碳銨工藝技術(shù)方案

4.3碳酸氫銨工藝技術(shù)方案碳銨裝置工藝概述產(chǎn)品規(guī)模和規(guī)格〔1〕年操作日年操作日：300天/年〔2〕產(chǎn)品產(chǎn)量時產(chǎn)量：農(nóng)用碳銨31.25噸+食品碳銨14.58噸日產(chǎn)量：1100噸年產(chǎn)量：330000噸〔3〕產(chǎn)品規(guī)格農(nóng)用碳酸氫銨產(chǎn)品質(zhì)量符合國標GB3559-2001的規(guī)定，主要指標見下表：表4-9碳酸氫銨主要質(zhì)量指標表工程指標濕碳酸氫銨優(yōu)等品一等品合格品氮含量〔N〕≥17.217.116.8水分〔H2O〕≤3.03.55.0注：優(yōu)等品和一等品必需含添加劑。食品碳酸氫銨產(chǎn)品質(zhì)量符合國標GB1888-2008的規(guī)定，主要指標見下表：表4-10350t/d食品碳銨質(zhì)量指標表工程指標總堿量〔以NH4HCO3計〕，w/%99.2～100.5氯化物〔以Cl計〕，w/%≤0.003硫的化合物〔以SO4計〕，w/%≤0.007不揮發(fā)物，w/%≤0.05砷〔As〕，w/%≤0.0002重金屬〔以Pb計〕，w/%≤0.0005碳銨裝置工藝技術(shù)方案(1)工藝生產(chǎn)方法的比擬碳化生產(chǎn)流程依據(jù)壓力的不同總的可分為低壓碳化和高壓碳化。目前生產(chǎn)中接受的有以下幾種操作壓力：低壓碳化接受低壓碳化壓力為0.3～0.34MPa進入碳化系統(tǒng)。高壓碳化接受高壓碳化壓力為0.6～0.7MPa。工藝技術(shù)選擇碳化生產(chǎn)流程操作壓力雖有大小不一，但碳化系統(tǒng)的生產(chǎn)工藝過程和操作限制原理一樣，上述二種方法技術(shù)均成熟牢靠。由于高壓碳化不但可以把原料氣中二氧化碳和氨去除得比擬干凈，而且該工程是由自然氣為原料生產(chǎn)合成氨，以氨及副產(chǎn)的CO2和局部弛放氣為原料生產(chǎn)碳酸氫銨。因此本工程的可研報告那么選擇接受0.7MPa左右高壓并聯(lián)碳化流程，用濃氨水吸取二氧化碳，同時產(chǎn)出成品農(nóng)用及食品碳酸氫銨作為碳銨裝置的工藝方案。(3)碳銨裝置工藝原理及流程表達工藝原理用氨水吸取二氧化碳，在很早以前就用于焦爐氣深度冷凍前少量二氧化碳的脫除，我國的小合成氨廠將此法開展成為碳化法合成氨生產(chǎn)流程。氨水溶液的碳化過程是一個伴有化學(xué)反響的吸取過程，其總反響如下：CO2＋NH3＋H2O＝NH4HCO3吸取過程的總反響按如下兩個反響進展：2NH3＋CO2＋H2O＝〔NH4〕2CO3碳酸銨〔1〕NH3＋CO2＋H2O＝NH4HCO3碳酸氫氨〔2〕事實上的反響過程是氨和二氧化碳首先反響生成氨基甲酸銨2NH3＋CO2＝NH4COONH2氨基甲酸銨水解進一步反響生成碳酸氫銨NH4COONH2＋H2O＝NH4HCO3＋NH3氨和水作用生成氫氧化銨NH3＋H2O＝NH4OH水解的碳酸氫銨和氫氧化銨作用生成碳酸銨NH4HCO3＋NH4OH＝〔NH4〕2CO3＋H2O碳酸銨再吸取二氧化碳生成碳酸氫銨〔NH4〕2CO3＋CO2＋H2O＝2NH4HCO3事實上反響過程是比擬困難的，具體的反響機理尚有待進一步探究，但大致反響可分述如下：A.