中石化南京化工厂及株洲冶炼厂实习报告-2012

湖南株洲冶炼厂实习

一、实习时间：

2010年8月15日——2010年8月27日。

二、实习地点：

株洲冶炼集团。 四、实习单位介绍：

株洲冶炼集团简介：

株洲冶炼集团创建于1956年12月1日，时中国有色金属工业总公司所大户的大型一类企业。2002年元月改制成为国有独资企业，是中国主要铅锌生产和出口基地之一。工厂以生产铅、锌、铜及其延伸产品为主，并且综合回收下列如：金、银、铋、镉、镓、锗、硒、碲等多种有色金属，1995年铅、锌、铜总产量达到23万吨。

六、实习日程：

1.铅厂：

铅厂分为前粗炼分厂和铅精炼分厂，其铅加工的基本流程：干燥（原料制备）——烧结——还原冶炼（活化精炼，出杂质）——熔化（铅电解）——整平（合金）——锤炼——烟气处理。烧结焙烧烟气采用国外先进WSA制酸工艺。该工艺采用了熔盐作为烟气热交换介质，换热器内置于转化器中，与传统的二转二吸相比，占地面积大大减小，同时熔盐携带的热量方便地用于烟气的加热，系统多余的热量能通过余热锅炉即熔盐冷却器回收，可副产高压蒸汽，工艺具有很高的热回收率。 2.动力工厂：

动力厂分为五个工段，分别为发电机组工段、锅炉工段、煤库进煤工段、煤气工段和维修工段。发电机组分两期。发电机组主要利用工厂的烟气余热来发电，而这些烟气余热主要来自其他分厂。发电机组一年可发电3500万千瓦时，两年便可收回建设成本。锅炉工段则分为水处理、加热和烟风气处理。水处理包括预处理、软化和除盐。烟风气处理则是通过省煤气装置，回收烟气并加热给水。煤气工段有清水池、热水池和洗涤塔，洗涤塔的作用是除灰尘和杂质。使用无烟煤作为燃料。 3、稀贵冶炼厂：

稀贵冶炼厂主要生产的是稀有金属和贵重材料，尽管产量很少，但是价格却十分昂贵。大部分稀有材料是由电解法制得的。稀贵冶炼厂主要生产黄金（500-600KG/年），白银（100吨/年），铋（200-300吨/年），碲（2.5吨/年），铟，钴，镉等。其中金、银、铋、碲主要由铅矿和铅渣提炼而得，铟，钴，镉则是锌渣中提炼而得。此外，铅、锌渣中还可提炼得出铜，产量可达3000吨/年。炼铜采用的是火法工艺。 4、电力自动化中心：

此处运用先进的PLC控制系统。主要有空压机和余热发电控制室。空压机是将原动机的机械能转换为气体的压力能，是压缩空气的压缩发生装置。空气压缩机的主要作用是为全场提供高压空气和压缩风。空压机按工作原理可分为容积式压缩机、往复式压缩机和离心式压缩机。容积式压缩机的工作原理是压缩空气体积使其分子密度增加；离心式压缩机的工作原理是提高分子的运动速度；往复式压缩机的工作原理是直接压缩空气。 5、污水处理厂：

株冶的污水处理的主要方法：石灰中和、生物法、双膜法。石灰中和法德特点是成本低，工艺简单且易操作，但因其易结块而导致管道堵塞，因此必须使用阻垢剂。水处理厂主要有中和工序、干燥工序、净化水回用、矿渣回用等工序。中和工序在废水中投加一定浓度的中和剂石灰乳液[Ca(OH)2]，将终点pH值控制为7.5-9。干燥工序的原理为：浓缩底流经压滤机脱水后，形成含水小于等于82%的滤渣，进行湿渣开路，经皮带、料仓、汽车转运直接送主系统。达标净化水经无阀过滤器进一步降低浊度，采取投加一定量的阻垢缓冲剂。其作用机理是抑制金属腐蚀速度控制在安全范围，阻止净化水对设备的结垢，使净化水安全用于生产。 6、锌厂

株洲冶炼集团的锌厂包括锌焙烧厂，锌浸出厂，锌电解厂和锌成品厂。我们分3天来完成了这4个厂的实习。

锌焙烧厂的主要产品是氧化锌，是硫化锌与氧气反应生成的。锌矿石进厂后的第一步是脱硫处理。产生的尾气则利用生产硫酸，且尾气的余热也将被一定程度的利用。焙烧硫化锌一般采用多膛炉、悬浮炉或回转窑。

