【正文】 溶液中迅速逸出，降低還原作用，同時(shí)會使氨和醋酸的消耗增加，并引起副反應(yīng)的發(fā)生，導(dǎo)致銅化合物沉淀。吸收了再生器中 80%左右的氨，并回收大部分熱量，銅液溫度預(yù)熱到 60℃ 左右，銅液由回流塔出來從下加熱器的底部進(jìn)入列管內(nèi)，被管間的熱銅液間接加熱，沿升列管向上 ，進(jìn)入中間還原器再進(jìn)入上加熱器繼續(xù)用蒸汽在列管外加熱后進(jìn)入再生器，進(jìn)過再生后的銅液由再生器下側(cè)出來，進(jìn)入化銅桶，然后進(jìn)入下加熱器，與回流塔下來的銅液逆流換熱后，進(jìn)入氨反應(yīng)罐，補(bǔ)充氣氨，然后部分進(jìn)入銅液過濾器濾出銅液中的油垢和沉淀物，再經(jīng)過氨冷氣降溫進(jìn)入銅液緩沖罐，通過銅液泵加壓后進(jìn)入銅洗塔循環(huán)使用 [12]。但氨含量也不能過高，否則在再生時(shí)，氨的損失較大。 粉劑加水稀釋后沿有不少殘?jiān)?，不能溶解，可棄去? 本設(shè)計(jì)采用的精制方法 由于銅洗法技術(shù)成熟，便于操作，為國內(nèi)中小合成氨廠得主要操作方法，同時(shí)考慮到年產(chǎn)量 12萬噸得要求，本設(shè)計(jì)采用銅洗法對原料氣進(jìn)行進(jìn)一步精制。 一般采用溶液吸收法脫除 CO2。 3 合成氨的概述 氨的性質(zhì) 氨的物理性質(zhì) 氨氣的主要物理性質(zhì)見下表 表 31 氨氣的主要物理性質(zhì) 中文名 氨氣 英文名 ammonia 分子式 NH3 相對分子量 沸點(diǎn)（ ℃ ） 飽和蒸氣壓（ kPa） （ ℃ ） 熔點(diǎn)（ ℃ ） 相對密度 （水 =1） 燃燒性 助燃 溶解度 g/100 mL 溶解性 極易溶于水 危險(xiǎn)特性 腐蝕性 爆炸極限 %28% 偶極距 外觀及性狀 通常情況下是有刺激性氣味的無色氣體 主要用途 做制 冷劑及制作化肥 氨的化學(xué)性質(zhì) NH3 遇 HCl氣體或濃鹽酸有白煙產(chǎn)生，可與氯氣反應(yīng)。蒸汽轉(zhuǎn)化工藝過程適于轉(zhuǎn)化從天然氣到輕油范圍內(nèi)的烴類。 2 合成氨的生產(chǎn)工藝及主 要方法 進(jìn)行了相關(guān)的物料衡算和熱量衡算，確定了工藝過程中的消耗定額，并計(jì)算了主要設(shè)備 —銅洗塔的塔徑、塔高等相關(guān)參數(shù)。 III 1 前言 29 參考文獻(xiàn) ： 上個(gè)世紀(jì)三十年代中期 ， 已發(fā)展了用烴的催化劑和非催化轉(zhuǎn)化法制氫?，F(xiàn)在已提出以天然氣為原料的節(jié)能型合成氨新流程多種，每噸液氨的設(shè)計(jì)能耗可降低到約 。 脫硫脫碳過程 各種原料制取的粗原料氣，都含有一些硫和碳的氧化物，為了防止合成氨生產(chǎn)過程催化劑的中毒，必須在氨合成工序前加以脫除，以天然氣為原料的蒸汽轉(zhuǎn)化法，第一道工序是脫硫，用以保護(hù)轉(zhuǎn)化催化劑，以重油和煤為原料的部分氧化法，根據(jù)一氧化碳變換是否采用耐硫的催化劑而確定脫硫的位置。氨合成反應(yīng)式如下 [11]： N2+3H2→2NH3(g)=4 合成氨精制工段方法的選擇 原料氣精制的主要方法 原料氣經(jīng)一氧化碳變換和二氧化碳脫除后，尚含有少量一氧化碳和二氧化碳，在送往氨合成系統(tǒng)前，為使它們總的含量少于 10ppm，必須進(jìn)一步加以脫除。由于銅液中有游離氨，所以據(jù)偶吸收 CO2和 H2S 的能力。因此當(dāng)總銅含量在 ~，實(shí)際生產(chǎn)中銅比應(yīng)控制在 5~7。碳化后的原料氣，除H N2 和 CH4 外，還含有 3%左右的 CO、 %～ %的 O2 和微量的 H2S 等有害氣體，這些氣體如不徹底清除，就會使氨合成催化劑中毒。然后進(jìn)入水冷器。若加 氨 量不足，會使銅液的吸收能力減弱。（標(biāo)） 解吸氣的物質(zhì)的量為： km m ??? VV 解吸氣的平均相對分子質(zhì)量為 : k m o l/ ????????????? YMM解吸氣的質(zhì)量為： m=nM=? = 銅洗塔來的冷銅液 在回流塔中，一方面被預(yù)熱，另一方面吸收有再生器來的 H2O、 NH和 CO2，故不會有這三種氣體從銅液中解吸。