目 录
1概述 ............................................................................................................................ 1
1.1单位背景概况.................................................................................................. 1 1.2全厂生产流程简介.......................................................................................... 1 1.3全厂生产的特点.............................................................................................. 2 2 CO变换工段（全低变变换工艺） .......................................................................... 2
2.1岗位任务.......................................................................................................... 2 2.2 反应的原理：................................................................................................. 2 2.3 工艺流程简述................................................................................................. 3 2.4工艺指标.......................................................................................................... 3
2.4.1压力....................................................................................................... 3 2.4.2温度....................................................................................................... 3 2.4.3成分....................................................................................................... 4 2.4.4液位....................................................................................................... 4 2.5设备一览表...................................................................................................... 4 2.6变换催化剂...................................................................................................... 5
2.6.1铁铬系变换催化剂............................................................................... 5 2.6.2铜基变换催化剂................................................................................... 6 2.6.3钴钼系耐硫催化剂............................................................................... 6 2.7变换工艺条件.................................................................................................. 6
27.1压力........................................................................................................ 6 2.7.2温度....................................................................................................... 6 2.7.3.汽气比................................................................................................... 7 2.8 副反应和二氧化碳的影响............................................................................. 7
2.8.1副反应的影响....................................................................................... 7 2.8.2二氧化碳的影响................................................................................... 8 2.9全低变工艺...................................................................................................... 8
2.9.1工艺简介............................................................................................... 8
2.9.2全低变工艺流程与中变工艺流程的不同........................................... 8 2.9.3全低变的优缺点................................................................................... 9
3结语 ............................................................................................................................ 9 参考文献 ..................................................................................................................... 12 附图 ............................................................................................................................. 13
1概述
1.1单位背景概况
位于福建省顺昌县埔上镇，前身为顺昌县合成氨厂，创建于1970年10月，距离县城21公里，紧靠鹰厦铁路线及316国道。1995年3月改制成立有限公司，2006年1月引进国外资金由国有企业改制为中外合资企业，经过37年的艰苦创业，现已发展成为集化工原料开采、生产、销售及下游产品开发为一体的化工产业链型化工集团。
公司现有员工1400多人，其中各类专业技术人员有200余人。企业占地近千亩，总资产4.5亿元。公司生产技术先进，设备精良，具有国内先进水平。集团公司现由福建省顺昌富宝实业有限公司、福建省顺昌富宝腾达化工有限公司、福建省福清富港化工有限公司等四个子公司、分公司组成。集团主要产品有： 尿素、甲醇、二甲醚、商品液氨、氢氟酸及氟化氢铵等系列产品。现有生产装置能力为年产合成氨17万吨、尿素3万吨、工业甲醇8万吨、二甲醚10万吨、氢氟酸2.5万吨、氟化氢铵8000吨。
1.2全厂生产流程简介
