中石化南京化工厂及株洲冶炼厂实习报告-2012

氨合成铁催化剂是一种黑色、有金属光泽、带磁性、外形不规则的固体颗粒。铁催化剂在空气中易受潮，引起可溶性钾盐析出，使活性下降。经还原的铁催化剂若暴露在空气中则迅速燃烧，立即失掉活性。一氧化碳、二氧化碳、水蒸气、油类、硫化物等均会使铁催化剂暂时或永久中毒。长时间的含氧化合物中毒亦会造成永久中毒。各类铁催化剂都有一定的起始活性温度、最佳反应温度和耐热温度。

3.7.2 工艺流程

氨合成流程见附录图9。来自液氮洗的新鲜气压力为7.3MPa，首先在离心式压缩机的压缩段被压缩，然后与循环气在压缩机的循环段混合，压缩到13.8MPa。压缩后的气体与来自废热锅炉的工艺气体在预热器中换热，热度升至245℃。温度达到反应要求后，原料气经两路进入冷激式氨合成塔中进行氨的合成反应。出塔的气体温度为453℃，出塔气首先进入过热器生产4.0MPa,410℃的过热蒸汽，然后进入废热锅炉生产4.0MPa的饱和蒸汽。气体接着经过原料预热器，水冷器，两个串联的氨冷器，最终温度降为0℃，成为气液混合态。该混合物在气液分离器中分离出液氨和循环气，液氨经过两次闪蒸排去驰放气后得到纯度为99.9%的液氨，而循环气中还含有约3.7%的氨返回到压缩机循环段接着被利用。

3.7.3 主要设备介绍

（一）氨合成塔

南化公司氨合成塔采用了托普所公司层间换热器的双层径向S-200型合成塔。

进塔气体流程：一部分从塔底接口A进入，向上流经内件与外筒之间的环隙，再入床间换热器；另一部分，由塔底B进入的冷副线气体。二者混合进入第一催化剂床层，沿径向辐射状流经催化剂床层，再进入第二催化剂床层，从外部沿径向向内流动，最后由中心管外管的环形通道，再经塔底接口C流出塔外。

该塔的优点：①用床间换热器取代了有层间冷激的内件。由于取消了层间冷激，不存在因冷激而降低氨浓度的不利因素，从而使合成塔出口氨含量有较大提高。②生产能力一定时，减小了循环量，降低了循环气功耗和冷冻功耗。③采用

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大盖密封便于运输，安装与检修。

（二）氨分离器

氨分离器的作用是使循环气中冷凝成的液氨分离下来。氨分离器由高压外筒和内件两部分组成。外筒上有一高压上盖3，与筒体1用螺栓连接，筒体内焊有一个套筒4。内件2由四层圆筒所组成，圆筒固定在上面的圆板上，圆板安装在高压筒体上，圆板的中心有一个气体出口。圆筒上开有许多长方形的小孔，各层孔的位置相互交错，使气体流动时不断改变方向。另外，外筒上还设有液面计接口。

流程：循环气由筒体上部侧面进入，沿筒体与套筒间的环隙向下流动，超过套筒后气体即从内件最外层圆筒上的长方形孔进入，顺次曲折流经第二层，第三层和第四层。由于气体流通截面积突然增大，使气体流速降低，再加上不断碰撞圆筒壁面，改变方向，气体中成滴状的液氨因重力作用而下降，于是气体中所带的液滴被分离下来。最后气体经中心圆筒向上，通过筒体上部循环气出口而流出氨分离器。

3.7.4 主要操作工艺参数

南化公司氨生产能力为每年30万吨。为达到生产要求，需控制好主要的工艺参数是合成塔操作压力、温度和气体组成。

（一）压力

从化学平衡和化学反应速度的角度看，提高操作压力对氨的合成是有利的。在一定的空间速度下，合成压力越高，氨净值(合成塔出入口氨含量之差)越高，合成塔的生产能力也就越大，同时压力高也有利于氨的分离。氨合成压力高，设备紧凑，流程简单，但对设备的材质和制造的要求较高。同时，高压下反应温度较高，催化剂使用寿命短，操作管理也比较困难，因此压力不宜过高。南化公司控制的合成塔压力为13.83MPa。

（二）温度

氨合成反应必须在催化剂的存在下才能进行，而催化剂必须在一定的温度范围内才具有催化活性，所以氨合成反应温度必须维持在催化剂的活性温度范围内。南化公司控制的合成塔温度为410~460℃之间。

（三）合成塔入口气体组成

合成塔入口气体组成包括氢氮比、惰性气体含量与初始氨含量。从反应平衡

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的角度来看，当氢氮比接近3时，可获得最大的平衡氨浓度。在实际生产中，进塔循环气的氢氯比控制在2.5~2.9比较合适。

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5 实习总结

为期两周的现场实习和一周的仿真实习已经结束，不仅有系统的理论知识巩固学习，更有现场实践参观，结合我们的专业知识，通过实习，将理论与实践切实相结合，这是我们最大的收获。

我们主要参观了硝铵及氨制备工段，由于安全问题考虑，我们只能做到多看多听多想，而不能实际操作。

我们参观的第一个工段是硝铵工段，硝铵工段是利用48%的稀硝酸和氨气反应制备硝酸铵。尽管南化公司的这套装置在1957年已经投产，但硝铵工艺早已是个成熟的工艺，所以整体工段的流程及装置符合现代化工的要求。但在现场我们看到，硝酸储罐顶部不断有黄褐色气体排出，这是由于HNO3分解产生的NO2，NO2是种对环境污染及其严重的物质，这样随意的排放严重威胁着厂区及周围人民群众的身体健康。化工厂也在切实为群众安全及环境问题采取一定及时的措施。

其次参观的是是浓硝工段。浓硝工段的任务是将60%的硝酸浓缩成98%的浓硝酸。由于浓硝酸具有强烈的挥发性，所以当我们进入现场时经常能闻到强烈的呛鼻性气体，非常难受。如果是下雨天，空气中的硝酸气体会被雨水吸收变成硝酸雨落下，这不仅对浓硝工段的装置设备造成严重腐蚀，也损害了工厂师傅们的健康。为了减少损害，一方面希望在浓硝工段的师傅们能增强自我保护意识，如进入现场要佩戴口罩，防护眼镜等用品；另一方面希望厂方能改进设备及管道密封材料，减小泄露。

然后，是稀硝工段，稀硝工段是利用氨气和空气中的氧气反应然后经水吸收后生产60%硝酸。氧化及吸收均是在高压下进行，如何节能成为这一工段的关键。该工段的四合一机组有效的解决了压缩机能耗问题，该套四合一机组包含了两台压缩机，两台透平机。两台透平机为压缩机提供动力，而两台透平机的透平物质分别采用了动力部提供的高压蒸汽及该工段产生的高温高压的尾气，整套装置充分的回收了系统内部的能量，减少了对外界电力的需求

结束了硝铵合成厂的参观实习，紧接是氨合成各工段。氨合成分气化工段，空分工段，净化工段及合成工段。

氨合成气化工段是利用煤浆和纯氧反应制备合成气。由于合成气中含有CO、H2等易燃易爆的气体，而反应原料又采用了纯氧，反应条件又是高温高压，工

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