年產(chǎn)_x_萬噸合成氨銅洗工段帶控制點(diǎn)的工藝流程設(shè)計(jì)

1、惠州學(xué)院HUIZHOU UNIVERSITY化工設(shè)計(jì)作業(yè)合成氨銅洗工段帶控制點(diǎn)的工藝流程設(shè)計(jì)姓名：黃堅(jiān)武（070602109） 黃健榜（070602110）黃慶衛(wèi)（070602111）黃志成（070602112）指導(dǎo)教師： 王春花 提交日期： 2010年10月12日目 錄1 概述12 工藝原理12.1 醋酸銅氨液的組成12.2 銅液吸收原理22.2.1 銅液吸收CO的反應(yīng)原理和特點(diǎn)22.2.1 銅液吸收其他有害氣體的原理和有害氣體含量過高的危害22.3 銅液再生原理33 操作條件44 工藝流程說明55 工藝流程附圖5參考文獻(xiàn)61 概述我國的氮肥工業(yè)自20世紀(jì)50年代以來，不斷發(fā)展壯大，目前合成

2、氨產(chǎn)量已躍居世界第一位，現(xiàn)已掌握了以焦炭、無煙煤、焦?fàn)t氣、天然氣及油田伴生氣和液態(tài)烴多種原料生產(chǎn)合成氨、尿素的技術(shù)，形成了特有的煤、石油、天然氣原料并存和大、中、小生產(chǎn)規(guī)模并存的生產(chǎn)格局。目前合成氨總生產(chǎn)能力為4500萬t/a左右，氮肥工業(yè)已基本滿足了國內(nèi)需要，在與國際接軌后，具備與國際合成氨產(chǎn)品競爭的能力，今后發(fā)展重點(diǎn)是調(diào)整原料和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步改善經(jīng)濟(jì)性。1氨是化肥工業(yè)和基本有機(jī)化工的主要原料, 自從1909年哈伯研究成功工業(yè)氨合成方法以來, 合成氨工業(yè)已走過了101年的歷程。近年來合成氨工業(yè)發(fā)展很快, 大型化、低能耗、清潔生產(chǎn)是合成氨裝置發(fā)展的主流,技術(shù)改進(jìn)的主要方向是研制性能更好的催化

3、劑、降低氨合成壓力、開發(fā)新的原料氣凈化方法、降低燃料消耗、回收和合理利用低位熱能等方面。目前合成氨產(chǎn)量以中國、蘇聯(lián)、美國、印度等國為最高, 約占世界總產(chǎn)量的一半以上。我國合成氨工業(yè)經(jīng)過50多年的發(fā)展, 產(chǎn)量已躍居世界第一位，我國目前有大型合成氨裝置共計(jì)34套，生產(chǎn)能力約1000萬t/a。2合成氨生產(chǎn)系統(tǒng)中精煉采用銅洗裝置。醋酸銅氨液洗滌法(簡稱銅洗)是最古老的方法。早在1913年就開始應(yīng)用，迄今有近一百年的歷史，銅洗法以其工藝成熟、操作彈性大，長期在中小型合成氨廠占據(jù)主導(dǎo)地位。銅洗是在高壓低溫條件下，用醋酸銅液吸收來自脫碳后氫氮?dú)庵械亩趸?、一氧化碳、氧和硫化氫等有害氣體，制得合格的銅洗氣體

4、吸收氣體后的銅液經(jīng)減壓、加溫后,再生循環(huán)使用,解吸出來的再生氣體及其夾帶出來的氨均回收利用。2 工藝原理3變換氣經(jīng)過凈化后仍含有少量的CO、CO2、O2、H 2S等有害氣體，工業(yè)上常用銅洗法精制原料氣。2.1 醋酸銅氨液的組成銅洗法的溶液醋酸銅氨溶液是由醋酸銅和氨通過化學(xué)反應(yīng)后制成的一種溶液，簡稱銅液，其組成為Cu（NH3）2Ac（醋酸亞銅絡(luò)二氨）。2.2 銅液吸收原理2.2.1 銅液吸收CO的反應(yīng)原理和特點(diǎn)銅氨液吸收CO是在游離氨存在下，依靠低價(jià)銅離子進(jìn)行的,其反應(yīng)如下：Cu(NH3)2Ac+CO(液相)+NH3Cu(NH3)3Ac·CO+Q銅氨液吸收CO的作用，首先是CO與銅氨液

