无水氨工艺及设备简介.ppt

无水氨工艺及设备简介 一 无水氨工艺 1 1对于NH3的吸收 目前应用较多的是饱和器法生产硫铵 弗萨姆法生产无水氨和水洗氨蒸氨和氨分解三种氨回收工艺 根据130万吨循环经济型煤焦化扩建项目的实际生产情况 着重简介弗萨姆法生产无水氨工艺 弗萨姆法生产无水氨分为半直接法和间接法 1 1 1半直接法是从焦炉煤气中吸收氨 宝钢二期采用的就是半直接法 焦炉煤气导入吸收塔与磷酸铵溶液直接接触 吸收煤气中的氨 然后经解析 精馏制取产品无水氨 该工艺的特点是利用磷酸二氢铵具有选择性吸收的特点 从煤气中回收氨精馏制得高纯度的无水氨 纯度可达99 98 但由于介质具有一定的腐蚀性 且解吸 精馏要求在较高的压力下操作 故对设备材质要求较高 除此之外 该工艺具有一定的经济规模限制 规模过小既不经济也不好操作 1 1 2间接法从酸性气体中吸收氨 攀钢焦化厂采用的就是间接法 是将脱酸塔顶的酸性气体引出送入间接法弗萨姆装置的吸收塔 用磷酸溶液吸收酸性气中的氨 由于该工艺不与煤气直接接触 几乎不产生酸焦油 与半直接法相比 酸焦油分离和处理设施可大为简化 我们公司采用的是半直接法脱氨 弗萨姆法制取无水氨包括三个主要过程 即用磷酸铵溶液吸收焦炉煤气中的氨 磷铵富液的解吸以及解吸的所得氨汽冷凝液的精馏 磷酸为三元酸 它在水溶液中能离解为磷酸二氢根离子 H2PO4 磷酸一氢根离子 HPO42 和磷酸根离子 PO43 磷酸是中等强度的酸 其第一级离解常数为101 10 3 在水溶液中主要离解成 H 及 H2PO4 由于磷酸的水溶液中含有上述各种离子 所以氨与磷酸作用 能生成磷酸一铵 NH4H2PO4 磷酸二铵 NH4 2HPO4 和磷酸三铵 NH4 3PO4 1 1 3磷酸一铵 磷酸二铵 磷酸三铵的主要性质见下表 由上表可见 磷酸一铵是十分稳定的 要加热到103 才会分解 磷酸二铵较不稳定 在50 时就已产生明显的氨蒸汽压 当温度达70 时即开始放出氨而变成磷酸一铵 磷酸三铵很不稳定 在室温下就分解出铵而变成磷酸二铵 因此在弗萨姆法所用的磷铵溶液中主要含有的是磷酸一铵和磷酸二铵 在低于120 时 磷铵溶液表面上氨的分压主要与溶液中的磷酸二铵含量有关 当用此种磷铵溶液来吸收荒煤气中的氨时 溶液中的部分磷酸一铵能很好地吸收氨而生成磷酸二铵 而在一定温度下 富液进行解吸时 溶液中的部分磷酸二铵又受热分解放出所吸收的氨还原为磷酸一铵 所得贫液重新返回吸收塔循环使用 上述过程的反应式为 1 2无水氨生产原理采用磷铵溶液吸收氨时 吸收塔后煤气含氨量 主要取决于在吸收操作温度下入塔贫液液面上的氨分压 即取决于磷铵溶液中的磷酸二铵含量 所以在一定的吸收温度下 入塔贫液中的总铵量 一铵和二铵之间的质量比 可以用NH3 H3PO4的克分子比表示 是十分重要的 一般喷洒贫液中的含氨为 6 8 5 含磷酸约41 NH3 H3PO4克分子比约在1 2 1 4之间 循环母液 吸收塔下部循环铵溶液 含氨为 8 5 10 5 含磷酸约44 NH3 H3PO4克分子比为1 65 1 85之间 当吸收操作温度为 40 60 时 煤气中99 以上的氨可被吸收下来 由于磷酸吸收具有选择性 只吸收焦炉煤气中的氨而焦炉煤气中的酸性组分 CO2 H2S及HCN 不被溶液吸收 