合成氨-铜洗毕业设计

中国石油大学（北京）成教院毕业设计（论文）（2011届）设计（论文）题目铜氨液洗涤法办学点（系）南京办学点专业化学工程与工艺班级化学工程与工艺082 学号05学生姓名章宇阳起讫日期2010.07 --2010.09地点江苏电大化工分校指导教师孔芸职称讲师年月日中国石油大学（北京）南京函授站中国石油大学（北京）成教院毕业设计（论文）任务书指导教师签字年月日指导小组组长签字年月日说明：任务书内容按实际情况填写，可根据本表格重新打印。

毕业设计（论文）指导记录表毕业设计（论文）成绩评定表毕业设计（论文）答辩委员会根据指导教师评语、评阅人及答辩小组意见，经讨论研究、确定同学的毕业设计（论文）总评成绩（等第）为：。

答辩委员会主任（签名）：年月日年产5万吨合成氨装置精炼工段的设计章宇阳摘要：本设计为年产5万吨合成氨铜洗工段工艺设计，铜洗工段的主要任务是将碳化来的原料气，通过化学法或物理法，清除原料气中的碳，制成合格的精练气。

这是把原料气送往合成之前最后的一个净化步骤。

对铜液性质，组成，铜洗工段工作原理，铜液操作条件，铜洗工艺流程及再生的条件，铜洗工艺的发展，进行了论述。

通过对铜洗塔,回流塔,再生塔,上加热器,下加热器,水冷器,氨冷器进行物料衡算，热量衡算，工艺参数计算，选型，设计了合理的生产工艺.并绘制了工艺流程图，铜洗塔图关键字：醋酸铜液精炼吸收 CO、CO2正文第一章概述一、氨的性质，是一种无色气氨（Ammonia，即阿摩尼亚），或称“氨气”，分子式为NH3体，有强烈的刺激气味。

极易溶于水，常温常压下1体积水可溶解700倍体积氨。

氨对地球上的生物相当重要，它是所有食物和肥料的重要成分。

氨也是所有药物直接或间接的组成。

氨有很广泛的用途，同时它还具有腐蚀性等危险性质。

由于氨有广泛的用途，氨是世界上产量最多的无机化合物之一，多于八成的氨被用于制作化肥。

由于氨可以提供孤对电子，所以它也是一种路易斯碱。

比空气轻（比重为 0.5），可感觉最低浓度为 5.3ppm。

氨是一种碱性物质，它对接触的皮肤组织都有腐蚀和刺激作用。

可以吸收皮肤组织中的水分，使组织蛋白变性，并使组织脂肪皂化，破坏细胞膜结构。

氨的溶解度极高，所以主要对动物或人体的上呼吸道有刺激和腐蚀作用，减弱人体对疾病的抵抗力。

浓度过高时除腐蚀作用外，还可通过三叉神经末梢的反射作用而引起心脏停搏和呼吸停止。

氨通常以气体形式吸入人体，进入肺泡内的氨，少部分为二氧化碳所中和，余下被吸收至血液，少量的氨可随汗液、尿或呼吸排出体外。

结构：氨分子为三角锥形分子，是极性分子。

N原子以sp3杂化轨道成键。

1.物理性质氨气通常情况下是有刺激性气味的无色气体，密度比空气小，极易溶于水，易液化，液氨可作制冷剂。

以700：1的溶解度溶于水。

氨水中含有粒子：水分子，氨（NH3)分子，一水合氨(NH3～H2O)分子，铵根离子，氢离子，氢氧根离子。

摩尔质量：17.0306 CAS: 7664-41-7 密度：0.6942 熔点：-77.73℃沸点：-33.34℃在水中溶解度：89.9 g/100 mL, 0℃偶极距：1.42 D2.化学性质NH3遇HCl气体或浓盐酸有白烟产生,可与氯气反应。

