-
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
（
< br>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：
< br>1100
吨
年产量：
330000
吨
（<
/p>
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
指标
项目
优等品
氮含量（
N
）
≥
水分（
H
2
O
）
≤
17.2
3.0
湿碳酸氢铵
一等品
17.1
3.5
合格品
16.8
5.0
注：
优等品和一等品必须含添加剂。
<
/p>
食品碳酸氢铵产品质量
符合国标
GB18
88-2008
的规定
，主要指标见下表：
表
4-10
350t/d
食品碳铵质量指标表
项目
总碱量（以
NH
4
HCO
3
< br>计）
，
w/%
氯化物
（以
Cl
计）
，
w/%
≤
硫的化合物
（以
SO
4
计）
，
w/%
≤
不挥发物，
w/%
≤
砷
（
As
）
，
w/%
≤
重金属（以
Pb
计）
，
w/%
≤
4.3.1.2
碳铵装置工艺技术方案
指标
99.2
～
100.5
0.003
0.007
0.05
0.0002
0.0005
(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：
C
O
2
＋
NH
3
＋
H
2
O
＝
NH
4
HCO<
/p>
3
吸收过程的总反应按如下两个反应进行：
2NH
3
＋
CO
< br>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
<
/p>
2NH
3
＋
CO
2
＝
NH
4<
/p>
COONH
2
氨基甲酸铵水解进一步反应生成碳酸氢铵
NH
4
COONH
2
＋
H
2
O
< br>＝
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
4
HCO
3
＋
NH
4
O
H
＝（
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
< br>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<
/p>
NH
4
＋
、
NH
2
COO
－<
/p>
，
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<
/p>
（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
4
COONH
2
）
CO
2
（液）
＋
2NH
3
（液）
＝
NH
4
C
OONH
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
4
COONH
2
＝
NH
4
＋
＋
NH
2
< br>COO
－
氨基甲酸铵
铵离子
氨基甲酸根离子
NH
2
COO
－
＋
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
－
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
CO
3
2
－
，而在
PH
值
8
～
10.5
之间或高浓度
CO
3
2
－
的溶液中主要形成
HCO
3
－
。
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，便以结晶形成析出。
<
/p>
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：
NH
< br>3·
H
2
O
＝
NH
3
↑ ＋
H
2
O
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
CO
2
，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
CO
2
气，通过原料气水分离器（
02S0102
）
至
CO
2
压缩机（
02C0102ab
）入口。经压缩机压缩至
0.
7MPa(A)
与同样来自合成氨
氢回收装置补充的弛放尾气在
CO
2
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，
CO
2
40
< br>％
V
）
，
进入碳
化工序。
B.
碳化工序
-
-
-
-
-
-
-
-
-
上一篇：高中必修第二册《第二节 氮及其化合物》优质课教案教学设计
下一篇：一水合氨