中石化南京化工廠及株洲冶煉廠實習報告-201*

湖南株洲冶煉廠實習

一、實習時間：

201*年8月15日201*年8月27日。

二、實習地點：

株洲冶煉集團。四、實習單位介紹：

株洲冶煉集團簡介：

株洲冶煉集團創(chuàng)建于1956年12月1日，時中國有色金屬工業(yè)總公司所大戶的大型一類企業(yè)。201*年元月改制成為國有獨資企業(yè)，是中國主要鉛鋅生產和出口基地之一。工廠以生產鉛、鋅、銅及其延伸產品為主，并且綜合回收下列如：金、銀、鉍、鎘、鎵、鍺、硒、碲等多種有色金屬，1995年鉛、鋅、銅總產量達到23萬噸。

六、實習日程：

1.鉛廠：

鉛廠分為前粗煉分廠和鉛精煉分廠，其鉛加工的基本流程：干燥（原料制備）燒結還原冶煉（活化精煉，出雜質）熔化（鉛電解）整平（合金）錘煉煙氣處理。燒結焙燒煙氣采用國外先進WSA制酸工藝。該工藝采用了熔鹽作為煙氣熱交換介質，換熱器內置于轉化器中，與傳統(tǒng)的二轉二吸相比，占地面積大大減小，同時熔鹽攜帶的熱量方便地用于煙氣的加熱，系統(tǒng)多余的熱量能通過余熱鍋爐即熔鹽冷卻器回收，可副產高壓蒸汽，工藝具有很高的熱回收率。2.動力工廠：

動力廠分為五個工段，分別為發(fā)電機組工段、鍋爐工段、煤庫進煤工段、煤氣工段和維修工段。發(fā)電機組分兩期。發(fā)電機組主要利用工廠的煙氣余熱來發(fā)電，而這些煙氣余熱主要來自其他分廠。發(fā)電機組一年可發(fā)電3500萬千瓦時，兩年便可收回建設成本。鍋爐工段則分為水處理、加熱和煙風氣處理。水處理包括預處理、軟化和除鹽。煙風氣處理則是通過省煤氣裝置，回收煙氣并加熱給水。煤氣工段有清水池、熱水池和洗滌塔，洗滌塔的作用是除灰塵和雜質。使用無煙煤作為燃料。3、稀貴冶煉廠：稀貴冶煉廠主要生產的是稀有金屬和貴重材料，盡管產量很少，但是價格卻十分昂貴。大部分稀有材料是由電解法制得的。稀貴冶煉廠主要生產黃金（500-600KG/年），白銀（100噸/年），鉍（200-300噸/年），碲（2.5噸/年），銦，鈷，鎘等。其中金、銀、鉍、碲主要由鉛礦和鉛渣提煉而得，銦，鈷，鎘則是鋅渣中提煉而得。此外，鉛、鋅渣中還可提煉得出銅，產量可達3000噸/年。煉銅采用的是火法工藝。4、電力自動化中心：

此處運用先進的PLC控制系統(tǒng)。主要有空壓機和余熱發(fā)電控制室�？諌簷C是將原動機的機械能轉換為氣體的壓力能，是壓縮空氣的壓縮發(fā)生裝置�？諝鈮嚎s機的主要作用是為全場提供高壓空氣和壓縮風�？諌簷C按工作原理可分為容積式壓縮機、往復式壓縮機和離心式壓縮機。容積式壓縮機的工作原理是壓縮空氣體積使其分子密度增加；離心式壓縮機的工作原理是提高分子的運動速度；往復式壓縮機的工作原理是直接壓縮空氣。5、污水處理廠：

株冶的污水處理的主要方法：石灰中和、生物法、雙膜法。石灰中和法德特點是成本低，工藝簡單且易操作，但因其易結塊而導致管道堵塞，因此必須使用阻垢劑。水處理廠主要有中和工序、干燥工序、凈化水回用、礦渣回用等工序。中和工序在廢水中投加一定濃度的中和劑石灰乳液[Ca(OH)2]，將終點pH值控制為7.5-9。干燥工序的原理為：濃縮底流經壓濾機脫水后，形成含水小于等于82%的濾渣，進行濕渣開路，經皮帶、料倉、汽車轉運直接送主系統(tǒng)。達標凈化水經無閥過濾器進一步降低濁度，采取投加一定量的阻垢緩沖劑。其作用機理是抑制金屬腐蝕速度控制在安全范圍，阻止凈化水對設備的結垢，使凈化水安全用于生產。6、鋅廠

株洲冶煉集團的鋅廠包括鋅焙燒廠，鋅浸出廠，鋅電解廠和鋅成品廠。我們分3天來完成了這4個廠的實習。

鋅焙燒廠的主要產品是氧化鋅，是硫化鋅與氧氣反應生成的。鋅礦石進廠后的第一步是脫硫處理。產生的尾氣則利用生產硫酸，且尾氣的余熱也將被一定程度的利用。焙燒硫化鋅一般采用多膛爐、懸浮爐或回轉窯。

鋅浸出廠的作用是溶解鋅化合物并除去其中的鐵、砷、銻等雜質。

鋅電解廠采用的濕法煉鋅，原料則是浸出廠來的鋅溶液，經過電解后得出片狀的鋅產品。鋅電解廠有3個工段，分別是運轉工段、制造工段和電解工段。運轉工段控制電解，制造工段配制電解液，電解工段析出鋅并分離。鋅成品廠是鋅冶煉的最后一道工序的所在處。鋅成品廠的主要產品有3種，分別是鋅錠、熱鍍用鋅合金和鑄造用鋅合金。其中鋅錠的純度高達99.995%，熱鍍用鋅合金中含有鋁和銻，而鑄造用鋅合金中含有鋁、鎂和銅。中石化南京化工廠實習報告

1實習單位概況...............................................................................................................12安全教育......................................................................................................................33實習內容......................................................................................................................4

3.1硝銨工段............................................................................................................4

3.1.1工藝原理.................................................................................................4

3.1.2工藝流程.................................................................................................43.1.3主要設備介紹..........................................................................................53.1.4主要操作工藝參數(shù)...................................................................................73.2稀硝工段............................................................................................................7

3.2.1工藝原理.................................................................................................73.2.2工藝流程.................................................................................................83.2.3主要設備介紹..........................................................................................83.2.4主要操作工藝參數(shù).................................................................................103.3濃硝工段..........................................................................................................10

3.3.1工藝原理...............................................................................................103.3.2工藝流程...............................................................................................123.3.3主要設備介紹........................................................................................133.3.4主要操作工藝參數(shù).................................................................................133.4水煤漿氣化工段...............................................................................................14

3.4.1工藝原理...............................................................................................143.4.2工藝流程...............................................................................................153.4.3主要設備介紹........................................................................................153.4.4主要操作工藝參數(shù).................................................................................163.5空分工段..........................................................................................................17

3.5.1工藝原理...............................................................................................17

3.5.2工藝流程...............................................................................................183.5.3主要設備介紹........................................................................................193.5.4主要操作工藝參數(shù).................................................................................203.6合成氣凈化工段...............................................................................................20

3.6.1工藝原理...............................................................................................20

3.6.2工藝流程...............................................................................................213.6.3主要設備介紹........................................................................................223.6.4主要操作工藝參數(shù).................................................................................233.7氨合成工段......................................................................................................23

3.7.1工藝原理...............................................................................................233.7.2工藝流程...............................................................................................253.7.3主要設備介紹........................................................................................25

3.7.4主要操作工藝參數(shù).................................................................................26

5實習總結....................................................................................................................286實習心得與體會..........................................................................................................1實習單位概況

南京化學工業(yè)有限公司始建于1934年，在1998年國家重大產業(yè)重組中成為中國石化集團成員，是全國特大型化工企業(yè)。經過不斷發(fā)展，南化公司擁有煤化工、苯化工、鹽化工三大主業(yè)，成為生產經營化肥、有機和無機化工原料、精細化工、化學纖維、化工機械等6大類200多個化工產品，并從事催化劑、氣體凈化等項目的科研、生產的特大型化工企業(yè)，也是國內化肥、精細化工、純堿和化工機械制造的基地之一。公司現(xiàn)下屬12個運行部、2家分公司（連云港堿廠、化工機械廠）、1家子公司（研究院）、1家集體所有制托管單位、1家參股合資公司（DSM公司）。截至201*年12月底，南化公司總資產97億元，在冊職工人數(shù)近14351人。

南化公司是國家認可的國家級企業(yè)技術中心，先后榮獲國家發(fā)明獎、國家科技進步獎及全國科技大會獎60多項，省進步獎等省級獎80余項，部科技進步獎等部級獎近90項，中石化集團公司科技進步獎近10項，申請專利250多項。

201*年5月23日，中國石化集團公司對南京化學工業(yè)公司與南京化工廠進行了改革重組，組建現(xiàn)南京化學工業(yè)有限公司（簡稱南化公司）。南化公司的前身是近代著名愛國實業(yè)家范旭東先生于1934年創(chuàng)辦的永利化學工業(yè)公司廠，是中國最早的化工基地之一，1997年10月進入中國東聯(lián)集團，1998年7月隨東聯(lián)整體進入中國石化集團；南京化工廠的前身是始建于1947年的國民政府資源委員會中央化工廠籌備處京廠，是中國有機中間體、橡膠助劑生產基地，1999年6月進入中國石化集團。

