化肥厂工艺反应原理简介

化肥厂生产装置工艺反应原理简介

化肥厂技术科

2008-12-15

第一章合成氨装置工艺原理

1、合成氨工艺反应机理

化肥厂合成氨装置工艺采用烃类蒸汽转化法。整套工艺共有七个主反应，按照工艺流程顺序分别为钴钼加氢反应、氧化锌脱硫反应、转化反应（包括一段转化和二段转化反应）、变换反应（包括高温变换和低温变换反应）、脱碳反应、甲烷化反应、合成氨反应。合成氨装置的原料为油田伴生气、空气和水蒸气，这三种原料经过上述七个主反应最后生成产品氨。

注: ①第三步转化反应分为一段和二段转化反应的原因是：如果要求在一段转化反应就使原料气中的甲烷完全转化为氢气、一氧化碳和二氧化碳，则必须要加大水碳比或者提高温度。前一种方法必将导致耗用过多的水蒸气，而后一种方法对于采用外加热方式的一段反应炉来说对设备材质的要求也会更高。因此在自热式的二段转化炉内通过气体自身燃烧放热，只需要在炉内做一层耐火衬里就能既解决高温对设备材料的要求又能增加反应温度，可使原料气中的甲烷完全转化，同时二段转化工段在加入空气助燃的同时又加入了合成氨反应所需的氮气。

②第四步变换反应分为高温变换和低温变换反应的原因是：采用Fe3O4催化剂的高变反应只能使96-98%的一氧化碳转化为二氧化碳，要想使一氧化碳含量降低到0.2-0.5%的指标范围内，只有在单质铜催化剂存在下的低温变换反应才能达到，如果在高温变换反应中应用单质铜催化剂，由于单质铜催化剂较昂贵会增加催化剂的使用成本，而且由于单质铜催化剂的作用温度低将导致废热的利用价值降低。

2、工艺流程简述

油田伴生气加压至4.05MPa，经预热升温到371℃在脱硫工序脱硫后与水蒸汽混合，进入一段转化炉进行转化制H2反应，一段转化炉出来的转化气进入二段转化炉，在此引入空气，转化气在二段炉内燃烧掉一部分H2，放出热量以供进一步转化，同时获得N2。二段转化气经余热回收后，进入变换系统，气体中的CO与水蒸汽反应，生成CO2和H2，从变换系统出来的气体经脱碳、甲烷化后为合成氨提供纯净的氢氮混合气，氢氮混合气经压缩至14.0MPa，送入合成塔进行合成氨反应。

第二章尿素装置工艺原理

1、尿素工艺反应机理

化肥厂尿素装置采用二氧化碳汽提工艺生产尿素产品。尿素装置的原料为合成氨装置的产品液氨和二氧化碳。整套尿素工艺共有二个主反应，即液态NH3和CO2气生成氨基甲酸铵反应和氨基甲酸铵脱水生成尿素反应。原料氨和二氧化碳经过上述两个主反应后生成尿素装置产品尿素。

尿素工艺主反应汇总表（按反应顺序排列）

2、二氧化碳汽提工艺原理

二氧化碳汽提法分离未反应物，是将合成反应液（包括尿素、氨基甲酸铵、氨和水）在与尿素合成过程相同的压力及较高的温度下与汽提气CO2逆流接触，将氨基甲酸铵分解成NH3和CO2并从合成液中分离出来。

甲铵分解反应式：

NH2COONH4 (液)= 2NH3 (气)+ CO2(气)

由反应方程式可以看出当用纯CO2气进行汽提时，气相NH3的浓度几乎等于零，所以在任何压力下甲铵都能够完全分解。这也是为什么汽提分解甲铵可以在与合成尿素压力相同的条件下进行的原因。

3、工艺流程简述

尿素生产所需的原料液氨和CO2均来自化肥厂合成氨装置，两股物料经加压后送高压系统反应生成尿素溶液，然后尿素溶液经过中压精馏、低压精馏以及蒸发系统提浓后送往造粒塔顶部的造粒喷头进行喷淋造粒，在造粒塔底部形成尿素颗粒，最后送往成品装置进行包装成为成品尿素出厂。

4 、长效尿素所用SOD M添加剂的作用机理

SOD M是模拟SOD酶的简称，是由高纯氨基酸为原料合成。

1）产品物性：

PH值：呈中性至微碱性；

热稳定性：≥250℃；在250℃以下不挥发、不分解；

平均分子量：M：7000-8000；

SOD M产品在室温下溶于水，与纯水制成浓度为30%的制剂；SOD M产品添加进尿素后，尿素的颜色变为淡黄色；SOD M产品在尿素装置生产情况下对生产设备不具备腐蚀作用。

在尿素产品的生产过程中，添加SOD M 制剂能够增加农作物产量，改进农作物产品质量，提高农作物抗逆性，减少尿素的使用量。

2）SOD M加入的工艺流程

在配药槽内添加30%浓度的成品SOD M制剂，使其充分溶解混合均匀，然后用计量泵经过流量计计量、手动调节后送入303-F储槽中，经过303-J 尿液泵送入蒸发系统造粒。

第三章水汽装置工艺原理

水气装置有四个部分组成，即预处理装置、脱盐装置、循环水装置、快锅装置。下面分别对这四个装置的工艺原理进行阐述。

1、预处理装置

预处理装置采用石灰软化法对升压站来水进行处理，所加药剂有三种，按加药顺序为氯气、硫酸亚铁和石灰，加药剂地点为澄清池，源水经过预处理装置后OH- 指标为0.5～1.2mmol/l，浊度≤12mg/l。下面以表格的形式对加药的目的和反应机理进行阐述。

2、脱盐装置

脱盐装置采用的是化学除盐，它主要是靠阴阳离子交换剂，除去水中的盐份。目前脱盐装置有三个系列，每个系列均由阳床、阴床和混床组成。脱盐装置的源水主要是合成工艺冷凝液、尿素蒸汽冷凝液和尿素水解水，源水经过脱盐装置后生产出较纯的脱盐水。下面以表格的方式阐述其工艺原理。

脱盐装置反应机理汇总表

循环水装置主要是对合成、尿素和橡胶装置的循环水进行冷却、过滤和稳定处理，然后把处理后的循环水送回合成、尿素和橡胶装置循环使用。循环水装置工艺较为简单，在循环水处理过程中需要在水质稳定处理部分加入两种药剂，即阻垢-缓蚀剂和杀菌剂。下面就这两种药剂的作用机理进行阐述。

①阻垢-缓蚀剂

循环水装置使用的阻垢-缓蚀剂HC-565A为有机磷配方，它可以提高结垢物质微粒表面电荷密度，增大排斥力，降低结晶速度，使结晶体结构畸变而失去矫健作用，从而不致结垢，还可以和沉淀在管壁上的胶体结合或与Ca2+、Fe2+等形成络合物，然后把已结成的水垢分散到水中，另外，药剂含Zn2+,能与金属表面形成保护膜，起控制腐蚀的作用。