化肥廠生產(chǎn)過(guò)程及工藝流程 煤制合成氨、尿素 C+ 0.5 O2 → CO C+ O2 → CO2 CO + H2O →CO2+ H2 H2+N2→NH3 CO2 + 2NH3 → CO (NH2)2 1 全廠流程簡(jiǎn)介 備煤 煤氣化 變換 低溫 甲醇洗 液氮洗 合成壓縮 空分 蒸氣 N2 空氣 供熱站 蒸汽渣 煤 硫回收 S 氨 煤 煤制合成氨、尿素流程簡(jiǎn)圖 尿素合成 尿素 CO2 N2 2 過(guò)程工藝描述 （1）水煤漿氣化制合成氣裝置 由水煤漿制備工序來(lái)的水煤漿送入煤漿槽儲(chǔ)存待用。濃度約為63％的水煤漿通過(guò)煤漿給料泵加壓輸送到氣化爐頂部工藝燒嘴，并與空分裝置來(lái)的純氧分別進(jìn)入氣化爐在6.5MPa(G)，約1400℃工藝條件下，水煤漿與純氧進(jìn)行部分氧化反應(yīng)，生成粗合成氣。 反應(yīng)后的粗合成氣和溶渣進(jìn)入氣化爐下部的激冷室。在激冷室中，粗合成氣經(jīng)冷卻、洗滌，將粗合成氣中的大部分碳黑洗去，并和粗渣分開(kāi)。出激冷室的粗合成氣直接進(jìn)入文丘里洗滌器和碳洗塔進(jìn)一步洗滌，除去粗合成氣中殘留的碳黑，然后將水蒸汽／干氣比約1.3～1.5的合成氣送至變換工序。 溶渣被激冷室底部通過(guò)破渣機(jī)進(jìn)入鎖斗，定期排入渣池，渣池設(shè)有撈渣機(jī)將粗渣撈出，裝車(chē)運(yùn)往園區(qū)免燒磚項(xiàng)目。 渣池中含細(xì)渣的灰水通過(guò)渣池泵送至真空閃蒸器。 碳洗塔的液位通過(guò)控制進(jìn)入塔內(nèi)的灰水量來(lái)維持，碳洗塔內(nèi)的黑水分兩股排出，一股黑水去高壓閃蒸器；另一股由灰水循環(huán)泵送至氣化爐也進(jìn)入高壓閃蒸器，黑水經(jīng)減壓，閃蒸出黑水中溶解的氣體并通過(guò)變換冷凝液加熱器回收閃蒸汽的熱量，通過(guò)高壓閃蒸分離器，閃蒸出的氣體至變換或火炬，水送入脫氧水槽。 （2）凈化裝置 a. 變換 變換工序主要反應(yīng)式為： COS+H2O——CO2+H2S+Q CO+H2O——CO2+H2+Q 由氣化送來(lái)粗煤氣經(jīng)煤氣水分離器分離掉少量的冷凝液及灰塵后，經(jīng)中溫?fù)Q熱器溫度升高至250℃，進(jìn)第一中溫變換爐。第一中溫變換爐分上、下兩段，爐內(nèi)裝有兩段三層耐硫變換觸媒，層間配有煤氣激冷管線調(diào)溫，出第一中溫變換爐變換氣CO含量為24％(干)，溫度為420℃左右。變換氣經(jīng)中溫?fù)Q熱器降溫后進(jìn)淬冷器，用本工段產(chǎn)生的高溫冷凝液淬冷至240℃，然后進(jìn)入第二中溫變換爐，爐內(nèi)裝有兩段耐硫變換觸媒，出口變換氣CO濃度為4.0％(干)，溫度為358℃左右，進(jìn)入中變廢熱鍋爐，產(chǎn)生1.0MPa(G)的低壓蒸汽，使變換氣溫度降溫進(jìn)入低溫變換爐，低溫變換爐裝兩段耐硫變換觸媒，出口變換氣CO濃度為1.0％(干)，溫度升至為222℃左右，進(jìn)入低變廢熱鍋爐，產(chǎn)生0.4MPa(G)的低壓蒸汽，變換氣溫度降至163℃；經(jīng)第一水分離器分離出冷凝液后的變換氣進(jìn)入鍋爐給水加熱器，溫度降至140℃，然后進(jìn)入脫鹽水加熱器溫度降至70℃、進(jìn)變換氣水冷器溫度降至為40℃，進(jìn)水洗塔，在塔底進(jìn)行氣液分離后，氣體經(jīng)塔頂40℃洗滌水洗滌除去NH3后送至甲醇洗工段。 