南化公司現(xiàn)有56套主要生產裝置，主要產品品種和年生產能力為：無機化工原料：合成氨近50萬噸，硫酸80萬噸，濃硝酸近13萬噸，硝酸銨15萬噸，純堿100萬噸；有機化工原料：苯胺20萬噸，硝基苯近30萬噸,氯化苯8萬噸，硝基氯苯10萬噸，燒堿6萬噸，RT培司近3萬噸，橡膠化學品3萬噸；化肥：硫基復合肥40萬噸；化機（石油化工、化肥、聚酯設備）1萬噸，化機產品有爐類、塔類、反應器、反應釜、鍋爐、冷卻設備、容器等；簾子布3萬噸；化纖地毯280萬平方米。

南化公司“紅三角牌”、“蘭花牌”商標是江蘇省著名商標，享譽全國，是首批國家認定的國家級企業(yè)技術中心。公司是國家認可的國家級企業(yè)技術中心，先后榮獲國家發(fā)明獎、國家科技進步獎及全國科學大會獎60余項，省級科技進

步獎80余項，部級科技進步獎90項，中國石化集團公司科技進步獎近10項。公司是國內重要的壓力容器和石化關鍵設備制造單位及機電產品出口基地，是全國首批獲得具有國際權威的美國機械工程師學會（ASME）頒發(fā)的壓力容器設計制造授權證書和U、U2、S鋼印的企業(yè)之一，是國內首批獲得三類壓力容器設計制造許可證的企業(yè)。南化公司研究院在化肥及石油化工催化劑研究開發(fā)、化工原料氣體凈化技術、化工環(huán)保技術、硫酸工業(yè)技術研究、化工計算機應用、氨和甲醇合成反應器、儀表及自動化等領域形成了系列技術和產品優(yōu)勢，目前在甲醇合成催化劑、氨合成催化劑、低變催化劑、高變催化劑、甲烷化催化劑和硫酸生產用釩催化劑等領域居于全國的領先地位。中國石化集團公司南京設計院是全國硫酸、磷肥設計和粉體工程設計技術中心，硫酸、磷（復）肥、催化劑工程等專業(yè)的設計技術水平處于國內領先地位。

南化公司是目前國內無機化工、有機化工、精細化工的生產基地之一。主要產品系統(tǒng)為：以煤、鹽、硫磺為原料的無機化工產品，合成氨30萬噸，氫氣25萬噸，硫酸80萬噸，硝酸37萬噸，硝酸銨15萬噸，鹽酸22萬噸，純堿120萬噸，燒堿10萬噸；以石油、苯為原料的有機化工產品，苯胺20萬噸，硝基苯27萬噸,環(huán)己酮6萬噸，己內酰胺14萬噸，氯化苯12萬噸，硝基氯苯15萬噸，以橡膠助劑為主體的精細化工產品，RT培司3萬噸，橡膠、防老劑、促進劑1.5萬噸；傳統(tǒng)優(yōu)勢產品，高濃度復合肥40萬噸；化工機械制造、甲醇催化劑以及化工工程科研、設計。

2安全教育

南化公司安全生產的特點：易燃易爆，有毒有害，高溫高壓，連續(xù)生產，點多線長。生產過程中必須嚴格遵守《安全生產禁令》。實習前我們進行了安全教育，內容包括：

（一）實習期間應熱愛勞動、愛護公物、嚴格遵守工廠企業(yè)規(guī)定和勞動紀律；（二）實習期間應嚴格遵守工廠企業(yè)安全保密制度及技術操作規(guī)程，增強安全防范意識。對不按安全操作規(guī)程的學生，造成一切后果由本人自負；

（三）實習期間應服從教師指導，尊重各級領導，并與工廠的技術人員、工人師傅搞好團結；

（四）進入工廠要戴安全帽，不準穿高跟鞋、裙子、短褲、涼鞋等；（五）不準吸煙，不準攜帶易燃易爆物品進入生產車間，不準攜帶明火；（六）進入生產崗位，不準觸摸儀表、閥門、運轉設備等，不準踩踏管道，不準串崗，不準單獨行動；

（七）由于廠生產產品多用到酸堿，管道中液體多為酸性或堿性，每一個同學在看到管路有滴漏時要特別注意。如果有酸堿滴在身上，應該立即用大量水清洗，然后迅速就醫(yī)！

（八）為不影響工廠的正常生產進入工作區(qū)禁止大聲喧嘩，禁止追逐打鬧等所有影響生產行為。

3實習內容

本次的實習內容是對南化公司下屬的硝酸廠和合成氨廠的參觀實習。硝酸廠：分為稀硝工段、濃硝工段和硝銨工段。

合成氨廠：分為水煤漿氣化工段、空分工段、合成氣凈化工段和氨合成工段。下面將為各工段做詳細介紹。3.1硝銨工段

硝酸銨，簡稱硝銨，化學分子式NH4NO3,相對分子質量80.04。硝銨主要用作肥料及工業(yè)用和軍用炸藥。并可用于殺蟲劑、冷凍劑、氧化氮吸收劑,制造笑氣、煙火等。

硝銨為無色無臭的透明結晶或呈白色的小顆粒，熔點為169.6℃，當含水量不同時，熔點會有所不同，即使含微量水，其熔點也會降低。硝銨的結晶體，由于其結構不同，它的密度在1.44～1.49g/cm3之間,摩爾熱容(20～28℃)為362.3J/(mol℃)[1.68J/(g℃)],熔融熱為67.78J/g。當溫度在20～100℃之間時，相對密度為0.68～0.78。固體硝銨平均熱導率為0.858KJ／（mh℃）,硝銨的熱導率隨溫度的不同而改變，當溫度介于0～100℃之間時，其數(shù)值變動不超過5%～6%。硝銨易溶于水、乙醇、丙酮、氨水，不溶于乙醚。

硝銨還具有以下特殊性質：多晶性、吸濕性、結塊性、爆炸性。3.1.1工藝原理

南化公司采用的是常壓中和法生產硝銨，反應原料為48%的稀硝酸和氣氨。中和得到的硝銨溶液經兩段蒸發(fā)結晶后得到固體硝銨。發(fā)生的化學反應為：

HNO3+NH3=NH4NO3+Q

3.1.2工藝流程

生產的工藝流程圖見附錄圖1，其流程可敘述如下：

由硝酸車間來的60%的硝酸進入酸中間槽，經一定量的水稀釋后得到48%的稀硝酸。保持一定液位后，再經硝酸泵打至硝酸高位槽，利用高位槽的靜壓，將稀硝酸壓入中和器內的酸噴頭。

氣氨溫度在-10～10℃，純度大于等于99.8%，經氨過濾器，分離出其中夾帶的油類及機械雜質。凈化后的氣氨進入氨預熱，預熱至一定溫度（一般為50～70℃），由氨流量調節(jié)閥控制一定流量，進入中和器氨噴頭與硝酸進行中和反應。反應壓力為0.12Mpa絕對壓力，溫度為90～120℃，中和過程放出的熱量將硝酸銨溶液濃縮至60%左右。然后該濃縮溶液流入膨脹器，膨脹后的蒸汽進入捕集器，然后排空；膨脹后的硝銨溶液流入再中和器，再中和器內加入少量氨氣，使溶液的酸度控制在0.063～0.63g/L,再中和后的溶液供一段蒸發(fā)器進行蒸發(fā)濃縮。

一段蒸發(fā)器采用立式膜式蒸發(fā)器。溶液在蒸發(fā)器內加熱產生的蒸發(fā)蒸汽與濃溶液的乳濁液進入蒸發(fā)室上部的分離器，分離出80%左右的濃溶液，從分離器下側流入二段蒸發(fā)器進口。分離后的蒸發(fā)蒸汽由噴射式真空系統(tǒng)帶走后，為一段蒸發(fā)器產生0.089MPa的真空度，帶走的蒸汽冷凝后排入下水系統(tǒng)。

二段蒸發(fā)器為臥式列管蒸發(fā)器，經蒸汽加熱后溶液溫度達117～140℃。經氣液分離器中分離后，得到91%的濃硝銨溶液，分離后的蒸發(fā)蒸汽由噴射式真空系統(tǒng)帶走后，為二段蒸發(fā)器產生0.089MPa的真空度，帶走的蒸汽冷凝后排入下水系統(tǒng)。從氣液分離器出來的濃硝銨溶液進入熔融物儲槽后，送入結晶機得到固體硝銨。3.1.3主要設備介紹

（一）中和器

中和器是硝銨生產過程中的主要設備。其結構如圖3.1所示。該中和器為一圓筒形容器1，其中設置反應同2。硝酸和氣態(tài)氨送入鼓泡器3和4，鼓泡器3和4一上一下的配置在反應筒中。鼓泡器用來保證供入得物料硝酸和氣態(tài)氨處于分散狀態(tài)。

反應筒下部有溶液循環(huán)孔5，硝酸銨循環(huán)溶液經過此孔進入反應筒。反應筒上部用旋流罩蓋住，氣液混合物經過旋流罩的葉片進入中和器的分離區(qū)，同時往設備外圍的方向運動。在分離區(qū)內蒸發(fā)蒸汽和溶液分離，溶液充滿了設備本體和反應筒之間的環(huán)形空間。