锌浸出厂的作用是溶解锌化合物并除去其中的铁、砷、锑等杂质。

锌电解厂采用的湿法炼锌，原料则是浸出厂来的锌溶液，经过电解后得出片状的锌产品。锌电解厂有3个工段，分别是运转工段、制造工段和电解工段。运转工段控制电解，制造工段配制电解液，电解工段析出锌并分离。

锌成品厂是锌冶炼的最后一道工序的所在处。锌成品厂的主要产品有3种，分别是锌锭、热镀用锌合金和铸造用锌合金。其中锌锭的纯度高达99.995%，热镀用锌合金中含有铝和锑，而铸造用锌合金中含有铝、镁和铜。

中石化南京化工厂实习报告

1 实习单位概况 ............................................................................................................... 1 2 安全教育 ...................................................................................................................... 3 3 实习内容 ...................................................................................................................... 4

3.1 硝铵工段............................................................................................................ 4

3.1.1 工艺原理 ................................................................................................. 4

3.1.2 工艺流程 ................................................................................................. 4 3.1.3 主要设备介绍 .......................................................................................... 5 3.1.4 主要操作工艺参数 ................................................................................... 7 3.2 稀硝工段............................................................................................................ 7

3.2.1 工艺原理 ................................................................................................. 7 3.2.2 工艺流程 ................................................................................................. 8 3.2.3 主要设备介绍 .......................................................................................... 8 3.2.4 主要操作工艺参数 ................................................................................. 10 3.3 浓硝工段.......................................................................................................... 10

3.3.1 工艺原理 ............................................................................................... 10 3.3.2 工艺流程 ............................................................................................... 12 3.3.3 主要设备介绍 ........................................................................................ 13 3.3.4 主要操作工艺参数 ................................................................................. 13 3.4 水煤浆气化工段 ............................................................................................... 14

3.4.1 工艺原理 ............................................................................................... 14 3.4.2 工艺流程 ............................................................................................... 15 3.4.3 主要设备介绍 ........................................................................................ 15 3.4.4 主要操作工艺参数 ................................................................................. 16 3.5 空分工段.......................................................................................................... 17

3.5.1 工艺原理 ............................................................................................... 17

3.5.2 工艺流程 ............................................................................................... 18 3.5.3 主要设备介绍 ........................................................................................ 19 3.5.4 主要操作工艺参数 ................................................................................. 20 3.6 合成气净化工段 ............................................................................................... 20

3.6.1 工艺原理 ............................................................................................... 20

3.6.2 工艺流程 ............................................................................................... 21 3.6.3 主要设备介绍 ........................................................................................ 22 3.6.4 主要操作工艺参数 ................................................................................. 23 3.7 氨合成工段 ...................................................................................................... 23

3.7.1 工艺原理 ............................................................................................... 23 3.7.2 工艺流程 ............................................................................................... 25 3.7.3 主要设备介绍 ........................................................................................ 25

3.7.4 主要操作工艺参数 ................................................................................. 26

5 实习总结 .................................................................................................................... 28 6 实习心得与体会.......................................................................................................... 30

1 实习单位概况

南京化学工业有限公司始建于1934年，在1998年国家重大产业重组中成为中国石化集团成员，是全国特大型化工企业。经过不断发展，南化公司拥有煤化工、苯化工、盐化工三大主业，成为生产经营化肥、有机和无机化工原料、精细化工、化学纤维、化工机械等6大类200多个化工产品，并从事催化剂、气体净化等项目的科研、生产的特大型化工企业，也是国内化肥、精细化工、纯碱和化工机械制造的基地之一。公司现下属12个运行部、2家分公司（连云港碱厂、化工机械厂）、1家子公司（研究院）、1家集体所有制托管单位、1家参股合资公司（DSM公司）。截至2007年12月底，南化公司总资产97亿元，在册职工人数近14351人。

南化公司是国家认可的国家级企业技术中心，先后荣获国家发明奖、国家科技进步奖及全国科技大会奖60多项，省进步奖等省级奖80余项，部科技进步奖等部级奖近90项，中石化集团公司科技进步奖近10项，申请专利250多项。

2005年5月23日，中国石化集团公司对南京化学工业公司与南京化工厂进行了改革重组，组建现南京化学工业有限公司（简称南化公司）。南化公司的前身是近代著名爱国实业家范旭东先生于1934年创办的永利化学工业公司錏厂，是中国最早的化工基地之一，1997年10月进入中国东联集团，1998年7月随东联整体进入中国石化集团；南京化工厂的前身是始建于1947年的国民政府资源委员会中央化工厂筹备处京厂，是中国有机中间体、橡胶助剂生产基地，1999年6月进入中国石化集团。

