铜氨液吸收基本原理
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第七章少量CO的脱除经CO变换和CO2脱除后的原料气尚含有少量的CO和CO2。
为了防止它们对合成催化剂的毒害,规定CO和CO2总含量不得多于10ppm,因此,原料气送往合成以前,还需有一个最后净化步骤。
由于CO不是酸性也不是碱性气体,在各种无机、有机液体中的溶解度又很小,所以要脱除少量CO并不容易,下面介绍几种脱除少量CO的方法:第一节铜氨液吸收法铜氨液的组成:铜离子、酸根、氨。
为了避免腐蚀,工业上不用强酸,而是用弱酸的铜盐氨溶液:蚁酸铜氨液;醋酸铜氨液;碳酸铜氨液。
下面分别分析以下上述三种铜氨液的特点。
1、乙酸铜氨液:a、蚁酸亚铜在氨溶液中溶解度大,也就是说,在单位体积铜液中吸收CO的能力较大;b、蚁酸昂贵;c、再生时易分解而损失,需经常补充,以致提高了生产成本。
2、碳酸铜氨液:a、碳酸铜氨液极易取得,合成氨原料气中的CO2被吸收后成碳酸,与铜氨液结合即成吸收液;b、溶液吸收能力差,需要的铜液量大,而且净化后气体残余的CO和CO2较多。
3、醋酸铜氨液:a、吸收能力与蚁酸铜氨液接近;b、铜液组成稳定,再生时损失少,国内一致采用。
一、铜液的组成铜液由金属铜溶于醋酸、氨和水中而成,所用水不含氯化物和硫酸盐。
以免由于水质不纯而引起设备腐蚀。
因为金属铜不易溶于醋酸和NH 3中,制备新铜液时必须加入空气,这样金属铜被氧化为高价铜。
2Cu+4HAc+8NH 3+O 2=2Cu(NH 3)4Ac 2+H 2O (7-1)生成的高价铜再把金属铜氧化成低价铜,从而使铜逐渐溶解: Cu(NH 3)4Ac 2+Cu=2Cu(NH 3)2Ac (7-2)铜液的组成:Cu 2+、Cu +、氨(络合氨、固定氨、游离氨); 铜液中各组分的作用:1、铜离子:①低价铜:Cu(NH 3)2+——吸收CO 的活性组分;②高价铜:Cu(NH 3)42+——没有吸收CO 的能力,但溶液中必须有,否则就会有CU 析出。
2Cu(NH 3)2AC= Cu(NH 3)4AC 2+Cu ↓ (7-3) 总铜:T Cu =Cu ++Cu 2+ 铜比:R=++2Cu Cu 所A Cu 表示低价铜浓度:12222+=+=+=++++++R RCuRCu RCu Cu Cu Cu T A Cu Cu 或 Cu Cu T R R A 1+= 即:R 一定时,A Cu ∝T Cu R ↑ A Cu ↑ 但是铜液中总铜量有一极限值,此值可由铜在铜液内的溶解度决定。
铜氨液吸收一氧化碳生产条件概述及解释说明1. 引言1.1 概述本文旨在概述和解释铜氨液吸收一氧化碳生产条件的重要性和影响因素。
铜氨液是一种常用于吸收一氧化碳的溶液,能够有效地降低环境中的有害气体浓度,具有广泛的应用价值。
了解铜氨液吸收一氧化碳的生产条件对提高吸收效率、确保生产质量具有重要意义。
1.2 文章结构本文将根据以下结构组织内容:引言部分为第一部分,简要介绍文章目的和结构;接下来,第二部分将详细介绍铜氨液定义、特性以及一氧化碳来源和影响因素;第三部分将重点讨论生产条件对铜氨液吸收一氧化碳的影响,包括温度、压力和反应时间等因素;第四部分将通过实验研究和案例分析验证之前所述内容;最后,第五部分总结全文,并展望未来进一步研究方向。
1.3 目的本文旨在提供关于铜氨液吸收一氧化碳生产条件相关知识的全面介绍和解释。