在反應區(qū)由于生成蒸汽而產生上升力，此力保證了溶液的循環(huán)。循環(huán)次數(shù)決定于生成蒸汽的程度和旋流罩與反應筒之間的間隙大小。循環(huán)能促進中和反應完全。

蒸發(fā)蒸汽經中和器接管排出，而硝酸銨溶液則經水封7和分離器8排出。從中和器排出的蒸發(fā)蒸汽含有硝酸銨液沫，氨或硝酸蒸汽等雜質。因此蒸發(fā)蒸汽要在捕集器中加以凈化。

（二）一段蒸發(fā)器

蒸發(fā)器的選擇需要根據配被濃縮溶液的性質，特別是濃縮液的結垢、黏度、熱穩(wěn)定性、有無結晶析出、發(fā)泡性、腐蝕性等來考慮。而對于硝酸銨溶液的濃縮，升膜式蒸發(fā)器比較合適。

一段蒸發(fā)器采用了立式升膜式蒸發(fā)器，其結構如圖3.2所示。其加熱室由許多垂直列管組成。硝酸銨料液由蒸發(fā)器底部引入，進入加熱管后受熱沸騰迅速汽

圖3.1中和器

1-設備本體2-反應筒3-硝酸鼓泡器4-氨鼓泡器5-溶液循環(huán)孔

6-旋流罩7-水封8-分離器9-蒸發(fā)蒸汽出口接管

化，生成的蒸汽在加熱管內高速上升。硝酸銨溶液則被上升的蒸汽所帶動，沿管壁成膜狀上升，并在此過程中繼續(xù)蒸發(fā)。氣液混合物在分離器中分離，完成液有分離器底部排出，二次蒸汽則在頂部導出。3.1.4主要操作工藝參數(shù)

為保證硝銨的產品質量，硝銨生產流程中需控制三個關鍵設備中酸堿度，分別是：

中和器，酸度：2.0～4.0g/L再中和器，酸度：0.063～0.63g/L熔融物儲槽，堿度：0.051～0.85g/L

最終生產的固體硝銨，要求純度≥99.5%，水分＜0.3%

3.2稀硝工段3.2.1工藝原理

南化公司采用的是雙加壓法生產稀硝酸，雙加壓法為氨氧化在中壓下進行，而酸吸收在高壓下進行。由于它具有氨消耗低，鉑損耗少，單機組生產能力大，尾氣中氮氧化物含量低等特點，目前已經成為世界普遍采用的硝酸生產工藝。其原理是氣態(tài)氨與潔凈的壓縮空氣在鉑銠的催化下反應生成NO，當反應氣被回收熱量溫度降低后，氣體中的NO被氧化成NO2，NO2經壓縮后在吸收塔中與水反應生成60%的稀硝酸。具體反應式如下：

4NH3+5O2=4NO+6H2O+Q

2NO+O2=2NO2+Q3NO2+H2O=2HNO3+NO+Q

加壓氧化，加壓吸收，所以該工藝稱為“雙加壓”工藝。吸收得到的稀硝酸最后經過漂白工序，用空氣漂白稀硝酸中溶解的氧化氮，即把紅酸漂白成無色透明的酸，基本原理就是氣提技術。

3.2.2工藝流程

雙加壓法工藝工藝流程見附錄圖二，其過程可敘述如下：3z/A-z(a$D,Bm"p（一）氨的氧化和熱能回收

氨和空氣分別進入過濾器,以除去氣體中夾帶的固體粉塵和油霧等對氨氧化催化劑有害的雜質,凈化后的氣體經混合器混合(混合氣中氨含量約9.5%(v))后進入氨氧化器,經與鉑銠網接觸,96%～97%(v)的氨被氧化為一氧化氮,氣體的溫度也上升至860℃,此氣體經氨氧化器下部的蒸氣過熱器和廢熱鍋爐回收熱量后出氨氧化反應器的溫度約為435℃。

（二）NO的氧化

NO被氧化及省煤器回收熱量后，被冷卻至約156℃。當溫度下降時,氣體中的NO被氧化成NO2,然后進入水冷卻器，進一步冷卻至40℃。在這里,氧化氮(NOx)氣體與冷凝水反應生成濃度約34%的稀硝酸。酸氣混合物經分離器分離,稀硝酸送入吸收塔。由水冷器來的氧化氮氣體，與來自漂白塔的二次空氣相混合后進入氧化氮壓縮機，被壓縮至1.0MPa(表)。氣體經換熱器被冷卻至126℃,又經水冷卻器進一步冷卻至40℃后，氧化氮氣體和冷凝酸一并送入吸收塔底部的氧化器繼續(xù)氧化,在塔中氧化氮氣體被水吸收生成硝酸，吸收塔的塔板上設有冷卻盤管用以移走吸收熱和氧化熱,當塔內液體逐板流下時和氧化氮氣體充分接觸，酸濃度不斷提高,在塔底部收集的酸濃度為60%。

（三）漂白

自吸收塔來的60%的硝酸里溶入很多NOx氣體，被送至漂白塔頂部，用二次空氣將NOx氣體從硝酸中吹出,引出的成品酸濃度為60%，含HNO20.2～0.5MPa,與氨氣混合后進入氧化爐燃燒反應生成氧化氮,經過換熱冷卻后進入氧化氮壓縮機,壓縮至0.7～1.52MPa，進入吸收塔生產出硝酸,從塔頂逸出的氣體經過預熱和過熱進入尾氣膨脹機做功后排入大氣。汽輪機利用氨燃燒反應生產的過熱蒸汽進行做功,補充機組中壓縮功與尾氣膨脹機回收功之間的虧損。雙加壓法硝酸生產工藝使硝酸生產工藝水平有了重大突破,不僅提高了成品酸的濃度,而且大大降低了環(huán)境污染,尾氣中的氧化氮含量小于200ppm。

（二）氧化爐

氧化爐是由上下兩個圓錐體和中間一個圓柱體所組成的容器,錐體的角度應該滿足氨和空氣混合氣分解均勻和鉑網受熱均勻,一般成65°～75°比較適宜。圖3.3示出了氧化爐的結構示意圖。氨和空氣混合氣的流向是由上向下,這種流向的優(yōu)點是下錐體內可用耐火磚襯里,減少了散熱損失。在氧化爐與廢熱鍋爐設計成聯(lián)合設備時,可以更加有效地回收熱量，氣流方向與鉑網的重力方向一致,可以減少鉑網的振動,降低鉑的損失。

氧化爐上錐體和上圓柱體用耐熱不銹鋼制成,下錐體和下圓柱體用普通碳鋼制成,內襯石棉板和耐火磚。上錐體設有錐形氣體分布器,使氣流分布均勻及避免網前形成渦流;下錐體的花板上,堆放有拉西瓷環(huán),起消除音響的作用,故稱消音環(huán);上下圓柱體用法蘭連接,法蘭之間設有壓網圈,用來夾緊鉑網;上圓柱體上裝有視孔,用來觀察鉑網灼熱時的顏色,以判斷溫度高低及網受熱是否均勻;在下圓柱體上有點火孔,供開工時在此伸入點火器之用。氧化爐的氣體導出部分的錐形表面,可以使大量的熱反射到處于水平位置的催化劑上,借以保證鉑網均勻地加熱,并使催化區(qū)域保持足夠高的溫度。因此,下錐體的隔熱表面及外部保溫是很重要的。

氧化爐氣體導出部分的材料在加壓操作時,一般用耐熱高鉻鋼制作,常壓或低壓時用碳鋼作殼體,內襯耐火磚。氧化爐氣體導入部分或設備襯里的材料有鋁、鎳、鉻鎳合金和不銹鋼等。

南化集團氧化爐直徑為3.6米,采用7張Pt-Rh網組成催化劑層,在0.35MPa壓力下操作，NO氧化率可達98%。聯(lián)合裝置上部為氧化爐爐頭,中部為過熱器,下部為立式列管換熱器。氨和空氣混合氣由氧化爐爐頭頂部送入,經氣體分布板、鋁環(huán)和不銹鋼環(huán)填充層,使氣體均勻分布在鉑網上,通過鉑催化劑層進行氨的氧化,產生的大量反應熱可將反應氣熱溫度升到850℃,在過熱器中將255℃干飽和蒸汽加熱成為420℃，4.0MPa的過熱蒸汽，反應氣溫度降至745℃,進入下部列管

式換熱器,與列管間的水進行換熱產生飽和蒸汽,本身溫度降至240℃,由換熱器底部送出。

3.2.4主要操作工藝參數(shù)

稀硝工段的核心是氧化爐，為保證氧化能達到較高的轉化率，需控制好氧化爐的溫度、壓力及接觸時間。

（一）溫度

氨氧化生成NO雖在145℃時已開始,但到300～400℃時生成量仍舊很少,主要還是生成單質氮(N2)和水蒸氣。要使NO產率達到97%～98%,反應溫度必須不低于780℃。但反應溫度過高,由于NO分解,NO產率不但不升高,還會有下降的可能,而且當反應溫度高于920℃時,鉑的損失將大大增加(主要是鉑在高溫下?lián)]發(fā)加劇)。一般氨在雙加壓工藝下催化氧化溫度控制在860℃。