南化公司现有56套主要生产装置，主要产品品种和年生产能力为：无机化工原料：合成氨近50万吨，硫酸80万吨，浓硝酸近13万吨，硝酸铵15万吨，纯碱100万吨；有机化工原料：苯胺20万吨，硝基苯近30万吨,氯化苯8万吨，硝基氯苯10万吨，烧碱6万吨，RT培司近3万吨，橡胶化学品3万吨；化肥：硫基复合肥40万吨；化机（石油化工、化肥、聚酯设备）1万吨，化机产品有炉类、塔类、反应器、反应釜、锅炉、冷却设备、容器等；帘子布3万吨；化纤地毯280万平方米。

南化公司“红三角牌”、“兰花牌”商标是江苏省著名商标，享誉全国，是首批国家认定的国家级企业技术中心。公司是国家认可的国家级企业技术中心，先后荣获国家发明奖、国家科技进步奖及全国科学大会奖60余项，省级科技进

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化，生成的蒸汽在加热管内高速上升。硝酸铵溶液则被上升的蒸汽所带动，沿管壁成膜状上升，并在此过程中继续蒸发。气液混合物在分离器中分离，完成液有分离器底部排出，二次蒸汽则在顶部导出。 3.1.4 主要操作工艺参数

为保证硝铵的产品质量，硝铵生产流程中需控制三个关键设备中酸碱度，分别是：

中和器，酸度：2.0～4.0g/L 再中和器，酸度：0.063～0.63g/L 熔融物储槽，碱度：0.051～0.85g/L

最终生产的固体硝铵，要求纯度≥99.5%，水分＜0.3%

3.2 稀硝工段 3.2.1 工艺原理

南化公司采用的是双加压法生产稀硝酸，双加压法为氨氧化在中压下进行，而酸吸收在高压下进行。由于它具有氨消耗低，铂损耗少，单机组生产能力大，尾气中氮氧化物含量低等特点，目前已经成为世界普遍采用的硝酸生产工艺。其原理是气态氨与洁净的压缩空气在铂铑的催化下反应生成NO，当反应气被回收热量温度降低后，气体中的NO被氧化成NO2，NO2经压缩后在吸收塔中与水反应生成60%的稀硝酸。具体反应式如下：

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

2NO+O2=2NO2+Q 3NO2+H2O=2HNO3+NO+Q

加压氧化，加压吸收，所以该工艺称为“双加压”工艺。吸收得到的稀硝酸最后经过漂白工序，用空气漂白稀硝酸中溶解的氧化氮，即把红酸漂白成无色透明的酸，基本原理就是气提技术。

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3.2.2 工艺流程

双加压法工艺工艺流程见附录图二，其过程可叙述如下：3 z/ A- z( a$ D, B m' p （一）氨的氧化和热能回收

氨和空气分别进入过滤器,以除去气体中夹带的固体粉尘和油雾等对氨氧化催化剂有害的杂质,净化后的气体经混合器混合(混合气中氨含量约9.5%(v))后进入氨氧化器,经与铂铑网接触,96%～97%(v)的氨被氧化为一氧化氮,气体的温度也上升至860℃,此气体经氨氧化器下部的蒸气过热器和废热锅炉回收热量后出氨氧化反应器的温度约为435℃。

（二）NO的氧化

NO被氧化及省煤器回收热量后，被冷却至约156℃。当温度下降时,气体中的NO被氧化成NO2,然后进入水冷却器，进一步冷却至40℃。在这里,氧化氮(NOx)气体与冷凝水反应生成浓度约34%的稀硝酸。酸气混合物经分离器分离,稀硝酸送入吸收塔。由水冷器来的氧化氮气体，与来自漂白塔的二次空气相混合后进入氧化氮压缩机，被压缩至1.0MPa(表)。气体经换热器被冷却至126℃,又经水冷却器进一步冷却至40℃后，氧化氮气体和冷凝酸一并送入吸收塔底部的氧化器继续氧化,在塔中氧化氮气体被水吸收生成硝酸，吸收塔的塔板上设有冷却盘管用以移走吸收热和氧化热,当塔内液体逐板流下时和氧化氮气体充分接触，酸浓度不断提高,在塔底部收集的酸浓度为60%。

（三）漂白

自吸收塔来的60%的硝酸里溶入很多NOx气体，被送至漂白塔顶部，用二次空气将NOx气体从硝酸中吹出,引出的成品酸浓度为60%，含HNO2<0.01%,温度为62℃,经冷却至约40℃后,送往成品酸贮槽。由吸收塔顶出来的尾气,经尾气预热器,被加热至约360℃,热气体进入尾气透平,可回收约60%的总压缩功,最后经排气筒排入大气。排入大气的尾气中NOx含量约为180 ppm。 3.2.3 主要设备介绍

