2022年产x万吨合成氨铜洗工段带控制点工艺流程设计方案.docx

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1、惠州学院HUIZHOUUNIVERSITY化工设计作业合成氨铜洗工段 带掌握点的工艺流程设计姓名：黄坚武（ 070602109）黄健榜（ 070602110）黄庆卫（ 070602111） 黄志成（ 070602112）指导老师：王春花1 概述 12 工艺原理 1提交日期： 2021 年 10 月 12 日目录2. 1 醋酸铜氨液的组成 12. 2 铜液吸取原理 22.2.1 铜液吸取 CO 的反应原理和特点 22.2.1 铜液吸取其他有害气体的原理和有害气体含量过高的危害22. 3 铜液再生原理 3 3 操作条件 44 工艺流程说明 55 工艺流程附图 5参考文献61 概述我国的氮肥工业自

2、20世纪50岁月以来，不断进展壮大，目前合成氨产量已跃居世界第一位，现已把握了以焦炭、无烟煤、焦炉气、自然气及油田伴愤怒和液态烃多种 原料生产合成氨、尿素的技术，形成了特有的煤、石油、自然气原料并存和大、中、小生产规模并存的生产格局；目前合成氨总生产才能为4500万t/ a左右，氮肥工业已基本满意了国内需要，在与国际接轨后，具备与国际合成氨产品竞争的才能，今后进展重点是调整原料和产品结构，进一步改善经济性； 1 氨是化肥工业和基本有机化工的主要原料,自从1909年哈伯讨论胜利工业氨合成 方法以来 ,合成氨工业已走过了 101年的历程；近年来合成氨工业进展很快 ,大型化、低能耗、清洁生产是合成氨

3、装置进展的主流, 技术改进的主要方向是研制性能更好的催化剂、降低氨合成压力、开发新的原料气净化方法、降低燃料消耗、回收和合理利用低位热能等方面；目前合成氨产量以中国、苏联、美国、印度等国为最高,约占世界总产量的一半以上；我国合成氨工业经过50多年的进展 ,产量已跃居世界第一位，我国目前有大型合成氨装置共计 34套，生产才能约 1000万t/ a； 2合成氨生产系统中精炼采纳铜洗装置；醋酸铜氨液洗涤法 简称铜洗 是最古老的方法；早在 1913年就开头应用，迄今有近一百年的历史，铜洗法以其工艺成熟、操作弹性大，长期在中小型合成氨厂占据主导位置；铜洗是在高压低温条件下，用醋酸铜液吸取来自脱碳后氢氮气

4、中的二氧化碳、一氧化碳、氧和硫化氢等有害气体，制得合格的铜洗气体吸取气体后的铜液经减压、加温后, 再生循环使用 , 解吸出来的再愤怒体及其夹带出来的氨均回收利用；2 工艺原理 3变换气经过净化后仍含有少量的CO、CO2、O2、H2S 等有害气体，工业上常用铜洗法精制原料气；2. 1 醋酸铜氨液的组成铜洗法的溶液醋酸铜氨溶液是由醋酸铜和氨通过化学反应后制成的一种溶液，简称铜液，其组成为 Cu（ NH3） 2Ac（醋酸亚铜络二氨）；2. 2 铜液吸取原理2. 2. 1 铜液吸取 CO 的反应原理和特点铜氨液吸取 CO 是在游离氨存在下，依靠低价铜离子进行的, 其反应如下： Cu NH 3 2Ac+

5、CO 液相+ NH 3Cu NH 3 3AcCO+Q铜氨液吸取 CO 的作用，第一是 CO 与铜氨液接触而被溶解， CO 再和低价铜离子作用生成络合物，并有热量放出；从以上反应式可以看出铜氨液吸取CO 的反应有以下特点：铜氨液与 CO 之间的反应是可逆的，按操作条件的不同，反应可以向右或向左进行，反应向右进行称为吸取，向左就称为解吸；CO 必需第一溶解于铜氨液中才能起化学反应；而CO 在铜氨液中的溶解度是随着温度的上升而降低的，所以降低温度有利于CO 的溶解；同时这一反应是放热的， 降低温度有利于反应向右进行；CO 在铜氨液中的溶解度随着压力的增高而增大，所以提高压力有利于CO 的溶解；另外，

6、这是个体积缩小的反应过程，对于体积缩小的过程，提高压力是有利的；增加反应物的浓度，有利于该吸取反应进行；因此，增加游离氨量与低价铜离子的浓度，对吸取一氧化碳是有利的；2. 2. 1 铜液吸取其他有害气体的原理和有害气体含量过高的危害铜氨液除能吸取 CO 外，仍能吸取 CO2 、O2 、H2S等有害气体；（1） ）吸取 CO2 是依靠铜氨液中的游离氨，反应如下；2NH 3+CO2+H2O NH 4 2CO3+Q生成的 NH 4 2CO3 会连续吸取 CO2 而生成 NH 4HCO3 NH4 2CO3+CO2+H2O2NH 4HCO3+Q以上两个反应都是放热反应，在吸取过程中会放出大量热量，使铜液

