化肥生产工艺流程

第十五章化肥生产采用化学方法生产的含有氮、磷、钾等元素的肥料统称为化肥。主要的产品有氮肥、磷肥和钾肥。此外还有含有多种成分的复合肥料、混合肥料及微量肥料等。化肥生产，尤其是氮肥生产是一个复杂的连续化的工艺生产过程，需要在密闭的系统内，在高温、高压的条件下进行。其设备、管道繁多；原料、中间产品、成品多具有易燃、易爆性质，有的还具有腐蚀性和毒性。因此，化肥生产及其储运工作必须注意安全防火。第一节氮肥生产在各类化肥中，氮肥产量居第一位，氮肥工厂星罗棋布，多数县、市都有氮肥厂。氮肥生产火灾爆炸危险性也最大。氮肥生产就是将空气中游离态氮转变成化合态氮的过程，所以也常成为“氮的固定”。一、氮肥生产流程氮肥生产流程可概括为以下四个步骤：（1）造气—将原料制备成主要含有氢、氮气体的原料气。（2）精制—将原料气中氢、氮以外的杂质去除，使原料气得到精纯。（3）压缩与合成—将较为纯净的氮、氢比例为1：3的氮氢混合气体压缩到高压状态，在催化剂和高温的作用下合成为氨。（4）氨加工—将氨经进一步加工得氮肥。前三步常称为氨的合成。经进一步加工制得的成品如硝酸铵、尿素等都是化肥。从安全防火考虑，氮肥生产中以硝酸铵的生产过程最为典型，其他种类氮肥的火灾危险性及防火要求可以参照。以固体、液体燃料为原料制造硝酸铵的工艺流程如图所示。氮肥的生产总流程如表所示。氮肥生产总流程：脱硫原料准备变换造气水洗氨的合成精制铜洗压缩碱洗氮肥生产合成甲烷化氨水氨的加工硝酸铵尿素氨合成的工艺流程图：空气水蒸汽硫或硫化物水蒸汽固体原料或液体原料造气半水煤气脱硫半水煤压缩一二三段变换变换气变脱精脱脱碳甲烷化压缩四五六段合成氨硝酸铵的生产工艺流程图如下：氨气氧化稀硝酸中和硝酸铵液后处理成品空气水二、原料准备现在，氮肥生产多采用天然气、炼厂气、焦炉气、重油和煤和焦碳等气体、液体和固体原料。(一)固体原料主要有块状焦炭、无烟煤和其他物质制成的煤球等。这类原料虽属于丙类火灾危险性，但在运输、粉碎、筛分等过程中极易产生粉尘、四处飞扬。当空气中的粉尘浓度达到200~300g/m3时，遇明火、猛烈摩擦或雷击等因素，很容易引起爆炸和燃烧，而且爆炸强度很高。因此，要防止粉尘的积存和飞扬。运输和处理固体原料的设备应尽可能做到密闭。处理固体燃料的厂房要设排风除尘设备和水喷装置，以利除尘和增加空气中的湿度。要加强生产管理，做到每班清除积尘。厂房应为一、二级耐火等级的建筑。在使用粉煤气化造气的工厂，因储煤与煤气发生炉相通，煤斗内需通入压力大于发生炉内压力的氮气进行保护。若氮气压力不足或供应中断，发生炉内的高温煤气或明火会进入储煤斗，使储煤斗内着火，甚至爆炸。故应分别设置压力指示仪表和储煤斗内压力下降报警装置，以及使发生炉自动放空以降低炉内压力的连锁装置，以保证煤气不进入储煤斗。（二）本节消防要求厂房应为一、二级耐火等级的建筑，采用外开式门窗，房顶必须设置一定数量的天窗，便于气体流通和有毒气体泄露。如储煤斗内着火，应先加大氮气量，再通过水蒸汽灭火，但不可用灌水方法扑救，以防水流入煤气发生炉，引起爆炸事故。储煤斗上还应装防爆膜，以防止爆炸。储存固体燃料的露天或半露天堆场，应设在水源充足的地方，并设消防设施，固体燃料，尤其是煤极易在夏季发生自燃现象，所以要在日常管理中注意通风降温，以防自燃。在输煤过程中为了降低粉尘飞扬应适当给予加水喷淋增湿，以保证作业现场符合职业卫生和煤尘爆炸。本工序应设置一定数量的消防栓和消防带，配备一定数量的灭火器材和防护器材。在输煤楼料仓上口处应设置可燃气体、有毒气体自动报警装置。三、造气造气是把煤、焦炭、重油、天然气等含碳燃料在煤气发生炉中进行加工，于高温下与空气和水蒸汽进行气化反应，制得供合成氨用的原料气—半水煤气。半水煤气主要成分有一氧化碳、氢、氮、二氧化碳及甲烷等气体。因为这种煤气中含有较多的合成氨用的氮气，故成为“半水煤气”。造气生产属于甲类火灾危险性生产。造气生产的主要设备——煤气发生炉和废热锅炉属于有明火和赤热表面的设备。