吸氨過程氣氨溶于水中，大局部和水結(jié)合成一水合氨NH3〔氣〕＋H2O〔液〕＝NH3·H2O〔溶液〕氨水一水合氨由于母液稀氨水中尚存在NH4＋、NH2COO－，CO32－等離子。因此，吸氨過程在溶液中還存在以下可逆反響，并重新建立各離子之間的平衡。NH3〔溶〕＋HCO3－＝NH2COO－＋H2O氨碳酸氫根離子氨基甲酸根離子水NH3〔溶〕＋HCO3－＝NH4＋＋CO32－B.碳化過程首先，二氧化碳從氣相溶解于液相：CO2〔氣〕＝CO2〔液〕二氧化碳二氧化碳溶解態(tài)的二氧化碳和溶液中的游離氨〔水合和未水合的氨分子〕形成氨基甲酸銨〔NH4COONH2〕CO2〔液〕＋2NH3〔液〕＝NH4COONH2〔液〕二氧化碳氨基酸氨基甲酸銨隨后，溶液中的氨基甲酸銨水解形成碳酸氫銨或碳酸銨：NH4COONH2＝NH4＋＋NH2COO－氨基甲酸銨銨離子氨基甲酸根離子NH2COO－＋H2O＝NH3＋HCO3－氨基甲酸根離子水氨碳酸氫根離子NH3＋HCO3－＝NH4＋＋CO32－氨碳酸氫根離子銨離子碳酸根離子在堿性較強的溶液中主要形成CO32－，而在PH值8～10.5之間或高濃度CO32－的溶液中主要形成HCO3－。據(jù)測定，當碳化塔溶液中碳化度由115﹪增加到155﹪時，溶液的PH值由9.40降低到8.58。因此，碳化主塔內(nèi)主要是生成碳酸氫銨。在碳化過程中，隨著碳酸氫銨的不斷生成，當溶液中碳酸氫銨的濃度超過它在該溫度下的溶解度時，便以結(jié)晶形成析出。此外，由于原料氣中含有大量惰性氣，當原料氣通過碳化塔、預(yù)碳化塔時，和濃氨水接觸，就會有氨氣從溶液中脫吸出來。其反響如下：NH3·H2O＝NH3↑＋H2O一水合氨氨水在氨回收過程中，用軟水吸取原料氣帶出的氨和局部CO2，循環(huán)運用。碳酸氫銨結(jié)晶經(jīng)過離心分別和溶液機械分別，得到成品碳酸氫銨。工藝流程表達該碳銨裝置流程，屬于高壓并聯(lián)碳化流程。該流程由下述工序組成：·壓縮工序·碳化工序·離心分別、枯燥工序·吸氨工序工藝流程說明參見工藝流程圖A.壓縮工序來自合成氨裝置脫碳工序的產(chǎn)品CO2氣，通過原料氣水分別器〔02S0102〕至CO2壓縮機〔02C0102ab〕入口。經(jīng)壓縮機壓縮至0.7MPa(A)和同樣來自合成氨氫回收裝置補充的弛放尾氣在CO2壓縮機出口混合，再和來自碳化工序綜合塔〔02T0102〕頂?shù)耐ㄟ^尾氣水分別器〔02S0101〕至尾氣循環(huán)壓縮機〔02C0101ab〕壓縮至0.7MPa(A)循環(huán)運用的尾氣一起配成混合氣〔干基計，CO240％V〕，進入碳化工序。B.碳化工序配成的混合氣〔干基計，CO240％V〕，壓力0.7MPa(A)、溫度≤38℃，進入雙系列并聯(lián)的碳化塔主塔〔02T0201-1/2〕的底部。在碳化塔上部參與從碳化泵〔02P0201abc〕來的碳化液〔此碳化液為來自固定副塔并被預(yù)碳化的預(yù)碳化液〕，和混合氣逆流鼓泡接觸，吸取其中的二氧化碳，大局部CO2含CO2約10％〔Vol％〕的氣體從主塔頂出來，進入碳化副塔，被從綜合塔來的濃氨水吸取CO2后，含CO2約10％〔Vol％〕的氣體再進入綜合塔底部，分別被綜合塔固定副塔段濃氨水吸取CO2使尾氣中的CO2含量小于0.4％〔Vol％〕，進入綜合塔上部回收清洗段，經(jīng)清洗段脫鹽水吸取CO2和清洗NH3后，CO2含量小于0.4％〔Vol％〕NH3含量小于0.07％〔Vol％〕，壓力為0.5MPa(A)的尾氣經(jīng)尾氣水分別器至尾氣循環(huán)壓縮機壓縮至0.7MPa(A)配成混合氣后再進入碳化工序循環(huán)運用。