造气岗位采用间歇式固定层气化法，即以石灰碳化煤球为原料，在高温条件下交替通入空气和过热蒸汽进行气化反应，制得合格的半水煤气后送后面的工段净化。为了除去来自造气工段的半水煤气中的H2S，脱硫岗位用脱硫液来吸收H2S气体，是半水煤气得到净化。吸收H2S的脱硫液在对苯二酚及888脱硫剂的催化作用下，氧化再生循环使用。脱硫后的半水煤气去压缩岗位一段进口，压缩加压后，经二段出口进入变换岗位。来自压缩二段的半水煤气中的CO在一定的温度、压力条件下，借助催化剂的催化作用，与水蒸气进行变换反应，生成CO2和H2，制得合格的变换气，变换气回压缩三段进口，压缩加压后由三段出口进入脱碳岗位。脱碳岗位用碳酸丙烯酯吸收CO2后，净化气经精脱硫系统返回压缩四段，经压缩四、五段依次加压，有一部分气体由压缩四段出口进入低压甲醇岗位，另一部分则由五段出口送往甲醇合成岗位。吸收CO2的碳丙富液经闪蒸槽闪蒸出部分的H2、N2气体，以提高CO2纯度，再进常解塔，解吸出的CO2气体一部分作为尿素生成的原料气，补充防腐空气后送往CO2压缩岗位，另一部分送至原料碳化岗位，生成碳化煤球。溶剂经再生后由脱碳泵打循环使用。由压缩四段出来的原料气与循环机出口气体汇合，在较低压力下使原料气中的H2、CO反应生成甲醇，用水吸收气体中的甲醇后，醇后气送至压缩五进，稀醇溶液则送往中间槽。用压缩五段送出的原料气于甲醇合成岗位制得粗醇，醇后气去铜洗岗
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位，部分作为循环气进入循环机。精醇岗位将甲醇合成送来的粗醇经过精馏过程，除去其中的杂质，最终获得合格的精醇产品。在高压、低温的情况下，用醋酸铜氨液（简称铜液）吸收来自甲醇合成出口原料气中的CO、CO2、O2和H2S等有害气体，制得合格的精炼气，吸收气体后的铜液经减压、加热、再生后循环使用。由铜洗回来的精炼气进入压缩机六段加压，加压后的气体经冷却，分离油水后作为新鲜气补入合成系统。循环气中的H2和N2在高温、高压下，借助催化剂进行化合反应生成氨气。将液氨，二氧化碳和循环回收的甲铵液以一定组成条件下送入合成塔，在19.6Mpa、185～188℃条件下合成尿素。
全厂生产流程方框图见附图（1）
1.3全厂生产的特点
1) 工艺流程长，设备管道多； 2) 生产过程有高度的连续性； 3) 各工序生产操作相互影响；
4) 生产时高温、高压、易燃、易爆、易中毒、易灼伤。
2 CO变换工段（全低变变换工艺）
2.1岗位任务
来自压缩二段的半水煤气中的CO，在一定的 温度和压力条件下，借助催化剂的催化作用，与水蒸气进行变换反应，生成CO2和H2，制得合格的变换气。系统中设有若干换热设备，以合理利用反应和回收余热。
2.2 反应的原理：
一氧化碳变换反应是一个可逆的放热反应，其反应方程式为：
CO+H2OH2+CO2 △H298=41.19kJ/mol
△HR为反应热，负号表示是体系向外放热。
变换反应的特点是可逆、放热、反应前后体积不变，并且反应速率比较慢，只有在催化剂的作用下才具有较快的反应速率。
反应开始时因远离化学平衡，反应以较快的速度进行，以后反应速度逐步降低，待到平衡时反应速度为零，混合物体系处于动态平衡，此时变换率达到最大值(平衡变换率)，变换率只是温度的函数。
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2.3 工艺流程简述
来自压缩二段出口的半水煤气，经除焦油塔（下段装除沫丝网，上段装焦炭）除焦油、水后，入饱和塔塔底与来自热水泵的热水逆流接触，由塔顶出来的气体增湿升温后经汽水分离器分离水滴后，入热交换器管程，由走壳程的变换气加热半水煤气至所需要的温度（设调温阀调节），再通过4号电加热器（开车升温或触媒温跨市用）并联进入φ4000变换炉、新φ3200变换炉保护剂层、抗毒剂层，除去氧等有害气体后反进入触媒层反应，二段进口设置冷凝进行调温，二段出口气体经热交换器壳程（设置调温阀调节控制三段及一段进口温度），与半水煤气换热后进入φ4000变换炉、新φ3200变换炉三段继续反应，出三段的变换气进入水加，经降温后的气体入热水塔底部，加热饱和塔下来的热水，热水经热水泵打入饱和塔增湿提温入变换炉，换热后的气体由热水塔顶部出来去板式换热器与冷凝器进一步降温，经汽水分离器分离水分后去变脱塔脱除H2S，出变脱塔的变换气回压缩三段进口。
变换炉各段均设有调温副线及硫化管线，水处理来的脱盐水由饱和塔至热水塔U型水封出加入。
纯净水由冷凝泵调节,加入变换炉二段进口的。
来自合成后置炉的蒸汽经汽水分离器后加入系统，蒸汽也可由锅炉或尿素总管供给。
流程方框图见附图（2）
2.4工艺指标 2.4.1压力
1) 进系统的蒸汽压力>变换气进口压力+0.05Mpa 2) 除焦油塔进口半水煤气压力≤0.08Mpa 3) 系统压差≤0.12Mpa
4) 热水泵出口压力>系统压力+0.2Mpa 5) 补充脱盐水压力>系统压力+0.05Mpa 6) 补充纯净水压力>系统压力+0.05Mpa 7) 仪表空气≥0.5MPa 2.4.2温度
1) 饱和塔进口半水煤气 ～40℃ 2) 进饱和塔热水温度 > 130℃
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3) 饱和塔出口半水煤气温度 80℃～95℃ 4) 热交换器出口半水煤温度 220℃～240℃ 5) 热水塔出口变换气温度 < 75℃ 6) 板式换热器出口变换气温度 ～40℃ 7) 变换炉
净化段入口温度 230±10℃
