合成氨工业双一段转化.doc

第一章 双一段转化岗位 一、岗位任务 以天然气为原料和燃料，在铁锰脱硫剂和氧化锌脱硫剂作用下，将天然气中的有机硫和无机硫脱除到0.5ppm以下，通过配入一定量的蒸汽和空气在一、二段转化触媒和一定的温度条件下将甲烷转化为氢气、一氧化碳、二氧化碳，制取合成氨所需要的氢气和氮气，在一定的温度和变换触媒的催化作用下，使一氧化碳变换成二氧化碳和氢气，为尿素车间提供富余的中压蒸汽，同时净化脱碳气中残余的二氧化碳和一氧化碳，为后工段输出合格的低变气和净化气。保持本工段操作条件符合工艺指标要求，负责直转系统的开停车、事故处理及正常操作和维护，并及时做好原始记录，实现安全、环保、优质、低耗、经济、文明生产。 二、工艺原理 2.1脱硫转化工序 2.1.1脱硫 来自天然气压缩机的原料天然气中，总硫含量120mg/m，本装置采用干法脱硫来处理原料气中的硫份。为了脱除有机硫，采用铁锰脱硫催化剂在约340－400℃高温下发生下述反应： 　　　　　 　　 在铁、锰催化剂的作用下，大约还剩≤５PPｍ的硫化氢，在氧化锌催化剂作用下发生下述脱硫反应而被吸收。 　　　　　　 在氧化锌催化剂作用下吸收速度极快，因而脱硫沿气体流动方向逐层进行，最终硫被脱除至0.5PPｍ以下。 2.1.2转化 脱硫后的原料气在镍催化剂作用下，按下列反应式进行反应以制取合成氨所用的原料气。主要的反应式如下： 　　　－Ｑ　　　　/mol 　　　＋Ｑ　　　　 /mol 转化工序分为两段进行，在方箱炉和换热式转化炉里，烃类和水蒸汽在反应管内的镍触媒上反应，由管外供给反应所需热量。 出口气体残余甲烷浓度约为8～20％，两个一段转化后的气体进入二段转化炉，在二段炉顶部空气分布器加入空气燃烧放热，同时又在二段镍触媒的催化作用下，继续进行剩余甲烷的转化反应，二段炉出口温度在810～900之间，经二段转化后，可使转化气达到下列两项要求： （１）氢氮比（分子比）：２.２－２.８ （２）残余甲烷（干基）：０.３～０.６％ 转化气中的氢气与空气中的氧发生燃烧反应： 　　/mol 在二段炉内除氢以外一氧化碳及甲烷也能燃烧，但Ｈ燃烧反应的速度比其他可燃气体快３－４个数量级，所以在二段炉内催化剂上部的非催化剂空间里，首先是空气中的氧与一段转化气中的氢气进行燃烧，放出大量的热用于一段转化气中的残余甲烷继续转化。 ２.２中低变工序 出二段炉原料气中含有大量的CO，变换工序就是使ＣＯ在变换催化剂作用和合适温度下与水蒸汽反应生成ＣＯ和Ｈ。既除去对后工序有害的ＣＯ，又能制得尿素原料之一ＣＯ。反应式为： 　　　　　　kcal／mol　　　　 这是一个等体积、可逆、放热反应。降低温度和提高蒸汽浓度均有利于变换反应的进行。本工序中变采用铁铬系催化剂，还原后具有催化活性的是，低变采用铜锌系催化剂，还原后具有活性的是Ｃｕ。中变温度在360～400，在催化剂的作用下，反应速度很快，中变炉出口ＣＯ≤3.0％。然后通过换热降温到180左右，在低变催化剂的作用下，使工艺气中的ＣＯ含量进一步降到≤0.3％，以满足甲烷化对ＣＯ含量的要求。 ２.３甲烷化工序 经过中、低温变换和碳化、脱碳后的气体尚含有少量的一氧化碳和二氧化碳，这些气体会使合成氨触媒中毒丧失活性，所以在送往合成之前，必须对脱碳、碳化气作进一步的净化处理。所谓甲烷化，就是将碳化气或脱碳气中残余的ＣＯ和ＣＯ与原料气中的Ｈ，在一定温度和镍触媒催化作用下，反应生成合成氨无害的气体甲烷，其反应式如下： kcal／mol kcal／mol 甲烷化反应有以下特点： （1）反应是强放热反应，每０.１％ＣＯ、ＣＯ、Ｏ（体积含量）所造成的温升分别为：ＣＯ7.4，ＣＯ6.1，16.5。 （2）是体积缩小的反应，因此，提高压力有利于反应向正方向进行。 三、工艺流程 3.1转化、中低变工序 界区来的原料天然气经天压机加压（≤1.45MPa），进入天然气油水分离器分离掉油污，然后经对流段加热至360左右，进入脱硫槽（a、b）脱硫后的天然气与水蒸汽按一定的水碳比混合后分成两股分别进入对流段混合气预热器和换转混合气预热器：一股进入对流段第一组盘管加热至480左右，进入方箱式一段炉转化管内进行转化反应；另一股进入换转混合气预热器预热至480左右，进入换热式转化炉的转化管内进行甲烷的转化反应，从这两个转化炉内出来的转化气汇合后，进入二段转化炉内使未转化的甲烷继续转化，与此同时向二段转化炉内通入一定量的经过预热后温度550的空气，使空气中的氧与转化气中的氢发生燃烧反应，放出大量的热，为一段转化气中的甲烷在二段炉继续转化提供所需的热量。通入空气的主要目的是为了控制合成补充气氢氮比，以满足氨合成的需要，经二段转化后残余甲烷≤0.6％。出二段炉的工艺气体进入换热式转化炉的管间，为管内的转化反应