35= 式中 ——?dú)怏w在 35℃ 時(shí)的恒壓平均熱熔， kJ/（ kmol 水蒸氣帶入熱： Q3=mI=VMI/Vm 18 =18247。 干氣體解吸熱 Q5=nQ 解吸熱 =V247。52754 = Q (CO2) =247。VmQ 溶解熱 =247。VL=1183? = 原料氣： VV =3000=45454 m3/h WV=n/m179。 精制工段車間平面布置必須適合全廠總平面布置的要求，必須從生產(chǎn)需要出發(fā)，最大限度地滿足生產(chǎn)以及設(shè)備維修的要求。對于上述安全裝置必須加強(qiáng)維護(hù)，保證靈敏好用 。做到器具齊全、安全可靠、文明檢修。因此，設(shè)計(jì)中每隔一定的填料高度，需要設(shè)置液體再分布裝置，即將填料層分段。) 所選銅液粘度 μ= 冷損失取負(fù)荷的 5%，則 Q 損 =（ ） 5%= Q 出 = Q3+ Q4+ Q 損 =113568+ =113568+ Q 入 =Q 出 +=113568+ 得 W= Q 入 =， Q 出 = 忽略計(jì)算誤差，氨冷器總能量守恒。 熱水帶出熱： 設(shè)熱水溫度為 85℃ ，則熱水帶出熱為： Q7= 熱損取 入 熱的 2%，則 Q 損 =Q 入 =（ +） =+ Q 出 = Q3+ Q4+ Q5+ Q6+ Q7+ Q 損 =++++++ =1495629+ Q 入 =Q 出 +=1495629+ 所以， W= Q 入 =， Q 出 = 忽略計(jì)算誤差，上加熱器總能量守恒。 熱損 按入熱的 1%計(jì)算 Q 損 == Q 出 = Q3 +Q4 +Q 損 =++ =1404778kJ 忽略計(jì)算誤差，下加熱器總熱量守恒。35 = 式中， ——干再生氣在 35℃ 時(shí)的恒壓平均熱熔， kJ/（ kmol 干氣帶入熱 Q2=減壓后解吸的干燥氣體帶入熱 +再生器進(jìn)入回流塔的干燥氣體帶入熱 =bbpmbaama p TCVVTCVV ? = ?????? = 式中， ——銅液解吸氣在 ℃ 時(shí)的恒壓平均熱熔， kJ/（ kmol 加熱器和再生器物料衡算 16 進(jìn)料 出料 物質(zhì) 體積（ m3） 質(zhì)量 kg 物質(zhì) 體積（ m3） 質(zhì)量 kg 進(jìn)再生器的銅液量 出再生器的銅液量 出再生器的解吸氣量 合計(jì) 其中，出 再生器銅液量計(jì)算如下： 出再生器銅液量 =進(jìn)銅洗塔銅液量 補(bǔ)充水量 == 結(jié)論：忽略計(jì)算誤差，上加熱器和再生器的總物料平衡 水冷器和氨冷器物料衡算 水冷器的物料衡算 進(jìn)料 出料 物質(zhì) 體積（ m3） 質(zhì)量 kg 物質(zhì) 體積（ m3） 質(zhì)量 kg 銅液量 銅液量 補(bǔ)充氨量 合計(jì) 氨冷器的物料衡算 進(jìn)料 出料 物質(zhì) 體積（ m3） 質(zhì)量 kg 物質(zhì) 體積（ m3） 質(zhì)量 kg 銅液量 銅液量 3549 補(bǔ)充水量 合計(jì) 3549 3549 結(jié)論：結(jié)果證明，水冷器和氨冷器總物料平衡。（標(biāo)） O2 ? 50%= m179。 3 再生時(shí)間 再生時(shí)間愈長，對 CO 和 CO2 解吸愈完全，再 生后銅液的吸收能力愈強(qiáng)。然后再經(jīng)上加熱器至 72～ 75℃ 進(jìn)入再生器。要求再 生后的銅液中 CO5mol/L，CO2。所以，總銅含量增加，對吸收有利。如將銅液置于空氣中，則低價(jià)銅離子易被空氣中的氧氣氧化為高價(jià)銅離子。甲烷化法可以將氣體中碳的氧化物 (CO+CO2)含量 脫除到 10cm3/m3 以下，但是需要消耗有效成分 H2，并且增加了惰性氣體 CH4 的含量。合成氨需要的兩種組分是 H2 和 N2，因此需要除去合成氣中的 CO。 合成氨發(fā)展前景 原料路線的變化方向。當(dāng)焦炭因吸熱反應(yīng)被充分冷 卻時(shí)，即停止通蒸汽而改通空氣。 27 設(shè)備的布置原則 1 3 合成氨的概述 經(jīng) CO變換和脫硫脫碳后的原料氣中尚含有少量殘余的 CO和 CO2，它們會毒害氨合成催化劑。 