按有关规定，煤气发生炉与其他燃料或煤气设备的防火间距不受限制，但气体燃料的缓冲储罐则应远离煤气设备和管道。设备、管道应该密闭，不能发生煤气或液体、气体燃料的跑、冒、滴、漏。万一煤气发生炉有煤气泄漏，因为煤气本身的高温，喷出的就是火焰，这是稳定燃烧，这时应首先以水冷却火焰可能危及的设备或建筑物，然后才能采取可靠措施，在灭火的同时，堵塞泄漏点。否则，漏出的可燃煤气与空气混合将会因明火或赤热表面而发生爆炸。（一）、以焦炭制取半水煤气以焦炭或煤球作原料制取半水煤气，通常采用固定层法。煤气发生炉内焦炭层相对静止，不发生像沸腾炉那样的沸腾燃烧现象。这种发生炉的制气是间断进行的。其工艺流程如图所示。焦炭煤气发生炉半水煤气降温除尘气柜储存脱硫工序空气空气与水蒸汽1、气化焦炭在发生炉内交替进行燃烧升温与气化制气两个反应，当通入空气时，焦炭燃烧，炭层温度提高至1000~2000℃（燃烧气体放空）。当向炉内通入水蒸汽与空气的混合气体时，高温炭层即进行气化反应，制得半水煤气，为了安全、稳定的生产，半水煤气的生产过程是将燃烧升温与制气过程不断交替进行的，即由吹风、上吹制气、下吹制气，二次上吹制气和空气吹净等五个工序组成一个制气循环，进行间歇式的生产。（1）发生炉中最危险的燃烧爆炸因素，是煤气“透氧”，即半水煤气中含氧量超过0.5%。由于半水煤气的爆炸上限高达69.4%，因此进入少量氧极易达到爆炸极限。这样，在发生炉内，或者到了后续生产设备内，尤其在电除尘器、煤气鼓风机等易发生火花的设备内，极易发生爆炸。造成“透氧”的原因及预防措施为：①发生炉开车的初始阶段，炉温较低，气化反应不完全，过多的残余空气混入煤气中造成“透氧”。故应适当延长吹风时间，勿使这部分煤气进入煤气系统。待炉温正常后才能输入系统。②阀门关闭不严或渗漏，空气漏进煤气系统中。应加强检查，发现阀门漏气须及时停车、更换。③发生炉内燃料层过薄，产生空洞或结块，使吹入的空气—水蒸汽混合气中的空气反应不完全而混入煤气系统，可以通过补充燃料或清理燃料层加以解决。为及时发现“透氧”，在发生炉出口的煤气系统上应设有测定煤气中氧含量的自动分析仪和“透氧”报警仪。同时，还要有“透氧”报警与发生炉煤气自动放空的连锁装置以及时解除“透氧”威胁。（2）发生炉工作时，炉内各部位都有交替通过煤气和空气的机会，必须合理安排工作循环和吹入气体的顺序。例如，下吹制气阶段吹混合气体时要求先吹蒸汽，后吹空气；结束时则先停空气，后停蒸汽。如果先通空气，就会与上一制气阶段的煤气相混，极易发生爆炸；若后停空气则会与下阶段产生的煤气相遇，同样极易发生爆炸。工作循环一般都采用自动控制，如果自动控制失灵或切换阀发生故障，以致吹入气体顺序异常，或者由于水蒸汽中断，均易造成爆炸危险。万一出现上述情况时应立即将制气循环转入吹气放空阶段，同时打开炉下的保安蒸汽，将炉底、灰斗等容易积存煤气的部位吹净，以防爆炸，然后进行其他处理。（3）空气鼓风机的管道上应有放空管，大小安全挡板和防爆膜片等安全装置。正确设计防爆膜片的安装位置是至关重要的。它不能朝向经常有人停留或通过的部位，以免爆破时伤人。大挡板与小挡板的启闭方向相反，向发生炉通气时，大挡板和切断阀开，小挡板关闭。停止通气时，则相反，使空气放空以防止空气漏入发生炉。如因停电等故障，造成鼓风机停转，发生炉煤气返回空气管道而爆炸时，防爆片即爆破，以保护设备。如果鼓风机内风压足够时，最好在空气管道上设止逆水封，使煤气不能返回空气系统。2、降温和除尘半水煤气经废热锅炉回收热量降温后，经洗气箱、除尘器、洗涤塔、电除尘器等设备进行除尘，并使煤气降至室温。（1）在废热锅炉、除尘器等高温设备之后，应设大的止逆水封，以防止煤气返回。水封箱内的水应保持溢流状态。如遇断水便失去水封作用，发生炉应立即停车，待供水恢复后，再重新开车。（2）止逆水封和后部洗涤塔排水，都应设溢流水封，既可防止出水时夹带煤气进入下水道，又可以方便观察水的溢流状况。