第一水分離器的冷凝液經(jīng)冷凝液泵Ⅰ，升壓后送至淬冷器作為淬冷用冷凝液，多余部分送至氣化工段。水洗塔塔底出來(lái)的冷凝液與煤氣水分離器出來(lái)的冷凝液一起進(jìn)入冷凝液氣提塔上部，氣化來(lái)的高閃氣進(jìn)冷凝液氣提塔中部。用低壓蒸汽氣提除氨后的變換冷凝液經(jīng)冷凝液泵Ⅱ，送氣化工段，塔頂氣經(jīng)塔頂冷凝器降溫、冷凝、分離后，不凝氣送至硫回收處理。 脫鹽水站來(lái)的脫鹽水進(jìn)入脫鹽水加熱器與變換氣換熱溫度升至95℃，一部分送鍋爐房，另一部分進(jìn)入除氧器脫氧。除氧器用本工段產(chǎn)生的低壓蒸汽吹入脫氧，脫氧后的鍋爐給水一部分經(jīng)中壓鍋爐給水泵升壓至2.1 MPa(A)分別送至中壓廢熱鍋爐、脫硫工段和氣化工段；另一部分經(jīng)低壓鍋爐給水泵升壓到0.8MPa(A)，送至低壓廢熱鍋爐；第三部分經(jīng)氣化補(bǔ)水泵升壓至5.5MPa(G)后分為三股，第一股經(jīng)洗滌水冷卻器冷至40℃后作為水洗塔用洗滌水，第二股作為氣化補(bǔ)水送至氣化，第三股送至氨合成工段。 b. 低溫甲醇洗 本工段采用低溫甲醇洗工藝，主要脫除合成氣中CO2、H2S和H2O。 為了防止低溫時(shí)氣體所帶的水份凍結(jié)、堵塞纏繞式換熱器的管道，在變換氣冷卻前注入少量甲醇，氣體被冷卻至約-7℃后先送入吸收塔，用來(lái)自CO2吸收塔的富甲醇液洗滌，除去變換氣中的大部分H2S、COS和CO2。 洗滌后的變換氣進(jìn)入CO2吸收塔下部，用來(lái)自熱再生塔的貧甲醇液洗滌，進(jìn)一步除去氣體中微量的H2S和CO2凈化氣體(CO2≤20PPm，H2S＜1ppm)從塔頂排出，經(jīng)換熱溫升至常溫后送往后續(xù)工序。 吸收了變換氣中大部分H2S、COS和CO2的富甲醇液進(jìn)熱再生塔，利用低壓蒸汽或熱變換氣提供的熱量進(jìn)行再生。熱富甲醇液從熱再生塔底抽出，經(jīng)冷卻后進(jìn)入克勞斯氣分離器，含H2S約25％vol的酸性氣體從中分離出來(lái)，去克勞斯硫回收單元得到單質(zhì)硫磺。從熱再生塔底抽出另一部分富甲醇液用泵抽至甲醇／水分離塔，利用塔底再沸器提供的熱量，將甲醇與水分離。廢水從塔底排出去界區(qū)，甲醇蒸汽從塔頂排出進(jìn)熱再生塔中部，被熱再生塔的循環(huán)甲醇液吸收。再生后得到的貧甲醇用泵抽出，經(jīng)一系列的換熱后進(jìn)CO2吸收塔上部作為洗滌吸收劑。CO2吸收塔下部的一部分富甲醇液進(jìn)中壓閃蒸塔，將有用的含氫氣體閃蒸出來(lái)，經(jīng)閃蒸氣循環(huán)壓縮機(jī)壓縮回收，返回變換氣原料中。中壓閃蒸塔閃蒸后的甲醇溶液進(jìn)再吸收塔，用來(lái)自空分裝置的低壓氮?dú)膺M(jìn)行氣提，將溶液中的CO2氣體提出排放。塔中的甲醇液一部分作為熱再生塔的回流，另一部分用泵抽出，去克勞斯氣分離器作為洗滌液。 