只有痕量 因此无需再经化学净制 即可生产出极纯的产品 1 3无水氨生产工艺流程从脱硫工段来的35 左右焦炉煤气进入吸收塔下段 与磷酸铵溶液逆流接触 煤气中95 以上的氨在下段被吸收 煤气进入吸收塔上 中段后 煤气中剩余的氨进一步被吸收 脱氨后的煤气 含氨 0 1g m3 温度 50 从吸收塔顶出来进入终冷塔 吸收塔上 中 下三段磷酸铵溶液分别由四台循环泵循环喷淋 一台备用 下段循环泵将部分富液 温度42 2 送至除焦油器 除去富液中的焦油和萘等杂质 而夹带焦油及杂质的富液自流至焦油槽 焦油 萘等杂质被定期刮入焦油渣箱 焦油槽底部溶液通过返液泵回到除焦油器 除焦油器内富液自流入溶液槽后 溶液通过富液升压泵送入贫富液换热器与从解吸塔底来的磷酸铵溶液 贫液 进行热交换 富液被加热到沸腾状态 温度123 左右 进入接触器 闪蒸出的酸性气体和少量氨气返回吸收塔 接触器底出来的富液 用解吸塔给料泵送至解吸塔冷凝冷却器上段与氨汽进行热交换 176 左右 从解吸塔上部进入与来自解吸塔底的1 6Mpa蒸汽逆流接触 氨从富液中解吸出来 塔底贫液在贫富液换热器中被冷却 再进入贫液冷却器进一步冷却 90 然后贫液同吸收塔上段循环液合并进入吸收塔循环使用 从解吸塔顶部出来的氨蒸汽 在解吸塔冷凝冷却器上段被部分冷凝 随后在下段被冷却水全部冷凝成氨水 自流到精馏塔给料槽 为了进一步除去氨水中的酸性气体 用32 5 的氢氧化钠连续加入到精馏塔原料槽 同酸性气体中和后和精馏塔 底废水一同排出 精馏塔给料泵将浓氨水送至精馏塔第16层 在精馏塔内 浓氨水被精馏塔底部进来的1 6Mpa蒸汽加热 蒸馏 氨在塔顶积聚 产生99 8 的氨气 经精馏塔冷凝冷却器冷凝成40 左右的液态无水氨进入回流罐 液态无水氨由精馏塔回流泵升压后 部分作塔顶回流 剩余部分作为产品 送至无水氨贮罐 产品通过输送泵输送至发电分公司 为了保证精馏塔操作稳定 在精馏塔22层塔盘引出侧线排油管 将油污排入吸收塔 详细工艺流程如下 二 无水氨设备简介 1 无水氨主要设备包括 吸收塔 解吸塔 精馏塔 接触器 除焦油器 各换热器及机泵 2 吸收塔技术参数 吸收塔为空喷塔 分为三段喷洒 每段8个喷头 顶层设有捕雾层及反冲洗喷头一个 采用空喷塔是为了节约材料 减少设备腐蚀 降低设备阻力 吸收塔操作注意事项 1 溶液的摩尔比富液的摩尔比控制在1 75 1 80 贫液的摩尔比控制在1 25 1 40 富液摩尔比调整由富液处理量来决定 摩尔比升高 相应提高富液进解析塔流量的设定值 摩尔比降低 则反之 贫液摩尔比的调整 由解析塔入蒸汽量来决定 摩尔比升高 相应提高蒸汽量的设定值 摩尔比降低 则反之 2 吸收温度由于吸氨反应是放热反应 吸收过程中 溶液的温度要升高 为保证适宜的吸收温度45 47 因此要求进口煤气温度比出口煤气温度低10 一般不超过38 出口煤气温度为48 6 3 溶液的酸度 溶液系统磷酸溶液的酸度控制在30 2 酸度的高与低 由吸收塔贫液补入温度来调整 即调节溶液系统的水平衡 酸度过低 可适当补充磷酸来调整 4 循环量吸收塔循环量调整可通过吸收塔三段喷淋管处的压力分布情况来决定 并根据泵的能力保证循环量 使煤气出口含氨合格 设备检修作业注意事项 1 必须办理工作票 受限空间作业许可 持票作业 