5、接觸而被溶解，CO再和低價(jià)銅離子作用生成絡(luò)合物，并有熱量放出。從以上反應(yīng)式可以看出銅氨液吸收CO的反應(yīng)有以下特點(diǎn)：·銅氨液與CO之間的反應(yīng)是可逆的，按操作條件的不同，反應(yīng)可以向右或向左進(jìn)行，反應(yīng)向右進(jìn)行稱為吸收，向左則稱為解吸。·CO必須首先溶解于銅氨液中才能起化學(xué)反應(yīng)。而CO 在銅氨液中的溶解度是隨著溫度的升高而降低的，所以降低溫度有利于CO的溶解。同時(shí)這一反應(yīng)是放熱的，降低溫度有利于反應(yīng)向右進(jìn)行。·CO在銅氨液中的溶解度隨著壓力的增高而增大，所以提高壓力有利于CO 的溶解。另外，這是個(gè)體積縮小的反應(yīng)過程，對于體積縮小的過程，提高壓力是有利的。·增加反

6、應(yīng)物的濃度，有利于該吸收反應(yīng)進(jìn)行。因此，增加游離氨量與低價(jià)銅離子的濃度，對吸收一氧化碳是有利的。2.2.1 銅液吸收其他有害氣體的原理和有害氣體含量過高的危害銅氨液除能吸收CO外，還能吸收CO2 、O2 、H2S等有害氣體。（1）吸收CO2是依靠銅氨液中的游離氨，反應(yīng)如下。2NH3+CO2+H2O (NH4)2CO3+Q生成的(NH4)2CO3會(huì)繼續(xù)吸收CO2而生成NH4HCO3(NH4)2CO3+CO2+H2O2NH4HCO3+Q以上兩個(gè)反應(yīng)都是放熱反應(yīng)，在吸收過程中會(huì)放出大量熱量，使銅液溫度上升，影響吸收能力。生成的碳酸銨和碳酸氫銨在溫度較低時(shí)易于結(jié)晶；當(dāng)銅氨液中的醋酸和氨量不足時(shí)，銅液吸

7、收CO2后又會(huì)生成碳酸銅沉淀，所有這些，都將造成設(shè)備和管道堵塞，影響生產(chǎn)。所以，進(jìn)入銅洗系統(tǒng)的原料氣中CO2的含量不可太高，并且銅液中應(yīng)有足夠的氨和醋酸含量。此外，由以上反應(yīng)式可知，若銅液中的CO2量愈大，游離氨愈少，則吸收后氣體中殘留的CO2也愈多。同時(shí)與溫度也有關(guān)系，低溫有利于CO2的吸收，高溫有利于解吸，若新鮮銅氨液中CO2含量小于1.5mol/L,則當(dāng)溫度為10時(shí)，經(jīng)銅洗后氣體中的CO2含量可低于10mL/m3。（2）銅氨液吸收O2的反應(yīng)是依靠低價(jià)銅進(jìn)行的，其反應(yīng)如下。4Cu(NH3)2Ac+8NH3+4HAc+O24Cu(NH3)4Ac2+2H2O+Q銅氨液吸收氧以后，便使其中的低價(jià)