(1)氨水（混称氢氧化铵，NH4OH）可腐蚀许多金属，一般若用铁桶装氨水，铁桶应内涂沥青。

(2)氨的催化氧化是放热反应，产物是NO，是工业制硝酸的重要反应，NH3也可以被氧化成N2。

(3)NH3能使湿润的紫色石蕊试纸变蓝。

电离方程式在水中产生少量氢氧根离子,是弱碱.3.氨的用途氨是最为重要的基础化工产品之一，同时也是能源消耗的大户，世界上大约有10%的能源用于合成氨。

氨主要用于农业，合成氨是我化肥工业的基础，氨本身是最重要的氮素肥料，其他氮素肥料也大都是先合成氨，再加工成尿素或各种铵盐肥料，这部分均占70%的比例，称之为“化肥氨”；同时氨也是重要的无机化学和有机化学工业基础原料，用于生产铵、胺、染料、炸药、合成纤维、合成树脂的原料，这部分约占30%的比例，称之为“工业氨”二、合成氨的生产工艺及主要方法合成氨生产系统中精炼采用铜洗装置。

铜洗是在高压低温条件下，用醋酸铜液吸收来自脱碳后氢氮气中的二氧化碳、一氧化碳、氧和硫化氢等有害气体，制得合格的铜洗气体吸收气体后的铜液经减压、加温后,再生循环使用,解吸出来的再生气体及其夹带出来的氨均回收利用。

实际在运行中有铜液泄漏会导致污染，再生气回收利用后，会使气体中夹带氨，导致变换、压缩机排放冷凝水带有氨，而且，由于几十年的发展，氨回收装置相对较分散，氨仍不能充分回收，还有泄漏导致污染，同时也耗费资源。

鉴于此，确定对目前厂区实行搬迁，搬迁以后新厂区建设中不考虑铜洗工序，将铜洗改为醇烃化装置；醇烃化精制工艺是双甲精制工艺的升级技术，它由中低变—脱碳—精脱硫—醇化—烃化构成，其优点为原料气精制度高、操作简单、运行稳定、物耗少、工作环境清洁、节能效果好、经济效益显著。

并且搬迁后将全面考虑充分回收废气中泄漏的氨，将其转化为稀氨水进行综合利用。

1.原料气制备将煤和天然气等原料制成含氢和氮的粗原料气。

对于固体原料煤和焦炭，通常采用气化的方法制取合成气；渣油可采用非催化部分氧化的方法获得合成气；对气态烃类和石脑油，工业中利用二段蒸汽转化法制取合成气。

2.净化对粗原料气进行净化处理，除去氢气和氮气以外的杂质，主要包括变换过程、脱硫脱碳过程以及气体精制过程。

(1) 一氧化碳变换过程在合成氨生产中，各种方法制取的原料气都含有CO，其体积分数一般为12%～40%。

合成氨需要的两种组分是H2和N2，因此需要除去合成气中的CO。

变换反应如下：CO+H2OH→2+CO2由于CO变换过程是强放热过程，必须分段进行以利于回收反应热，并控制变换段出口残余CO含量。

第一步是高温变换，使大部分CO转变为CO2和H2；第二步是低温变换，将CO含量降至0.3%左右。

因此，CO变换反应既是原料气制造的继续，又是净化的过程，为后续脱碳过程创造条件。

(2) 脱硫脱碳过程各种原料制取的粗原料气，都含有一些硫和碳的氧化物，为了防止合成氨生产过程催化剂的中毒，必须在氨合成工序前加以脱除，以天然气为原料的蒸汽转化法，第一道工序是脱硫，用以保护转化催化剂，以重油和煤为原料的部分氧化法，根据一氧化碳变换是否采用耐硫的催化剂而确定脱硫的位置。

工业脱硫方法种类很多，通常是采用物理或化学吸收的方法，常用的有低温甲醇洗法(Rectisol)、聚乙二醇二甲醚法(Selexol)等。

粗原料气经CO变换以后，变换气中除H2外，还有CO2、CO和CH4等组分，其中以CO2含量最多。

CO2既是氨合成催化剂的毒物，又是制造尿素、碳酸氢铵等氮肥的重要原料。

因此变换气中CO2的脱除必须兼顾这两方面的要求。

一般采用溶液吸收法脱除CO2。

根据吸收剂性能的不同，可分为两大类。

一类是物理吸收法，如低温甲醇洗法(Rectisol)，聚乙二醇二甲醚法(Selexol)，碳酸丙烯酯法。

一类是化学吸收法，如热钾碱法，低热耗本菲尔法，活化MDEA 法，MEA法等。

(3) 气体精制过程经CO变换和CO2脱除后的原料气中尚含有少量残余的CO和CO2。

为了防止对氨合成催化剂的毒害，规定CO和CO2总含量不得大于10cm3/m3(体积分数)。

因此，原料气在进入合成工序前，必须进行原料气的最终净化，即精制过程。

目前在工业生产中，最终净化方法分为深冷分离法和甲烷化法。

深冷分离法主要是液氮洗法，是在深度冷冻(<-100℃)条件下用液氮吸收分离少量CO，而且也能脱除甲烷和大部分氩，这样可以获得只含有惰性气体100cm3/m3以下的氢氮混合气，深冷净化法通常与空分以及低温甲醇洗结合。

