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1、南京工业大学城建学院仿 真 实 习 报 告 书刘皓1905090228安全工程系化学化工试验教学中心2023 年 10 月合成仿真实习报告30 万吨合成氨装置模型照片一、实习的目的合成仿真实习是理论联系实际，应用和所学专业学问的一项重要环节，是培育我们动手力量和学习力量的一个重要手段。仿真实习是以仿真的实习模式，在既保证学生安全又能完善供给实习时机的状况下，学校赐予我们的一次专业实践的时机。是我们在学习专业学问后进展实际运用的重要环节，它对培育我们的动手力量有很大的意义，同时也能使我们了解化工工艺的重点要素，仿真实习是我们走向工作岗位的必要前提。二、实习要求1. 实习装置为合成氨生产仿真装置。
2、要求了解并生疏生产过程及掌握，包括：1） 生产方法和原理，原料、催化剂及产品特性；2） 生产工艺流程流程中设备、主副管线，过程操作和掌握；3） 各工序工艺条件及掌握：主要设备操作温度、压力和组成；4） 主要设备型式、构造；5） 主要设备及管线上的掌握仪表及调整方法。2. 搜集信息途径1） 听讲座拟安排工艺及设备、仿真装置及操作等讲座；2） 现场实习：生疏工艺流程、设备、及仿真软件操作，生疏仿真模型；3） 阅读实习指导书、流程图、设备图及其它文献资料。三、实习内容仿真实习的主要内容是：以河南化肥厂为原型的大型合成氨全流程仿真模型和以宁夏化工厂为原型的合成氨大工段 DCS 掌握系统仿真软件。两者均
3、以自然气为原料的合成氨工艺，通过仿真实习了解合成氨工艺原理与流程，把握合成氨生产中的主要参数和 DCS 掌握系统的操作。以下为东方仿真软件的合成氨工艺流程。(1) 合成氨装置转化工段1 概述转化工段包括以下主要局部: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 原料气脱硫自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，必需尽可能地除去原料气中的各种硫化物。加氢转化主要指在参加氢气的条件下使原料气中有机硫转化为无机硫。加氢转化不能到达直接脱硫的目的，但经转化后就大大的利于硫的脱除。在有机硫转化
4、的同时，也能使烯烃类加氢转化为烷氢类从而可削减下一工序蒸汽转化催化剂析炭的可能性。在承受钴钼催化剂的条件下，主要进展如下反响：R-SH+H2=RH+H2SR-S-R+2H2=RH+RH+H2SC H S+4H =C H +H S4 424 102RC=CR+H =RCH -CH R222氧化锌是一种内外表积颇大，硫容较高的接触反响型脱硫剂。除噻吩及其衍生物外，脱除硫化氢及各种有机硫化物的力量极高，可将出口气中硫含量降至0.1PPm 以下。氧化锌脱硫反响：ZnO+H S=ZnS+H O22原料自然气在原料气预热器141C中被低压蒸汽预热后，进入活性碳脱硫槽101DA、102DA 一用一备，进展初
5、脱硫后，经压缩机102J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 CoMo 加氢和氧化锌脱硫槽108D终脱硫后，自然气中的总硫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，与水蒸汽混合后进展转化反响：CH4 + H2O CO + 3H2CnH2n+2 + nH2O nCO + 2n+1H2由于转化反响是吸热反响，在高温条件下有利于反响平衡及反响速度。在实际生产中，转化反响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响管内镍催化剂的作用下进展转化反响，管外有燃料气燃烧供给反响所需热量，出一段炉转
6、化气温度掌握在 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101B的 336 根触媒反响管进展蒸汽转化，管外由顶部的 144 个烧嘴供给反响热，经一段转化后，气体中剩余甲烷在 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。在二段炉中参加预热后的空气，利用H 和 O 的燃烧反响，产生高热，促使CH 进一步转化。224一段转化气进入二段炉103D，在二段炉中同时送入工艺空气，工艺空气来自空气压缩机101J参加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，出二段炉的工艺气剩
7、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，再经其次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 1215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响：CO + H O CO + H222这样即能把一氧化碳变为易于去除的二氧化碳，同时又可制得合成需要的原料氢。变换反响是一个可逆、放热、反响前后气体体积不变的化学反响。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Fe O 为活性组分的，它的活性温度在 300以上一般在 350430。在此温3 4度下，可以取得较高的反响速度，但不能到达较低的 CO 浓度。为了
