gè)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)第一步氨基甲酸銨生成反應(yīng)氨和二氧化碳2NH3(氣)+CO2(氣)=NH4COONH2(液)+119.2千焦/摩爾氨基甲酸銨高壓甲銨冷凝器中壓甲銨冷凝器低壓甲銨冷凝器制成合成塔所需的氨基甲酸銨強(qiáng)放熱反應(yīng)第二步氨基甲酸銨脫水反應(yīng)氨基甲酸銨NH4COONH2(液)=CO(NH2)2(液)+H2O(液)-15.5千焦/摩爾尿素和水高壓合成塔生成產(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NH2CONH2+H2O=2NH3+CO2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(qiáng)放熱反應(yīng)尿素縮合反應(yīng)尿素2CO(NH2)2=NH2CONHCONH2+NH3縮二脲和氨蒸發(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、氨基甲酸銨、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CO2逆流接觸，將氨基甲酸銨分解成NH3和CO2并從合成液中分離出來。甲銨分解反應(yīng)式：NH2COONH4(液)=2NH3(氣)+CO2(氣)由反應(yīng)方程式可以看出當(dāng)用純CO2氣進(jìn)行汽提時(shí)，氣相NH3的濃度幾乎等于零，所以在任何壓力下甲銨都能夠完全分解。這也是為什么汽提分解甲銨可以在與合成尿素壓力相同的條件下進(jìn)行的原因。3、工藝流程簡述尿素生產(chǎn)所需的原料液氨和CO2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)過中壓精餾、低壓精餾以及蒸發(fā)系統(tǒng)提濃后送往造粒塔頂部的造粒噴頭進(jìn)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(jìn)行包裝成為成品尿素出廠。尿素工藝流程簡圖二氧化碳CO2氣提塔高壓甲銨冷凝器低壓系統(tǒng)閃蒸槽尿液槽蒸發(fā)系統(tǒng)合成塔吸收塔洗滌器造粒塔液氨中壓系統(tǒng)氨泵二氧化碳壓縮機(jī)產(chǎn)品尿素放空4、長效尿素所用SODM添加劑的作用機(jī)理SODM是模擬SOD酶的簡稱，是由高純氨基酸為原料合成。1）產(chǎn)品物性：PH值：呈中性至微堿性；熱穩(wěn)定性：≥250℃；在250平均分子量：M：7000-8000；SODM產(chǎn)品在室溫下溶于水，與純水制成濃度為30%的制劑；SODM產(chǎn)品添加進(jìn)尿素后，尿素的顏色變?yōu)榈S色；SODM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SODM制劑能夠增加農(nóng)作物產(chǎn)量，改進(jìn)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(jì)量泵經(jīng)過流量計(jì)計(jì)量、手動(dòng)調(diào)節(jié)后送入303-F儲(chǔ)槽中，經(jīng)過303-J尿液泵送入蒸發(fā)系統(tǒng)造粒。水汽裝置工藝原理水氣裝置有四個(gè)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(gè)裝置的工藝原理進(jìn)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(jìn)行處理，所加藥劑有三種，按加藥順序?yàn)槁葰?、硫酸亞鐵和石灰，加藥劑地點(diǎn)為澄清池，源水經(jīng)過預(yù)處理裝置后OH-指標(biāo)為0.5～1.2mmol/l，濁度≤12mg/l。下面以表格的形式對加藥的目的和反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行闡述。預(yù)處理裝置加藥劑種類及反應(yīng)機(jī)理匯總表加藥順序反應(yīng)名稱反應(yīng)目的反應(yīng)機(jī)理反應(yīng)方程式所加藥劑第一步澄清池加氯氣①殺滅、抑制微生物的生長。②同時(shí)防止設(shè)備的腐蝕和樹脂的污染。①破壞原水中膠體的穩(wěn)定性，分解長鏈復(fù)雜的有機(jī)物分子為短鏈簡單的有機(jī)物分子，使它們在混凝劑的作用下易于除去。②把硫酸亞鐵中的二價(jià)鐵離子氧化成三價(jià)鐵離子，起到助凝作用。2Fe2++CL2==2Fe3++2CL-氯氣第二步澄清池加硫酸亞鐵①除去水中的膠體物質(zhì)，降低水中雜質(zhì)①硫酸亞鐵首先在氯氣的氧化作用下，形成硫酸鐵。②鐵離子和氫氧根離子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成氫氧化鐵膠體。