（一）四合一机组

硝酸四合一机组是硝酸生产工艺的核心设备,它是随着双加压法生产工艺的应用而被采用的。硝酸四合一机组由空气压缩机、氧化氮压缩机、尾气膨胀机和原动机汽轮机组成。它们在工艺中的具体作用如下:空气压缩机将空气压缩至

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0.2～0.5MPa, 与氨气混合后进入氧化炉燃烧反应生成氧化氮, 经过换热冷却后进入氧化氮压缩机,压缩至0.7～1.52MPa，进入吸收塔生产出硝酸, 从塔顶逸出的气体经过预热和过热进入尾气膨胀机做功后排入大气。汽轮机利用氨燃烧反应生产的过热蒸汽进行做功,补充机组中压缩功与尾气膨胀机回收功之间的亏损。双加压法硝酸生产工艺使硝酸生产工艺水平有了重大突破,不仅提高了成品酸的浓度,而且大大降低了环境污染,尾气中的氧化氮含量小于200ppm。

（二）氧化炉

氧化炉是由上下两个圆锥体和中间一个圆柱体所组成的容器,锥体的角度应该满足氨和空气混合气分解均匀和铂网受热均匀,一般成65°～75°比较适宜。图3.3示出了氧化炉的结构示意图。氨和空气混合气的流向是由上向下,这种流向的优点是下锥体内可用耐火砖衬里,减少了散热损失。在氧化炉与废热锅炉设计成联合设备时,可以更加有效地回收热量，气流方向与铂网的重力方向一致,可以减少铂网的振动,降低铂的损失。

氧化炉上锥体和上圆柱体用耐热不锈钢制成,下锥体和下圆柱体用普通碳钢制成,内衬石棉板和耐火砖。上锥体设有锥形气体分布器,使气流分布均匀及避免网前形成涡流;下锥体的花板上,堆放有拉西瓷环,起消除音响的作用,故称消音环;上下圆柱体用法兰连接,法兰之间设有压网圈,用来夹紧铂网;上圆柱体上装有视孔,用来观察铂网灼热时的颜色,以判断温度高低及网受热是否均匀;在下圆柱体上有点火孔,供开工时在此伸入点火器之用。氧化炉的气体导出部分的锥形表面,可以使大量的热反射到处于水平位置的催化剂上,借以保证铂网均匀地加热,并使催化区域保持足够高的温度。因此,下锥体的隔热表面及外部保温是很重要的。

氧化炉气体导出部分的材料在加压操作时,一般用耐热高铬钢制作,常压或低压时用碳钢作壳体,内衬耐火砖。氧化炉气体导入部分或设备衬里的材料有铝、镍、铬镍合金和不锈钢等。

南化集团氧化炉直径为3.6米,采用7张Pt-Rh网组成催化剂层,在0.35MPa压力下操作，NO氧化率可达98%。联合装置上部为氧化炉炉头,中部为过热器,下部为立式列管换热器。氨和空气混合气由氧化炉炉头顶部送入,经气体分布板、铝环和不锈钢环填充层,使气体均匀分布在铂网上,通过铂催化剂层进行氨的氧化,产生的大量反应热可将反应气热温度升到850℃,在过热器中将255℃干饱和蒸汽加热成为420℃，4.0MPa的过热蒸汽，反应气温度降至745℃,进入下部列管

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式换热器,与列管间的水进行换热产生饱和蒸汽,本身温度降至240℃,由换热器底部送出。

3.2.4 主要操作工艺参数

稀硝工段的核心是氧化炉，为保证氧化能达到较高的转化率，需控制好氧化炉的温度、压力及接触时间。

（一）温度

氨氧化生成NO虽在145℃时已开始,但到300～400℃时生成量仍旧很少,主要还是生成单质氮(N2)和水蒸气。要使NO产率达到97%～98%,反应温度必须不低于780℃。但反应温度过高,由于NO分解, NO产率不但不升高,还会有下降的可能,而且当反应温度高于920℃时,铂的损失将大大增加(主要是铂在高温下挥发加剧)。一般氨在双加压工艺下催化氧化温度控制在860℃。

（二）压力

从反应本身看,操作压力对于一氧化氮的产率没有太大影响,加压氧化(如在0.8～1.0MPa下操作)比常压氧化的氧化率还要低1%～2%,但铂催化剂的生产强度却因此而大为提高。例如常压下每公斤铂催化剂每昼夜只能氧化1.5吨氨,而在0.9MPa下可氧化10吨氨,同一设备生产能力可提高5～6倍。但压力过高,加剧了气体对铂网的冲击,铂网的机械损失(摩擦、碰撞后变成粉末)增大,因此一般采用0.35～0.45MPa。

