合成氨仿真实习报告.doc

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?氨合成仿真实习报告一、实习目的及意义仿真实习是毕业实习计划的组成部分,通过实习使学生了解化工生产一般特点、规律和工艺参数的控制,获得化工生产实践知识,培养运用化工专业理论知识,分析和解决实际问题的能力,为今后毕业论文(设计)和所从事的化工实际工作打下良好的实践基础。二、合成氨工艺原理与流程 (1) 合成氨装置转化工段1 概述转化工段包括下列主要部分:原料气脱硫、原料气的一段蒸汽转化、转化气的二段转化、高变、低变、给水、炉水和蒸汽系统。2 原料气脱硫天然气中含有少量硫化物,这些硫化物可以使多种催化剂中毒而不同程度地使其失去活性,硫化氢能腐蚀设备管道。因此,必须尽可能地除去原料气中的各种硫化物。加氢转化主要指在加入氢气的条件下使原料气中有机硫转化为无机硫。加氢转化不能达到直接脱硫的目的,但经转化后就大大的利于硫的脱除。在有机硫转化的同时,也能使烯烃类加氢转化为烷氢类从而可减少下一工序蒸汽转化催化剂析炭的可能性。在采用钴钼催化剂的条件下,主要进行如下反应:R-SH+H2=RH+H2SR-S-R’+2H2=RH+R’H+H2SC4H4S+4H2=C4H10+H2SRC=CR’+H2=RCH2-CH2R’氧化锌是一种内表面积颇大,硫容较高的接触反应型脱硫剂。除噻吩及其衍生物外,脱除硫化氢及各种有机硫化物的能力极高,可将出口气中硫含量降至0.1PPm以下。氧化锌脱硫反应:ZnO+H2S=ZnS+H2O原料天然气在原料气预热器(141-C)中被低压蒸汽预热后,进入活性碳脱硫槽(101-DA、102-DA一用一备),进行初脱硫后,经压缩机(102-J)加压。在一段炉对流段低温段加热到230℃左右与103-J段来的氢混合后进入Co-Mo加氢和氧化锌脱硫槽(108-D)终脱硫后,天然气中的总硫≤0.1ppm。3 原料气的一段蒸汽转化经脱硫后的原料气的总硫含量降至0.1PPm以下,与水蒸汽混合后进行转化反应:CH4 + H2O = CO + 3H2CnH2n+2 + nH2O = nCO + (2n+1)H2由于转化反应是吸热反应,在高温条件下有利于反应平衡及反应速度。在实际生产中,转化反应分别是一段炉和二段炉中完成。在一段炉中,烃类和水蒸气的混合气在反应管内镍催化剂的作用下进行转化反应,管外有燃料气燃烧供给反应所需热量,出一段炉转化气温度控制在800℃左右。脱硫后的原料气与中压蒸汽混和后,经对流段高温段加热后,进入一段炉(101-B)的336根触媒反应管进行蒸汽转化,管外由顶部的144个烧嘴提供反应热,经一段转化后,气体中残余甲烷在10%左右。4 转化气的二段转化为了进一步转化,需要更高的温度。在二段炉中加入预热后的空气,利用H2和O2的燃烧反应,产生高热,促使CH4进一步转化。一段转化气进入二段炉(103-D),在二段炉中同时送入工艺空气,工艺空气来自空气压缩机(101-J)加入少量中压蒸汽并经对流段高温段预热,转化气中的H2和空气中的氧燃烧产生的热量供给转化气中的甲烷在二段炉触媒床中进一步转化,出二段炉的工艺气残余甲烷含量0.3%左右,经并联的两台第一废热锅炉回收热量,再经第二废热锅炉进一步回收余热后,送去变换。