2Fe2++CL2==2Fe3++2CL-Fe3++3OH-==Fe（OH）3↓硫酸亞鐵第三步澄清池加石灰①除去水中暫時(shí)硬度。②除去水中的二氧化碳及水中的膠體硅。①在水的預(yù)處理中，加入石灰水Ca（OH）2，主要是起到軟化和助凝兩個(gè)作用①去除暫時(shí)硬度，軟化水質(zhì)；Ca（OH）2+Ca（HCO3）2==2CaCO3↓+2H2O2Ca（OH）2+Mg（HCO3）2==2CaCO3↓+Mg（OH）2↓+2H2O②去除水中的CO2，減少腐蝕，提高水的PH值；CO2+Ca（OH）2==CaCO3↓+H2O③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；4FeSO4+4Ca（OH）2+O2+2H2O==4CaSO4+4Fe（OH）3↓④去除水中的膠體硅，提高脫鹽水制水批量；H2SiO3+Ca（OH）2==CaSiO3↓+H2O⑤去除鎂鹽，同時(shí)起到軟化作用；MgCL2+Ca（OH）2==Mg（OH）2↓+CaCL2MgSO4+Ca（OH）2==Mg（OH）2↓+CaSO4石灰水Ca（OH）22、脫鹽裝置脫鹽裝置采用的是化學(xué)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(gè)系列，每個(gè)系列均由陽床、陰床和混床組成。脫鹽裝置的源水主要是合成工藝?yán)淠?、尿素蒸汽冷凝液和尿素水解水，源水?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(jī)理匯總表源水流向設(shè)備名稱反應(yīng)目的反應(yīng)機(jī)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交換劑時(shí)，水中的陽離子Ca2+、、、Mg2+、、Na+、K+等被離子交換劑吸附，而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(jī)酸。1/2Ca2+1/2SO42-1/2Ca2+1/2SO42-RH+＋1/2Mg2+CL-=R1/2Mg2++H+CL-Na+HCO3-Na+HCO3-K+HSiO3-K+HSiO3-第二步陰床脫除水中的陰離子當(dāng)含有無機(jī)酸的水，通過陰離子交換劑時(shí)，水中的陰離子如SO42-、CL-、HCO3-、HSiO3-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H+結(jié)合成為H2O。1/2SO42-1/2SO42-ROH-＋H+CL-=RCL-＋H2OHCO3-HCO3-HSiO3-HSiO3-3、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(jìn)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，即阻垢-緩蝕劑和殺菌劑。下面就這兩種藥劑的作用機(jī)理進(jìn)行闡述。阻垢-緩蝕劑循環(huán)水裝置使用的阻垢-緩蝕劑HC-565A為有機(jī)磷配方，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Ca2+、Fe2+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(hù)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(jī)理氯進(jìn)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OCl-兩種離子。次氯酸是一種強(qiáng)氧化劑。反應(yīng)方程式如下：Cl2+H2O→HClO+HClHClO→H++OCl-氯不但有殺菌效果，還是一種強(qiáng)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：NH3+HClO→NH2Cl+H2O（PH：>7.5）NH3+2HClO→NHCl2+2H2O（PH：5～6.5）NH3+3HClO→NCl3+3H2O（PH：<4.4）4、快鍋裝置快鍋裝置主要是給生產(chǎn)裝置提供動(dòng)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PH值，所用藥劑為磷酸三鈉。反應(yīng)機(jī)理水中加入磷酸三鈉，使?fàn)t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(qiáng)，Ca2+與磷酸根會(huì)發(fā)生如下反應(yīng)：10Ca2++6PO43-+2OH-=Ca10OH2（PO4）6第四章供水裝置供水裝置共有八個(gè)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(jìn)行闡述。生活水場將紅旗泡水庫送來的源水進(jìn)行處理，為化肥廠和臥里屯居民提供優(yōu)質(zhì)