年產(chǎn)5萬噸合成氨裝置精煉工段畢業(yè)設(shè)計論文(編輯修改稿)
2024-08-11 21:54 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 中吸收的 CO 、 CO H2S 在減壓加熱的條件下解吸出來；二是使銅液中被氧化所生成的高價銅還原成低價銅，調(diào)節(jié)銅比。 此外還要適當補充銅液在整個過程中所消耗的氨、銅、 HAc 和水。 8 銅液在減壓加熱的條件下首先解吸出所吸收的 CO 、 CO H2 氣體，其反應(yīng)是吸收過程的逆過程。反應(yīng)式如下： Cu(NH3)3AcCO → Cu(NH3)2Ac + CO↑ + NH3↑－ Q (NH3)2CO3 → 2NH3↑ + CO2↑ + H2O － Q NH3HCO3 → NH3↑ + CO2↑ + H2O － Q (NH3)2S → 2NH3↑ + H2S － Q 解吸反應(yīng)是吸熱和體積增加的反應(yīng)，因此，升高溫度，降低壓力對解吸反應(yīng)有利。 再生過程中，還有高價銅還原成低價銅的還原反應(yīng)，是依靠 CO 的還原作用。反應(yīng)如下： Cu(NH3) 2+ + CO + H2O → 2Cu + CO2↑ + 2NH4+ + 2NH3↑－ Q 生成的金屬很活潑，在高價銅存在的條件下再被氧化成低價銅： Cu + Cu2+ = 2Cu+ － Q 同時，高價銅也可以直接被 CO 還原： 2Cu(NH3) 42+ + CO + H2O → 2Cu(NH3) 2+ + CO2↑ + 2NH4+ － Q 由此可見銅比的提高主要是 CO 的作用，如果銅液中的 CO 少，還原作用弱，銅比難以提 高，所以要保證再生過程中的還原反應(yīng)，才能維持正常的生產(chǎn)銅比。 四、銅洗操作和銅液再生工藝條件的選擇 （一）銅洗部分 ① 總銅：銅比一定，總銅的含量增加，低價銅離子增加，能提高銅液吸收CO 的能力。但是，總銅含量取決于銅在銅液中的溶解度，總銅過高，銅液的粘度增大，阻力增加，增加動力消耗，又容易發(fā)生帶液現(xiàn)象。一般銅液的含量控制在 ~。本工藝選擇的總銅是 。 ② 銅比：總銅一定，提高銅比，即提高低價銅的含量，可以提高銅液吸收CO 的能力。但銅比過高，會出 現(xiàn)金屬銅沉淀： 2Cu+ = Cu2+ + Cu↓ 9 這樣不僅使溶液中總銅含量下降，降低吸收能力，還會堵塞設(shè)備和管道，影響生產(chǎn)。因此實際的銅比應(yīng)控制在 5~7。 本工藝選擇的銅比是 。 ③ NH3 含量： 銅液中的氨以游離氨、配合氨和固定氨三種形態(tài)存在。由于配合氨和固定氨的值隨銅離子及酸根的濃度而異，所以溶液中總氨增加，游離氨也增加，吸收 CO 和 CO2的能力增加。但游離氨含量過高，銅液再生時，氨損失增大。如果銅液中游離氨不足，會發(fā)生低價銅復(fù)鹽的分解，生成醋酸銅沉淀：Cu(NH3)2Ac=CuAc↓ +2NH3↑ 當原料氣中 CO2 含量高而銅液中游離氨含量不足時，會生成碳酸銅沉淀，降低了吸收能力。嚴重時會造成設(shè)備堵塞。但游離氨含量不能過高，否則銅液再生時，氨損失增大，實際生成中總氨含量控制在~，游離氨控制在 ~。 ④ 醋酸的含量： 銅液中的醋酸主要形成 Cu(NH3)2Ac和 Cu(NH3)4Ac2使銅液穩(wěn)定，并參與 O2的反應(yīng)。由于原料氣中含有 CO2，若銅液中醋酸含量不足，就會生成碳酸銅氨鹽，同時還會生成 CuCO3沉淀，使銅液吸收能力降低，影響生產(chǎn)。一般銅液中醋酸含量超過總銅含量 的 10%~15%較為合適，為 ~,但有些工廠提高到 mol/L。 本設(shè)計中選擇 mol/L。 ⑤ 銅液中殘余的 CO 和 CO2 銅液中殘余 CO 和 CO2含量高，則銅液吸收 CO 和 CO2的量就會減少，銅洗氣中 CO 和 CO2 含量就會升高，為保證銅液吸收效果，要求再生后銅液中的CO,CO2殘余量 。 降低銅液吸收溫度，既能增加銅液的吸收能力，又有利于銅洗氣中 CO 含量的降低。當溫度超過 15℃以后，銅液的吸收能力迅速降低，銅洗氣中 CO含量迅速增加。但溫度過低，使銅液黏度增大，同時易生成碳酸銨結(jié)晶，堵塞設(shè)備，增加系統(tǒng)阻力，一般銅液溫度以 8~12℃為宜。 本設(shè)計的吸收溫度為 10℃。 