由硫回收工段來(lái)的克勞斯尾氣加入高壓甲醇進(jìn)行水分吸收，然后通過(guò)克勞斯尾氣深冷冷器降溫，進(jìn)入尾氣分離器，氣體送至再吸收塔，液體經(jīng)泵送至甲醇／水分離塔。 c. 液氮洗 由低溫甲醇洗送來(lái)壓力1.83 MPa、溫度-35℃的凈化氣因含有微量的CO2和CH3OH，為防止CO2和CH3OH在低溫下凍結(jié)堵塞換熱通道．凈化氣先進(jìn)入吸附器(RO1A/B)，通過(guò)分子篩吸附后，使CO2和CH3OH含量小于0.110-6。脫除了CO2和CH3OH的凈煤氣在1.78MPa、-35℃下進(jìn)入熱交換器后被冷卻到-182℃，使大部分CH4冷凝下來(lái)集存于氮洗塔底部。富CH4從氮洗塔底部抽出經(jīng)節(jié)流膨脹制冷，在熱交換器和復(fù)熱，這部分物流作為燃料離開(kāi)本工段。在氮洗塔內(nèi)，凈煤氣被塔頂流下的-182℃液氮洗滌，氣體中的CO和少部分CH4、Ar等組分被冷凝成液體，從氮洗塔下部抽出，經(jīng)節(jié)流膨脹制冷，通過(guò)熱交換器(E01)和(E02)復(fù)熱至34℃送出作為燃料。 經(jīng)液氮洗滌，氮洗塔頂出口CO和CH4小于110-6的氫氮?dú)庠赪0I配氮，調(diào)整氫氮比為3：1，并經(jīng)(W01)換熱回收冷量后，氣體離開(kāi)液氮洗工段去壓縮機(jī)工段。 由氮?dú)鈮嚎s機(jī)送來(lái)壓力2.2 MPa、溫度40℃的氮?dú)饨?jīng)熱交換器(E01)換熱后，溫度降至-33．5℃，然后低溫氮?dú)膺M(jìn)入膨脹透平(C01)膨脹后，溫度降至-105.6℃，經(jīng)熱交換器(E02)換熱回收冷量后送出放空。大部分氮?dú)庠俳?jīng)熱交換器(E01)冷凝成液氮供洗滌用。 H2：N2比的微調(diào)通過(guò)在冷箱外直接把高壓氮通入合成氣中實(shí)現(xiàn)。 （3）冷凍 由凈化裝置(低溫甲醇洗)(-38℃，0.03MPa(A))及氨合成裝置來(lái)的兩股氣氨(-15℃，0.22MPa(A)和 4℃，0.4MPa(A))，分別經(jīng)分離器后，分段進(jìn)入壓縮機(jī)，最終壓縮到1.6MPa的氣氨，氣氨經(jīng)冷凝器冷凝為液氨后，液氨再進(jìn)入液氨貯槽，最后液氨送往用戶。 來(lái)自管網(wǎng)的過(guò)熱蒸汽，進(jìn)入汽輪機(jī)，產(chǎn)生的動(dòng)力供壓縮機(jī)。冷凝液進(jìn)入表面冷凝器冷卻后，經(jīng)冷凝液泵返回管網(wǎng)。 （4）硫回收 來(lái)自脫硫工段酸性氣經(jīng)過(guò)酸性氣分預(yù)熱器進(jìn)入主燃燒爐，與按一定比例配入的空氣混合燃燒。爐內(nèi)發(fā)生H2S部分氧化反應(yīng)： H2S+3/2 O2＝SO2+H2O+Q1 H2S+1/2 SO2＝H2O+3/4S2+Q2 在燃燒爐內(nèi)有65％的H2S轉(zhuǎn)化成單質(zhì)硫。經(jīng)過(guò)廢熱鍋爐副產(chǎn)蒸汽，再經(jīng)冷卻器冷卻生成的少部分硫磺分離進(jìn)硫磺地下槽，氣體經(jīng)加熱器后依次進(jìn)入二級(jí)克勞斯反應(yīng)器和二級(jí)硫冷凝器，二氧化硫在催化劑作用下絕大部分生成單質(zhì)硫磺，分別來(lái)自硫冷凝器的硫磺經(jīng)液封槽收集于液硫池，產(chǎn)品硫磺用液硫泵送出。