（三）接触时间

混合气体通过铂催化剂层的时间称为接触时间。为保证氨的氧化率达到最大值,接触时间不能太长(即气流线速度太慢),因为这要降低设备的生产能力,而且氨容易分解成单质氮,使氧化率降低。接触时间也不能太短,太短氨来不及氧化就离开铂催化剂层,同样会使氧化率降低。生产实践证实,双加压工艺下接触时间以10-4s为宜。 3.3 浓硝工段 3.3.1 工艺原理

南化公司采用了间接法生产浓硝酸，所用的脱水剂为硝酸镁。

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图3.4 Mg(NO3)2-H2O系统的结晶曲线

硝酸镁是三斜晶系的无色晶体,变成水溶液后,随浓度的不同,可以形成多种结晶水合物,图3.4示出了Mg(NO3)2-H2O系统的结晶曲线。图中D点是临界溶解温度,即当硝酸镁溶液浓度为57.8%时,其结晶温度为90℃,此时析出结晶物为Mg(NO3)2·6H2O。F点为转熔点,即当硝酸镁溶液浓度为81.1%时,其结晶温度为130.9℃,此时Mg(NO3)2和Mg(NO3)2·2H2O结晶共同析出。因此在选择硝酸镁操作温度时,应该避开这些最高点,以免溶液结晶。当硝酸镁溶液浓度大于67.6%时,其结晶温度随溶液浓度增加而迅速上升,溶液浓度超过81%时,则结晶温度直线上升,在此浓度下操作极易造成管道堵塞。因此,硝酸镁浓度太稀脱水效果固然不好,太高则也难以操作,在实际生产中一般控制在64%～80%之间,即浓硝酸镁浓度不超过80%(一般为72%),加热器出口(即吸水后稀硝酸浓度)不低于64%。硝酸镁法浓缩原理如下:浓度为72%～74%的硝酸镁溶液加入稀硝酸中,便立即吸收稀硝酸中的水分,使硝酸浓度提高到68.4%以上,而硝酸镁由于吸收水分,浓度下降至65%左右,此时在硝酸和硝酸镁混合溶液的气相中HNO3浓度在80%以上,再将后者精馏即可得到成品浓硝酸。Mg(NO3)2-HNO3-H2O三元混合物沸腾时所产生的HNO3蒸气成分可由图3.5求得，从而确定浓缩硝酸所需的最低硝酸镁的用量。

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实际制得的水煤浆中必须控制最大粒度和最小粒度。粒度过大，会降低碳的转化率，也会造成输送过程的沉降，一般最大粒度限制在0.4～0.5mm以下。对最小粒度的控制应满足输送要求。

（二）氧煤比

所谓氧煤比，是指气化1kg干煤，在标准状态下所需氧气的立方米数，生产中氧煤比一般控制在0.68～0.71m3/kg。

（三）气化反应温度

气化温度选择的原则是保证液态排渣的前提下，尽可能维持较低的操作温度，生产中气化温度一般控制在1200～1500℃。

（四）气化压力

生产中控制的气话压力为9.8MPa。 3.5 空分工段 3.5.1 工艺原理

(一)空气的净化

空气中除氮、氧、氩及稀有气体外，还含有水蒸汽、二氧化碳及灰尘。灰尘能磨损压缩机，水蒸汽和二氧化碳在低温下会凝固成冰和干冰，堵塞管道与设备。所以空分前必须除去这些杂质。灰尘等机械杂质以过滤的方式除去，设备主要有惯性过滤器、脉冲袋式过滤器。空气中的水蒸汽和二氧化碳的脱除，主要采用吸附法，吸附剂采用分子筛和Al2O3。

（二）空气的液化

常温常压下，氧氮为气体物质，在标准大气压下氧被冷却到-183℃，氮被冷却到-196℃时，将被液化成液体。工业上深度冷冻一般是利用高压气体进行绝热膨胀来获得低温的。有对外不做功的等焓节流膨胀和对外做功的等熵膨胀。

1、节流膨胀

在绝热和对外不做功的条件下，高压流体通过节流阀膨胀到低压的过程称为节流膨胀。节流后气体温度降低，原因是由于节流后气体的压力降低，引起分子间的位能增加，而动能相应的减少。节流过程为不可逆过程，熵值增加。