5 CO变换经蒸汽转化后的工艺气含有12~15%的CO,变换工序的任务是使CO在有催化剂存在的条件下与水蒸汽反应:CO + H2O = CO2 + H2这样即能把一氧化碳变为易于清除的二氧化碳,同时又可制得合成需要的原料氢。变换反应是一个可逆、放热、反应前后气体体积不变的化学反应。整个变换过程是由高温变换和低温变换组成。高温变换所用的催化剂是以Fe3O4为活性组分的,它的活性温度在300℃以上(一般在350~430℃)。在此温度下,可以取得较高的反应速度,但不能达到较低的CO浓度。为了进一步取得较低的CO浓度,还要以铜为活性组分的催化剂作用下,进行低温变换。它的变换温度一般在200~250℃,这样的低温下,就能使CO的变换进行的比较彻底,可以使CO浓度降至0.3%以下。由第二废热锅炉来的转化气约含有12-14%的CO,进入高变炉(104-DA),在高变触媒的作用下将部分CO转化成CO2,经高温变换后CO含量降到3%左右,然后经第三废热锅炉(103-C)回收部分热能,经换热器(104-C)进入低变炉(104-DB)在低变触媒的作用下将其余CO转化为CO2,出低变炉的工艺气中CO含量约为0.3%左右。6 给水、炉水、蒸汽系统合成氨装置开车时,将从界外引入3.8MPa、327℃的中压蒸汽约50T/H。辅助锅炉和废热锅炉所用的脱盐水从水处理车间引入,用并联的低变出口气加热器(106-C)和甲烷化出口气加热器(134-C)预热到100℃左右,进入除氧器(101-U)脱氧段,在脱氧段用低压蒸汽脱除水中溶解氧后,然后在储水段加入二甲基硐肟除去残余溶解氧。最终溶解氧含量小于7PPb。除氧水加入氨水调节PH至8.5-9.2,经锅炉给水泵104-J/JA/JB经并联的合成气加热器(123-C),甲烷化气加热器(114-C)及一段炉对流段低温段锅炉给水预热盘管加热到295℃左右进入汽包(101-F),同时在汽包中加入磷酸盐溶液,汽包底部水经101-CA/CB、102-C、103-C、一段炉对流段低温段废热锅炉及辅助锅炉加热部分汽化后进入汽包,经汽包分离出的饱和蒸汽在一段炉对流段过热后送至103-JAT,经103-JAT抽出3.8MPa、327℃中压蒸汽,供各中压蒸汽用户使用。103-JAT停运时,高压蒸汽经减压,全部进入中压蒸汽管网,中压蒸汽一部分供工艺使用、一部分供凝汽透平使用,其余供背压透平使用,并产生低压蒸汽,供111-C、101-U使用,其余为伴热使用在这个工段中,缩合/脱水反应是在三个串联的反应器中进行的,接着是一台分层器,用来把有机物从液流中分离出来。 (2)合成氨装置净化工段1 脱碳经变换工序后的工艺气,CO2含量一般在17%左右。本装置采用改良苯菲尔法脱除工艺气中的二氧化碳,吸收剂为碳酸钾溶液,溶液的吸收和再生可以用如下反应方程式表示:K2CO3 + CO2 + H2O = 2KHCO3 + 热量这是一个可逆过程,脱碳溶液中K2CO3吸收了CO2生成KHCO3,KHCO3又在加热、减压的条件下放出CO2,重新变成K2CO3。前一个过程是吸收过程,后一个过程是再生过程。经过吸收塔的脱碳气体要求CO2小于0.1%;经过再生塔的CO2气体要求纯度大于98.5%。从变换工序来变换气温度60℃,压力2.799MPa进入CO2吸收塔(101-E)下部,在吸收塔中经塔板逆流向上与塔顶加入的贫液(40℃)接触,脱去工艺气中所含二氧化碳,再经塔顶洗涤段后出CO2吸收塔,出吸收塔净化气在管路上由喷射器喷入变换气分离器(102-F)来的工艺冷凝液进一步洗涤,经净化气分离器(121-F)分离出喷入的工艺冷凝液,温度44℃,压力2.764MPa的气体去甲烷化工序,液体与变换冷凝液汇合去工艺冷凝液处理装置。