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合成氨联醇生产工艺简介
第二章 合成氨联醇生产工艺简介
1、 粘结剂制备
先将水加入到粘结剂提取罐内, 然后向罐内微通蒸汽, 加热温度应≤40℃, 开动搅拌机在不断搅拌的情况下投入液体烧碱( 30％NaOH) ,待碱液温度达一定时继续搅拌, 投入筛好的褐煤( 含腐蚀酸约35%) , 含量低的褐煤应适当多投, 可根据含量高低而调整加入量, 边投料边通入蒸汽, 同时不停搅拌, 此时由于化学反应而放出热量产生少量气体、 液位有所升高, 为防止冒槽现象应酌情减少蒸汽加入量, 维护反应温度, 时间约2小时反应基本完全, 可取少量提取液检查, 其颜色为黑褐色, 有粘结性, 用母指和食指捏后拉开有连丝, 冷却后粘结性增大, 流动性变差, 视为提出制液结束。此时停蒸汽, 不搅拌待用。
2、 原料煤的粉碎和粘结剂的加入
原料煤先送入一级粉碎机, 粉至3毫米以下, 后经皮带机送入鼠笼粉碎机粉至1毫米以下, 经皮带机送入双轴搅拌机内, 此时由操作工视其送入的煤量酌情控制加液阀加入已提取好的粘结剂, 在双轴搅拌机内不断的搅拌推进混匀后落入斜皮带机, 送至分仓平皮带机, 分仓堆沤备用( 粘结剂的加入量是根据经验判断掌握调节, 一般加液后的煤屑用手抓一把捏得拢, 两指能捏散较为合适) 。

3、 煤棒制备
沤化合格的原料煤送煤棒机挤压3成型后经皮带机输送到煤棒烘干炉中, 利用吹风气回收锅炉的尾气( 温度~160℃) 将煤棒烘干, 再经皮带机输送到造气车间供造气炉制取半水煤气用。

4、 半水煤气制取
以空气和蒸汽为气化剂, 在常压、 常温下与煤棒中的碳作用, 经过固定床( 造气炉) 蓄热间歇制气法得到半水煤气, 根据氨合成必须的氢、 氮气体比例调整空气和蒸汽加入量, 保证合成氨系统的循环氢含量, 造气过程由微机控制, 分为五个阶段:

①吹风
吹风是一个放热过程, 目的是使燃料燃烧放出的热量积蓄在造气炉的炭层中, 提高气化层的温度, 为制气提供有利的反应条件, 尽量用最少的燃料达到应有的温度。这部分气体不能用于氨的合成, 但其中含有一氧化碳、 氢、 甲烷、 煤炭粉屑等可燃性物质, 因此将吹风气自炉顶引出到吹风气总管( 为调节氮含量, 根据需要进行部分回收进入半水煤气总管) , 与合成系统的驰放气一起进入吹风气燃烧炉燃烧, 产生高温烟气, 在废热锅炉中产生蒸汽, 并进入蒸汽管网, 从废热锅炉出来的大约160℃的尾气送到煤棒烘干炉用于烘干煤棒。

②上吹制气
造气炉内温度升到一定值后停止吹风, 改用炉底送入水蒸汽, 进行上吹制气, 上吹过程中, 炉温下降并促使气化层热量逐渐从下部主还原层移向上部次还原层, 生成的半水煤气由炉顶引出, 进入半水煤气总管。

③上吹制气
上吹结束后, 气化层温度已上移, 为充分利用上层的热量制气, 并促使气化层下移, 稳定炉内气化层, 将水蒸汽改用炉顶送入, 炉底引出半水煤气, 进行下吹制气, 下吹过程中半水煤气经过灰渣层使炉温进一步下降, 下行煤气进入半水煤气总管。

④二次上吹
下吹结束后, 炉内气化层温度已下降很多, 为了提高炉温继续制气, 必须再进行吹风, 但由于下吹结束时, 炉底积存着煤气, 不能马上送风, 因为空气与煤气混合后会在炉底产生爆炸, 因此在下吹结束后必须再进行一次短暂的上吹, 用水蒸汽除净炉底的煤气, 流量与一次上吹相同。

⑤空气吹净
当二次上吹结束后, 炉顶空间及管道中残存着煤气, 为不使这些有用气体在接着而来的吹风中损失, 必须在正式吹风前进行一次短时间的回收, 从而使炉顶空间及管道中残存的煤气随同吹风气一起送往半水煤气总管, 这也是半水煤气中氮气的来源和调节阶段。
②、 ③、 ④、 ⑤阶段制取的半水煤气经旋风除尘器、 蒸汽过热器、 废热锅炉回收热量, 进入洗气塔降温除尘后送入气柜。
以上五个阶段形成一个工作循环, 周而复始。每个工作循环根据原料煤的特性, 确定各阶段的工作时间, 烘干煤棒的一个工作循环时间～120秒, 为保证半水煤气生产的连续性, 采用若干台半水煤气发生炉交替工作。