甲烷化法是在催化剂存在下使少量CO、CO2与H2反应生成CH4和H2O的一种净化工艺，要求入口原料气中碳的氧化物含量(体积分数)一般应小于0.7%。

甲烷化法可以将气体中碳的氧化物(CO+CO2)含量脱除到10cm3/m3以下，但是需要消耗有效成分H2，并且增加了惰性气体CH4的含量。

甲烷化反应如下：CO+3H2→CH4+H2O =-206.2kJ/mol 0298HΔCO2+4H2→CH4+2H2O =-165.1kJ/mol 0298HΔ3.氨合成将纯净的氢、氮混合气压缩到高压，在催化剂的作用下合成氨。

氨的合成是提供液氨产品的工序，是整个合成氨生产过程的核心部分。

氨合成反应在较高压力和催化剂存在的条件下进行，由于反应后气体中氨含量不高，一般只有10%~20%，故采用未反应氢氮气循环的流程。

氨合成反应式如下：N 2+3H2→2NH3(g) =-92.4kJ/mol三、生产合成氨的原料制取氨用的氮氢混合气。

氢气主要由天然气、石脑油、重质油、煤、焦炭、焦炉气等原料制。

1.天然气制氨天然气先经脱硫，然后通过二次转化，再分别经过一氧化碳变换、二氧化碳脱除等工序，得到的氮氢混合气，其中尚含有一氧化碳和二氧化碳约0.1％～0.3％（体积），经甲烷化作用除去后，制得氢氮摩尔比为3的纯净气，经压缩机压缩而进入氨合成回路，制得产品氨。

以石脑油为原料的合成氨生产流程与此流程相似。

2.重质油制氨重质油包括各种深度加工所得的渣油，可用部分氧化法制得合成氨原料气，生产过程比天然气蒸气转化法简单，但需要有空气分离装置。

空气分离装置制得的氧用于重质油气化，氮作为氨合成原料外，液态氮还用作脱除一氧化碳、甲烷及氩的洗涤剂。

C H或元素碳代表，它们在②铜锌系催化剂由铜、锌、铝（或铬）的氧化物组成，又称低浊变换催化剂。

活性组分为铜，开工时先用氢气将氧化铜还原，还原时放出大量反应热，操作时必须严格控制氢气浓度，以防催化剂烧结(见催化剂寿命)。

采用此催化剂可把气体中一氧化碳浓度降到 0.3％（体积）以下。

高、低温变换催化剂耐硫性能差，其中硫化氢对变换催化剂是常见的有害毒物。

对于低温变换催化剂为：低温变换催化剂对硫特别敏感，而且其中毒是属于永久性中毒。

因此，在一氧化碳低温变换前，原料气必须经过精细脱硫，使总硫含量脱除到1ppm以下。

③钴钼系催化剂是50年代后期开发的一种耐硫变换催化剂，主要成分为钴、钼氧化物。

活性温度不同，有只适用于高温变换的，也有适于高、低温变换的。

因活性组分为钼的硫化物，故开工时需先进行硫化处理。

工业上，为了提高一氧化碳变换率，采用过量水蒸气，并根据原料气硫含量的多少选用适宜的变换催化剂，确定脱硫工序是放在变换之前或在其后。

压力可选用常压或加压。

温度是控制一氧化碳变换过程最重要的工艺条件，随着变换反应的进行，会有大量反应热放出，使催化剂床层出口温度上升。

对一氧化碳浓度高的原料气，通常采用两段变换流程，以尽可能降低变换气中的一氧化碳浓度。

两段变换时，段间进行冷却，使大量一氧化碳在第一段较高温度下与水蒸气反应；第二段则在较低温度下进行变换。