从CO2吸收塔塔底出来的富液(74℃)先经溶液换热器。省略部分。出一部分气是为了控制循环气中的甲烷和氩的浓度,甲烷和氩在系统中积累多了会使氨的合成率降低。吹出气在进入分离罐108-F以前先在氨冷器125-C中冷却,由108-F分出的液氨送低压氨分离器107-F回收:铣伤赣幸惶ǹぜ尤嚷(102-B),它是用于开工时把合成塔引温至反应温度,开工加热炉的原料气流量由FI-62指示,另外,它还设有一低流量报警器FAL-85与FI-62配合使用,MIC-17调节102-B燃料气量。2 冷冻系统合成来的液氨进入中间闪蒸槽(107-F,即低压氨分离器),闪蒸出的不凝性气体通过PICA-8排出,作为燃料气送一段炉燃烧。分离器107-F装有液面指示器LI-12。液氨减压后由液位调节器LICA-12调节进入三级闪蒸罐(112-F),进一步闪蒸,闪蒸后作为冷冻用的液氨进入系统中。冷冻的一、二、三级闪蒸罐操作压力分别为:0.4MPa(G)、0.16MPa(G)、0.0028MPa(G)。三台闪蒸罐与合成系统中的第一、第二、第三氨冷器相对应,它们是按热虹吸原理进行冷冻蒸发循环操作的。液氨由各闪蒸罐流入对应的氨冷器,吸热后的液氨蒸发形成的气液混合物又回到各闪蒸罐进行气液分离,气氨分别进氨压缩机(105-J)各段气缸,液氨分别进各氨冷器。由液氨接收槽(109-F)来的液氨逐级减压后补入到各闪蒸罐。一级闪蒸罐(110-F)出来的液氨除送第一氨冷器(117-C)外,另一部分作为合成气压缩机(103-J)一段出口的氨冷器(129-C)和液氨接收槽(109-F)的氨冷器(126-C)的冷源(126-C冷却管道图中省略)。氨冷器(129-C)和(126-C)蒸发的气氨进入二级闪蒸罐(111-F),110-F多余的液氨也送往111-F。111-F的液氨除送第二氨冷器(118-C)和弛放气氨冷器(125-C)作为冷冻剂外,其余部分送往三级闪蒸罐(112-F)。112-F的液氨除送119-C作为冷冻剂外,还可以由冷氨产品泵(109-J)作为冷氨产品送液氨贮槽贮存。由三级闪蒸罐(112-F)出来的气氨进入氨压缩机(105-J)一段压缩,一段出口与二级闪蒸罐111-F来的气氨汇合进入二段压缩,二段出口气氨先经压缩机中间冷却器(128-C)冷却后,与一级闪蒸罐110-F来的气氨汇合进入三段压缩,三段出口的气氨经氨冷凝器(127-CA、CB),冷凝的液氨进入接收槽(109-F)。109-F中的闪蒸气去闪蒸罐氨冷器(126-C),冷凝分离出来的液氨流回109-F,不凝气作燃料气送一段炉燃烧。109-F中的液氨一部分减压后送至一级闪蒸罐(110-F),另一部分作为热氨产品经热氨产品泵(1-3P-1,2)送往尿素装置。 三、合成氨模型主要设备平面布置图 见附图四、合成工段流程图 见附图五、实习思考题1.为什么天然气要预先脱硫才能进行转化? 天然气中含有少量硫化物,这些硫化物可以使多种催化剂中毒而不同程度地使其失去活性,硫化氢能腐蚀设备管道。因此,必须尽可能地除去原料气中的各种硫化物2.Co-Mo加氢和氧化锌脱硫有何特点?Co-Mo加氢转化主要指在加入氢气的条件下使原料气中有机硫转化为无机硫。加氢转化不能达到直接脱硫的目的,但经转化后就大大的利于硫的脱除。