II 外文 頁 8 物料衡算 27 7 設(shè)備布置和成本估算 氨主要用于農(nóng)業(yè)，合成氨是氨肥工業(yè)的基礎(chǔ)，氨本身也是重要的氨素肥料，其他氨素肥料也大多是合成氨、再加工成尿素或各種氨鹽肥料，這部分約占 70%，稱之為 “化肥氨 ”；同時(shí)氨也是重要的無機(jī)化學(xué)和有機(jī)化學(xué)工業(yè)基礎(chǔ)原料，用于生產(chǎn)銨、胺、染料、炸藥、制藥、合成纖維、合成樹脂的原料，這部分約占 30%的比例，稱之為 “ 工業(yè)氨 ” 。 合成氨的現(xiàn)狀 德國化學(xué)家哈伯 1909 年提出了工業(yè)氨合成方法，即 “ 循環(huán)法 ” ，這是目前工業(yè)普遍采用的，也被稱作直接合成法。對于固體原料煤和焦炭，通常采用氣化的方法制取合成氣；渣油可采用非催化部分氧化的方法獲得合成氣；對氣態(tài)烴類和石腦油 ，工業(yè)中利用二段蒸汽轉(zhuǎn)化法制取合成氣。 氣體精制過程 目前在工業(yè)生產(chǎn)中，凈化方法主要分為深冷分離法和甲烷化法 [9]。 銅在銅液中分別以低價(jià)銅離子 (以 Cu+表示 )和高價(jià)銅離子 (以 Cu2+表示 )兩種形態(tài)存在。 銅液成分的選擇 總銅與銅比 在銅比一定時(shí)，若銅液中總銅含量增加，低價(jià)銅和高價(jià)銅均增加。一般銅液中 HAc含量超過總銅含量的 10%~15%較為合適，為 ~， 但 有些工廠提高到 mol/L。在回流塔內(nèi)與再生器 逸出的氣體逆流接觸，吸收其中大部分氨和熱量，溫度升至 50℃ 左右，解析出所吸收的大部分 CO 和 CO2，從回流塔出來的再生7 氣中，含 CO 約 80%，經(jīng)氨吸收塔回收所帶氨后，制成稀氨水送碳化工段使用。但再生壓力過低，會使 CO過早解吸，對高價(jià)銅的還原能力減弱，銅比不易升高，反而降低銅液的吸收能力。 根據(jù)安托寧公式： 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 H2O =179。 Q 出 = Q5+ Q4=+= Q 出 ≈Q 入 結(jié)論 : 忽略計(jì)算誤差，銅洗塔部分能量守恒。℃ ）?！?）。 水蒸氣帶出熱： Q6= nCpT= V247。 液氨帶入熱： 22 設(shè)液氨進(jìn)氨冷器的溫度為 30℃ ，液氮用量為 W kg。 WV=WL= kg/h 則 (WL/WV)(ρV/ρL)=()() = 采用填料： 5050 聚丙烯 (塑料 )鮑爾環(huán)。 查表聚丙烯臨界表面張力值為 33 dyn/cm； 鮑爾環(huán)的填料形狀系數(shù)為 。 合成氨安全生產(chǎn)的重要性 合成氨的生產(chǎn)過程具有很大的危險(xiǎn)性，為確保職工的安全與健康，防止各類事故的發(fā)生，保證生產(chǎn)裝置的連續(xù)、正常地運(yùn)轉(zhuǎn)，不斷提高工廠的經(jīng)濟(jì)效益，就必須加強(qiáng)安全生產(chǎn)。工業(yè)生產(chǎn)中形成的 “三廢 ”，如果未經(jīng)處理或處理不當(dāng)就大量排放到環(huán)境中去會造成污染。 本工段設(shè)計(jì)設(shè)備布置規(guī)劃 本工段中設(shè)備 較多且銅洗塔為高大設(shè)備，采取露天框架結(jié)構(gòu)的布置原則，所有設(shè)備整齊、緊湊地布置在框架，分別是銅洗塔、再生器、回流塔、水冷器、氨冷氣、上加熱器、下加熱器等。h)； ??LG ?? 、 氣體、液體的黏度， kg/(m） M （ kg/mol） V (m179?！?）。 70129——CO2 解吸熱， kJ/kmol。 Q 出 = Q1 +Q2+ Q3+ Q4+ Q5 =+++ = 19 Q 入 =Q 出 由計(jì)算可知，回流塔的總熱量守恒。VmQ 溶解熱 =247。 70129——CO2 吸收熱 kJ/kmol。（標(biāo)） O2 = m179。但空氣中氮約占 79%，由于空氣的加入，使再生氣中 CO 含量降低，減少了回收價(jià)值，并相應(yīng)提高再生壓力。 影響銅液再生的因素 1 溫度 銅液再生的程度主要取決于溫度。 氣體部分 由壓縮機(jī)加壓至 的原料氣經(jīng)六段 油分分離油水后，進(jìn)入銅洗塔底部與塔頂噴淋下來的銅液逆流接觸，是氣體中的一氧化碳、二氧化碳、硫化氫等被銅液吸收，銅洗后的精煉氣，由塔頂導(dǎo)出，進(jìn)入銅液分離器