碳铵工艺技术方案

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

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：

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CO

2

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：

CO

2＋NH

3

＋H

2

O＝NH

4

HCO

3

吸收过程的总反应按如下两个反应进行：

2NH

3＋CO

2

＋H

2

O＝（NH

4

）

2

CO

3

碳酸铵（1）

NH

3＋CO

2

＋H

2

O＝NH

4

HCO

3

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

2NH

3＋CO

2

＝NH

4

COONH

2

氨基甲酸铵水解进一步反应生成碳酸氢铵

NH

4COONH

2

＋H

2

O＝NH

4

HCO

3

＋NH

3

氨和水作用生成氢氧化铵

NH

3＋H

2

O＝NH

4

OH

水解的碳酸氢铵与氢氧化铵作用生成碳酸铵

NH

4HCO

3

＋NH

4

OH＝（NH

4

）

2

CO

3

＋H

2

O

碳酸铵再吸收二氧化碳生成碳酸氢铵

（NH

4）

2

CO

3

＋CO

2

＋H

2

O＝2NH

4

HCO

3

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

NH

3（气）＋H

2

O（液）＝NH

3·

H

2

O（溶液）

氨水一水合氨

由于母液稀氨水中尚存在NH

4＋、NH

2

COO－，CO

3

2－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。

NH

3（溶）＋ HCO

3

－＝ NH

2

COO－＋ H

2

O

氨碳酸氢根离子氨基甲酸根离子水

NH

3（溶）＋ HCO

3

－＝ NH

4

＋＋CO

3

2－

B.碳化过程

首先，二氧化碳从气相溶解于液相：

CO

2（气）＝ CO

2

（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（NH

4COONH

2

）

CO

2（液）＋ 2NH

3

（液）＝ NH

4

COONH

2

（液）

二氧化碳氨基酸氨基甲酸铵

随后，溶液中的氨基甲酸铵水解形成碳酸氢铵或碳酸铵：

NH

4COONH

2

＝ NH

4

＋＋ NH

2

COO－

氨基甲酸铵铵离子氨基甲酸根离子

NH

2COO－＋ H

2

O ＝ NH

3

＋ HCO

3

－

氨基甲酸根离子水氨碳酸氢根离子

NH

3 ＋ HCO

3

－＝ NH

4

＋＋ CO

3

2－