8、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，进展低温变换。它的变换温度一般在 200250，这样的低温下，就能使 CO 的变换进展的比较彻底， 可以使 CO 浓度降至 0.3以下。由其次废热锅炉来的转化气约含有 1214的 CO，进入高变炉104DA，在高变触媒的作用下将局部 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103C回收局部热能，经换热器104C进入低变炉104DB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
9、、327的中压蒸汽约 50T/H。关心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106C和甲烷化出口气加热器134C预热到 100左右，进入除氧器101U脱氧段，在脱氧段用低压蒸汽脱除水中溶解氧后，然后在储水段参加二甲基硐肟除去剩余溶解氧。最终溶解氧含量小于 7PPb。除氧水参加氨水调整 PH 至 8.59.2，经锅炉给水泵 104J/JA/JB 经并联的合成气加热器123C，甲烷化气加热器114C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101F，同时在汽包中参加磷酸盐溶液,汽包底部水经 101CA/CB、102C、103C、一段炉对流段低温段废
10、热锅炉及关心锅炉加热局部汽化后进入汽包，经汽包分别出的饱和蒸汽在一段炉对流段过热后送至 103JAT，经 103JAT 抽出 3.8MPa、327中压蒸汽，供各中压蒸汽用户使用。103JAT 停运时，高压蒸汽经减压，全部进入中压蒸汽管网，中压蒸汽一局部供工艺使用、一局部供凝汽透平使用，其余供背压透平使用， 并产生低压蒸汽，供 111C、101U 使用，其余为伴热使用在这个工段中，缩合/脱水反响是在三个串联的反响器中进展的，接着是一台分层器，用来把有机物从液流中分别出来。(2) 合成氨装置净化工段1 脱碳经变换工序后的工艺气，CO 含量一般在 17左右。本装置承受改进苯菲尔2法脱除工艺气中的二氧
11、化碳，吸取剂为碳酸钾溶液，溶液的吸取和再生可以用如下反响方程式表示：热量K CO + CO + H O2KHCO +23223这是一个可逆过程，脱碳溶液中 K CO 吸取了 CO 生成 KHCO ，KHCO又在加热、23233减压的条件下放出 CO ，重变成K CO 。前一个过程是吸取过程，后一个过程是223再生过程。经过吸取塔的脱碳气体要求 CO 小于 0.1；经过再生塔的 CO22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吸取塔(101-E)下部，在吸取塔中经塔板逆流向上与塔顶参加的贫液40接触，脱去工艺气中所含二氧化碳，再经塔顶洗涤段后出
12、CO 吸取塔，出吸取塔净化气在管路上由喷射器2喷入变换气分别器(102-F)来的工艺冷凝液进一步洗涤，经净化气分别器(121-F)分别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，液体与变换冷凝液集合去工艺冷凝液处理装置。从 CO 吸取塔塔底出来的富液74先经溶液换热器(109-CB)加热，再经2溶液换热器(109-CA)进一步升温至 105后，进入 CO 汽提塔(102-E)顶部，102-E2为筛板塔，共 10 块塔板，在 CO 汽提塔中靠变换气煮沸器(105-CA.B)蒸汽煮沸2器(111-C)供给的热量蒸发出大量水蒸汽，由下向上逐板汽提出溶液中的 CO ，气
13、2体经过 CO 汽提塔冷凝器(110-C)，再经 CO 汽提塔回流液槽(103-F)分别出液体22后，CO 气体送尿素装置。2从CO 汽提塔底部出来的热贫液先经溶液换热器(109-CA)与富液换热降温后2进贫液泵，经贫液泵(107-JA/JB/JC)升压后的贫液再经溶液换热器 (109-CB)降温，并经贫液冷却器(108-C)进一步冷却至 40左右进 CO 吸取塔上塔。2从 CO 汽提塔回流液槽底部出来的冷凝液，先经回流液泵(108-J)升压，一2局部去冷凝液处理装置，另一局部去 CO 吸取塔顶部洗涤净化气中夹带出的溶液，22洗涤后的冷凝液回 CO 汽提塔顶部进入系统。图 2 脱碳系统现场图2
14、 甲烷化碳氧化物CO、CO 是合成触媒的毒物，在工业生产中要求入合成工序的2氢氮气中的 CO、CO 含量小于 10PPm。在催化剂作用下将 CO、CO 加氢反响生成对22合成触媒无害甲烷。在镍触媒存在的条件下，进展如下化学反响：CO + 3H CH + H O + 206.16kJ/mol2CO + 4H2242CH + 2H42O + 165.08kJ/mol甲烷化反响是可逆强放热反响，温升很大，每反响 1CO，温升 72左右；每反响 1CO ，温升 60左右。因此，要严格掌握低变出口CO 含量及脱碳出口2CO 含量再规定指标范围内，严防甲烷化触媒超温。23 冷凝液回收系统自低变 104-D