（二）壓力

從反應本身看,操作壓力對于一氧化氮的產率沒有太大影響,加壓氧化(如在0.8～1.0MPa下操作)比常壓氧化的氧化率還要低1%～2%,但鉑催化劑的生產強度卻因此而大為提高。例如常壓下每公斤鉑催化劑每晝夜只能氧化1.5噸氨,而在0.9MPa下可氧化10噸氨,同一設備生產能力可提高5～6倍。但壓力過高,加劇了氣體對鉑網的沖擊,鉑網的機械損失(摩擦、碰撞后變成粉末)增大,因此一般采用0.35～0.45MPa。

（三）接觸時間

混合氣體通過鉑催化劑層的時間稱為接觸時間。為保證氨的氧化率達到最大值,接觸時間不能太長(即氣流線速度太慢),因為這要降低設備的生產能力,而且氨容易分解成單質氮,使氧化率降低。接觸時間也不能太短,太短氨來不及氧化就離開鉑催化劑層,同樣會使氧化率降低。生產實踐證實,雙加壓工藝下接觸時間以10-4s為宜。3.3濃硝工段3.3.1工藝原理

南化公司采用了間接法生產濃硝酸，所用的脫水劑為硝酸鎂。

圖3.4Mg(NO3)2-H2O系統(tǒng)的結晶曲線

硝酸鎂是三斜晶系的無色晶體,變成水溶液后,隨濃度的不同,可以形成多種結晶水合物,圖3.4示出了Mg(NO3)2-H2O系統(tǒng)的結晶曲線。圖中D點是臨界溶解溫度,即當硝酸鎂溶液濃度為57.8%時,其結晶溫度為90℃,此時析出結晶物為Mg(NO3)26H2O。F點為轉熔點,即當硝酸鎂溶液濃度為81.1%時,其結晶溫度為130.9℃,此時Mg(NO3)2和Mg(NO3)22H2O結晶共同析出。因此在選擇硝酸鎂操作溫度時,應該避開這些最高點,以免溶液結晶。當硝酸鎂溶液濃度大于67.6%時,其結晶溫度隨溶液濃度增加而迅速上升,溶液濃度超過81%時,則結晶溫度直線上升,在此濃度下操作極易造成管道堵塞。因此,硝酸鎂濃度太稀脫水效果固然不好,太高則也難以操作,在實際生產中一般控制在64%～80%之間,即濃硝酸鎂濃度不超過80%(一般為72%),加熱器出口(即吸水后稀硝酸濃度)不低于64%。硝酸鎂法濃縮原理如下:濃度為72%～74%的硝酸鎂溶液加入稀硝酸中,便立即吸收稀硝酸中的水分,使硝酸濃度提高到68.4%以上,而硝酸鎂由于吸收水分,濃度下降至65%左右,此時在硝酸和硝酸鎂混合溶液的氣相中HNO3濃度在80%以上,再將后者精餾即可得到成品濃硝酸。Mg(NO3)2-HNO3-H2O三元混合物沸騰時所產生的HNO3蒸氣成分可由圖3.5求得，從而確定濃縮硝酸所需的最低硝酸鎂的用量。

圖3.5Mg(NO3)2-HNO3-H2O三元體系氣相中硝酸的平衡濃度

3.3.2工藝流程

濃硝工段工藝流程見附錄圖三。76%的濃硝酸鎂溶液和稀硝酸按4～6∶1的比例在混合器中混合后,自濃縮塔頂部加入。該塔為填料塔,塔溫115～130℃,所需熱量由設在塔下部的加熱器提供，加熱器的加熱源為1.3MPa，190℃的低壓蒸汽。塔頂逸出的是溫度為80～90℃的98%HNO3蒸汽,經硝酸冷凝器進入酸分配器,在這里氣體經水噴射器抽出,使?jié)饪s塔在負壓下操作。液體一部分作回流,一部分進漂白塔,經漂白后得到98%成品酸，成品酸經冷凝后送給用戶。由濃縮塔底部加熱器流出的稀硝酸鎂溶液進入稀鎂罐。稀鎂罐的稀硝酸鎂濃度為70%,用液下泵打入膜式蒸發(fā)器進行蒸發(fā)。經濃縮,硝酸鎂提濃到76%，流入濃硝酸鎂貯槽中循環(huán)使用。由膜式蒸發(fā)器出來的蒸汽,經過洗滌塔除去其中的酸，再進入冷凝器中用水間接冷卻,尾氣用水噴射器抽出，帶入鎂尾水槽。循環(huán)水池多余的酸水送廢水處理系統(tǒng)。

3.3.3主要設備介紹

（一）水噴射器

水力噴射器是一種具有抽真空、冷凝、排水等三種有效能的機械裝置。它是利用一定壓力的水流通對稱均布成一定傾斜度的噴嘴噴出，聚合在一個焦點上。由于噴射水流速度很高，于是周圍形成負壓使器室內產生真空，另外由于二次蒸汽與噴射水流直接接觸，進行熱交換，絕大部分的蒸汽冷凝成水，少量未被冷凝的蒸汽與不凝結的氣體亦由于與高速噴射的水流互相摩擦，混合與擠壓，通過擴壓管被排除，使器室內形成更高的真空。

水噴射器具有如下的優(yōu)點：體積小、重量輕、結構緊湊。而效能又比較高，耗電量低于真空泵系統(tǒng)，投資��；操作簡單維修方便，不用專職人員管理，由于無機械傳動部分，所以噪聲低，不需消耗潤滑油；可以室外底位安裝，占地面積少，可以節(jié)省廠房建筑面積與安裝費用。

（二）硝酸鎂加熱器

硝酸鎂加熱器采用了釜式換熱器。該換熱器的管束為U形管式，它的特點是管束可以自由伸縮，不會因管殼之間的溫差而產生熱應力，熱補償性能好；管程為雙管程，流程較長，流速較高，傳熱性能較好；承壓能力強；管束可從殼體內抽出，便于檢修和清洗，且結構簡單，造價便宜。但管內清洗不便，管束中間部分的管子難以更換，又因最內層管子彎曲半徑不能太小，在管板中心部分布管不緊湊，所以管子數(shù)不能太多，且管束中心部分存在間隙，使殼程流體易于短路而影響殼程換熱。在結構上與U型管式換熱器不同之處在于殼體上部設置一個蒸發(fā)空間，蒸發(fā)空間的大小由產氣量和所要求的蒸汽品質所決定。3.3.4主要操作工藝參數(shù)

為生產合格的成品酸，濃硝工段中幾個重要操作參數(shù)如下：稀硝酸濃度55～65%成品酸濃度≥98%成品酸亞硝≤0.5%稀硝酸鎂濃度64～70%濃硝酸鎂濃度72～76%稀鎂含硝≤0.2%

3.4水煤漿氣化工段3.4.1工藝原理

濃度為60～70%的水煤漿和99.6%的氧氣，經德士古噴嘴在高溫高壓下進行氣化反應，生成以CO+H2為主要成分的粗合成氣，噴嘴成射流狀態(tài)噴入氣化爐，在氣化爐內的反應相當復雜，一般認為其反應是由煤的裂解和揮發(fā)份的燃燒及氣化反應三步進行的，相應的氣化爐內大致也可分為三個區(qū)域。

（一）裂解及揮發(fā)燃燒區(qū)

當水煤漿及氧氣進入氧化爐內，迅速的被加熱到高溫，水煤漿中的水分急速變?yōu)樗�蒸汽，煤粉發(fā)生干餾及熱裂解，釋放出焦油、酚、甲醇、樹脂、甲烷等揮發(fā)份，煤粉變?yōu)槊航�。在這一區(qū)域內氧氣濃度高，在高溫下?lián)]發(fā)份迅速完全燃燒，同時放出大量的熱量，由于揮發(fā)份燃燒完全，因此煤氣中只有少量的甲烷，不含焦油、酚、高級烴等可凝聚產物。

（二）燃燒及氣化區(qū)

在這一區(qū)域，裂解后生成的煤焦一方面和剩余的氧氣發(fā)生燃燒反應，生成CO、CO2等氣體，放出反應熱；另一方面，煤焦又和水蒸汽，CO2等發(fā)生化學反應，生成CO、H2。

（三）氣化區(qū)

經過前面兩部的反應，氣化爐中的氧氣已經被完全消耗，這時主要進行的是煤焦，甲烷等與水蒸汽，二氧化碳發(fā)生的氣化反應，生成CO和H2。

綜上所述，水煤漿（CmHnSr代表煤）氣化過程發(fā)生的化學反應主要有：煤的部分氧化反應：

CmHnSrm2O2mCO(n2r)H2rH2SQ

煤的燃燒反應：

CmHnSr(mn4r2)O2(mr)COn2H2OrCOSQ

煤的裂解反應：

CmHnSr(n4r2)CH4(mn4r2)CrH2SQ

碳的還原反應：

2CO22COQ

碳的完全燃燒反應：

CO2CO2Q

非均相水煤氣反應：

CH2OH2COQC2H2O2H2CO2Q

甲烷轉化反應：

CH4H2O3H2COQ

逆變換反應：

H2CO2COH2OQ

由此可以看出，經氣化反應后所生成的煤氣中，主要含有H2、CO、CO2及水蒸汽四種組分，另外還含有少量的CH4和H2S。3.4.2工藝流程

水煤漿氣化流程見附錄圖4。首先煤料斗中的原料煤，經稱量給料器加入磨煤機中。同時向磨煤機中加入水、添加劑和氫氧化鈉。煤在磨煤機內與水混合，被濕磨成高濃度的水煤漿，然后經過濾除大顆粒料粒，流入磨煤機出口槽，再經泵送到高壓煤漿槽。磨煤機出口槽和高壓煤漿槽均設有攪拌器。