（3）下水道应设排气管等通风装置，以排除进入下水道内的煤气，防止发生“地沟爆炸”。如遇下水道煤气着火，应尽快用水蒸汽或氮气扑灭，以防蔓延。同时找出煤气泄露点，及时堵塞。造气工序的工业下水道应在进入全厂性干、支管之前设水封高度不小于250mm的水封井。（4）用电除尘器净化煤气时（电除尘器是利用高压电场扑集粉尘的设备），应特别注意严防煤气中的含氧量，即煤气“透氧”。3、储存生产的半水煤气最后送往气柜储存，或经煤气鼓风机送往脱硫工序。一般都使用湿式（钟罩型）气柜储存半水煤气，以使进入下一工序压缩时工作稳定，并平衡全厂的生产。（1）半水煤气的气柜较大，一般为数km3。这是全厂的重点防火部位，它与厂内其他建筑物、明火点等的防火间距、应执行《建筑设计防火规范》的规定。（2）气柜区域内（30m范围内）动火时，必须有安全施工方案，并经过审批，采取严格措施后方可进行。（3）气柜的焊缝较多，又容易因腐蚀而发生漏气，因此，气柜投用前要进行严格测试，对其放空信号指示及连锁等装置也要进行可靠性实验。各项指标均达到设计要求时，方可投用。因为气柜一经投用后，再要停用检修则比较困难。（4）半水煤气气柜投用前要用氮气进行置换，执行“三升三降”的操作要求。即用鼓风机向气柜充气，应将气柜钟罩升起达到最高限度，气柜放空，钟罩落下，为“一升一降”，如此反复操作三次，其目的是使气柜内原有的空气可能被氮气置换。第三次放空时，分析放空气体内的氧含量小于2%时，方为置换合格，若达不到要求，应再用氮气进行“升降”，直至合格为止。因为气柜容积大，且气体处于相对静止状态，置换切不可马虎从事，遗留后患。（5）在气柜的运行中，应注意气柜钟罩的高度。遇到大风天气，若气柜钟罩上升过高，易发生偏斜、造成大量煤气泄漏。此时，应及时打开放空管，降低钟罩高度，使钟罩复位。但应注意，若遇雷雨天不应打开煤气放空，以防雷击起火。只能采用停止进气、向外送气的方法，而使钟罩下降。气柜高度若过低，危险性更大。因为气柜内煤气继续输出，会因造成负压而吸入空气，形成爆炸性混合气体，若被吸入压缩机，即会发生猛烈爆炸。因此，气柜应装有钟罩高度指示仪（或气柜容量指示仪）及气柜高限和低限报警仪。同时，还需要安装气柜低限与压缩机的自动停车连锁装置。（6）湿式气柜应保持水封槽内水的溢流状态。冬天则应注意防止结冰，必要时可通过蒸汽对水进行加温。煤气鼓风机是要害部位，如由于叶轮摩擦，撞击发生火花，或鼓风机转轴密封性能差而导致漏气时非常危险。因此，在使用鼓风机将半水煤气送入脱硫工段时，鼓风机叶轮必须用有色金属制造。鼓风机房应加强通风排气，以及时排除轴封等处漏出的煤气。鼓风机厂房应设置煤气报警器，其报警信号值应设在不大于煤气爆炸下限的1/4位置。鼓风机的厂房建筑耐火等级应为一、二级，并采用轻质屋面。厂房的泄露面积宜大于0.1m2/m3。厂房如采用型钢承重结构时，其结构应做耐火保护。厂房的电器、仪表等都应达到1（Q—2）级防爆要求。4、开车、停车与检修在实际生产中，应经常清理灰斗或鼓风箱，停车后打开炉上盖时，如无氮气置换，也会造成空气进入而发生爆炸。所以还需注意：（1）煤气系统停车后和开车前必须用氮气进行彻底置换，使系统中可燃气体浓度低于0.5%；开车前需使系统内含氧量小于0.5%，以防止煤气进入后形成爆炸性混合气体。（2）若为整个造气工序检修，则应在停车后以氮气对整个煤气系统进行彻底置换，直到放空气体中可燃气体含量小于0.5%，造气工序与原料供给部分和下道工序以盲板或水封彻底隔离、切断，方能进行动火。若为个别设备或管道检修，则必须在用盲板将检修部分与非检修部分彻底隔绝后（绝对禁止用阀门来隔断），并用氮气将检修部分置换合格后，才能进行检修。但这时若其他部分仍在生产，动火应按“特殊危险动火处理”。如果长期停用或检修期间长，还应注意所采用的盲板应比常用的适当加厚，以防其受腐蚀穿孔而发生煤气渗漏危险。由于焦炭造气操作的压力较低（约0.01~0.02MPa），设备和管道的材质要求不高，密封结构的质量不佳等原因，很容易出现跑、冒、滴