15、 来的工艺气260经 102-F 底部冷凝液萃冷后，再经 105-C， 106-C 换热至 60，进入 102-F，其中工艺气中所带的水分沉积下来，脱水后的工艺气进入 CO2 吸取塔 101-E 脱除 CO2。102-F 的水一局部进入 103-F，一局部经换热器 C66401 换热后进入 E66401，由管网来的 327的蒸汽进入 E66401 的底部，塔顶产生的气体进入蒸汽系统，底部液体经 C66401，C66402 换热后排出。(3) 合成氨装置合成工段氨的合成是整个合成氨流程中的核心局部。前工序制得的合格氮氢气在高温高压及铁催化剂作用下合成为氨。由于在反响过程中只有少局部氮氢气合成为
16、氨，因此反响后的气体混合物分别氨后，经加压又送回合成塔，构成合成回路。氨合成的化学反响式如下：热量1/2 N + 3/2HNH +223这是一个放热和体积削减的可逆反响。1 合成系统从甲烷化来的颖气 40、2.6Mpa、H2/N2=3：1先经压缩前分别罐(104-F)，分别气体中的水后，进合成气压缩机(103-J)低压段，在压缩机的低压缸将颖气体压缩到合成所需要的最终压力的二分之一左右，出低压段的颖气先经热交换器106-C，现场图中错标为 136-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,最终经氨冷器(129-C)冷却至 7后与氢回收来的氢气混合进入中间分别罐
17、(105-F)，进一步分别气体中的水后，从中间分别罐出来的氢氮气再进合成气压缩机高压段。合成回路来的循环气与经高压段压缩后的氢氮气混合进压缩机循环段，从循环段出来的合成气进合成系统水冷器(124-C)。高压合成气自水冷却器 124-C 出来后，分两路连续冷却，第一路串联通过原料气和循环气一级和二级氨冷器117-C 和 118-C 的管侧，冷却介质都是冷冻用液氨，另一路通过就地的 MIC-23 节流后，在合成塔进气和循环气换热器 120-C 的壳侧冷却，两路会合后，又在颖气和循环气三级氨冷器119-C 中用三级液氨闪蒸槽112-F 来的冷冻用液氨进展冷却，冷却至-23.3。冷却后的气体经过水平分
18、布管进入高压氨分别器106-F，在前几个氨冷器中冷凝下来的循环气中的氨就在 106-F 中分出，分别出来的产品液氨送往低压氨分别器(107-F)。从高压氨分别器出来后，循环气就进入合成塔进气颖循环气换热器 120-C 的管侧，从壳侧的工艺气体中取得热量，然后又进入合成塔进气 -出气换热器(121-C)的管侧，再由 HCV-11 掌握进入合成塔(105-D)，在 121-C 管侧的出口处分析气体成分。2 冷冻系统合成来的液氨进入中间闪蒸槽(107-F，即低压氨分别器)，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。分别器 107-F 装有液面指示器 LI-12。液氨减压后由
19、液位调整器 LICA-12 调整进入三级闪蒸罐(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、其次、第三氨冷器相对应，它们是按热虹吸原理进展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展气液分别，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，另一局
20、部作为合成气压缩机(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 的液氨除送其次氨冷器(118-C) 和弛放气氨冷器 (125-C) 作为冷冻剂外，其余局部送往三级闪蒸罐(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。图 3 合成氨工段现场图图 4 合成氨塔DCS 图图 5 冷冻工段现场图四、实习体会时间匆忙
21、消逝，经过两周的合成氨仿真实习，现在我们的实习学习已经接近尾声。两周的时间并不算特别长，但是在各位教师辛苦的指导和介绍下，我深刻的体会到化工的魅力，我信任这次实习经受将是将来进展的独特体验。合成氨仿真实习是学校花费巨资特地供给应我们大学生的一套实习软件，专业性强，为我们所学到的理论学问打造了一实践的平台，通过电脑软件的应用， 我们可以身临其境的体会到在化工厂实习所带来的体验，并且还可以完全避开由于操作失误带来的自身安全问题和器材损耗，可以说合成氨仿真实习是学校为我们专业学生量身打造的实习打算！通过两个月的学习，我了解到合成氨工业的重要性，并且或许把握了其中重要的工艺原理和工业流程，通过对仿真实
22、习软件的操作，我从中觉察在实际工业生产中所存在的诸多隐患。在教师的指导下，我不光可以独立完成整个工业流程的操控，并且可以遇见到整个过程中所消灭的安全隐患，从而能够提前拟定出避开安全隐患的方法。作为学习安全工程专业的学生，深知工业安全对社会的影响，在这次实习过程中，我们通过电脑模拟软件觉察在工业实际运转中，每个步骤都普遍存在各种无法掌控的安全隐患，只有依据正确的规章制度和操作标准才能有效的避开发生安全事故并能够显著提高工厂效益。通过和同学的争论比照，我觉察在整个操作过程中，消灭安全事故频率最高的地方是液面调整和温度掌握之处。究其缘由，大多数都是由于疏忽对阀门和开关的掌握，要么就少一点不够达标，要么就多一点造成仪器损坏。我认为在整个工艺的流程之中，必需每个人都保持百分百的糊涂，以认真负责的态度去处理每一个开关和阀门，只有这样才能避开安全事故对人对厂带来的苦痛与损失。