表4-1 半水煤气成份％
名称
CO
CO2
H2
N2
CH4
O2
H2Sg/m3
吹风气
16
5.54
2.9
74.16
1
0.4
1.0
半水煤气
24
12
39
22
2
0.2
0.8
不同煤气化的技术参数比较表( 合成气与半水煤气成分比较)
气化炉类型
固定床
流化床
气流床
代表技术
恩德炉
鲁奇
HTW
灰熔聚
Shell
Texaco
GSP
排渣方式
干灰
干灰
干灰
灰熔聚
液态熔渣
液态熔渣

煤种
无烟煤
烟煤
褐煤
烟煤
烟煤
烟煤

给煤形式
块煤
块煤
碎煤
碎煤
干煤粉
水煤浆
干煤粉
进煤粒度 mm
4月10日
5-50
0-6
0-6
﹤0.1
﹤0.1
0.25
气化温度 ℃
800-1000
800-1000
800-1000
800-1100
～1400
～1400
～1400
气化压力 mpa
0.02
2.24
1
0.03
2.5-3
3.4-6.5
2.5
氧气/煤 Nm3/kg
0.64
0.41
0.37
0.454
0.7
1.17

蒸气/煤 kg/kg
1.37
1.65
0.37
0.94
0.27
0.92

粗煤气成分
CO
48.2
24.8
32.16
30
67
46.5
64
H2
35.3
38.3
40.46
40
23.92
33.1
27
CO2
13.8
25.8
21.48
22
3.85
19
3
CH4
1.8
9.3
1.87
2
0.15
0
0.1
N2
0.9
0.7
3.9
6
5.07
1.2
1.5-5.5
煤气热值MJ/Nm3
10.7
11.44
10.71
9.98
11.2
9.58
11.1
氧气产率 Nm3/kg
2.63
2.39
1.53
2.1
1.69
2.61

碳转化率 %
85-95
﹥95
～95
～90
99
﹥95

冷煤气效率 %
80-85
～85
76
～71.3
75.8
～76

灰渣含炭量 %
10月20日

11
7.7

～9

H2-CO2/CO+CO2
0.35
0.25
0.35
0.35
0.28
0.22
0.36
投资比
小
较小
大

5、 半水煤气除焦、 脱硫
半水煤气中含有煤焦油和硫( 一般以无机硫H2S、 有机硫SOC、 硫醇形式存在) , 从气柜出来的半水煤气经静电除焦器、 水洗塔洗涤、 栲胶—888碱液脱硫后用罗茨鼓风机将半水煤气送到氢氮气压缩机Ⅰ段进口。

6、 一氧化碳变换
半水煤气气中含有24％左右的CO, 进入氢氮气压缩机Ⅰ段进口, 将半水煤气压缩到0.9MPa压力从压缩机Ⅱ段排出, 经过冷却、 焦炭过滤, 进入热水饱和塔, 同时加入蒸汽后, 半水煤气中的CO经中温变换炉串连低温变换炉的”中串低”系统, 在催化剂作用下将半水煤气中的CO转化为合成氨需要的氢和二氧化碳( 变换气) , 变换气经变换气脱硫系统进一步脱硫后进入氢氮气压缩机Ⅲ段进口。
中变串低变——双甲工艺物料表
组 分
H2
N2
CO
CO2
CH4
Ar
合计
半水煤气
%
40.02
21.06
30.24
7.92
0.59
0.16
100
Nm3
1407.82
741.00
1063.79
278.78
20.88
5.51
3517.85
变换气
%
53.12
16.48
1.84
28
0.46
0.12
100
Nm3
2388.74
741.00
82.94
1259.64
20.88
5.51
4496.47
原料气
%
73.55
22.95
2.57
0.16
0.59
0.17
100
Nm3
2317.43
723.18
81.03
51.68
18.64
5.51
3150.94
醇后气
%
74.08
24.76
0.20
0.10
0.66
0.19
100
Nm3
2162.78
722.82
5.84
29.19
19.27
5.51
2919.43
烃后气
%
73.83
25.01

0.97
0.19
100
Nm3
2133.59
722.82

28.03
5.51
2889.94

( 固定床合成氨厂变换气主要成分大致如下:
氢气: 68[wiki]%[/wiki] 一氧化碳: 2%( 根据各厂工艺不同, 成分不同) 二氧化碳: 28% 氧气: 0.1% 甲烷: 1% 少量硫化氢
SHX 发表于 -6-4 14:14)

