氮肥行业工艺流程

煤/天然气化工(化肥)工艺流程

概述

整个生产过程可以分为造气、脱硫、压缩、变换、脱碳、合成、甲醇、尿素等主要单元（工段）。上述各单元（工段）的操作在工艺上密切联系，但在地域上分散、在控制上相对独立。

1、造气

造气一般是以块煤为原料，采用间歇式固定层常压气化法，在高温和程控机油传动控制下，交替与空气和过热蒸汽反应。反应方程式：

吹风 C+O2→CO2+Q

CO2+C→2CO-Q

上、下吹 C+H2O(g) →CO+H2-Q

A、吹风阶段

吹风阶段的主要作用是产生热量，提高燃料温度。

B、上吹（加氮）阶段

上吹阶段的主要作用是置换炉底空气，吸收热量、制造半水煤气，同时加入部分氮气。

C、下吹阶段

下吹阶段作用是制取半水煤气，吸收热量，使上吹后上移的气化层下移。

D、二上吹阶段

二上吹的主要作用是将炉底及进风管道中煤气吹净并回收，确保生产安全。

E、吹净阶段

吹净的主要作用是回收造气炉上层空间的煤气及补充适量的氮气，以满足合成氨生产对氮氢比的要求。

2、变换

工艺简介

经过压缩有一定压力的半水煤气先经过油水分离器，除去煤气中的油物。然后进入饱和塔的下部与热水进行交换后升至一定温度，经过气水分离器分离出煤气中的水份。去除水分的煤气进入预热交换器，与中变炉出口的高温煤气进行两次热交换后，进入中变炉，在触媒的催化作用下，煤气中的一氧化碳发生反应，生成二氧化碳，中变炉的炉体内有三层反应区，在正常的工艺状况下，第一层的反应温度控制在450℃左右，第二层反应温度控制在400℃左右，第三层的反应温度控制在380℃左右。反应后出中变炉的变换气进入与入口水煤气进行热交换的两级热交换器后，再进入低变炉使变换气中的一氧化碳进一步变换，经过两次变换的水煤气成为合格的变换气后，经热水塔，冷却塔之后送入下一工段进行后续处理。

3、脱碳

工艺简介

含有一定浓度（CO2）的变换气进入吸收塔内。气体中CO2被逆流流下的碳酸丙烯酯所吸收。净化CO2气脱至所要求的浓度由塔顶排出，成为可供用户使用的工艺气。吸收CO2后的碳酸丙烯酯富液经涡轮机回收能量后，在高压闪蒸槽内闪蒸。高压闪蒸液再到减压槽进行减压闪蒸。减压闪蒸汽相含浓度较高的CO2，可供用户使用。减压闪蒸液在气提塔内经空气气提再生，再生后的碳酸丙烯酯贫液经循环液泵送回吸收塔循环使用。气提空气由通风机从气提塔塔底送入。

高压闪蒸汽中含CO2及部分工艺气。高压闪蒸汽可全部或部分返回压缩与原料气汇合，以回收氮气和氢气。

脱碳过程中，入脱碳塔贫液的流量，将直接影响二氧化碳在脱碳塔中的溶解度。流量过小，原料气中的CO2不能被充分吸收；流量过大，能耗增加。闪蒸槽的液位和压力，对于原料气的回收再利用有重要作用，它不仅可以回收闪蒸汽里的氮气和氢气，还可以减少碳酸丙烯酯的损失。

脱碳后煤气送入下一个工段进行进一步处理。

4、合成

工艺简介

目前国内大多数中小氮肥企业均采用中压法氨合成工艺，其合成压力为31.4MPa。合成塔的直径一般为Ф800～Ф1200mm。

将压缩送来的合格精炼气在适当的温度、压力和触媒存在的条件下合成为氨，所得气氨经冷却水及液氨冷却，冷凝为液氨，并将液氨从氢氮气中分离出来，未合成的氢氮气补充部分新鲜气继续在合成系统内循环合成。