8、銅氧化成高價(jià)銅，銅比因此降低，銅液的吸收能力也就減弱。由上反應(yīng)式可看出，一個(gè)O2分子可以使四個(gè)Cu+氧化成Cu2+。若1m3銅液能處理500 m3（標(biāo)）原料氣，氣體中的O2含量為0.1%，它可將 的Cu+氧化。若每立方米銅氨液中含Cu+總量為1.85kmol，則被氧化的Cu+占如果入銅洗塔氣體中的氧含量高至1%，則幾乎50%的Cu+被氧化成Cu2+。所以氣體含氧量愈低愈好。（3）銅氨液吸收硫化氫的反應(yīng)主要是依靠其中的氨水，其反應(yīng)如下。2NH3H2O+H2S (NH4)2S+2H2O+Q除上述反應(yīng)外，還可能有H2S溶解在銅氨液中與低價(jià)銅離子起反應(yīng)生成硫化亞銅沉淀。2Cu(NH3)2Ac+H2S=

9、Cu2S+2NH4Ac+(NH4)2S微量硫化氫，是能被銅氨液吸收而除去的。但是，如果原料氣中H2S含量過高，不僅要多消耗氨；而嚴(yán)重的是H2S與銅起反應(yīng)，生成黑色的硫化亞銅沉淀，堵塞設(shè)備、管道和填料層，不僅影響正常生產(chǎn)，還導(dǎo)致銅耗過高。因此，原料氣中的H2S含量愈低愈好。2.3 銅液再生原理銅氨液吸收了CO、CO2、O2和H2S以后，便失去了原有的吸收能力，必須將其解吸、再生，恢復(fù)其吸收能力。再生過程包括以下內(nèi)容：將CO、CO2、H2S從銅氨液中解析出來；將被氧化成的高價(jià)銅還原為低價(jià)銅，調(diào)節(jié)銅比，補(bǔ)充所消耗的氨、醋酸和銅，并將銅氨液冷卻至吸收所應(yīng)維持的溫度。其基本原理如下：（1）CO、CO2、

10、H2S的解析反應(yīng)·解析反應(yīng)是吸收反應(yīng)的逆過程，其反應(yīng)式如下： Cu(NH3)3Ac·COCu(NH3)2Ac+CO+NH3-Q (NH4)2CO32NH3+CO2+H2O-Q (NH4)2S2NH3+H2S-Q·溫度、壓力對再生過程的影響與吸收相反，再生應(yīng)在高溫和低壓下進(jìn)行。（2）高價(jià)銅被還原為低價(jià)銅的反應(yīng)·高價(jià)銅的還原，并不是低價(jià)銅氧化的逆過程，而是液相中的一氧化碳先與低價(jià)銅離子作用，將低價(jià)銅還原成金屬銅。反應(yīng)過程用離子方程式表示如下： 2Cu(NH3)3+CO+H2O2Cu(金屬銅)CO24NH32NH4Q·生成的金屬銅在高價(jià)銅存在下再被氧

11、化成低價(jià)銅： CuCu22CuQ·與此同時(shí)，高價(jià)銅本身也可能被CO還原成低價(jià)銅： 2Cu2+CO+H2O2Cu+CO2+2H+Q以上這些反應(yīng)的最終結(jié)果是高價(jià)銅還原成低價(jià)銅，CO則氧化成CO2，后者好比CO的燃燒過程，所以有時(shí)稱為“濕式燃燒”。·濕式燃燒的結(jié)果，銅液的銅比升高，而殘余的CO含量降低。·但銅比過高時(shí)，反應(yīng)平衡向左移動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致金屬銅的沉淀析出。因此，維持銅氨液中一定濃度的Cu2，無論對CO的徹底消除和保持銅氨液穩(wěn)定、防止金屬銅析出都是必要的。（3）補(bǔ)充所消耗的氨、醋酸和銅，并冷卻降溫·銅氨液再生過程中，由于加熱溫度升高，使銅氨液中的氨、醋酸揮發(fā)