一段入口温度 250±10℃ 热点 350～380℃ 二段入口温度 φ4000变换炉 240±10℃
新φ3200变换炉 250±10℃ 热点 300±10℃ 三段入口温度 180±10℃ 热点 200±10℃ 2.4.3成分
1) 半水煤气 O2 <0.5％ H2S 100～200mg/m3 2) 变换炉 二段出口 CO 7.5～9.5％
三段出口 CO 5.0～6.0％
3) 循环热水总固体 <500ppm PH 6.5～7.5 4) 变脱出口H2S <30 mg/m3 2.4.4液位
1) 饱和塔液位 1/2～1/3 2) 热水塔液位 1/2～1/3 3) 变脱塔液位 1/2～1/3
4) 变换气汽水分离器液位1/2～1/3
2.5设备一览表
1 2 3 4 5 6 7 1#、2#软水泵 3#、4#、5#多级泵 6#、7#热水泵 除焦油塔 高压变脱塔 饱和热水塔 蒸汽除沫器 1.5GC-×8 Y160M1-2 11KW 6m3/h DG6～25×6 Y160M1-2 11KW 6m3/h Y160L-L 18.5KW 68.4 m3/h φ2600×16×8500 φ2400×18×3700 φ2400×12×27952 φ1500×10×3900 1,1 1,1,1 1,1 1 1 1 1
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8 第一水加热器 第二水加热器 第三水加热器 气水分离器 热交换器 1#、2#电加热器 3#、4#电加热器 1#低变炉 2#低变炉 3#低变炉 硫化罐 板式换热器 变换气气水分离器 φ1500×12×7000 F=360m2 1 9 φ1500×12×4500 F=140m2 1 10 11 12 13 φ1300×12×6000 F=215m2 φ3000×14×5007 φ1600×14×12000 F=430m2 φ426×9×5200 250KW 1 1 1 1,1 14 15 16 17 18 19 20 φ1000×10×6896 500KW φ4000×16×22000 φ3200×16×14216 φ3200×16×19000 φ1400×6×3762 BR0.45 φ1200×10 1,1 1 1 1 1 12 1 2.6变换催化剂
一氧化碳变换无催化剂存在时，变换反应的速率极慢，即使温度升至700℃以上，反应仍不明显，因此必须采用催化剂，使反应在不太高的温度下有足够高的反应速率，才能达到较高的转化率。目前工业上采用的变换催化剂有三大类。 2.6.1铁铬系变换催化剂
其化学组成以Fe2O3为主，促进剂有Cr2O3和K2CO3，反应前还原成Fe3O4才有活性，适用温度范围300～530℃，该类催化剂称为中温或高温变换催化剂。因为温度较高，反应后气体中残余CO含量最低为3％～4％。
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2.6.2铜基变换催化剂
其化学组成以CuO为主，ZnO和Al2O3为促进剂和稳定剂，反应前也要还原成具有活性的细小铜晶粒。若还原操作中或正常运转中超温，均会造成铜晶粒烧结而失活。该类催化剂另一弱点是易中毒，所以原料气中硫化物的体积分数不得超过0.1×10-6。铜基催化剂适用温度范围180～260℃，称为低温变换催化剂，反应后残余CO可降至0.2％～0.3％。铜基催化剂活性高，若原料气中CO含量高时，应先经高温变换，将CO降至3％左右，再接低温变换，以防剧烈放热而烧坏低变催化剂。 2.6.3钴钼系耐硫催化剂
其化学组成是钴、钼氧化物并负载在氧化铝上，反应前将钴、钼氧化物转变为硫化物(预硫化)才有活性，反应中原料气必须含硫化物。适用温度范围160～500℃，属宽温变换催化剂，其特点是耐硫抗毒，使用寿命长。
2.7变换工艺条件
27.1压力
1）对变换反应的平衡几乎无影响，但加压可以加快反应速率。
2）能量消耗上，加压有利，因为变换前干原料气的体积小于干变换气的体积，压缩干原料气比压缩变换气的功耗低15～30%。
3）加压变换需要压力较高的蒸汽，对设备的材料性能要求相对要高。实际操作压力应根据大、中、小型氨厂的工艺特点，特别是工艺蒸汽的压力及压缩机各段压力的合理配置而定。一般小型氨厂为0.8～1.2Mpa， 中型氨厂为1.2～1.8Mpa，大型氨厂因原料及工艺的不同差别较大。 2.7.2温度
最重要的工艺条件，每一类催化剂有最佳反应温度Tm，此时反应速率最大。
若反应过程按最佳温度曲线进行，则反应速率最大，即相同的生产能力下所需催化剂用量最少，但是实际生产中完全按最佳温度曲线操作是困难的。
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生产上控制变换反应温度应遵循如下两条原则：