、在綜合塔回收清洗段上部，參與經(jīng)過軟水冷卻器〔02E0201〕冷卻至20℃的軟水進入回收清洗塔上部，在回收清洗段通過篩板進入吸取，用以回收氣體中的NH3和CO2碳化主塔在吸取后CO2，生成碳銨結(jié)晶，大局部以懸浮液送到后工段，少量結(jié)晶粘附在塔壁和冷卻水箱上，影響水箱換熱。生產(chǎn)中每1-2個班次將碳化主、副塔調(diào)換1次，將有結(jié)晶的主塔調(diào)換為副塔，由濃氨水在內(nèi)鼓泡清洗溶化結(jié)晶碳銨。C.離心分別、枯燥工序在進入雙系列并聯(lián)的碳化塔〔02T0201-1/2〕中生成的碳酸氫銨固體懸浮液，含結(jié)晶40％左右的懸浮液從塔下部取出，送入稠厚器〔02S0401〕，然后流入離心機〔02C0401〕分別，使碳酸氫銨結(jié)晶和母液分別，得到濕的碳酸氫銨成品。其中一局部濕的碳酸氫銨作為農(nóng)用碳酸氫銨成品經(jīng)皮帶稱稱重包裝后送去成品倉庫。另一局部濕的碳酸氫銨經(jīng)螺旋輸送機〔02L0401〕送入熱風枯燥管〔02L0402〕。熱風枯燥管底部通入來自空氣鼓風機〔02C0402〕并經(jīng)空氣加熱器〔02E0401〕預(yù)熱后的熱空氣，通過氣流輸送把枯燥后的碳酸氫銨送至旋風分別器〔02L0403〕進一步分別，得到食品級碳酸氫銨成品。食品碳酸氫銨成品經(jīng)皮帶稱稱重包裝后送去成品倉庫。出離心機的液體稱為母液，含有穿漏的碳酸氫銨結(jié)晶，進入晶液分別器〔02S0402〕，液體經(jīng)溢流管進入母液貯槽〔02V0302ab〕。下部的晶漿經(jīng)濾液泵〔02P0401ab〕返回稠厚器。出旋風分別器含粉塵的氣體經(jīng)引風機〔02C0403〕進入尾氣洗滌塔〔02T0401〕底部和從上部填料床層噴淋參與的軟水作吸取劑，下部填料床層噴淋參與自底部尾洗塔循環(huán)泵〔02P0402ab〕并經(jīng)尾洗塔循環(huán)冷卻器〔02E0402〕冷卻后的循環(huán)液作吸取劑進一步吸取。出尾氣洗滌塔的吸取液送入稀氨水槽〔02V0303〕。出尾氣洗滌塔的氣體通過壓力調(diào)整閥排入大氣。D.吸氨工序綜合塔回收清洗段上部參與的軟水，吸取放空尾氣中的氨，生成4％〔Wt％〕的稀氨水，送入稀氨水槽〔02V0303〕。母液貯槽的母液和稀氨水貯槽的稀氨水混合后經(jīng)吸氨泵〔02P0302ab〕送入吸氨噴射器〔02X0301〕，和界區(qū)外送來的液氨經(jīng)液氨蒸發(fā)器〔02E0301〕后的氣氨進展反響，制成濃氨水，濃氨水經(jīng)吸氨冷卻器〔02E0302〕冷卻后，送入濃氨水貯槽，用濃氨水泵〔02P0301ab〕送到綜合塔的副塔段，在塔內(nèi)吸取一局部CO2而生成高碳化度濃氨水液，經(jīng)濃氨水加壓泵加壓后送入碳化副塔，副塔氨水吸取CO2后，還溶解局部結(jié)疤成預(yù)碳化液，由碳化泵送入碳化主塔塔內(nèi)，進一步吸取CO2并生成碳酸氫銨結(jié)晶。離心機分別得到的母液進入母液貯槽，和稀氨水一起被吸氨泵打入吸氨噴射器中吸氨而做成濃氨水，形成循環(huán)。