水煤漿經高壓煤漿槽泵送入氣化爐，與氧氣混合后噴入反應室，反應溫度在1200～1500℃，壓力為9.8MPa。為保護噴嘴免受高溫損壞，設置有噴嘴冷卻水系統(tǒng)。離開反應室的高溫水煤氣進入急冷室，用由洗滌塔來的水直接進行急冷，溫度降到210～260℃，同時急冷水大量蒸發(fā)，水煤氣被水蒸汽所飽和，以滿足一氧化碳變換反應的需要。氣化過程中產生的大部分煤灰及少量未反應的碳排入鎖斗中。離開氣化爐急冷室的水煤氣，依次通過文丘里洗滌器及洗滌塔進行洗滌，徹底除去煤氣中的細灰。凈化后的水煤氣經氣液分離器后送入到一氧化碳變換工序。

3.4.3主要設備介紹

（一）氣化爐

水煤漿氣化爐是氣化工藝的核心設備。氣化爐的作用是使水煤漿與氧氣在反應室進行氣化，生成以一氧化碳和氫氣為主體的高溫煤氣。

圖3.8為氣化爐的示意圖。氣化爐燃燒室和急冷室外殼是連成一體的。上部燃燒室為一中空圓形筒體，帶拱形頂部和錐形下部的反應空間，內襯耐火保溫材料。頂部燒嘴口供設置工藝噴嘴用，下部為生成氣體出口去下面的急冷室。急冷室內緊接上部氣體出口設有急冷環(huán)，噴出的水沿下降管流下，形成以下降水膜，這層水膜可以避免由燃燒室來的高溫氣體夾帶的熔融渣粒附著在下降管壁上。急冷室內保持相當高的液位，夾帶著大量熔融渣粒的高溫氣體，通過下降管直接與水接觸，氣體得到冷卻，并被水汽所飽和，渣粒淬冷成粒后沉積在急冷室下部，由鎖斗定期排出。飽和了水蒸汽的氣體，進入上升管到急冷室上部，經擋板除沫后由側面氣體出口管去洗滌塔。

由于氣化爐是在酸性熔渣條件下操作，所以當渣粒隨噴嘴噴出的氣體，沖擊到氣化爐爐壁上，該區(qū)域渣粒流速很大程度上決定著耐火材料的蝕損率。在氣化爐中，由于反應物少，溫度的沖擊也特別嚴重，短時間內在幾百度的范圍內變化時常有的現(xiàn)象，所以耐火爐襯須承受溫差應力、液態(tài)煤渣侵蝕、沖刷和磨損。爐膛圓筒內部襯里由里向外分為四層：第一層為向火面磚，要求能抗侵蝕和磨損。第二層為支撐磚，主要用作支撐拱頂?shù)囊r里。第三層為隔熱磚。第四次為可壓縮的塑性耐火材料，其作用是吸收原始烘爐時的熱膨脹量及砌注誤差。

（二）噴嘴

噴嘴的作用是將水煤漿充分霧化，使水煤漿和氧氣均勻混合。它與氣化爐一樣也是水煤漿氣化工藝中的核心設備。

噴嘴系三流通道，氧分為兩路，一路為中心氧，由中心管噴出，水煤漿由內環(huán)道流出，并與中心氧在出噴嘴前已預先混合。另一路為主氧通道，在外環(huán)道噴嘴口處與煤漿和中心氧再次混合。

噴嘴的主要功能是借高速氧氣流的動能，將水煤漿霧化并充分混合，在爐內形成一股有一定長度黑區(qū)的穩(wěn)定火焰，為氣化創(chuàng)造條件。在生產過中要求噴嘴使用壽命長，霧化效果好，特別是設計好霧化角，防止火焰直接噴射到爐壁上，或者火焰過長，燃燒中心向出渣口方向偏移，使煤燃燒不完全。3.4.4主要操作工藝參數(shù)

（一）粉煤粒度

實際制得的水煤漿中必須控制最大粒度和最小粒度。粒度過大，會降低碳的轉化率，也會造成輸送過程的沉降，一般最大粒度限制在0.4～0.5mm以下。對最小粒度的控制應滿足輸送要求。

（二）氧煤比

所謂氧煤比，是指氣化1kg干煤，在標準狀態(tài)下所需氧氣的立方米數(shù)，生產中氧煤比一般控制在0.68～0.71m/kg。

（三）氣化反應溫度

氣化溫度選擇的原則是保證液態(tài)排渣的前提下，盡可能維持較低的操作溫度，生產中氣化溫度一般控制在1200～1500℃。

（四）氣化壓力

生產中控制的氣話壓力為9.8MPa。3.5空分工段3.5.1工藝原理

(一)空氣的凈化

空氣中除氮、氧、氬及稀有氣體外，還含有水蒸汽、二氧化碳及灰塵�；覊m能磨損壓縮機，水蒸汽和二氧化碳在低溫下會凝固成冰和干冰，堵塞管道與設備。所以空分前必須除去這些雜質�；覊m等機械雜質以過濾的方式除去，設備主要有慣性過濾器、脈沖袋式過濾器�？諝庵械乃�蒸汽和二氧化碳的脫除，主要采用吸附法，吸附劑采用分子篩和Al2O3。

（二）空氣的液化

常溫常壓下，氧氮為氣體物質，在標準大氣壓下氧被冷卻到-183℃，氮被冷卻到-196℃時，將被液化成液體。工業(yè)上深度冷凍一般是利用高壓氣體進行絕熱膨脹來獲得低溫的。有對外不做功的等焓節(jié)流膨脹和對外做功的等熵膨脹。

1、節(jié)流膨脹

在絕熱和對外不做功的條件下，高壓流體通過節(jié)流閥膨脹到低壓的過程稱為節(jié)流膨脹。節(jié)流后氣體溫度降低，原因是由于節(jié)流后氣體的壓力降低，引起分子間的位能增加，而動能相應的減少。節(jié)流過程為不可逆過程，熵值增加。

2、等熵膨脹

等熵膨脹是壓縮氣體經過膨脹機在絕熱條件下膨脹到低壓，同時輸出外功的

過程。理想條件下，該過程為等熵過程。該過程為可逆過程。等熵膨脹的降溫效果比節(jié)流膨脹的降溫效果好，但膨脹機的結構比節(jié)流閥復雜。

（三）空氣的分離

空氣經低溫液化后，產生了氣液兩相平衡的氧氮混合物。利用精餾的原理即可將氧氮分離�？諝獾木�餾是在雙級精餾塔內進行，雙級精餾塔由上塔和下塔，上下塔之間的冷凝蒸發(fā)器組成。下塔的作用是將空氣進行初步分離，得到液體氮和富氧空氣。上塔的作用是將空氣進一步分離，得到純氧和純氮。3.5.2工藝流程

（一）過濾、壓縮、預冷及純化

原料工藝空氣經吸入口吸入，進入自潔式空氣過濾器，濾去塵埃和機械雜質，進入離心式空氣壓縮機進行壓縮，壓縮后的氣體溫度達109℃，壓力為0.69MPa，隨后進入空氣預冷系統(tǒng)中的空氣冷卻塔，在其中被水冷卻和洗滌，出塔時空氣溫度降為10℃。空氣冷卻塔采用循環(huán)冷卻水和經水冷塔冷卻并經冰機進一步冷卻過的低溫冷凍水冷卻，空氣冷卻塔頂部設有慣性分離器及絲網分離器，以防止工藝空氣中游離水份帶出。

出空氣預冷系統(tǒng)的工藝空氣進入用來吸附除去水份、二氧化碳、碳氫化合物的空氣純化系統(tǒng)，純化系統(tǒng)中的吸附器由兩臺臥式容器組成，兩臺吸附容器采用雙層床結構，底部為活性氧化鋁，上部為分子篩，當一臺運行時，另一臺則由來自冷箱中的污氮通過加熱器加熱后進行再生。

（二）空氣精餾

出空氣純化系統(tǒng)的潔凈工藝空氣大部分進入冷箱內的主換熱器，被返流出來的氣體冷卻，接近露點的空氣經節(jié)流后進入下塔的底部，進行第一次分餾。在精餾塔中，上升氣體與下流液體充分接觸，傳熱傳質后，上升氣體中氮的濃度逐漸增加。在主冷凝蒸發(fā)器中，氮氣冷凝，液氧氣化。在下塔中產生的液空和液氮，經過冷器過冷，節(jié)流后進入上塔，作為上塔的回流液，在上塔內，經過再次精餾，得到產品氮氣、產品氧氣、液氧及污氮。

