【正文】 ............................................................................................. 15 三、熱量橫算 .......................................................................................................... 18 銅洗部分 .................................................................................................... 18 2. 銅液 再生部分 .............................................................................................. 20 四、消耗定額的計(jì)算 ............................................................................................... 22 第三章 工藝流程圖 ...................................................................................................... 23 2 年產(chǎn) 5 萬(wàn) 噸合 成 氨裝 置精煉工段的設(shè)計(jì) 摘要：精煉工序是合成氨生產(chǎn)裝置中一個(gè)非常重要的工序，主要目的是去除合成氨原料氣中殘存的少量的 CO 及 CO2等雜質(zhì)，以 免氨合成催化劑中毒。由于本設(shè)計(jì)是小型合成氨生產(chǎn)裝置，而且經(jīng)過(guò)脫硫、變換、脫碳凈化后仍然具有較高含量的 CO、 CO H2S 及 O2和，對(duì)合成工序催化劑依然具有毒性，所以必須要進(jìn)一步凈化即精煉。設(shè)計(jì)中介紹了銅氨液溶液洗滌法的工藝原理及工藝條件的選擇，并通過(guò)物料衡算和熱量衡算確定了工藝過(guò)程中的消耗定額。設(shè)計(jì)的精煉工序是以煤為原料年產(chǎn) 5萬(wàn)噸合成氨裝置中的一個(gè)工序。 正文 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第一章 概述 本設(shè)計(jì)的依據(jù)是以南京化學(xué)工業(yè)公司合成氨生產(chǎn)裝置。 采用方法是原料煤通過(guò)固定床間歇法制得以 H CO、 N2為主的半水煤氣 ，制得的半水煤氣 在用 ADA 法脫出其中的 H2S，在通過(guò)一氧化碳中溫變換，并用碳丙烯 酯 法脫出其中的大量碳后的一個(gè)工序 （ CO≤% CO2≤ %） 其目的是去除原料氣中少量的 CO、 CO2 、H2S 及 O2 一、精煉工段的任務(wù) 半水煤氣經(jīng)過(guò)脫硫、變換和脫碳后，氣體中仍然含有約 3%左右的 CO、 3 %~%的 CO2， %~%的 O2和微量的 H2S 等有害氣體，如果不徹底去除，就會(huì)使氨合成催化劑中毒。 二、工藝方法的選擇 精煉工序的方法有物理和化學(xué)吸收法，在選擇吸收的方法時(shí)要根據(jù)本課題的生產(chǎn)規(guī)模及前后工序的生產(chǎn)方法要求來(lái)進(jìn)行選擇。甲烷化法具有工藝簡(jiǎn)單，凈化度高，操作方便，費(fèi)用低的優(yōu)點(diǎn)，因此被大型氨廠普遍采用。此法主要用于重油部分氧化、煤富氧氣話的制氨流程中。 4 三、銅 氨液洗滌法的吸收原理 醋酸銅氨液通常稱銅氨液或銅液，是由醋酸、銅、氨和水經(jīng)過(guò)化學(xué)反應(yīng)后制成的一種溶液。由于吸收了空氣和原料氣中的二氧化碳，溶液中還含有碳酸氫銨（ NH4 HCO3 ） 和碳酸銨 [(NH4 ) 2 CO3 ]等成分。 銅在兩種配合物中分別以低價(jià)銅離子和高價(jià)銅離子兩種形態(tài)存在，兩者濃度之比 （ Cu+/Cu2+） 稱為銅比，兩者濃度之和 （ Cu++Cu2+） 稱為總銅 氨在溶液中以三種形式存在：⑴配合氨，有 Cu(NH3)2+ 、 Cu(NH3)42+；⑵固定氨，呈 NH4+形態(tài)；⑶游離氨，為物理溶解狀態(tài)的氨。