2、等熵膨胀

等熵膨胀是压缩气体经过膨胀机在绝热条件下膨胀到低压，同时输出外功的

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过程。理想条件下，该过程为等熵过程。该过程为可逆过程。等熵膨胀的降温 效果比节流膨胀的降温效果好，但膨胀机的结构比节流阀复杂。

（三）空气的分离

空气经低温液化后，产生了气液两相平衡的氧氮混合物。利用精馏的原理即可将氧氮分离。空气的精馏是在双级精馏塔内进行，双级精馏塔由上塔和下塔，上下塔之间的冷凝蒸发器组成。下塔的作用是将空气进行初步分离，得到液体氮和富氧空气。上塔的作用是将空气进一步分离，得到纯氧和纯氮。 3.5.2 工艺流程

（一）过滤、压缩、预冷及纯化

原料工艺空气经吸入口吸入，进入自洁式空气过滤器，滤去尘埃和机械杂质，进入离心式空气压缩机进行压缩，压缩后的气体温度达109℃，压力为0.69MPa，随后进入空气预冷系统中的空气冷却塔，在其中被水冷却和洗涤，出塔时空气温度降为10℃。空气冷却塔采用循环冷却水和经水冷塔冷却并经冰机进一步冷却过的低温冷冻水冷却，空气冷却塔顶部设有惯性分离器及丝网分离器，以防止工艺空气中游离水份带出。

出空气预冷系统的工艺空气进入用来吸附除去水份、二氧化碳、碳氢化合物的空气纯化系统，纯化系统中的吸附器由两台卧式容器组成，两台吸附容器采用双层床结构，底部为活性氧化铝，上部为分子筛，当一台运行时，另一台则由来自冷箱中的污氮通过加热器加热后进行再生。

（二）空气精馏

出空气纯化系统的洁净工艺空气大部分进入冷箱内的主换热器，被返流出来的气体冷却，接近露点的空气经节流后进入下塔的底部，进行第一次分馏。在精馏塔中，上升气体与下流液体充分接触，传热传质后，上升气体中氮的浓度逐渐增加。在主冷凝蒸发器中，氮气冷凝，液氧气化。在下塔中产生的液空和液氮，经过冷器过冷，节流后进入上塔，作为上塔的回流液，在上塔内，经过再次精馏，得到产品氮气、产品氧气、液氧及污氮。

（三）冷量的制取

装置所需的大部分冷量由透平膨胀机提供。出空气纯化系统的其余部分洁净空气进入被透平膨胀机驱动的增压机，使其压力提高。然后经增压后冷却器冷

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却,进入冷箱内的主换热器，冷却至一定温度后进入透平膨胀机。这股膨胀空气在膨胀机中膨胀制冷后进入上塔，参与精馏。

（四）氩的提纯

氩的提取采用全精馏制氩的最新技术，为了制取氩，从分馏塔上塔下部的适当位置引出一股氩馏份气送入粗氩塔Ⅰ进行精馏，使氧的含量降低；粗氩塔Ⅰ的回流液体是由粗氩塔Ⅱ底部引出经液体泵输送来的液态粗氩。从粗氩塔Ⅰ顶部引出的气体进入粗氩塔Ⅱ并在其中进行深度氩氧分离，经过粗氩塔Ⅱ的精馏，在粗氩塔Ⅱ的顶部得到含氧量≤1PPm的粗氩气，粗氩塔Ⅱ的顶部装有冷凝蒸发器，以过冷器后引出的液空经节流后送入其中作为冷源，绝大部分的粗氩气经冷凝蒸发器冷凝后作为粗氩塔的回流液。其余部分由粗氩塔顶部引出（含氧量≤1PPm的粗氩）并送入精氩塔，精氩塔的底部装有一台蒸发器，以下塔底部引出的中压氮气作热源使液氩蒸发, 同时氮气被液化。在精氩塔的顶部装有冷凝器，以精氩蒸发器引出的液氮作为冷源，使绝大部分上升气体冷凝作为精氩塔的回流液，经过精氩塔的精馏, 在精氩塔底部得到的99.999％Ar精液氩，引出冷箱作为产品液氩。

3.5.3 主要设备介绍

（一）双级精馏塔

空气分离的主要设备之一的双级精馏塔，其结构如图3.10所示。下塔的作用是将空气进行初步分离，得到液体氮和富氧空气。上塔的作用是将空气进一步分离，得到纯氧和纯氮。为保证产品的纯度，在适当位置抽取污氮，实际上是抽氩，使氮的纯度提高。冷凝蒸发器的作用是联系上下塔的换热设备，为列管式换热器，管内与下塔相通，管间与上塔相通。在冷凝蒸发器中，管间的液氧吸收热量而蒸发，管内气体单释放热量而冷凝。