1）应在催化剂的活性温度范围内操作催化床温度。入口温度高于催化剂的起始活性温度20℃左右，热点温度低于催化剂的耐热温度。在满足工艺条件的前提下，尽量维持低温操作。随着催化剂使用时间的增长，因催化剂活性下降，操作温度应适当提高。
2）催化床温度应尽可能接近最佳温度。为此，必须从催化床中不断移出热量，并且对移出的热量加以合理利用。 2.7.3.汽气比
汽气比：一般指H2O/CO比值或水蒸气/干原料气（摩尔比） 中（高）变换：H2O/CO=3～5
汽气比↑，CO平衡变换率↑，但要注意余热回收。
最主要的调节温度的手段，也是最主要的消耗指标。工业上应在满足生产要求的前提下尽可能降低水蒸气的比例。
2.8 副反应和二氧化碳的影响
2.8.1副反应的影响
一氧化碳变换过程中，可能发生一氧化碳分解析出碳和生成甲烷等副反应，其反应式如下：
1) 2CO=C+CO+Q 2) CO+3H2=CH4+H2O+Q 3) 2CO+2H2=CH4+CO2+Q
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4) CO2+4H2=CH4+2H2O+Q
副反应不仅消耗了原料气中的有效气成分(氢气和一氧化碳)，增加了无用成分甲烷含量，而且一氧化碳分解析出的游离碳极容易附着在催化剂表面上，使催化剂的活性降低。以上的副反应均为体积减小的放热反应，因此降低温度、提高压力有利于副反应的进行。 2.8.2二氧化碳的影响
从一氧化碳变换的反应方程式来看，如果能够除去生成的二氧化碳，有利于反应向生成物的方向进行，并使反应接近于完全。但这样做增加了换热和脱除CO2的设备，使流程复杂，系统阻力增加，能量利用不合理，所以从整体来考虑
是不利的。
2.9全低变工艺
2.9.1工艺简介
全低变即全低温变换，是相对中温变换而言，在中温串低温工艺上发展成的一种新的变换工艺。它采用低温活性优良的催化剂，反应一段热点温度较中温变换下降100～200℃。使变换反应所需汽气比明显下降，节约大量的蒸汽消耗。同时，由于反应温度的下降，使气体体积缩小25％，降低系统阻力，减少了压缩机功率消耗。总之，全低变工艺是一种生产装置工艺先进可靠、投资省、节能效果好、经济效益显著的新工艺。
2.9.2全低变工艺流程与中变工艺流程的不同
由于全低变的反应温度较中变低100～200℃，使反应所需的汽气比大幅度降低，加上低变催化剂对水质和气质要求较高，因此全低变和中变在工艺流程的设置上有所不同。
1) 分三段式装填催化剂的全低变流程，外加蒸汽主要加在二段或三段进口，也可以二、三段同时加；分二段式装填催化剂的全低变流程则加在一段进口。
2) 饱和塔前设气体过滤装置，即焦炭过滤器，以除去半水煤气自高压机带来机械油污。
3) 在增湿器后和变换炉二、三段进口前设变换气过滤器，以除去冷激水带入的Ca2+、Mg2+形成的无机盐，防止带入变换炉在催化剂层上结盐皮。
4) 各段进口温度控制在180～200℃。热交面积较中变减少50％左右，但为使进口温度有良好的可调节性，要设置变换气副线或半水煤气副线来调节进口温度。
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2.9.3全低变的优缺点 2.9.3.1全低变工艺的优点
全低变工艺是在中串低变换工艺基本上发展起来的全新的变换工艺，它以低温催化剂为基础将原中温变换系统热点温度降低100℃以上，从而大大有利于CO变换反应平衡,因此与传统的中变流程相比具有以下优点：
1) 床层温度下降了100～200℃，使变换反应平衡后，变换气中过剩蒸汽大幅度减少，实际蒸汽消耗减少50％以上(饱和热水塔流程)，气体体积缩小25％，降低系统阻力，减少了压缩机功率消耗；
2) 减少热交换面积一半左右；
3) 提高了有机硫的转化能力，全低变工艺对有机硫转化率达98％以上，出口有机硫含量在lmg/m3(标)左右；
4) 放宽了一次脱硫指标，从而降低了脱硫费用； 5) 降低了对变换炉的材质要求，改善了设备维修条件；
6) 从根本上解决了中变催化剂的粉化问题，改善了催化剂的装卸劳动卫生条件。
2.9.3.2全低变工艺的不足之处：
1) 低变催化剂对水质和气质要求较高，因此要在系统前和系统内设置气体过滤装置；
2) 目前普遍使用的低变催化剂都是钴钼系的耐硫型，生产中要求半水煤气中硫含量较高，使设备腐蚀加重；
3) 低变催化剂升温硫化时，需要用功率较大的电炉和专门的硫化流程及硫化剂；
4) 生产中要防止反硫化的发生使低变催化剂失活。
但是，总的说来，全低变比中变优越，所以近几年已成为合成氨厂尤其是中氮厂节能降耗的主要改造工艺。
3结语
用不同燃料制得的合成原料气，均含有一定量的CO，一般固体燃料制得的水煤气含有CO 35％～37％，半水煤气中含有CO 25％～34％，天然气蒸汽转化制得的转化气中含CO较低，一般为12％～14％。CO是合成氨生产所需的直接原料，而且在一定条件下还会与合成氨的催化剂发生反应，导致催化剂失活。一氧化碳的变换既是原料气的净化过程，也是制氢的继续。