7、 二氧化碳脱除( 碳化法)
由变换系统送来的变换气先进入主碳化塔, 在此二氧化碳与碳化氨水反应生成碳酸氢铵结晶, 碳化液从底取出。主碳化塔出口气体再进入预碳化塔, 与浓氨水反应, 使氨水碳化度达100%左右后, 泵送主碳化塔。出预碳化塔气体CO2含量为0.2%。

8、 甲醇化
来自压缩六段的12MPa原料气, CO含量为5％, CO2含量为0.8％, 经净化塔除油净氨后, 与未反应的循环气混合, 分为两股, 与筒间环隙自上而下, 进入全成塔下部换热器后进入合成塔, CO、 CO2和H2反应生成甲醇, 另一股气体经中心管调节触媒温度, 出合成塔的气体回收热量后, 进入水冷却进入甲醇回收器, 分离甲醇后的气体一部分进入下一个循环与来自压缩机的新鲜气混合, 再次进入合成塔, 另一部分直接去铜洗精炼。
冷却循环水来自工厂现有的循环水系统, 利用后再次回收。少量工艺废水排入造气废水处理系统, 补充水损失。
从甲醇分离出来的甲醇进入中间槽, 再至粗甲醇槽中贮存。
甲醇化反应:
主反应: CO＋2H2 CH3OH
CO2＋3H2 CH3OH＋H2O
副反应: 4CO＋8H2 C4H9OH＋3H2O
2CO＋4H2 (CH3)2O＋H2O
9、 净化气精炼( 铜洗)
脱除二氧化碳后的气体——净化气, 经压缩机压缩后进入铜洗系统, 由铜氨吸收一氧化碳和二氧化碳、 硫化氢后, 由压缩机送往合成系统。
气体中的一氧化碳被铜液中低价铜络合物吸收的过程按下式进行:
Cu(NH3)21＋＋CO＋NH3=〔Cu(NH3)3CO1＋〕
在吸收过程中, 铜氨液逐渐成为中性而引起铜氨液的不稳定, 而且逐渐降低了对CO的吸收能力。同时在吸收过程中氨在铜液塔顶被铜洗气带出, 以及上述的再生气也带出氨, 部分游离氨即损失了。为了能经常保持铜氨液的游离氨浓度, 因此不断地要向系统补充液氨。在采用醋酸铜氨液的场合, 一般维持总氨与二氧化碳和醋酸的比为1.6～1.8。
铜氨液除吸收CO外, 不能够吸收CO2、 H2S。

①吸收CO2
2NH3＋CO2＋H2O＝(NH4)2CO3
(NH4)2CO3＋CO2＋H2O＝2NH4HCO3

②吸收O2
2Cu(NH3)2Ac＋4NH3＋2HAc＋1/2O2=2Cu(NH3)4Ac＋H2O
Cu(NHC)2CO3＋1/2O2＋CO2＋6NH3=2Cu(NH3)4CO3
2Cu2O＋O2=4CuO

③吸收H2S
2NH3OH＋H2S=(NH4)2S＋2H2O
2Cu(NH3)2Ac＋2H2S=CuS＋2NH4Ac＋(NH4)2S
Cu(NH3)4(Ac)2 ＋2H2S=CuS＋2NH4Ac＋(NH4)2S

10、 氨的合成
净化后的原料气经压缩机Ⅳ段压缩——间接冷却——Ⅴ段压缩——间接冷却——Ⅵ段压缩——间接冷却, 在31.4MPa压力下进入冷交换器, 与氨合成塔出来的气体进行间接换热后进入循环压缩机。氨合成塔出来的气体经过热交换器、 废热回收器( 后置式锅炉) 回收热量( 产生蒸汽供变换工段) 后经淋洒式水冷却器、 冷交换器冷却, 在氨分离器中气体中的液氨被分离出来, 分离液氨后的气体经氨冷器、 冷交换器与从压缩机Ⅵ段出口送来的新鲜净化气混合后进入循环压缩机, 经油分离器去除油污后进入氨合成塔, 在合成催化剂的作用下进行氨的合成, 从而完成循环过程。
合成过程中不参加化学反应的惰性气体( 甲烷、 氩) , 在达到一定浓度后影响合成反应速率和氨净值, 必须定时排出系统; 还有从氨贮槽中产生的一部分溶解在液氨中的氢、 氮气体, 也须及时排出; 这些气体通称为驰放气。一般组成( 体积分数) 为: 氢60～70％、 氮20～25％、 甲烷7～12％、 氩3～8％, 合成驰放气采用普里森中空纤维膜渗透技术, 在氨回收系统回收其中的氢, 进入氢氮气压缩机Ⅳ段进口;储槽气经等压回收塔回收氨后与氢回收后的非渗透气一起送到吹风气回收系统作为燃烧炉的燃料。