7、温度上升， 影响吸取才能；生成的碳酸铵和碳酸氢铵在温度较低时易于结晶；当铜氨液中的醋酸 和氨量不足时，铜液吸取 CO2 后又会生成碳酸铜沉淀，全部这些，都将造成设备和管道堵塞，影响生产；所以，进入铜洗系统的原料气中CO2的含量不行太高，并且铜液中应有足够的氨和醋酸含量；此外，由以上反应式可知，如铜液中的 CO2 量愈大，游离氨愈少，就吸取后气体中残留的 CO2 也愈多；同时与温度也有关系，低温有利于 CO2 的吸取，高温有利于解吸，如新奇铜氨液中 CO2 含量小于 1. 5mol/ L, 就当温度为 10时，经铜洗后气体中的CO2 含量可低于 10mL/ m3；（2） ）铜氨液吸取 O2 的反

8、应是依靠低价铜进行的，其反应如下；4Cu NH3 2Ac+8NH3+4HAc +O24Cu NH 3 4Ac2+2H2O+Q铜氨液吸取氧以后，便使其中的低价铜氧化成高价铜，铜比因此降低，铜液的吸 收才能也就减弱；由上反应式可看出，一个O2 分子可以使四个 Cu+氧化成 Cu2+；如1m3铜液能处理 500m3（标）原料气，气体中的 O2 含量为 0. 1%，它可将45000.00122.4+0.0893kmol+的 Cu 氧化；如每立方 M铜氨液中含 Cu 总量为 1. 85kmol，就被氧化的 Cu 占0.08934.8%1.85假如入铜洗塔气体中的氧含量高至1%，就几乎 50%的 Cu+被

9、氧化成 Cu2+；所以气体含氧量愈低愈好；（3） ）铜氨液吸取硫化氢的反应主要是依靠其中的氨水，其反应如下；2NH 3.H2O+H2S NH 4 2S+2H2O+Q除上述反应外，仍可能有H2S 溶解在铜氨液中与低价铜离子起反应生成硫化亚铜沉淀；2Cu NH 3 2Ac+H2S=Cu2S+2NH4Ac+ NH 4 2S微量硫化氢，是能被铜氨液吸取而除去的；但是，假如原料气中H2S 含量过高， 不仅要多消耗氨；而严峻的是H2S 与铜起反应，生成黑色的硫化亚铜沉淀，堵塞设备、管道和填料层，不仅影响正常生产，仍导致铜耗过高；因此，原料气中的H2S 含量愈低愈好；2. 3 铜液再生原理铜氨液吸取了 CO

10、、CO2、O2和 H2S 以后，便失去了原有的吸取才能，必需将其解吸、再生，复原其吸取才能；再生过程包括以下内容：将CO、CO2、H2S从铜氨液中解读出来；将被氧化成的高价铜仍原为低价铜，调剂铜比，补充所消耗的氨、醋酸和铜，并将铜氨液冷却至吸取所应维护的温度；其基本原理如下：（1） ）CO、CO2、H2S的解读反应解读反应是吸取反应的逆过程，其反应式如下：Cu NH 3 3Ac COCu NH 3 2Ac+CO+NH 3- Q NH 4 2CO32NH 3+CO2+H2O- QNH 4 2S2NH3+H2S- Q温度、压力对再生过程的影响与吸取相反，再生应在高温顺低压下进行；（2） ）高价铜被

11、仍原为低价铜的反应+4高价铜的仍原，并不是低价铜氧化的逆过程，而是液相中的一氧化碳先与低价铜离子作用，将低价铜仍原成金属铜；反应过程用离子方程式表示如下：2Cu NH 3 3+CO+H2O2Cu 金属铜 CO24NH32NH Q生成的金属铜在高价铜存在下再被氧化成低价铜：CuCu22Cu Q与此同时，高价铜本身也可能被CO 仍原成低价铜： 2Cu2+CO+H2O2Cu+CO2+2H+Q以上这些反应的最终结果是高价铜仍原成低价铜，CO 就氧化成 CO2，后者好比CO 的燃烧过程，所以有时称为“湿式燃烧”；湿式燃烧的结果，铜液的铜比上升，而残余的CO 含量降低；但铜比过高时，反应平稳向左移动，会导