2 必须确认煤气进出口阀门关闭 且煤气水封闸阀溢流口有水溢流 3 循环系统停运 塔内溶液放尽 4 塔顶放散打开 进行蒸汽置换 置换合格后 进行有效通风5 所用工具为铜质工具 检修人员正确佩戴劳动防护用具 正确使用工具 6 受限空间作业 必须设有专人监护 所有安全措施必须执行到位 7 若有动火作业 消防器材准备到位 设有专人监护 8 确保所有与吸收塔相连接的管道阀门处于关闭状态 并悬挂工作警示牌 附吸收塔循环泵参数附吸收塔蓝图 3 解吸塔 解吸塔用于解吸磷铵富液 通过从塔底引入1 6MPa的中压蒸汽与从塔顶来的富液进行直接接触 蒸馏得到14 20 的浓氨汽 解吸塔操作注意事项 解吸的操作主要是根据富液摩尔比来调节富液进解吸塔富液处理量 一般每次增加富液处理量1 2m3 h时 相应提高解析蒸汽量 保持解吸塔顶温度在180 5 左右 解吸塔压力是由解吸塔冷凝冷却器下段有效面积的改变而被控制的 是通过解吸塔压力调节控制在1234 60Kpa 使氨水不完全从解吸塔冷凝冷却器底部排出而达到目的的 解析塔塔顶温度过高或过低对操作都是不利的 温度过高 蒸汽用量势必增大 塔顶的氨蒸汽浓度就会降低 从而影响精馏操作 温度过低 蒸汽用量不够 解析效果不佳 影响吸氨效率 解析蒸汽用量的调节不宜过分频繁 防止解析塔压力产生波动 使解析塔的压差升高或降低 而造成判断失误 为防止富液在解析塔内发泡 造成液泛 在溶液槽中适量添加消泡剂 添加消泡剂 可通过观察解析塔液位稳定状况和解析塔压差波动状态来确定 压差升高或液位波动频繁时 适量添加消泡剂 注意 频繁添加消泡剂是不可取的 设备检修作业注意事项 1 持票作业 2 解吸塔为高压容器设备 检修作业前 必须泄尽塔内压力 并确保无溶液 蒸汽进入设备 为确保安全 建议所有与解吸塔相连接的管道在入口阀门后加上盲板 3 高空作业 需系好安全带 塔底拉设警戒线 4 若有动火作业 消防器材准备到位 设有专人监护 附解吸塔图纸 4 精馏塔 精馏是利用水和氨的沸点不同 使它们分离 把浓氨水中的氨尽可能富集起来 在精馏塔塔顶生成高纯度无水氨 在精馏塔塔底控制排出废水 为此 要保持精馏塔稳定必须精心操作 精馏塔操作注意事项 1 原料浓氨水的浓度和流量原料浓氨水的浓度和流量取决与解析塔的操作 在煤气量和含氨量变化不大时 要稳定解析塔的蒸汽量和保持解析塔塔顶温度基本不变 这样才能保证浓氨水的浓度和流量稳定 2 精馏塔的压力精馏塔压力是通过精馏塔冷凝器的冷却水量而被自动控制的 精馏塔压力在一定压力下进行操作 如压力波动 会引起加热蒸汽量的波动 使塔内气体量发生变化 从而影响精馏塔的产品质量和废水质量 同样加热蒸汽压力波动 也会引起蒸汽量的波动 蒸汽量过多或过小 会造成产品和废水质量的不合格 3 精馏塔的温度液氨在一定的压力下对应一定的温度 在操作压力1478 30Kpa时的对应温度是39 9 0 3 塔顶要保持此温度 保证无水氨质量 通过精馏塔24层温度与产品抽出量控制 以回流量与抽出量之比为变化的方式来进行控制调节一般为2 1 精馏塔24层塔板温度控制范围在45 65 之间 当温度上升或下降时 由产品抽出量的改变 相应使回流量改变 保证24层温度稳定 来保证精馏塔塔顶温度 精馏塔塔底废水含氨小于1000ppm 1ppm 1mg kg 