提高銅洗操作壓力，氣體中 CO 分壓也隨之增加，銅液的吸收能力增大。在一定溫度下，吸收能力隨 CO 分壓增加而增加，但 CO分壓超過 后，吸收能力已不再明顯增加，卻增加了動力消耗，同時設(shè)備的強度要求更高，這種情況下脫除 CO 并不經(jīng)濟，一般銅洗操作壓力控制在 ~ 左右。 本設(shè)計的操 10 作壓力選擇 MPa。 （二）再生部分 銅液再生溫度應(yīng)滿足氣體解吸和高價銅還原的要求。提高再生溫度有利于解吸，但溫度過高，加快了溶解態(tài)的 CO 解吸，使還原作用降低同時會使氨和醋酸損失大。再生溫度低對還原有利，但解吸不完全，再生后銅液中 CO 含量增加，影響吸收能力。為解決這一矛盾，再生中采用分階段控制溫度的方法，使解吸，還原分別在回流塔、還原器和再生塔三個設(shè)備中完成。首先在回流塔中使大部分CO 和 CO2解吸，為避免解吸過快，回流塔溫度控制低些，一般為 45~50℃。然后在還原器中進行還原反應(yīng)，溫度控制在 60~68℃。最后在再生器中將溫度提高至75~78℃，使殘余 CO 和 CO2從銅液中充分解吸，但再生器溫度不能超過 80℃，否則，銅液的穩(wěn)定性將被破壞，析出金屬銅。 再生壓力是指再生器銅氨液液面上的氣相壓力。再生壓力低，有利于 CO 和CO2 的解吸。再生壓力過高， CO 解吸不完全，銅氨液吸收能力低，增強了對高價銅的還原作用使銅比升高。但再生壓力過低，會使 CO 過早解吸，對高價銅的還原作用減弱，銅比不容易升高，反而降低了銅氨液的吸收能力。最終再生壓力一般維持在 300~800Pa。 銅氨液在再生器內(nèi)的停留時間即再生時間。再生時間愈長，則 CO 和 CO2 解吸愈完全，再生后銅氨液的吸收能力就愈強。最終再生時間停留在 25min 左右。 在再生過程加氨的目的是補充銅氨液在使用過程中損失的氨，以維持其總氨含量在正常范圍內(nèi)。若補充的氨量過多，在再生時蒸發(fā)的氨也多，則再生氣中氨的分壓增大，再生氣中 CO 的分壓相應(yīng)降低，使銅氨液中的 CO 易于解吸，消弱了對銅氨液的還原作用，銅比下降。但由于還原作用減弱，當銅比偏低時，不易及時調(diào)整和糾紛。加氨量不足，會使銅氨液的吸收能力減弱。最終氨的加入量確定為 7~10Kg。 11 當由于高價銅還原過度，使銅比 過高時，可加入空氣直接使一部分低價銅氧化為高價銅，降低銅比。由于空氣中的氮氣使再生氣中 CO含量降低，減少了回收價值，并相應(yīng)提高了再生壓力，因此操作中應(yīng)盡量少用加空氣的辦法來調(diào)節(jié)銅比。 五、銅液的制備 銅氨液的配制：醋酸銅氨液是由金屬銅、醋酸、氨和水經(jīng)化學反應(yīng)后而制成的一種溶液，所用的水不含有氯化物和硫酸鹽，以避免對設(shè)備腐蝕。因為金屬銅不直接溶于醋酸和氨的水溶液中，在制備新鮮銅液時必須加入空氣，這樣金屬就容易被氧化為高價銅，而形成配合物，反應(yīng)： 2Cu+4HAc+8NH3+O2=2Cu(NH3)4Ac+2H20 生成高價銅再把金屬銅氧化成低價銅，從而使銅逐漸溶解。反應(yīng)： 2Cu(NH3)4Ac2+Cu=2Cu(NH3)2Ac 先將紫銅絲或片置于制備槽的鐵畀上，再加入適量軟水和氨，使溶液呈堿性，以防止加入醋酸后引起設(shè)備的強烈腐蝕作用。然后，開動循環(huán)泵，使溶液循環(huán)，緩緩加入醋酸，并逐漸通入空氣進行氧化。為加快初期氧化反應(yīng)的速度，可通入蒸汽加熱，隨著反應(yīng)的進行，溶液溫度逐漸升高，就可停用蒸汽，改用冷卻水，將溶液溫度控制在 45~50℃。在氧化階段，隨著高價銅離子的增加，要不斷補充氨和醋酸，并控制氨酸比大于 2。 當溶液中 高價銅增加到 / L 時，繼續(xù)進行氧化已很困難，則可停止加入空氣，進行還原。在還原過程中，銅氨液繼續(xù)循環(huán)，溫度維持在 55~65℃。當總銅上升到 ~ / L，高價銅下降到 ~ / L 時，將銅氨液冷卻至常溫，并調(diào)節(jié)氨和醋酸的含量，達到要求為止。 六、生產(chǎn)制度： 年產(chǎn)量： 5萬噸 年生產(chǎn)日： 330天 12 七、原料及產(chǎn)品的主要技術(shù)規(guī)格 脫碳氣的組成： H N CO、 CO O Ar+CH NH3 精煉氣的組成： H
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