12、致金属铜的沉淀析出；因此，维护铜 氨液中肯定浓度的 Cu2，无论对 CO 的完全排除和保持铜氨液稳固、防止金属铜析出都是必要的；（3） ）补充所消耗的氨、醋酸和铜，并冷却降温铜氨液再生过程中，由于加热温度上升，使铜氨液中的氨、醋酸挥发一部分， 必需补充肯定量的氨和醋酸；吸取过程中，部分 H2S与低价铜离子反应生成了 Cu2S 沉淀，降低了铜氨液中总铜的含量，必需给铜氨液中补充铜；在解吸仍原以后，铜氨液需冷却、降温，使其复原吸取才能，再循环使用；3 操作条件 4（1） ）温度铜液温度 :812回流塔进口温度： 2538回流塔出口温度： 40 55下加热器出口温度： 60 68上加热器出口温度：

13、7478 再生器出口温度： 7478氨冷器出口温度： 815（2） ）压力铜洗操作压力 :12. 015. 0MPa再生压力 :0. 106 0. 108MPa铜塔进出口压差 0. 5MPa 铜泵进口压力： 0. 040. 12Mpa（3） ）成分总铜 2. 02. 5mol/ L总氨 8. 5 12. 5mol/ L总酸总铜 1015%，为 2. 2 3. 0mol/ L残存 CO0. 005m3CO/m3 残存 CO2 1. 5mol/ L 铜比 58净氨塔氨水滴度：由生产科另行下达指标（11 滴）（4） ）其他铜洗塔液位控 1/ 22/ 3再生器液位 1/ 2 2/ 34 工艺流程说明铜

14、洗工艺流程由吸取和再生两部分组成，脱碳后，压缩到12MPa 以上的原料气经油分别器（ V0302）除油分，送入铜洗塔（T0301）的底部，气体在塔内与塔顶喷淋下来的铜液逆流接触，其中的CO 、CO2、 O2 及 H2S 被铜液吸取，精制后的铜液气（ CO+CO225cm3/m3）从塔顶出来，经铜液分别器（V0303）除去夹带铜液，送往压缩工段；铜液由铜液泵（ P0301）加压至约 12MPa，送往铜洗塔（ T0301）顶部，吸取CO 等气体后，温度上升到 2530，由塔底部流出，经减压后，靠本身余压自流入回流塔（ T0302）顶部；在回流塔（ T0302）内与再生器（ E0301）逸出的的气体

15、逆流相遇，吸取气体中大部分氨和热量，温度升至4555，在此解吸部分 CO 和 CO2，铜液自回流塔（ T0302）底部进入仍原器底部下加热器（E0303）管内，被管外热铜加热至6068，使高价铜仍原为低价铜，以调剂铜比；再进入仍原器上加热管（E0302） 内， 经管外 热水 或蒸 汽加 热至 7274 后 ， 进 入再 生器 （ E0301） ； 在再生器（ E0301）内，由蒸汽夹套连续使铜液温度升到7578，并停留足够的时间，以保证CO、CO2 充分解吸；再生后的铜液由再生器（ E0301）底部流出，经化铜桶（ V0304） 补铜，如总铜含量符合要求，可不经化铜桶而直接去仍原器下加热管外，

16、加热管内铜液；降温后，再进入水冷器（ E0304），初步冷却到 2030；并在水冷器（ E0304） 中部加入氨，以补充缺失的氨；铜液再经过滤器（X0302）滤去杂质，然后进入氨冷器（ E0305），利用液氨蒸发吸热，使铜液温度降至812，经缓冲桶（ V0301）进入铜液泵（ P0301），由铜液泵（ P0301）加压至 12MPa，送铜洗塔循环使用；铜液中有 60%左右的一氧化碳、二氧化碳在回流塔内解读出来与再愤怒一道，从回流塔（ T0302）上部出来放空或回收，回收时再愤怒经再愤怒缓冲桶（V0307）与高位吸氨器（ E0306）打上来的稀氨水混合后送至净氨塔（ T0303）底部上升与净氨塔

17、顶部下来的软水脱盐水或稀氨水在填料层中逆流接触，吸氨后从顶部出进入再愤怒气液分别器（ V0306）分别水分后送至变换工段；回收的稀氨水通过氨水泵（P0303）加压进入氨水冷却器、高位吸氨器、净氨塔打循环，达到合格的滴度送到氨回收岗位；5 工艺流程附图见附图 参考文献 1韩秀山，陈红 . 我国合成氨的进展简况 J. 上海化工， 2002，（ 13）: 34- 37 2孙凤伟，栾智宇 . 合成氨工艺技术的现状及其进展趋势 J. 2021, 39 4: 435, 453 3湖北宜化集团 . 宜化集团生产治理标准化教材合成氨系统精炼工段合成氨系统精炼工段配置技术标准 4林立波 . 合成氨生产工艺 M . 北京：化学工业出版社，2006. 178- 186