碳铵工艺技术方案.pdf

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1、4.3 碳酸氢铵工艺技术方案4.3.1 碳铵装置工艺概述4.3.1.1产品规模和规格（1）年操作日年操作日：300天/年（2）产品产量时产量：农用碳铵31.25 吨+食品碳铵 14.58 吨日产量：1100吨年产量：330000吨（3）产品规格农用碳酸氢铵产品质量符合国标GB3559-2001的规定，主要指标见下表：表 4-9 碳酸氢铵主要质量指标表项目指标湿碳酸氢铵优等品一等品合格品氮含量（N）17.2 17.1 16.8 水分（H2O）3.0 3.5 5.0 注：优等品和一等品必须含添加剂。食品碳酸氢铵产品质量 符合国标 GB1888-2008的规定，主要指标见下表：表 4-10 350t

2、/d食品碳铵质量指标表项目指标总碱量（以 NH4HCO3计），w/%99.2100.5氯化物（以 Cl 计），w/%0.003 硫的化合物（以 SO4计），w/%0.007 不挥发物，w/%0.05 砷（As），w/%0.0002 重金属（以 Pb计），w/%0.0005 4.3.1.2碳铵装置工艺技术方案(1)工艺生产方法的比较碳化生产流程根据压力的不同总的可分为低压碳化和高压碳化。目前生产中采用的有以下几种操作压力：1)低压碳化采用低压碳化压力为0.3 0.34MPa进入碳化系统。2)高压碳化采用高压碳化压力为0.6 0.7MPa。(2)工艺技术选择碳化生产流程操作压力虽有大小不一，但碳化

3、系统的生产工艺过程和操作控制原理相同，上述二种方法技术均成熟可靠。由于高压碳化不但可以把原料气中二氧化碳和氨清除得比较干净，而且该项目是由天然气为原料生产合成氨，以氨及副产的 CO2和部分弛放气为原料生产碳酸氢铵。因此本项目的可研报告则选择采用 0.7MPa左右高压并联碳化流程，用浓氨水吸收二氧化碳，同时产出成品农用及食品碳酸氢铵作为碳铵装置的工艺方案。(3)碳铵装置工艺原理及流程叙述1)工艺原理用氨水吸收二氧化碳，在很早以前就用于焦炉气深度冷冻前少量二氧化碳的脱除，我国的小合成氨厂将此法发展成为碳化法合成氨生产流程。氨水溶液的碳化过程是一个伴有化学反应的吸收过程，其总反应如下：CO2NH3H

4、2O NH4HCO3吸收过程的总反应按如下两个反应进行：2NH3CO2H2O（NH4）2CO3碳酸铵（1）NH3CO2H2O NH4HCO3碳酸氢氨（2）实际上的反应过程是氨与二氧化碳首先反应生成氨基甲酸铵2NH3CO2NH4COONH2氨基甲酸铵水解进一步反应生成碳酸氢铵NH4COONH2H2O NH4HCO3NH3 氨和水作用生成氢氧化铵NH3H2O NH4OH 水解的碳酸氢铵与氢氧化铵作用生成碳酸铵NH4HCO3NH4OH（NH4）2CO3H2O 碳酸铵再吸收二氧化碳生成碳酸氢铵（NH4）2CO3CO2H2O 2NH4HCO3实际上反应过程是比较复杂的，具体的反应机理尚有待进一步研究，但

5、大致反应可分述如下：A.吸氨过程气氨溶于水中，大部分与水结合成一水合氨NH3（气）H2O（液）NH3H2O（溶液）氨水一水合氨由于母液稀氨水中尚存在NH4、NH2COO，CO32等离子。因此，吸氨过程在溶液中还存在下列可逆反应，并重新建立各离子之间的平衡。NH3（溶）HCO3 NH2COO H2O 氨碳酸氢根离子氨基甲酸根离子水NH3（溶）HCO3 NH4CO32B.碳化过程首先，二氧化碳从气相溶解于液相：CO2（气）CO2（液）二氧化碳二氧化碳溶解态的二氧化碳与溶液中的游离氨（水合和未水合的氨分子）形成氨基甲酸铵（NH4COONH2）CO2（液）2NH3（液）NH4COONH2（液）二氧化碳

6、氨基酸氨基甲酸铵随后，溶液中的氨基甲酸铵水解形成碳酸氢铵或碳酸铵：NH4COONH2 NH4 NH2COO氨基甲酸铵铵离子氨基甲酸根离子NH2COO H2O NH3 HCO3氨基甲酸根离子水氨碳酸氢根离子NH3 HCO3 NH4 CO32氨碳酸氢根离子铵离子碳酸根离子在碱性较强的溶液中主要形成CO32，而在 PH值 810.5 之间或高浓度 CO32的溶液中主要形成HCO3。据测定，当碳化塔溶液中碳化度由115增加到 155时，溶液的 PH值由9.40 降低到 8.58。因此，碳化主塔内主要是生成碳酸氢铵。在碳化过程中，随着碳酸氢铵的不断生成，当溶液中碳酸氢铵的浓度超过它在该温度下的溶解度时，