在有机硫转化的同时,也能使烯烃类加氢转化为烷氢类从而可减少下一工序蒸汽转化催化剂析炭的可能性。 氧化锌是一种内表面积颇大,硫容较高的接触反应型脱硫剂。除噻吩及其衍生物外,脱除硫化氢及各种有机硫化物的能力极高,可将(108-D)出口气中硫含量降至0.1PPm以下3.为什么天然气-水蒸气转化过程需要供热?供热形式是什么?由于转化反应是吸热反应,在高温条件下有利于反应平衡及反应速度。在实际生产中,转化反应分别是在一段炉和二段炉中完成。在一段炉中(101-B) ,烃类和水蒸气的混合气在反应管内镍催化剂的作用下进行转化反应,管外有燃料气燃烧供给反应所需热量,出一段炉转化气温度控制在800℃左右。4.少量CO、CO2的脱除方法有哪些?各自特点?a、铜氨液吸收法:可循环使用b、甲烷化法:可将原料气中的碳氧化物总含量脱除到10ppm以下。由于甲烷化过程中消耗氢气并生成无用的甲烷,因此,此过程只适用于一氧化碳和二氧化碳的含量低于0.5﹪的气体精制。c、液氮洗涤法:用高纯度氮在-190℃左右将原料气中所含的少量一氧化碳脱除的分离过程,由于甲烷和氩的沸点都比一氧化碳高,所以在脱除一氧化碳的同时,也可将这些组分除去5.在仿真装置中,氨合成塔的反应压力如何控制?从甲烷化来的新鲜气(40℃、2.6Mpa、H2/N2=3:1)先经压缩前分离罐(104-F),分离气体中的水后,进合成气压缩机(103-J)低压段,在压缩机的低压缸将新鲜气体压缩到合成所需要的最终压力的二分之一左右,出低压段的新鲜气先经热交换器(106-C,与甲烷化进料气换热)冷却至93.3℃,再经水冷器(116-C)冷却至38℃,最后经氨冷器(129-C)冷却至7℃后与氢回收来的氢气混合进入中间分离罐(105-F),进一步分离气体中的水后,从中间分离罐出来的氢氮气再进合成气压缩机高压段。六、实习心得短短几天的仿真实习实习很快的结束了,这几天的学习让我对自己的专业有了更深的认识。在这次实习之前,我一直都在怀疑自己平时在学校里学的那些知识的实用性,学习的时候也找不到重点,常常只是为了应付考试而被动的去学。这次实习让我意识到平时的学习是非常重要的,因为任何实际的操作都依赖于一套理论体系,只有熟悉了理论,才可能在实际问题中找到解决的办法。在老师的指导下我们学习了仿真软件中的“合成氨”的仿真操作。可以说我们在这 几 天的 实习中学到了很多在平时课堂没学到的知识,受益匪浅。这次实习仿真软件的操作,使我们 不仅进一步熟悉了“合成氨”三个工段的工艺流程,更让我们了解到在工厂的实际操作上是怎 么操作的,使我们了解到计算机系统在实际的生产操作中起到的重要作用。这是一种步骤, 更是一种结合。这不仅是学校给我们的一个课程,而且还是我 们对以后在工厂 “中控室”的一种初步了解,让我们受益匪浅!通过使用仿真软件以及观看化工厂模型并对其进行画图分析,更进一步加深了我们对氨合成等项目的印象和认识,将我们之前的理论尽最大可能的于实际结合起来,加深我们对氨合成的认知。更为重要的是,是仿真软件带来的观念的改变,不是一定要去生产车间去实物面前才能学习了解相关的工艺流程。学校组织的这断时间的认知实习,对我们有着重大的作用和深远的影响,希望在之后的学校生活中能有更多的机会参与。 浦安全0906 孙健 学号P 2020年10月01日7
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