（二）板翅式换热器

板翅式换热器也称为可逆式换热器，是由隔板、波形翅片和封条三部分组成，在相邻两隔板直接放置翘片及封条组成一夹层。由于在低温下，碳钢变硬、变脆，失去抵抗冲击能力，而铜和铝却具有良好的机械强度和可塑性，因此空分装置中的低温设备一般用铜或铝

图3.10 双级精馏塔

的合金制成。为防止冷损失，空分段要将所有的设备和管道全部装在保温冷箱内，并填装保温材料，南化公司采用的保温材料为珠光砂。

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3.5.4 主要操作工艺参数

南化公司采用的空分装置处理量为228000Nm3/h的空气，该流程采用低压流程，即双级精馏塔塔顶操作压力为70kpa，塔底操作压力为500kpa。产品气规格为：

高压氮气：7.75MPa，含O2＜10mL/m3 高压氧气：10MPa，纯度≥99.5% 3.6 合成气净化工段 3.6.1 工艺原理

为脱除合成气中的碳和硫，净化工段分为三个单元：变换单元、低温甲醇洗单元和液氮洗单元。

（一）变换单元

一氧化碳的变换过程，既是原料气的净化过程，又是原料制氢过程的继续。变换反应可用下式表示：

CO + H2O(g) ═ CO2 + H2 +Q

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。变换反应是放热反应，反应热随温度升高而有所减少。对于合成氨生产过程来说，原料气中的CO是有害气体，必须通过各种净化工艺手段将它清除，要求经过变化单元后，变换气中CO含量在1.0～1.5％。

（二）低温甲醇洗单元

低温甲醇洗主要是除去合成气中的二氧化碳、硫化氢和有机硫。甲醇对二氧化碳的吸收能力大，温度越低，二氧化碳的溶解度越大。低温甲醇洗具有很高的净化度，可使总硫脱至0.4×10（体积分数）以下，使二氧化碳脱至10×10～20×10-6（体积分数）。

（三）液氮洗单元

从变换单元过来的合成气中含有约1.5%的CO，液氮洗主要是脱除这部分CO。液氮洗涤脱除合成气中的CO，是基于各组分的沸点不同这一特性进行的。由于CO的沸点比氮气高并能溶于液氨中，考虑到氮是合成氨的直接原料之一，因此

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可利用液氮洗涤少量的CO杂质。 3.6.2 工艺流程

（一）变换流程

变换流程图见附录图6。从气化工段过来的合成气，温度约为250℃，压力8.0MPa，首先经过一个旋风式分离器脱除其中的液体。从分离器顶部出来的合成气经过加热之后变为过热气体，温度为270℃，加热源为被回收一部分热量后的中温反应器出口气。过热的合成气进入中温变换反应器进行变换反应。反应后气体温度升至450℃，经过三次换热降温后，进入低温变换器，低温反应器的出口气温度约290℃，经冷却水降温进行气液分离后送到低温甲醇洗单元。

（二）低温甲醇洗流程

低温甲醇流程图见附录图7。被预冷至-15℃的变换气从甲醇洗涤塔底部进入，来自贫甲醇泵的贫甲醇经冷却后进入洗涤塔上段吸收CO2，H2S，使出塔顶的净化气体中CO2含量在10PPm以下，然后净化气直接送往液氮洗工段。 从甲醇洗涤塔上塔底盘引出的富CO2甲醇液经甲醇冷却器被从液氮洗工段送来的合成气冷却，再经氨冷被液氨冷却后，通过减压阀减压后送往循环气闪蒸槽，使得溶解的大部分H2闪蒸解吸出来。闪蒸汽进入循环气压缩机压缩后经水冷却后送入进料管，以回收利用H2。

CO2产品的膨胀解吸回收在CO2解析塔完成，出CO2解析塔顶的CO2产品气大部分收集起来出售，多余的部分经旁道并入H2S浓缩塔塔顶尾气管线后放空。CO2解析塔塔底出来的液体进入H2S浓缩塔中部。H2S浓缩塔也叫气提塔，主要目的是浓缩溶解在甲醇中的H2S，进一步解析甲醇液中的CO2。

从H2S浓缩塔底部进入甲醇再生塔的甲醇液在此塔再生，再生后的甲醇作为贫甲醇循环利用。富载H2S、COS和CO2的甲醇液被来自塔底再沸器蒸汽气提，使H2S、COS和CO2全部解析，再沸器用低压蒸汽加热向甲醇再生塔提供热量。