（三）冷量的制取

裝置所需的大部分冷量由透平膨脹機提供。出空氣純化系統(tǒng)的其余部分潔凈空氣進入被透平膨脹機驅動的增壓機，使其壓力提高。然后經增壓后冷卻器冷

卻,進入冷箱內的主換熱器，冷卻至一定溫度后進入透平膨脹機。這股膨脹空氣在膨脹機中膨脹制冷后進入上塔，參與精餾。

（四）氬的提純

氬的提取采用全精餾制氬的最新技術，為了制取氬，從分餾塔上塔下部的適當位置引出一股氬餾份氣送入粗氬塔Ⅰ進行精餾，使氧的含量降低；粗氬塔Ⅰ的回流液體是由粗氬塔Ⅱ底部引出經液體泵輸送來的液態(tài)粗氬。從粗氬塔Ⅰ頂部引出的氣體進入粗氬塔Ⅱ并在其中進行深度氬氧分離，經過粗氬塔Ⅱ的精餾，在粗氬塔Ⅱ的頂部得到含氧量≤1PPm的粗氬氣，粗氬塔Ⅱ的頂部裝有冷凝蒸發(fā)器，以過冷器后引出的液空經節(jié)流后送入其中作為冷源，絕大部分的粗氬氣經冷凝蒸發(fā)器冷凝后作為粗氬塔的回流液。其余部分由粗氬塔頂部引出（含氧量≤1PPm的粗氬）并送入精氬塔，精氬塔的底部裝有一臺蒸發(fā)器，以下塔底部引出的中壓氮氣作熱源使液氬蒸發(fā),同時氮氣被液化。在精氬塔的頂部裝有冷凝器，以精氬蒸發(fā)器引出的液氮作為冷源，使絕大部分上升氣體冷凝作為精氬塔的回流液，經過精氬塔的精餾,在精氬塔底部得到的99.999％Ar精液氬，引出冷箱作為產品液氬。

3.5.3主要設備介紹

（一）雙級精餾塔

空氣分離的主要設備之一的雙級精餾塔，其結構如圖3.10所示。下塔的作用是將空氣進行初步分離，得到液體氮和富氧空氣。上塔的作用是將空氣進一步分離，得到純氧和純氮。為保證產品的純度，在適當位置抽取污氮，實際上是抽氬，使氮的純度提高。冷凝蒸發(fā)器的作用是聯(lián)系上下塔的換熱設備，為列管式換熱器，管內與下塔相通，管間與上塔相通。在冷凝蒸發(fā)器中，管間的液氧吸收熱量而蒸發(fā)，管內氣體單釋放熱量而冷凝。

（二）板翅式換熱器

板翅式換熱器也稱為可逆式換熱器，是由隔板、波形翅片和封條三部分組成，在相鄰兩隔板直接放置翹片及封條組成一夾層。由于在低溫下，碳鋼變硬、變脆，失去抵抗沖擊能力，而銅和鋁卻具有良好的機械強度和可塑性，因此空分裝置中的低溫設備一般用銅或鋁

圖3.10雙級精餾塔

的合金制成。為防止冷損失，空分段要將所有的設備和管道全部裝在保溫冷箱內，并填裝保溫材料，南化公司采用的保溫材料為珠光砂。

3.5.4主要操作工藝參數(shù)

南化公司采用的空分裝置處理量為228000Nm/h的空氣，該流程采用低壓流程，即雙級精餾塔塔頂操作壓力為70kpa，塔底操作壓力為500kpa。產品氣規(guī)格為：

高壓氮氣：7.75MPa，含O2＜10mL/m高壓氧氣：10MPa，純度≥99.5%3.6合成氣凈化工段3.6.1工藝原理

為脫除合成氣中的碳和硫，凈化工段分為三個單元：變換單元、低溫甲醇洗單元和液氮洗單元。

（一）變換單元

一氧化碳的變換過程，既是原料氣的凈化過程，又是原料制氫過程的繼續(xù)。變換反應可用下式表示：

CO+H2O(g)CO2+H2+Q

變換反應的特點是可逆、放熱、反應前后體積不變，并且反應速率比較慢，只有在催化劑的作用下才具有較快的反應速率。變換反應是放熱反應，反應熱隨溫度升高而有所減少。對于合成氨生產過程來說，原料氣中的CO是有害氣體，必須通過各種凈化工藝手段將它清除，要求經過變化單元后，變換氣中CO含量在1.0～1.5％。

（二）低溫甲醇洗單元

低溫甲醇洗主要是除去合成氣中的二氧化碳、硫化氫和有機硫。甲醇對二氧化碳的吸收能力大，溫度越低，二氧化碳的溶解度越大。低溫甲醇洗具有很高的凈化度，可使總硫脫至0.4×10（體積分數(shù)）以下，使二氧化碳脫至10×10～20×10-6（體積分數(shù)）。

（三）液氮洗單元

從變換單元過來的合成氣中含有約1.5%的CO，液氮洗主要是脫除這部分CO。液氮洗滌脫除合成氣中的CO，是基于各組分的沸點不同這一特性進行的。由于CO的沸點比氮氣高并能溶于液氨中，考慮到氮是合成氨的直接原料之一，因此

-6-6

可利用液氮洗滌少量的CO雜質。3.6.2工藝流程

（一）變換流程

變換流程圖見附錄圖6。從氣化工段過來的合成氣，溫度約為250℃，壓力8.0MPa，首先經過一個旋風式分離器脫除其中的液體。從分離器頂部出來的合成氣經過加熱之后變?yōu)檫^熱氣體，溫度為270℃，加熱源為被回收一部分熱量后的中溫反應器出口氣。過熱的合成氣進入中溫變換反應器進行變換反應。反應后氣體溫度升至450℃，經過三次換熱降溫后，進入低溫變換器，低溫反應器的出口氣溫度約290℃，經冷卻水降溫進行氣液分離后送到低溫甲醇洗單元。

（二）低溫甲醇洗流程

低溫甲醇流程圖見附錄圖7。被預冷至-15℃的變換氣從甲醇洗滌塔底部進入，來自貧甲醇泵的貧甲醇經冷卻后進入洗滌塔上段吸收CO2，H2S，使出塔頂?shù)膬艋瘹怏w中CO2含量在10PPm以下，然后凈化氣直接送往液氮洗工段。從甲醇洗滌塔上塔底盤引出的富CO2甲醇液經甲醇冷卻器被從液氮洗工段送來的合成氣冷卻，再經氨冷被液氨冷卻后，通過減壓閥減壓后送往循環(huán)氣閃蒸槽，使得溶解的大部分H2閃蒸解吸出來。閃蒸汽進入循環(huán)氣壓縮機壓縮后經水冷卻后送入進料管，以回收利用H2。

CO2產品的膨脹解吸回收在CO2解析塔完成，出CO2解析塔頂?shù)腃O2產品氣大部分收集起來出售，多余的部分經旁道并入H2S濃縮塔塔頂尾氣管線后放空。CO2解析塔塔底出來的液體進入H2S濃縮塔中部。H2S濃縮塔也叫氣提塔，主要目的是濃縮溶解在甲醇中的H2S，進一步解析甲醇液中的CO2。

從H2S濃縮塔底部進入甲醇再生塔的甲醇液在此塔再生，再生后的甲醇作為貧甲醇循環(huán)利用。富載H2S、COS和CO2的甲醇液被來自塔底再沸器蒸汽氣提，使H2S、COS和CO2全部解析，再沸器用低壓蒸汽加熱向甲醇再生塔提供熱量。

解析的氣體離開甲醇再生塔塔頂首先進入甲醇再生塔回流冷卻器被水冷卻，冷下來的液體在回流槽中分離后經泵送入甲醇再生塔頂回流。氣體進入H2S組分冷卻器，再在H2S餾分分離器中分離，分離的液體送回H2S濃縮塔塔底，分離的氣體富含H2S被送去處理。

從甲醇再生塔來的甲醇水混合物經泵打入甲醇蒸餾塔進行甲醇、水蒸餾分

離。塔底再沸器的加熱介質為低壓蒸汽。塔頂?shù)募状颊羝�冷卻后送入甲醇再生塔中部。

（三）液氮洗流程

液氮洗流程見附錄圖8。來自甲醇洗裝置，通過兩個可切換分子篩吸咐器的原料氣，在分子篩中CH3OH和CO2被除去直至痕量。預凈化的原料氣進入低溫段，此系統(tǒng)封閉在冷箱中。原料氣經過一個板翅式換熱器與洗滌后的氣體換熱降溫后進入氮洗塔的洗滌段，在洗滌段，一氧化碳和少量的甲烷被液態(tài)氮洗滌，成富CO液體。凈化后的工藝氣大約含10％的氮氣并從氮洗塔頂部離開。從氮洗塔底部流出的液體，經過一個氣液分離器，分離出的氣體富含氫氣，進行再利用，分離出的液體富含CO、CH4作為燃料氣。液氮洗所需的氮氣來自空分裝置。3.6.3主要設備介紹

（一）變換反應器

南化公司的中溫變換反應器采用了徑向變換反應器，內設兩段催化劑填料。預變換氣從反應器上部的進氣管進入反應器內,經氣體入口分布器，在通過催化劑框壁外的分流流道進入催化劑床層，進行CO變換反應,然后經中心管壁的合流流道進入中心管，通過出口管送出反應器。