反應(yīng)后的尾氣經(jīng)冷卻和尾氣捕集器與加氫反應(yīng)氣經(jīng)氣一氣換熱器換熱后，再經(jīng)電加熱器加熱，在過(guò)程氣與氫氣混合器中與氫氣混合后送至加氫反應(yīng)器還原，還原氣經(jīng)換熱器回收余熱后送至急冷塔用冷卻水急冷，塔頂尾氣送回到甲醇洗進(jìn)行再次吸收。急冷塔冷卻水通過(guò)急冷水泵、急冷水過(guò)濾器、急冷水空冷器、急冷水冷卻器循環(huán)利用，消耗的冷卻水從界外補(bǔ)充。 （5）壓縮合成 氨合成反應(yīng)如下： N2+3H3 2NH3 △H298＝-92.44kJ/mol 來(lái)自合成氣壓縮機(jī)的15.4MPa氣體進(jìn)入熱氣-氣換熱器。在換熱器中與來(lái)自鍋爐給水預(yù)熱器的反應(yīng)氣通過(guò)交換被加熱到173.5℃。然后氣體送往氨合成塔在合適的氨合成催化劑下反應(yīng)以增加氨的體積濃度到20.65％?？赏ㄟ^(guò)支路管線分流部分氣體來(lái)控制進(jìn)塔氣的溫度。 反應(yīng)氣可回收廢熱量，可產(chǎn)生25～40bar(A)飽和蒸汽。 在開(kāi)車(chē)操作的早期階段，為加快熱循環(huán)部分，廢熱鍋爐也能用作加熱器。 來(lái)自廢熱鍋爐的反應(yīng)氣進(jìn)入到熱氣-氣換熱器的管程被冷卻到74℃，加熱合成原料氣。反應(yīng)氣體再送往水冷卻器，在這里氣體被冷卻并有部分氨被冷凝。出口溫度是-39℃。合成氣和液氨混合物進(jìn)入冷氣-氣換熱器，用自氨分離器1冷的循環(huán)氣在這里進(jìn)行冷卻。氣體再被送往高溫冷凝器，在這里被用氨冷凍工段提供的液氨(在4℃)的蒸發(fā)冷卻到8℃。再進(jìn)入低溫冷凝器，用液氨(在-15℃)蒸發(fā)冷卻到-9℃，發(fā)生進(jìn)一步的氨冷凝。進(jìn)入分離器。 從分離器中的合成氣分離出液體氨，循環(huán)氣通過(guò)冷氣-氣換熱器從6℃加熱到35℃進(jìn)入合成氣壓縮機(jī)循環(huán)段的吸入口，為了使氨合成循環(huán)氣中惰性氣體濃度不超過(guò)氨合成反應(yīng)過(guò)程的允許量，在氨分離器的出口氣體中連續(xù)排放一定量的吹除氣，送往氨回收工段。 來(lái)自分離器的液氨經(jīng)減壓，進(jìn)入到中壓氨閃蒸罐，在這里分離閃蒸氣體，并得到最終產(chǎn)品液氨輸送到界區(qū)外。 來(lái)自中壓氨閃蒸罐閃蒸氣體，輸送到合成氣壓縮機(jī)新鮮氣吸入口。 （6）空分裝置 壓縮、預(yù)冷和純化系統(tǒng) 從入口空氣過(guò)濾器出來(lái)的空氣被去除了塵埃和其他機(jī)械雜質(zhì)后，經(jīng)過(guò)空氣壓縮機(jī)壓縮至約0.63 MPa(A)進(jìn)入空氣冷卻塔，在其中被水冷卻和洗滌?？諝饫鋮s塔采用循環(huán)水和經(jīng)水冷塔及水機(jī)組冷卻過(guò)的低溫水冷卻，空氣冷卻塔頂部設(shè)有游離水分離裝置和獨(dú)特的防液泛裝置，以防止工藝空氣中游離水份帶出。 