解析的气体离开甲醇再生塔塔顶首先进入甲醇再生塔回流冷却器被水冷却，冷下来的液体在回流槽中分离后经泵送入甲醇再生塔顶回流。气体进入H2S组分冷却器，再在H2S馏分分离器中分离，分离的液体送回H2S浓缩塔塔底，分离的气体富含H2S被送去处理。

从甲醇再生塔来的甲醇水混合物经泵打入甲醇蒸馏塔进行甲醇、水蒸馏分

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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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艺参数一旦控制错误就会发生爆炸。南化公司的气化炉曾经就发生过爆炸。所以这也要求我们在以后的工作中要有扎实的理论基础，在遇到问题时能够迅速作出分析、判断，找到问题根源。其次也要求我们要有熟练的操作技能，在遇到问题时能迅速作出反应、果断行动，以减小损害。

氨合成空分工段是整个工厂最干净的地方了，而且由于技术的成熟，整个装置的自动化控制程度也相当高。我们知道空分过程采用了深冷技术，在这种深冷条件下，保冷成了关键。尽管现场设备及管道都包裹了保冷材料，但在现场我们还是看到好多地方结着白白的冰霜，这造成了大量的能量浪费，尤其是夏天，这种热量损失是不容小视的，所以还是强烈建议该工段能进一步加强管道保冷的措施。

氨合成净化工段。整个工段比较复杂，也是氨合成中最危险最辛苦的工段。工作人员耐心的讲解让我深刻体会到了作为化工人的敬业及吃苦耐劳的精神。

氨合成最后一个工段是合成工段。合成工段最多的设备要数换热器了，这么多的换热器组成了一个换热网络。我们知道化学工业是耗能大户，所以说在化学工业生产过程中，能量的回收及再利用有着极其重要的作用。这种换热网络不仅是为了改变物流温度使其满足工艺要求，而且也是为了回收过程余热，减少公用工程消耗。在这些生产装置中，常常是一些物流需要加热，而另一些物流则需要冷却。将这些物流合理的匹配在一起，充分利用热物流去加热冷物流，提高系统的热回收能力，尽可能减少蒸汽和冷却水等辅助加热和冷却用的公用工程耗量，可以提高系统的能量利用率和经济性，做到最佳优化。

南化的规模之大，辛苦可见，希望在南化工作及未来有意从业于南化的人员，都能工作开心，为中国之化工之事业奉献自己无私的力量。

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6 实习心得与体会

赴中国石化集团南京化学工业有限公司进行的为期两周的实习及仿真模拟实习活动圆满结束。

2月13日启程赴实习目的地实习，认知实习得到了中国石化集团南京化学工业有限公司领导和工程技术人员的大力支持。认知实习内容以煤为原料生产合成氨及硝酸工艺，包括造气、半水煤气净化、合成氨和硝酸生产工艺等。在每个工作车间，技术人员都为实习学生进行了详细讲解，让同学们对现代化工生产全过程有了直观、全面的了解。通过对典型化工生产工段的认知实习，使同学们对化工行业的生产流程、生产工艺等有了初步的感性认识。中国石化集团南京化学工 业有限公司是大型国企，生产装置先进、技术力量雄厚、管理要求 高，学生实习收获较大。

化工工艺对本次化工实习非常重视，在出发之前召开的动员大会上，系副主任周权对实习人员提出要求，要注意安全，包括去实习的途中及进入厂区，全体人员要一切行动听指挥，服从领导，避免出现不必要的安全事故。要文明实习，要严格遵守实习单位的规章制度，举止文明，不无故缺勤。要理论联系实际，将课堂学到的专业知识与现代化工生产实践结合起来，学以致用。谦虚好学，积极 主动，实习过程中，多向工程技术人员交流，掌握现代化工生产技术与管理理念。 南化的见闻告诉我们，我们在实验室追求的哪些东西都是次要的，甚至是危险的，我们忽略了最应该学的两样东西：实事求是和责任心。产品产率是次要的，重要的是要在实验的过程中形成科学的态度。在实际生产中，人的工作被机器仪表高度替代，员工只需按章操作，定时检测，要的就是责任心和实事求是的态度。 如何平衡理论与实际的关系？我们在参观了南化之后，都有一个同感：书上教的与实际情况相差甚远！很多同学开始质疑我们花那么多时间学习理论课的意义了，一个初中生在工作几年之后同样可以把流程搞得很熟，我们本科专业毕业后，也得从零学起。可是，我们要弄清楚一点：由专业理论到实践，只是时间的问题；由实践上升到理论却是质的变化，我们拥有的是可持续能力，他们却是生搬硬套。 现实需要考虑的问题和因素，要比书上理想状态多得多，我们要有理论联系实际的意识，做到学以致用！

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