年产5万吨合成氨装置精炼工段的设计

目录第一章概述..................................................................................................................................2一、精炼工段的任务...............................................................................................................2二、工艺方法的选择...............................................................................................................3（1）铜氨液洗涤法.........................................................................................................3（2）甲烷化法.................................................................................................................3（3）液氮洗涤法.............................................................................................................3三、铜氨液洗涤法的吸收原理...............................................................................................31.铜液的组成....................................................................................................................32.铜液吸收原理................................................................................................................43.铜液的再生原理............................................................................................................5四、铜洗操作和铜液再生工艺条件的选择...........................................................................6（一）铜洗部分...............................................................................................................6（二）再生部分...............................................................................................................8五、铜液的制备.......................................................................................................................9六、生产制度：.......................................................................................................................9七、原料及产品的主要技术规格.........................................................................................10第二章物料衡算和热量衡算....................................................................................................11一、工艺计算.........................................................................................................................11二、物料衡算.........................................................................................................................111.铜洗部分......................................................................................................................112.再生部分..................................................................................................................15三、热量横算.........................................................................................................................181、铜洗部分...................................................................................................................182.铜液再生部分............................................................................................................20四、消耗定额的计算.............................................................................................................22第三章工艺流程图....................................................................................................................232年产5万吨合成氨装置精炼工段的设计摘要：精炼工序是合成氨生产装置中一个非常重要的工序，主要目的是去除合成氨原料气中残存的少量的CO及CO2等杂质，以免氨合成催化剂中毒。由于本设计是小型合成氨生产装置，而且经过脱硫、变换、脱碳净化后仍然具有较高含量的CO、CO2、H2S及O2和，对合成工序催化剂依然具有毒性，所以必须要进一步净化即精炼。本设计采用的精炼方法是工艺比较成熟的铜氨液溶液洗涤法。设计中介绍了铜氨液溶液洗涤法的工艺原理及工艺条件的选择，并通过物料衡算和热量衡算确定了工艺过程中的消耗定额。关键字：精炼、铜液、吸收、游离氨、CO引言：本设计的依据是以南京化学工业公司合成氨生产装置。设计的精炼工序是以煤为原料年产5万吨合成氨装置中的一个工序。采用方法是原料煤通过固定床间歇法制得以H2、CO、N2为主的半水煤气，制得的半水煤气在用ADA法脱出其中的H2S，在通过一氧化碳中温变换，并用碳丙烯酯法脱出其中的大量碳后的一个工序（CO≤3.1%CO2≤0.2%）其目的是去除原料气中少量的CO、CO2、H2S及O2。正文设计说明书第一章概述本设计的依据是以南京化学工业公司合成氨生产装置。设计的精炼工序是以煤为原料年产5万吨合成氨装置中的一个工序。采用方法是原料煤通过固定床间歇法制得以H2、CO、N2为主的半水煤气，制得的半水煤气在用ADA法脱出其中的H2S，在通过一氧化碳中温变换，并用碳丙烯酯法脱出其中的大量碳后的一个工序（CO≤3.1%CO2≤0.2%）其目的是去除原料气中少量的CO、CO2、H2S及O2一、精炼工段的任务半水煤气经过脱硫、变换和脱碳后，气体中仍然含有约3%左右的CO、0.1%~0.2%的CO2，0.1%~0.2%的O2和微量的H2S等有害气体，如果不彻底去除，就会使氨合成催化剂中毒。因此，精炼工序的主要任务就是将脱碳工序来的原料3气，通过化学或物理的方法清除，使（CO+CO2）≤25ml/m3。二、工艺方法的选择精炼工序的方法有物理和化学吸收法，在选择吸收的方法时要根据本课题的生产规模及前后工序的生产方法要求来进行选择。目前常用的精炼方法有：（1）铜氨液洗涤法:铜氨液洗涤法采用铜盐的氨溶液在高压低温下吸收CO,C02,H2S,O2,然后在低压,加热下再生.通常把铜氨液洗涤法称为“铜洗”,铜氨液称为“铜液”,精制后的气体称为“铜洗气”.此法用于煤间歇制气的中、小型氨厂.（2）甲烷化法：在催化剂存在下，CO、CO2与H2作用生成甲烷，使CO和CO2总量小于10cm3/m3由于反应要消耗H2，生成的CH4又不利于氨合成反应，因此此法只能适用于（CO+CO2）＜0.7%的原料气精制，通常和低温变换工艺配套。甲烷化法具有工艺简单，净化度高，操作方便，费用低的优点，因此被大型氨厂普遍采用。（3）液氮洗涤法：在空气液化分离的基础上，用低温逐级冷凝原料气中各高沸点组分，再用液氮把少量CO和CH4洗涤脱除，使CO降至10cm3/m3以下，这是物理吸收过程，它比铜洗法制得纯度更高的氢氮混合气。此法主要用于重油部分氧化、煤富氧气话的制氨流程中。结论：综合上述,本设计是小型合成氨无空分生产装置，且脱碳后CO的含量在3.5%左右，所以我们将采用铜氨液洗涤法作为本课题的精炼洗涤方法。三、铜氨液洗涤法的吸收原理1.铜液的组成醋酸铜氨液通常称铜氨液或铜液，是由醋酸、铜、氨和水经过化学反应后制成的一种溶液。铜液的主要成分是醋酸二氨合铜(Ⅰ)[Cu(NH3)2Ac]，醋酸四氨合4铜(Ⅱ)[Cu(NH3)4Ac2]，醋酸氨(NH3Ac)和未反应的游离氨。由于吸收了空气和原料气中的二氧化碳，溶液中还含有碳酸氢铵（NH4HCO3）和碳酸铵[(NH4)2CO3]等成分。其中醋酸二氨合铜和游离氨是吸收CO的主要成分。铜在两种配合物中分别以低价铜离子和高价铜离子两种形态存在，两者浓度之比（Cu+/Cu2+）称为铜比，两者浓度之和（Cu++Cu2+）称为总铜氨在溶液中以三种形式存在：⑴配合氨，有Cu(NH3)2+、Cu(NH3)42+；⑵固定氨，呈NH4+形态；⑶游离氨，为物理溶解状态的氨。这三种氨浓度和称为总氨。由于铜液中存在游离氨，所以具有吸收CO2和H2S的能力，且具有强烈的氨味。铜氨液的吸收能力主要决定于低价铜铜液呈碱性，pH值一般在9~10，并且有腐蚀性，特别对人的眼睛有强烈的伤害作用，操作时严加防护。2.铜液吸收原理⑴铜液对CO的吸收在有游离氨存在的条件下，Cu(NH3)2Ac和CO作用，生成