1mg L 则通过调节入塔蒸汽量来保证的 塔底第6层塔板温度与塔底温度差是函数关系 温差小于6 来保证精馏塔塔底废水合格 4 排油污操作浓氨水中含有少量的油类物质及少量的不凝性气体 其沸点高于塔顶温度又低于塔底温度 它们积聚在精馏塔中会影响精馏塔的操作 使精馏塔塔顶的产品不合格 在精馏塔18 20 22 24 26层分别引一侧线进行排油污 当温度在受控状态下 开启其中一层的一侧线持续油污排放是必要的 根据22层温度指示 开启温度接近80 一侧进行排放 排放压力100 150kpa 5 NaOH添加量确认在生产过程中 要对NaOH定量泵进行确认 可适当进行标量 保证精馏塔原料槽中酸性气体去除 对稳定精馏塔操作是很必要的 附精馏塔图纸 5 接触器 接触器DN1600L 4000 用于富液的闪蒸 将富液中的酸性气体蒸出 避免富液在解吸塔中因酸性气体的溢出而造成溶液冒泡 导致解吸塔压力波动 影响解吸塔的正常运行 同时 当贫富液换热器出现堵塞或者失备时 可短时用于富液的加热 6 除焦油器除焦油器Q 35m3 h 全容积80m3 工作温度 102 除焦油器采用空气压力泡沫浮选法 在除焦油器中 富液中的焦油类物质吸附在空气泡表面 浮在溶液的表面上 被连续撇到焦油槽中 除焦油器操作注意事项 1 溶液翻腾情况要良好 2 控制好除焦油器液位 或调整除焦油器溢流板的高度 保证刮去富液中的焦油泡沫 3 控制好溶液的比重 合适的溶液酸度和摩尔比是保证焦油和溶液分离的前提 溶液的比重应保持在1 2 1 25间较好 4 根据焦油槽表面浮油状况 及时进行撇焦油 避免焦油长时间沉积而随溶液返回到系统中 5 每格中鼓泡能力不能满足除焦能力时 对应开启除焦油底部压缩空气 从观察口来调整补入压缩空气的量 保证溶液表面有足够的浮选泡沫 6 刮板机宽度调整适宜 除焦油去液位稳定 保持连续除去焦油 7 换热器7 1贫富液换热器 贫富液换热器却换作业 A切B 1 备用溶液换热器各阀门开闭状态确认 2 慢慢打开贫富液换热器B富液进口阀 3 稍开贫富液换热器B富液侧排放阀排空气后 关闭排放阀 4 慢慢打开贫富液换热器B富液出口阀 5 慢慢打开贫富液换热器B贫液侧进口阀 6 稍开贫富液换热器B贫液侧排放阀排空气后 关闭排放阀 7 慢慢打开贫富液换热器B贫液侧出口阀 8 关闭贫富液换热器A贫液进出口阀门 9 关闭贫富液换热器A富液侧进口阀门 关闭富液侧出口阀门 10 在DCS上调整接触器富液进口温度 调节好解析塔液位 11 将贫富液换热器A贫液 富液侧溶液排放阀打开 排溶液 待清扫后作备用 12 现场确认贫富液换热器B各温度 压力情况 作及时调整作业 注意事项 1 贫富液换热器排空气过程时 缓慢小心打开阀门 避免因阀门开度过大 导致溶液飞溅出而烫伤 2 却换过程中 时刻注意接触器液位 不能因却换过程缓慢而造成接触器液位过高 或者冒槽 3 却换完成后 应立即调整贫富液换热器的压力和温度 7 2贫液冷却器 贫液冷却器切换 A切B 1 备用贫液冷却器各阀门开闭状态确认 2 贫液冷却器B冷却水进口阀打开 引入冷却水 3 慢慢打开贫液冷却器B贫液进口阀 稍开贫液侧排放阀排空气后 关闭排放阀 4 慢慢打开贫液冷却器B贫液出口阀 5 关闭贫液冷却器A贫液进出口阀门 6 检查确认贫液冷却器