出空氣預(yù)冷系統(tǒng)的工藝空氣進(jìn)入用來(lái)吸附除去水份、二氧化碳、碳?xì)浠衔锏目諝饧兓到y(tǒng)，純化系統(tǒng)中的吸附器由兩臺(tái)容器組成；吸附容器采用立式內(nèi)絕熱軸。徑層床結(jié)構(gòu)，當(dāng)一臺(tái)運(yùn)行時(shí)，另一臺(tái)則由來(lái)自冷箱中的污氮通過(guò)蒸汽加熱器加熱后進(jìn)行再生。 在分子篩吸附器之后抽出一股空氣，作為工藝空氣送到全廠管網(wǎng)。 分餾塔系統(tǒng):空氣精餾 2． 尿素裝置 (1)原料液氨和二氧化碳的壓縮、輸送 來(lái)自界區(qū)的原料液氨經(jīng)高壓氨泵加壓到約16.0MPa，通過(guò)高壓噴射器進(jìn)入高壓甲銨冷凝器。 界區(qū)來(lái)的二氧化碳經(jīng)壓縮機(jī)增壓到約15.3MPa進(jìn)入氣提塔，為了防腐需在壓縮機(jī)入口加入防腐空氣。 (2)高壓合成回收 尿素合成塔的反應(yīng)條件為：合成壓力l3.8～14.5MPa，合成溫度185～188℃，NH3/CO2 (摩爾比)2.9～3.1，H2O/CO2 (摩爾比)0.4～0.5。 合成塔的反應(yīng)混合物先送至氣提塔，在此利用2.16MPa的蒸汽加熱，將未轉(zhuǎn)化成尿素的大部分的甲銨和過(guò)剩氨分解分離。氣提塔出液經(jīng)減壓后送至低壓循環(huán)系統(tǒng)。氣提塔頂出氣送入高壓甲銨冷凝器頂部，液氨和一甲液也送到高壓甲銨冷凝器頂部，在此進(jìn)行甲銨生成反應(yīng)，并副產(chǎn)低壓蒸汽。高壓甲銨冷凝器低部出來(lái)的甲銨液、氨和二氧化碳混合物進(jìn)入尿素合成塔低部，進(jìn)行尿素的生成反應(yīng)。 合成塔出口氣體送入高壓洗滌器進(jìn)行冷凝吸收，高壓洗滌器出來(lái)的甲銨液流入高壓噴射器，通過(guò)液氨輸送到高壓甲銨冷凝器，高壓洗滌器未冷凝的氣體送往低壓吸收塔。 (3)低壓循環(huán) 離開(kāi)氣提塔底部的尿液減壓后進(jìn)入精餾塔，精餾塔下段為加熱段，甲銨分解所需熱量由高壓甲銨冷凝器副產(chǎn)的低壓蒸汽提供，尿液中的未反應(yīng)物通過(guò)加熱進(jìn)一步分解。離開(kāi)精餾塔的尿液減壓到約0.045MPa(A)送入閃蒸槽，閃蒸槽出口氣體在真空系統(tǒng)冷凝，閃蒸槽出來(lái)的尿液流到尿液貯槽。 離開(kāi)精餾塔低部的氣體進(jìn)入低壓甲銨冷凝器，通過(guò)該冷凝系統(tǒng)回收氨和二氧化碳，低壓段回收后的甲銨液通過(guò)高壓甲銨泵送往高壓洗滌器。 (4)真空系統(tǒng) 閃蒸槽出來(lái)的尿液分別進(jìn)入一、二段蒸發(fā)系統(tǒng)，使尿液濃縮到98％去造粒塔。 一、二段蒸發(fā)分離器出來(lái)的氣體送到蒸發(fā)冷凝系統(tǒng)進(jìn)行冷凝回收，回收的蒸發(fā)冷凝液送往解吸水解系統(tǒng)。 (5)解吸水解系統(tǒng) 蒸發(fā)冷凝系統(tǒng)來(lái)的蒸發(fā)冷凝液，經(jīng)解吸塔和水解器處理后，其廢液中氨和尿素濃度分別小于3～5ppm送出界區(qū)，解吸后的富含氨和二氧化碳的氣體經(jīng)冷凝后送到低壓吸收段。