7、便以结晶形成析出。此外，由于原料气中含有大量惰性气，当原料气通过碳化塔、预碳化塔时，与浓氨水接触，就会有氨气从溶液中脱吸出来。其反应如下：NH3H2O NH3 H2O 一水合氨氨水在氨回收过程中，用软水吸收原料气带出的氨和部分CO2，循环使用。碳酸氢铵结晶经过离心分离与溶液机械分离，得到成品碳酸氢铵。2)工艺流程叙述该碳铵装置流程，属于高压并联碳化流程。该流程由下述工序组成：压缩工序碳化工序离心分离、干燥工序吸氨工序工艺流程说明参见工艺流程图A.压缩工序来自合成氨装置脱碳工序的产品CO2气，通过原料气水分离器（02S0102）至 CO2压缩机（02C0102ab）入口。经压缩机压缩至0.7MP

8、a(A)与同样来自合成氨氢回收装置补充的弛放尾气在CO2压缩机出口混合，再与来自碳化工序综合塔（02T0102）顶的通过尾气水分离器（02S0101）至尾气循环压缩机（02C0101ab）压缩至 0.7MPa(A)循环使用的尾气一起配成混合气（干基计，CO240V），进入碳化工序。B.碳化工序配成的混合气（干基计，CO240V），压力 0.7MPa(A)、温度 38，进入双系列并联的碳化塔主塔（02T0201-1/2）的底部。在碳化塔上部加入从碳化泵（02P0201abc）来的碳化液（此碳化液为来自固定副塔并被预碳化的预碳化液），与混合气逆流鼓泡接触，吸收其中的二氧化碳，大部分CO2被吸收生成

9、碳酸氢铵结晶。含 CO2约 10（Vol）的气体从主塔顶出来，进入碳化副塔，被从综合塔来的浓氨水吸收 CO2后，含 CO2约 1 0（Vol）的气体再进入综合塔底部，分别被综合塔固定副塔段浓氨水吸收CO2使尾气中的 CO2含量小于 0.4（Vol），进入综合塔上部回收清洗段，经清洗段脱盐水吸收CO2和清洗 NH3后，CO2含量小于0.4（Vol）NH3含量小于 0.07（Vol），压力为 0.5MPa(A)的尾气经尾气水分离器至尾气循环压缩机压缩至0.7MPa(A)配成混合气后再进入碳化工序循环使用。、在综合塔回收清洗段上部，加入经过软水冷却器（02E0201）冷却至20的软水进入回收清洗塔上

10、部，在回收清洗段通过筛板进入吸收，用以回收气体中的NH3和 CO2，保证尾气合格。碳化主塔在吸收后CO2，生成碳铵结晶，大部分以悬浮液送到后工段，少量结晶粘附在塔壁和冷却水箱上，影响水箱换热。生产中每1-2 个班次将碳化主、副塔调换 1 次，将有结晶的主塔调换为副塔，由浓氨水在内鼓泡清洗溶化结晶碳铵。C.离心分离、干燥工序在进入双系列并联的碳化塔（02T0201-1/2）中生成的碳酸氢铵固体悬浮液，含结晶 40左右的悬浮液从塔下部取出，送入稠厚器（02S0401），然后流入离心机（02C0401）分离，使碳酸氢铵结晶与母液分离，得到湿的碳酸氢铵成品。其中一部分湿的碳酸氢铵作为农用碳酸氢铵成品经

11、皮带称称重包装后送去成品仓库。另一部分湿的碳酸氢铵经螺旋输送机（02L0401）送入热风干燥管（02L0402）。热风干燥管底部通入来自空气鼓风机（02C0402）并经空气加热器（02E0401）预热后的热空气，通过气流输送把干燥后的碳酸氢铵送至旋风分离器（02L0403）进一步分离，得到食品级碳酸氢铵成品。食品碳酸氢铵成品经皮带称称重包装后送去成品仓库。出离心机的液体称为母液，含有穿漏的碳酸氢铵结晶，进入晶液分离器（02S0402），液体经溢流管进入母液贮槽（02V0302ab）。下部的晶浆经滤液泵（02P0401ab）返回稠厚器。出旋风分离器含粉尘的气体经引风机（02C0403）进入尾气洗

12、涤塔（02T0401）底部与从上部填料床层喷淋加入的软水作吸收剂，下部填料床层喷淋加入自底部尾洗塔循环泵（02P0402ab）并经尾洗塔循环冷却器（02E0402）冷却后的循环液作吸收剂进一步吸收。出尾气洗涤塔的吸收液送入稀氨水槽（02V0303）。出尾气洗涤塔的气体通过压力调节阀排入大气。D.吸氨工序综合塔回收清洗段上部加入的软水，吸收放空尾气中的氨，生成4（Wt）的稀氨水，送入稀氨水槽（02V0303）。母液贮槽的母液与稀氨水贮槽的稀氨水混合后经吸氨泵（02P0302ab）送入吸氨喷射器（02X0301），与界区外送来的液氨经液氨蒸发器（02E0301）后的气氨进行反应，制成浓氨水，浓氨水