5、甲醇

工艺简介

甲醇是重要的有机化工原料，又是优良的能源载体。近代工业甲醇生产主要以天然气、煤炭为原料转化和气化制得，我国目前年产5万吨和10万吨的生产装置大都是以煤炭为原料制得。

甲醇的生产一般分为合成和精馏两个工段。

1、甲醇合成：脱碳岗位送来的净化气和循环机来的循环气在油分离器混合，经油水分离器分离油水，剩余的原料气分主副线进入合成塔合成生成粗甲醇气，借助于铜基催化剂的作用，CO、CO2和H2进行化合反应生成甲醇，经冷凝到醇分离器分离得粗甲醇，减压后送中间槽，不凝气体一部分加压循环使用，一部分经高压水洗塔水洗掉夹带的甲醇经铜洗送入氨合成系统，粗甲醇送精馏。流程图如下：

2、甲醇精馏：甲醇的精馏工艺，多数采用两塔流程，少数生产规模较大的厂采用三塔流程，年产5-10万吨的装置一般都采用两塔流程。粗醇经预塔给料泵加压经粗醇预热器加热到65℃左右进初塔，同时初塔再沸器用蒸汽加热使塔内液体蒸发，甲醇及其他轻组分的蒸汽由塔顶蒸出，冷凝后打回流。控制出气温度40-45℃，塔釜温度75-85℃；塔顶温度60-65℃。经预塔

底出来的预后甲醇给主塔，主塔再沸器加热使塔底温度控制在104-120℃，塔顶出气温度控制在65-70℃，在塔顶采出回流液即精醇；合格后送精醇储槽。流程图如上：

6、尿素

工艺简介

尿素的生产原理是氨与二氧化碳的合成，生产方法有水溶液全循环法、气提法、中压联尿法，小氮企业大多采用水溶液全循环法。其反应方程式为：

2NH3（液）+CO2（气）CO（NH2）2（液）+H2O（液）+Q

二氧化碳（压力为20.69MPa，温度为125℃）经压缩机压缩进入合成塔，从一吸塔送来的90℃甲铵液经一甲泵加压至20.69MPa送入合成塔，液氨在氨预热器中加热至60℃送入合成塔，在合成塔中进行合成反应。在反应的过程中，合成塔的操作压力为19.6 MPa，温度为186-191℃，整个反应过程CO2的转化率在63℅左右。出尿素合成塔的反应液含有尿素、甲铵、过剩氨和水，出来后经过压力调节阀减压至1.77MPa进入预蒸馏塔上部，在此分离出闪蒸气体后，液体自流到中部蒸馏段，与从一分加热器出来的热气逆流换热，使液相中的部分甲铵分解与过剩氨蒸出、气化进入气相。预蒸馏后的尿液自蒸馏下部流入一分加热器，物料温度控制在155-160℃，在此甲铵的分解率达到80℅，总氨蒸出率达到90℅。从一分加热器出来的尿液进入预蒸馏塔下部的分离器进行气液分离，液相自塔底排出，经减压后送至二分塔。尿液在二分塔上部闪蒸后，液体经过液体分离器进入蒸馏段，与下分离段出来的气相逆流接触换热，出蒸馏段的尿液从底部进入加热段的列管内，物料温度控制在135-140℃，使甲铵基本分解，气液混合物进入下分离段进行气液分离，尿液经液位调节阀入闪蒸槽。在闪蒸槽中液相残余的氨和二氧化碳大部分逸入气相，尿液直接进入一段蒸发器或流入尿液槽。尿液经一段蒸发加热器下部热能回收段和上部蒸汽加热段加热到130℃，压力控制在0.033MPa（绝压），这时浓度提高至96℅。尿液经一段蒸发器分离段出来去二段蒸发器，在0.0033 MPa（绝压）、140℃的条件下被浓缩成99.7℅的熔融尿素，经分离段分离后，熔融尿素由熔融泵送往造粒塔顶部的旋转喷头进行造粒。