該徑向變換反應器為立式三類容器，結構由殼體和內件兩部分組成。殼體內壁與催化劑框的外壁之間為一環(huán)隙結構，為進氣的主要通道。中心管外壁為合流流道，下端與反應器出口管連接。殼體由上下球形封頭、筒體和裙座組成；內件有氣體入口分布器、冷壁環(huán)系催化劑框、中心管、催化劑支撐填料、催化劑密封及熱電偶。

（二）廢熱鍋爐

廢熱鍋爐的作用是回收變換反應放出的反應熱并副產蒸汽，是十分關鍵的化工動力設備。廢熱鍋爐實際上是一臺高強度的換熱器，內裝有一束列管，出入口部襯有耐火材料。廢熱鍋爐的上部是一個鋼制圓筒型密閉的受壓容器，稱為汽包，其作用是貯存足夠數(shù)量高位能的水，以便爐水在汽包和廢熱鍋爐（換熱管束）之間循環(huán)產生蒸汽，同時提供汽水分離的空間，通過內置旋風分離器使汽水分離。

汽包和廢熱鍋爐之間用兩組管路連接。汽包中的水沿下降管進入廢熱鍋爐，與通過列管的變換氣換熱，一部分水受熱汽化，汽水混合物的密度比水小，通過循環(huán)上升管回到汽包，進行氣液分離，產生的飽和蒸汽從汽包引出，經調節(jié)閥調

節(jié)壓力后送至蒸汽總管。分離后的水又沿下降管流至廢熱鍋爐補充。變換氣通過列管與汽包循環(huán)水換熱回收余熱后，溫度降低，送到后續(xù)工段。鍋爐給水量通過汽包液位調節(jié)，汽包液位測量選用浮筒液位計。

（三）液氮洗滌塔

液氮洗滌塔為泡罩塔。氮氣冷卻器和原料氣冷卻器均為板翅式換熱器。和液氮洗滌塔裝在一個冷箱內，冷箱中填充珠光砂保冷。冷箱下部有耐低溫的珠光混凝土基礎，基礎中設有通空氣流道，以保護基礎，液氮洗滌塔下部基礎還有溫度計，定時測量基礎溫度。3.6.4主要操作工藝參數(shù)

（一）變換單元

南化公司的中低變工藝指標為:入中變爐溫度270℃左右,壓力8.0MPa,熱點溫度460℃左右,出中變爐溫度450℃左右;低變爐入口溫度260℃左右,出口溫度約290℃；中變爐出口CO含量10%～12%,低變爐出口CO含量在1.5%左右；入爐水氣比0.40～0.45。

(二)低溫甲醇洗單元

貧甲醇的溫度:控制入主洗塔的貧甲醇溫度-60℃；控制出主洗塔的凈化氣中COS+H2S≤0.1ppm，CO2≤3%；貧甲醇中的水含量:0.5N2+1.5H2=NH3

這一化學反應具有如下幾個特點：

①該反應是可逆反應：在氯氣和氫氣反應生成氨的同時，氨也分解成氫氣和氮氣，前者稱為正反應，廳者稱為逆反應。

②該反應是放熱反應：在生成氨的同時放出熱量反應熱與溫度、壓力有關。③該反應是體積縮小的反應：從反應式可以看出，由1.5個分子的氫和0.5個分子的氮，反應后生成1分子的氨，在化學反應過程中，體積減少。

④反應需要有催化劑：實踐證明，在沒有催化劑存在的條件下，生成氨的反應速度相當緩慢，在300~500℃的條件下，氨合成反應需要若干年才能達到平衡。但在適當催化劑的作用下，減少了氫氮氣化合時所需要的能量，因此大大加快了反應速度。

熱力學計算表明，低溫、高壓對合成氨反應是有利的，但無催化劑時，反應的活化能很高，反應幾乎不發(fā)生。當采用鐵催化劑時，由于改變了反應歷程，降低了反應的活化能，使反應以顯著的速率進行。目前認為，合成氨反應的一種可能機理，首先是氮分子在鐵催化劑表面上進行化學吸附，使氮原子間的化學鍵減弱。接著是化學吸附的氫原子不斷地跟表面上的氮分子作用，在催化劑表面上逐步生成NH、NH2和NH3，最后氨分子在表面上脫吸而生成氣態(tài)的氨。鐵系催化劑的主要成分是FeO和Fe2O3并加入少量的其他金屬氧化物A12O3、K2O、Cao等為促進劑(又稱助催化劑)。

催化劑的活性組分是金屬鐵，而不是鐵的氧化物。因此，使用前在一定的溫度下，用氫氮混合氣使其還原，即使氧化鐵被還原為具有活性的α型純鐵。

加入A12O3的作用：它能與氧化鐵生成FeOA12O3晶體，其晶體結構與FeOFe2O3相同。當催化劑被氫氯混合氣還原時，氧化鐵被還原為α型純鐵，而A12O3不被還原，它覆蓋在α-Fe品粒的表面，防止活性鐵的微晶在還原時及以后的使用中進一步長大。這樣。α-Fe的品粒間就出現(xiàn)了空隙，形成縱橫交錯的微型孔道結構，大大地增加了催化劑的表面積，提高了活性。

加入MgO的作用與A12O3有相似之處。在還原過程中，MgO也能防止活性鐵的微晶進一步長大。但其主要作用是增強催化劑對硫化物的抗毒能力，并保護催化劑在高溫下不致因晶體破壞而降低活性，故可延長催化劑壽命。

加入Cao的作用：為了降低熔融物的熔點和粘度，并使A12O3易于分散在FeOFe2O3中，還可提高催化劑的熱穩(wěn)定性。

氨合成鐵催化劑是一種黑色、有金屬光澤、帶磁性、外形不規(guī)則的固體顆粒。鐵催化劑在空氣中易受潮，引起可溶性鉀鹽析出，使活性下降。經還原的鐵催化劑若暴露在空氣中則迅速燃燒，立即失掉活性。一氧化碳、二氧化碳、水蒸氣、油類、硫化物等均會使鐵催化劑暫時或永久中毒。長時間的含氧化合物中毒亦會造成永久中毒。各類鐵催化劑都有一定的起始活性溫度、最佳反應溫度和耐熱溫度。

3.7.2工藝流程

氨合成流程見附錄圖9。來自液氮洗的新鮮氣壓力為7.3MPa，首先在離心式壓縮機的壓縮段被壓縮，然后與循環(huán)氣在壓縮機的循環(huán)段混合，壓縮到13.8MPa。壓縮后的氣體與來自廢熱鍋爐的工藝氣體在預熱器中換熱，熱度升至245℃。溫度達到反應要求后，原料氣經兩路進入冷激式氨合成塔中進行氨的合成反應。出塔的氣體溫度為453℃，出塔氣首先進入過熱器生產4.0MPa,410℃的過熱蒸汽，然后進入廢熱鍋爐生產4.0MPa的飽和蒸汽。氣體接著經過原料預熱器，水冷器，兩個串聯(lián)的氨冷器，最終溫度降為0℃，成為氣液混合態(tài)。該混合物在氣液分離器中分離出液氨和循環(huán)氣，液氨經過兩次閃蒸排去馳放氣后得到純度為99.9%的液氨，而循環(huán)氣中還含有約3.7%的氨返回到壓縮機循環(huán)段接著被利用。

3.7.3主要設備介紹

（一）氨合成塔

南化公司氨合成塔采用了托普所公司層間換熱器的雙層徑向S-200型合成塔。

進塔氣體流程：一部分從塔底接口A進入，向上流經內件與外筒之間的環(huán)隙，再入床間換熱器；另一部分，由塔底B進入的冷副線氣體。二者混合進入第一催化劑床層，沿徑向輻射狀流經催化劑床層，再進入第二催化劑床層，從外部沿徑向向內流動，最后由中心管外管的環(huán)形通道，再經塔底接口C流出塔外。

該塔的優(yōu)點：①用床間換熱器取代了有層間冷激的內件。由于取消了層間冷激，不存在因冷激而降低氨濃度的不利因素，從而使合成塔出口氨含量有較大提高。②生產能力一定時，減小了循環(huán)量，降低了循環(huán)氣功耗和冷凍功耗。③采用

大蓋密封便于運輸，安裝與檢修。

（二）氨分離器

氨分離器的作用是使循環(huán)氣中冷凝成的液氨分離下來。氨分離器由高壓外筒和內件兩部分組成。外筒上有一高壓上蓋3，與筒體1用螺栓連接，筒體內焊有一個套筒4。內件2由四層圓筒所組成，圓筒固定在上面的圓板上，圓板安裝在高壓筒體上，圓板的中心有一個氣體出口。圓筒上開有許多長方形的小孔，各層孔的位置相互交錯，使氣體流動時不斷改變方向。另外，外筒上還設有液面計接口。