13、经吸氨冷却器（02E0302）冷却后，送入浓氨水贮槽，用浓氨水泵（02P0301ab）送到综合塔的副塔段，在塔内吸收一部分CO2而生成高碳化度浓氨水液，经浓氨水加压泵加压后送入碳化副塔，副塔氨水吸收CO2后，还溶解部分结疤成预碳化液，由碳化泵送入碳化主塔塔内，进一步吸收CO2并生成碳酸氢铵结晶。离心机分离得到的母液进入母液贮槽，与稀氨水一起被吸氨泵打入吸氨喷射器中吸氨而做成浓氨水，形成循环。按生成碳酸氢铵的化学平衡，即生成1 吨碳酸氢铵在理论上需要加软水256Kg，加上生成来的4（Wt）的稀氨水，用吸氨喷射而生成为浓氨水循环的方法，可不排放稀氨水，故而本工序无废水排放。表 4-11 消耗定额（

14、以一吨产品碳铵计）序号项目规格单位数量1 液氨100%NH3计kg 220.9 2 CO2100%CO2计kg 563.2 3 循环冷却水m388.9*4 脱盐水kg 256.0 5 电kwh 54.5*（4）碳铵装置主要设备概述1）主要设备选型A.碳化塔碳化工序中的主要设备为碳化塔，碳化塔主要结构型式与传统碳铵碳化塔基本一样，为满足工艺要求本塔采用内径3000mm，高度 16000mm，内件设有冷却水箱 14 层，分上、中、下三部分，每层互错设置有6 个 U型420左右的水箱，U型冷却管材料为 252.5 的 SS304不锈钢管，冷却面积约1100m2，本方案主要考虑了材质的选择，以前大部分

15、采用碳钢加防腐冷却管，这一次采用 SS304不锈钢管。相比碳钢防腐寿命长，比全部采用铝管合理。因为在塔的中、下部出现大量的碳铵结晶体，由于纯铝管不耐冲刷和腐蚀故寿命较短，现改为 SS304不锈钢管可提高使用寿命，大大减少更换水箱次数，这样既节省了费用又增加了产量从而提高了效益。B.离心机离心机是离心分离工序的主要设备，主电机带动转鼓全速旋转，物料由进料管连续引入，均匀分布到转鼓内段滤网壁上，在离心力作用下，液相物穿过滤网和转鼓壁滤孔排出转鼓，经机壳排液管排出机外，固相物截留在转鼓内，形成环形滤饼层。推料盘与转鼓同时旋转的同时，在活塞推动下，连续轴向往复运动，推动滤饼层间歇不断地向转鼓外端移动排

16、出转鼓，从前机壳底部排出机外。离心机选用卧式活塞单级推料、连续操作带式过滤离心机，离心机为六开二备。生产能力 812 T/h，含湿量小于 3%，适合分离含固相物粒度大于0.1mm，浓度大于 40%的悬浮物。C.CO2压缩机CO2压缩机为二段离心式压缩机。合成氨装置脱碳工序来的CO2压力 0.13MPa（A），温度 40，CO2纯度最低98.5%。压缩机为一开一备。排出压力0.7MPa（A），温度 38。D.尾气循环压缩机尾气循环压缩机为离心式压缩机，压缩机为一开一备。压缩机吸入压力 0.5MPa（A），排出压力 0.7MPa（A），温度 38。2）碳铵装置主要设备表表 4-12 碳铵装置主要设

17、备表位号名称数量主要材料备注压缩工序：02S0101 尾气水分离器1 SS 02S0102 原料气水分离器1 CS 02C0101ab 尾气循环压缩机（全套）含段间分离器及冷却器1+1 SS+CS 02C0102ab CO2压缩机（全套）含段间分离器及冷却器1+1 SS+CS 碳化工序：02T0201abc-1 碳化塔-1 2 SS+CS 02T0201abc-2 碳化塔-2 2 SS+CS 02T0202-1 综合塔-1 1 SS+CS 02T0202-2 综合塔-2 1 SS+CS 02E0201 软水冷却器1 CS 02P0201ab 浓氨水泵2+1 SS 固定副塔与吸氨公用02P020

18、1abc 碳化泵2+1 SS 位号名称数量主要材料备注吸氨工序：02E0301 液氨蒸发器1 SS 02X0301 吸氨喷射器1 SS 02E0302 吸氨冷却器1 SS 02V0301ab 浓氨水贮槽1+1 SS 02V0302ab 母液贮槽1+1 SS 02P0301ab 吸氨泵1+1 SS 02V0303 稀氨水贮槽1 SS 02V0305 吸氨冷却器液位槽1 SS 离心分离工序:02S0401 稠厚器1 SS 02S0402 晶液分离器1 SS 02C0401 离心机6+2 SS+CS 02P0401ab 滤液泵1+1 SS 02L0401 螺旋输送机1 SS 02L0402 热风干燥管1 SS 02C0402 空气鼓风机1 CS 02E0401 空气加热器1 CS 02C0403 引风机1 SS 02L0403 旋风分离器1 SS 02T0401 尾气洗涤塔1 SS 02E0402 尾洗塔循环冷却器1 SS 02P0402ab 尾洗塔循环泵1+1 SS