CO变换是合成氨生产中的重要工序，同时也是一个耗能重点工序，而外加蒸汽量的大小，是衡量变换工段能耗的主要标志。因此，减少其用量对过程的节
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能降耗具有重要意义。
从70年代以来，我国在变换工艺的节能方面进行了大量的科研开发和技改工作，先后开发了中变串低变、全低变等变换工艺，使蒸汽消耗量从传统的中变消耗1t/tNH3以上，降低到200kg/ NH3，从而形成一种能耗低、稳定可靠、周期长的变换工艺。
变换系统工艺路线的确定是以变换炉的分段、段间换热方式的选型为核心的。在工业上，变换炉一般分为三段，段间换热有间接换热和直接换热两种，根据选用催化剂品种不同，形成各种不同的变换工艺路线。
全低变工艺是在中变串低变的基础上发展起来的新变换工艺。全低变工艺的开发成功，推动了合成氨变换工艺的发展。
全低变工艺中全部采用钴钼耐硫变换系催化剂，由于其起始活性温度低、半水煤气预热负荷小，换热设备、热回收设备的热负荷都将减小，在同等设备规格的前提下，生产能力可较大幅度提高，有利于挖掘设备的潜能，节约投资。
全低变工艺由于降低了系统的平均温度，从而大大有利于CO变换反应平衡，使吨氨蒸汽消耗量进一步降低到200kg左右。
用好全低变的关键在于把握好半水煤气中氧的含量关，一般应采用除氧技术以降低氧含量。
为期两周的实习使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。这次实习使我意识到平时的学习是非常重要的，因为任何一次实际的操作都依赖于一套理论体系，只有熟悉了理论知识，才可能在实际问题中快速找到解决的办法。
这次的实习使我对合成氨生产过程各个环节有了个感性的认识，我受益匪浅。工厂里错综复杂的管路使我深深的体会到工艺流程设计的重要性，化工厂中存在的各种潜在危险无不警示着我化工设计与操作来不得半点马虎。参观了化工设备后，我明白了我国目前的化工发展虽有所进步，但距离工业化还有一定距离，这就需要我们新一代人朝着工业化不断努力，贡献一份绵薄之力，最终实现我国化工行业的长足发展。
实习期间我充分意识到安全在这样一个行业的重要性，以及进厂前安全教育课的必要性。深入工厂，亲身感受了工人师傅们日复一日的工作环境，我觉得其实很多事故的发生并非偶然，这跟环境有很大的关系，工人师傅们长时间在机械的轰鸣声中工作，他们的听力和睡眠都或多或少受到了影响，进而他们的精神状态不佳，这对像这样一个需要员工保持高度警惕的行业无疑是一大隐患。因此，改善工人师傅们的工作环境至关重要，是避免事故发生的一大措施。
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这次的实习，我真正体会到理论与实践相结合的重要性。理论知识是生产实践中的重要支撑力量，虽然书本上不少理论知识太过理想化而与实际生产联系不是很大，除此之外，不同的需求根据生产原理有一定的变动，实际与理论不一定完全相同，甚至有可能违背，但是其根本是不变的。实习加深了我对理论知识的理解与掌握，同时也加深了我对化工厂及具体化工设备、化工操作的感性认识，这将在我以后的学习和工作起很大的帮助。
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参考文献
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[2]谭天恩.化工原理（上、下册）.化学工艺出版社，2009. [3]陈五平.无机化工工艺学.化学工艺出版社,1981. [4]刘晓勤.化工工艺学.化学工艺出版社，2011：31—37.
[5]朱冬梅，梁雪梅主编.净化操作工.中国矿业大学出版社，2009.
[6]冯元琦，李关云编著.甲醇生产操作问答 （第二版）.化学工业出版社，2008. [7]米镇涛主编. 化学工艺学（第二版）.化学工业出版社，2006.
[8]廖传华，顾国亮，袁连山主编.工业化学过程与计算.化学工业出版社，2005.
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附图 一 二 脱硫 空气 蒸汽 半水煤气 造气 碳化煤球 原料加工 煤和石灰 变换 低压甲醇 合成氨 三 四 五 六 NH3 脱碳 甲醇 铜洗 再生 精馏 再生 CO2 成品 附图（1）全厂生产流程方框图
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半水煤气来 自压缩二段
除焦油塔 饱和塔 汽水分离器 φ4000变换炉 电加热器 φ3200变换炉 热交换器 一水加 热水塔 二水加 板式换热器 压缩三段 变脱塔 汽水分离器 附图（2）CO变换工段流程方框图
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