流程：循環(huán)氣由筒體上部側面進入，沿筒體與套筒間的環(huán)隙向下流動，超過套筒后氣體即從內件最外層圓筒上的長方形孔進入，順次曲折流經第二層，第三層和第四層。由于氣體流通截面積突然增大，使氣體流速降低，再加上不斷碰撞圓筒壁面，改變方向，氣體中成滴狀的液氨因重力作用而下降，于是氣體中所帶的液滴被分離下來。最后氣體經中心圓筒向上，通過筒體上部循環(huán)氣出口而流出氨分離器。

3.7.4主要操作工藝參數(shù)

南化公司氨生產能力為每年30萬噸。為達到生產要求，需控制好主要的工藝參數(shù)是合成塔操作壓力、溫度和氣體組成。

（一）壓力

從化學平衡和化學反應速度的角度看，提高操作壓力對氨的合成是有利的。在一定的空間速度下，合成壓力越高，氨凈值(合成塔出入口氨含量之差)越高，合成塔的生產能力也就越大，同時壓力高也有利于氨的分離。氨合成壓力高，設備緊湊，流程簡單，但對設備的材質和制造的要求較高。同時，高壓下反應溫度較高，催化劑使用壽命短，操作管理也比較困難，因此壓力不宜過高。南化公司控制的合成塔壓力為13.83MPa。

（二）溫度

氨合成反應必須在催化劑的存在下才能進行，而催化劑必須在一定的溫度范圍內才具有催化活性，所以氨合成反應溫度必須維持在催化劑的活性溫度范圍內。南化公司控制的合成塔溫度為410~460℃之間。

（三）合成塔入口氣體組成

合成塔入口氣體組成包括氫氮比、惰性氣體含量與初始氨含量。從反應平衡

的角度來看，當氫氮比接近3時，可獲得最大的平衡氨濃度。在實際生產中，進塔循環(huán)氣的氫氯比控制在2.5~2.9比較合適。

5實習總結

為期兩周的現(xiàn)場實習和一周的仿真實習已經結束，不僅有系統(tǒng)的理論知識鞏固學習，更有現(xiàn)場實踐參觀，結合我們的專業(yè)知識，通過實習，將理論與實踐切實相結合，這是我們最大的收獲。

我們主要參觀了硝銨及氨制備工段，由于安全問題考慮，我們只能做到多看多聽多想，而不能實際操作。

我們參觀的第一個工段是硝銨工段，硝銨工段是利用48%的稀硝酸和氨氣反應制備硝酸銨。盡管南化公司的這套裝置在1957年已經投產，但硝銨工藝早已是個成熟的工藝，所以整體工段的流程及裝置符合現(xiàn)代化工的要求。但在現(xiàn)場我們看到，硝酸儲罐頂部不斷有黃褐色氣體排出，這是由于HNO3分解產生的NO2，NO2是種對環(huán)境污染及其嚴重的物質，這樣隨意的排放嚴重威脅著廠區(qū)及周圍人民群眾的身體健康�；�工廠也在切實為群眾安全及環(huán)境問題采取一定及時的措施。

其次參觀的是是濃硝工段。濃硝工段的任務是將60%的硝酸濃縮成98%的濃硝酸。由于濃硝酸具有強烈的揮發(fā)性，所以當我們進入現(xiàn)場時經常能聞到強烈的嗆鼻性氣體，非常難受。如果是下雨天，空氣中的硝酸氣體會被雨水吸收變成硝酸雨落下，這不僅對濃硝工段的裝置設備造成嚴重腐蝕，也損害了工廠師傅們的健康。為了減少損害，一方面希望在濃硝工段的師傅們能增強自我保護意識，如進入現(xiàn)場要佩戴口罩，防護眼鏡等用品；另一方面希望廠方能改進設備及管道密封材料，減小泄露。

然后，是稀硝工段，稀硝工段是利用氨氣和空氣中的氧氣反應然后經水吸收后生產60%硝酸。氧化及吸收均是在高壓下進行，如何節(jié)能成為這一工段的關鍵。該工段的四合一機組有效的解決了壓縮機能耗問題，該套四合一機組包含了兩臺壓縮機，兩臺透平機。兩臺透平機為壓縮機提供動力，而兩臺透平機的透平物質分別采用了動力部提供的高壓蒸汽及該工段產生的高溫高壓的尾氣，整套裝置充分的回收了系統(tǒng)內部的能量，減少了對外界電力的需求

結束了硝銨合成廠的參觀實習，緊接是氨合成各工段。氨合成分氣化工段，空分工段，凈化工段及合成工段。

氨合成氣化工段是利用煤漿和純氧反應制備合成氣。由于合成氣中含有CO、H2等易燃易爆的氣體，而反應原料又采用了純氧，反應條件又是高溫高壓，工

藝參數(shù)一旦控制錯誤就會發(fā)生爆炸。南化公司的氣化爐曾經就發(fā)生過爆炸。所以這也要求我們在以后的工作中要有扎實的理論基礎，在遇到問題時能夠迅速作出分析、判斷，找到問題根源。其次也要求我們要有熟練的操作技能，在遇到問題時能迅速作出反應、果斷行動，以減小損害。

氨合成空分工段是整個工廠最干凈的地方了，而且由于技術的成熟，整個裝置的自動化控制程度也相當高。我們知道空分過程采用了深冷技術，在這種深冷條件下，保冷成了關鍵。盡管現(xiàn)場設備及管道都包裹了保冷材料，但在現(xiàn)場我們還是看到好多地方結著白白的冰霜，這造成了大量的能量浪費，尤其是夏天，這種熱量損失是不容小視的，所以還是強烈建議該工段能進一步加強管道保冷的措施。

氨合成凈化工段。整個工段比較復雜，也是氨合成中最危險最辛苦的工段。工作人員耐心的講解讓我深刻體會到了作為化工人的敬業(yè)及吃苦耐勞的精神。

氨合成最后一個工段是合成工段。合成工段最多的設備要數(shù)換熱器了，這么多的換熱器組成了一個換熱網絡。我們知道化學工業(yè)是耗能大戶，所以說在化學工業(yè)生產過程中，能量的回收及再利用有著極其重要的作用。這種換熱網絡不僅是為了改變物流溫度使其滿足工藝要求，而且也是為了回收過程余熱，減少公用工程消耗。在這些生產裝置中，常常是一些物流需要加熱，而另一些物流則需要冷卻。將這些物流合理的匹配在一起，充分利用熱物流去加熱冷物流，提高系統(tǒng)的熱回收能力，盡可能減少蒸汽和冷卻水等輔助加熱和冷卻用的公用工程耗量，可以提高系統(tǒng)的能量利用率和經濟性，做到最佳優(yōu)化。

南化的規(guī)模之大，辛苦可見，希望在南化工作及未來有意從業(yè)于南化的人員，都能工作開心，為中國之化工之事業(yè)奉獻自己無私的力量。

6實習心得與體會

赴中國石化集團南京化學工業(yè)有限公司進行的為期兩周的實習及仿真模擬實習活動圓滿結束。

2月13日啟程赴實習目的地實習，認知實習得到了中國石化集團南京化學工業(yè)有限公司領導和工程技術人員的大力支持。認知實習內容以煤為原料生產合成氨及硝酸工藝，包括造氣、半水煤氣凈化、合成氨和硝酸生產工藝等。在每個工作車間，技術人員都為實習學生進行了詳細講解，讓同學們對現(xiàn)代化工生產全過程有了直觀、全面的了解。通過對典型化工生產工段的認知實習，使同學們對化工行業(yè)的生產流程、生產工藝等有了初步的感性認識。中國石化集團南京化學工業(yè)有限公司是大型國企，生產裝置先進、技術力量雄厚、管理要求高，學生實習收獲較大。

化工工藝對本次化工實習非常重視，在出發(fā)之前召開的動員大會上，系副主任周權對實習人員提出要求，要注意安全，包括去實習的途中及進入廠區(qū)，全體人員要一切行動聽指揮，服從領導，避免出現(xiàn)不必要的安全事故。要文明實習，要嚴格遵守實習單位的規(guī)章制度，舉止文明，不無故缺勤。要理論聯(lián)系實際，將課堂學到的專業(yè)知識與現(xiàn)代化工生產實踐結合起來，學以致用。謙虛好學，積極主動，實習過程中，多向工程技術人員交流，掌握現(xiàn)代化工生產技術與管理理念。南化的見聞告訴我們，我們在實驗室追求的哪些東西都是次要的，甚至是危險的，我們忽略了最應該學的兩樣東西：實事求是和責任心。產品產率是次要的，重要的是要在實驗的過程中形成科學的態(tài)度。在實際生產中，人的工作被機器儀表高度替代，員工只需按章操作，定時檢測，要的就是責任心和實事求是的態(tài)度。如何平衡理論與實際的關系？我們在參觀了南化之后，都有一個同感：書上教的與實際情況相差甚遠！很多同學開始質疑我們花那么多時間學習理論課的意義了，一個初中生在工作幾年之后同樣可以把流程搞得很熟，我們本科專業(yè)畢業(yè)后，也得從零學起�？墒牵�我們要弄清楚一點：由專業(yè)理論到實踐，只是時間的問題；由實踐上升到理論卻是質的變化，我們擁有的是可持續(xù)能力，他們卻是生搬硬套�，F(xiàn)實需要考慮的問題和因素，要比書上理想狀態(tài)多得多，我們要有理論聯(lián)系實際的意識，做到學以致用！

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