由于銅液中存在游離氨，所以具有吸收 CO2 和 H2S 的能力，且具有強(qiáng)烈的氨味。 ⑴ 銅液對(duì) CO 的吸收 在有游離氨存在的條件下， Cu(NH3)2Ac 和 CO 作用，生成一氧化碳醋酸三氨合銅，反應(yīng)式為： Cu(NH3)2Ac + CO + NH3 = Cu(NH3)3Ac首先是氣體中的 CO 與銅液接觸被溶解，然后 CO 再與低價(jià)銅和氨反應(yīng)生成配合物，并放出熱量。同時(shí)由于吸收反應(yīng)是可逆放熱體積縮小的反應(yīng)，所以提高壓力降低溫度， 5 增加銅氨液中低價(jià)銅和游離氨的濃度，也有利于 CO 吸收反應(yīng)的進(jìn)行。 銅液吸收 CO 的過(guò)程是 CO 從氣相主體擴(kuò)散到氣液相界面，與溶液進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，然后生成物再擴(kuò)散到液相主體。因此采用高效率的銅洗塔，強(qiáng)化傳質(zhì)過(guò)程，可提高吸收 CO 的速度。 ① 對(duì) CO2的吸收是依靠銅液中的游離氨，反應(yīng)式如下： 2CO2 + NH3 + H2O = (NH3)2CO3 + Q (NH3)2CO3 + NH3 + H2O = 2NH3HCO3 + Q 以上的兩個(gè)反應(yīng)是放熱反應(yīng)，能使吸收塔中銅液的溫度上升，從而影響銅液的吸收能力，同時(shí)生成的碳酸銨和碳酸氫銨在低溫時(shí)容易結(jié)晶，當(dāng) HAc 和 NH3不足時(shí)，還會(huì)生成碳酸銅沉淀。 ② 對(duì) H2S 的吸收也是依靠 銅液中的游離氨，反應(yīng)式如下： 2NH3所以，要求進(jìn)銅洗系統(tǒng)的原料氣中 H2S 的含量越低越好。H 2O + O2 = 4 Cu(NH3)4Ac2 +6 H2O + Q 這是一個(gè)不可逆的氧化反應(yīng)，能夠很完全地把氧脫除。 根據(jù)以上分析，原料氣中的 CO H2S 和 O2 的含量不能太高，否則會(huì)影響銅液的吸收能力。為了恢復(fù)其吸收能力，必須進(jìn)行再生，循環(huán)使用。此外還要適當(dāng)補(bǔ)充銅液在整個(gè)過(guò)程中所消耗的氨、銅、 HAc 和水。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(duì)解吸反應(yīng)有利 。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(jià)銅存在的條件下再被氧化成低價(jià)銅： Cu + Cu2+ = 2Cu+ － Q 同時(shí)，高價(jià)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(jiàn)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(guò)程中的還原反應(yīng)，才能維持正常的生產(chǎn)銅比。但是，總銅含量取決于銅在銅液中的溶解度，總銅過(guò)高，銅液的粘度增大，阻力增加，增加動(dòng)力消耗，又容易發(fā)生帶液現(xiàn)象。本工藝選擇的總銅是 。但銅比過(guò)高， 會(huì)出現(xiàn)金屬銅沉淀： 2Cu+ = Cu2+ + Cu↓ 這樣不僅使溶液中總銅含量下降，降低吸收能力，還會(huì)堵塞設(shè)備和管道，影響生產(chǎn)。 本工藝選擇的銅比是 。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。如果銅液中游離氨不足，會(huì)發(fā)生低價(jià)銅復(fù)鹽的分解，生成醋酸銅沉淀：Cu(NH3)2Ac=CuAc↓ +2NH3↑ 當(dāng)原料氣中 CO2 含量高而銅液中游離氨含量不足時(shí)，會(huì)生成碳酸銅沉淀，降低了吸收能力。但游離氨含量不能過(guò)高，否則銅液再生時(shí)，氨損失增大，實(shí)際生成中總氨含量控制在~，游離氨控制在 ~。由于原料氣中含有 CO2，若銅液中醋酸含量不足，就會(huì)生成碳酸銅氨鹽，同時(shí)還會(huì)生成 CuCO3沉淀，使銅液吸收能力降低，影響生產(chǎn)。