12、一部分，必須補(bǔ)充一定量的氨和醋酸。·吸收過程中，部分H2S與低價(jià)銅離子反應(yīng)生成了Cu2S沉淀，降低了銅氨液中總銅的含量，必須給銅氨液中補(bǔ)充銅。·在解吸還原以后，銅氨液需冷卻、降溫，使其恢復(fù)吸收能力，再循環(huán)使用。3 操作條件4（1）溫度 銅液溫度: 812回流塔進(jìn)口溫度：2538 回流塔出口溫度：4055下加熱器出口溫度：6068 上加熱器出口溫度：7478再生器出口溫度：7478 氨冷器出口溫度：815（2）壓力銅洗操作壓力: 12.015.0 MPa 再生壓力: 0.1060.108 MPa銅塔進(jìn)出口壓差0.5 MPa 銅泵進(jìn)口壓力：0.040.12 Mpa（3）成分總銅

13、2.02.5mol/L 總氨8.512.5 mol/L總酸總銅1015%，為2.23.0 mol/L 殘存CO<0.005m3CO/ m3 殘存CO21.5 mol/L 銅比58凈氨塔氨水滴度：由生產(chǎn)科另行下達(dá)指標(biāo)（11滴）（4）其他銅洗塔液位控1/22/3再生器液位1/22/34 工藝流程說明銅洗工藝流程由吸收和再生兩部分組成，脫碳后，壓縮到12MPa以上的原料氣經(jīng)油分離器（V0302）除油分，送入銅洗塔（T0301）的底部，氣體在塔內(nèi)與塔頂噴淋下來的銅液逆流接觸，其中的CO、CO2、O2及H2S被銅液吸收，精制后的銅液氣（CO+CO2<25cm3/m3）從塔頂出來，經(jīng)銅液分離器

14、（V0303）除去夾帶銅液，送往壓縮工段。銅液由銅液泵（P0301）加壓至約12MPa，送往銅洗塔（T0301）頂部，吸收CO等氣體后，溫度升高到2530，由塔底部流出，經(jīng)減壓后，靠本身余壓自流入回流塔（T0302）頂部。在回流塔（T0302）內(nèi)與再生器（E0301）逸出的的氣體逆流相遇，吸收氣體中大部分氨和熱量，溫度升至4555，在此解吸部分CO和CO2，銅液自回流塔（T0302）底部進(jìn)入還原器底部下加熱器（E0303）管內(nèi)，被管外熱銅加熱至6068，使高價(jià)銅還原為低價(jià)銅，以調(diào)節(jié)銅比。再進(jìn)入還原器上加熱管（E0302）內(nèi)，經(jīng)管外熱水或蒸汽加熱至7274后，進(jìn)入再生器（E0301）。在再生器（

15、E0301）內(nèi)，由蒸汽夾套繼續(xù)使銅液溫度升到7578，并停留足夠的時(shí)間，以保證CO、CO2充分解吸。再生后的銅液由再生器（E0301）底部流出，經(jīng)化銅桶（V0304）補(bǔ)銅，如總銅含量符合要求，可不經(jīng)化銅桶而直接去還原器下加熱管外，加熱管內(nèi)銅液。降溫后，再進(jìn)入水冷器（E0304），初步冷卻到2030。并在水冷器（E0304）中部加入氨，以補(bǔ)充損失的氨。銅液再經(jīng)過濾器（X0302）濾去雜質(zhì)，然后進(jìn)入氨冷器（E0305），利用液氨蒸發(fā)吸熱，使銅液溫度降至812，經(jīng)緩沖桶（V0301）進(jìn)入銅液泵（P0301），由銅液泵（P0301）加壓至12MPa，送銅洗塔循環(huán)使用。銅液中有60%左右的一氧化碳、二氧化碳在回流塔內(nèi)解析出來與再生氣一道，從回流塔（T0302）上部出來放空或回收，回收時(shí)再生氣經(jīng)再生氣緩沖桶（V0307）與高位吸氨器（E0306）打上來的稀氨水混合后送至凈氨塔（T0303）底部上升與凈氨塔頂部下來的軟水脫鹽水或稀氨水在填料層中逆流接觸，吸氨后從頂部出進(jìn)入再生氣氣液分離器（V0306）分離水分后送至變換工