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- 合成氨装置工艺流程
合成氨采用的主要生产原料为渣油,生产的主要产品有液氨、氢气、合成气。其生产过程具有高温、高压、低温、负压、易燃、易爆、有毒、有害、有腐蚀性等特点。
空分单元
空分单元根据空气中各组分沸点不同,用深度冷冻法将空气液化并分离成氧和氮,氧气和N2产品分别送气化工序和液氮洗。采用分子筛吸附器净化空气、液氧泵加压输氧、高压氮循环补冷和氮气增压膨胀机制冷的全低压流程。
气化单元
气化单元采用德士古部分氧化技术,重油与氧气、蒸汽在喷嘴中充分混合后进入气化炉内,在6.0-8.5MPa、1350℃左右温度下,发生部分氧化反应,制取以CO+H2为主的合成气,反应过程如下:
重油与氧的反应:
CmHnSr+m/2O2→mCO+(n/2-r)H2+rH2S
重油在高温下的裂解反应:
CmHnSr→(n/4-r/2)CH4+(m-(n/4+r/2))C+rH2S
反应后的产物继续反应,选取四个有代表性的反应为:
CH4+H2O=CO+3H2
CO+H2O=CO2+H2
C+CO2=2CO
COS+H2=H2S+CO
最终接近于在气化炉条件下的上述反应的平衡组成。
碳黑处理单元
碳黑水通过三级闪蒸,将碳黑水浓度由1%提高到2%,用泵加压后送出界区,同时回收部分灰水,供气化单元使用。
变换单元
变换单元把粗合成气中难于清除的一氧化碳转化成后部工序可以清除的二氧化碳,变换工序采用的耐硫变换催化剂,其型号为QCS-01,该催化剂出厂时为氧化态,没有活性,在使用前必须进行硫化。其硫化反应式如下:
CoO+H2S→CoS+H2O
MoO3+2H2S+H2=MoS2+3H2O
变换反应:
达到反应温度的工艺气与蒸汽的混合气体在催化剂的作用下,进行变换反应:
CO+H2O=CO2+H2
经两段变换,变换率可达到97%左右。在变换过程中可能产生如下的反应:
2CO+2H2=CH4+CO2
CO+3H2=CH4+H2O
CO2+4H2=CH4+2H2O
2CO=CO2+C
副反应产生的游离碳,沉积在触媒表面,降低其活性,并消耗了部分有效气体。增大蒸汽量及控制一定的反应温度,可抑制副反应的发生。
低温甲醇洗单元
低温甲醇洗单元利用低温甲醇对CO2、H2S、COS等物理吸收性较强的特点,来达到脱除原料气中的CO2、H2S、COS等杂质的目的,同时通过甲醇再生时解析来副产CO2产品。
氮洗单元
利用工艺气中CH4、CO比H2冷凝温度高和CO溶解于液氮的特性,在液氮洗单元先将工艺气逐步降温,再在氮洗塔中通过液氮洗涤,达到脱除原料气中的微量的CO、CH4、Ar等杂质的目的,同时为合成工序配成H2/N2=3:1的合成气。
氨合成单元
氨合成反应是放热和摩尔数减少的平衡反应。氢气与氮气在高温、高压和催化剂的条件下反应生成氨。其反应式如下:
N2+3H2→2NH3
氨贮存单元
在氨生产和氨加工工序之间对液氨产品起贮存和输送,并起缓冲与平衡作用。液氨采用常压低温方式贮存,1.5KPa(,表压),-33℃。
氨冷冻单元
为合成氨系统提供冷冻功,通过X/C1101完成冷冻循环,具体包括以下几个过程:压缩:低压端气氨进入低压段进行压缩,并同较高压力的气氨混合进入到较高段压缩;冷凝:经高压段压缩后的气氨,在冷凝器中冷凝下来,成为高压液氨;节流:高压液氨向较低压力节流,产生冷量,满足合成氨系统各个单元的冷量需求;蒸发:液氨吸收热量的同时,液氨转化为气氨,不同等级的气氨回到相应的压缩机的不同段的入口,进行冷冻压缩循环。