按生成碳酸氫銨的化學(xué)平衡，即生成1噸碳酸氫銨在理論上須要加軟水256Kg，加上生成來的4％〔Wt％〕的稀氨水，用吸氨噴射而生成為濃氨水循環(huán)的方法，可不排放稀氨水，故而本工序無廢水排放。表4-11消耗定額〔以一噸產(chǎn)品碳銨計〕序號工程規(guī)格單位數(shù)量1液氨100%NH3計kg220.92CO2100%CO2計kg563.23循環(huán)冷卻水m388.9*4脫鹽水kg256.05電kwh54.5*〔4〕碳銨裝置主要設(shè)備概述1〕主要設(shè)備選型A.碳化塔碳化工序中的主要設(shè)備為碳化塔，碳化塔主要構(gòu)造型式和傳統(tǒng)碳銨碳化塔根本一樣，為滿足工藝要求本塔接受內(nèi)徑3000mm，高度16000mm，內(nèi)件設(shè)有冷卻水箱14層，分上、中、下三局部，每層互錯設(shè)置有6個U型φ420左右的水箱，U型冷卻管材料為φ25×2.5的SS304不銹鋼管，冷卻面積約1100m2B.離心機離心機是離心分別工序的主要設(shè)備，主電機帶動轉(zhuǎn)鼓全速旋轉(zhuǎn)，物料由進料管連續(xù)引入，勻整分布到轉(zhuǎn)鼓內(nèi)段濾網(wǎng)壁上，在離心力作用下，液相物穿過濾網(wǎng)和轉(zhuǎn)鼓壁濾孔排出轉(zhuǎn)鼓，經(jīng)機殼排液管排出機外，固相物截留在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)，形成環(huán)形濾餅層。推料盤和轉(zhuǎn)鼓同時旋轉(zhuǎn)的同時，在活塞推動下，連續(xù)軸向往復(fù)運動，推動濾餅層間歇不斷地向轉(zhuǎn)鼓外端移動排出轉(zhuǎn)鼓，從前機殼底部排出機外。離心機選用臥式活塞單級推料、連續(xù)操作帶式過濾離心機，離心機為六開二備。生產(chǎn)實力8～12T/h，含濕量小于3%，適合分別含固相物粒度大于0.1mm，濃度大于40%的懸浮物。C.CO2壓縮機CO2壓縮機為二段離心式壓縮機。合成氨裝置脫碳工序來的CO2壓力0.13MPa〔A〕，溫度40℃，CO2壓縮機為一開一備。排出壓力0.7MPa〔A〕，溫度≤38℃D.尾氣循環(huán)壓縮機尾氣循環(huán)壓縮機為離心式壓縮機，壓縮機為一開一備。壓縮機吸入壓力0.5MPa〔A〕，排出壓力0.7MPa〔A〕，溫度≤38℃2〕碳銨裝置主要設(shè)備表表4-12碳銨裝置主要設(shè)備表位號名稱數(shù)量主要材料備注壓縮工序：02S0101尾氣水分別器1SS02S0102原料氣水分別器1CS02C0101ab尾氣循環(huán)壓縮機〔全套〕含段間分別器及冷卻器1+1SS+CS02C0102abCO2壓縮機〔全套〕含段間分別器及冷卻器1+1SS+CS碳化工序：02T0201abc-1碳化塔-12SS+CS02T0201abc-2碳化塔-22SS+CS02T0202-1綜合塔-11SS+CS02T0202-2綜合塔-21SS+CS02E0201軟水冷卻器1CS02P0201ab濃氨水泵2+1SS固定副塔和吸氨公用02P0201abc碳化泵2+1SS位號名稱數(shù)量主要材料備注吸氨工序：02E0301液氨蒸發(fā)器1SS02X0301吸氨噴射器1SS02E0302吸氨冷卻器1SS02V0301ab濃氨水貯槽1+1SS