通过对铜氨液定义、特性及一氧化碳来源和影响因素的阐述,可以更好地理解铜氨液吸收一氧化碳的机制。
同时,生产条件对吸收效率的影响也将被详细探讨。
希望本文能够为相关领域从业人员提供有益指导,并促进进一步研究和应用铜氨液吸收一氧化碳技术的发展。
2. 铜氨液吸收一氧化碳生产条件2.1 铜氨液的定义和特性铜氨液是一种由铜盐和氨水混合而成的溶液,通常呈蓝色或青绿色。
它具有良好的化学稳定性和可溶解多种金属离子的能力。
铜氨液在工业上被广泛应用于一氧化碳吸收过程中。
2.2 一氧化碳的来源和影响因素一氧化碳是一种无色、无味、可燃的气体,常见于燃煤、石油等燃料的不完全燃烧过程中产生。
它对环境和人体健康都有严重危害。
一氧化碳的生成量受到诸多因素影响,包括燃料类型、温度、压力等。
2.3 铜氨液吸收一氧化碳的原理和机制铜氨液吸收一氧化碳是通过物理吸附和化学反应两种机制共同发挥作用。
首先,铜盐中的铜离子会与一氧化碳形成络合物,实现一氧化碳的物理吸附。
接下来,氨水中的氨分子与络合物反应生成次碳酸铜和氮气,实现一氧化碳的化学吸附和转化。
铜离子中加氨水的原理
加氨水是指在溶液中加入氨水(NH3·H2O)。
在加氨水的过程中,铜离子(Cu2+)和氨水发生反应,生成配位化合物。
铜离子和氨水的反应原理是:
Cu2+ + 4NH3 →[Cu(NH3)4]2+
在这个反应中,铜离子接受了氨分子的配位键,形成了络合物[Cu(NH3)4]2+。
络合物中的铜离子由四个氨分子配位,形成一个四个氨分子围绕着铜离子的结构。
这个反应具有以下特点:
1. 铜离子接受氨分子中的电子对,形成了一对新的配位键。
2. 氨分子是一个双电子捐体,通过其孤对电子与铜离子形成配位键。
氨分子中的氮原子是一个孤对电子的供体,而铜离子是一个双电子受体。
3. 氨分子的配位能力较强,可以形成稳定的络合物。
络合物的稳定性可以通过一系列的配位和晶体场理论来解释。
通过加入氨水,可以使铜离子重新排布,形成新的络合物,从而改变溶液中的性质和化学行为。
而且,络合物的形成还可以有效地防止铜离子的沉淀和氧化,对
铜的保护具有重要的作用。
氨液吸收法
氨液吸收法是一种用于去除气体中氨气的方法。
这种方法通常用于化肥生产过程中,以去除氨气,防止对环境造成污染。
氨液吸收法的原理是利用氨气的溶解度随温度和压力的变化而变化的特性,通过加热或冷却氨气,使其溶解度发生变化,从而实现吸收和排放氨气的目的。
具体操作步骤如下:
1. 收集氨气:首先,需要收集含有氨气的气体。
这可以通过在气体收集器中安装一个装有活性炭的滤网来实现,因为活性炭可以吸附氨气。
2. 加热氨气:然后,将收集到的氨气加热,使其溶解度增加。
这可以通过在收集器中加入热源(如电热器)来实现。
3. 冷却氨气:接着,将加热后的氨气冷却,使其溶解度降低。
这可以通过在收集器中加入冷却设备(如冷却塔)来实现。
4. 吸收氨气:最后,通过将冷却后的氨气与水混合,利用氨气的溶解度随温度和压力的变化而变化的特性,实现氨气的吸收。
这可以通过在混合器中加入水来实现。
5. 排放氨气:吸收后的水中含有大量的氨气,可以通过排水的方式将其排放出系统。
以上就是氨液吸收法的基本原理和操作步骤。
需要注意的是,这种方法虽然可以有效地去除氨气,但也会对环境造成一定的污染,因
此在使用时需要尽量减少对环境的影响。
铜氨溶液的主要化学成分铜氨溶液,这个名字听起来是不是有点陌生?别担心,今天咱们就来聊聊它的主要成分,让你对它有个清晰的了解。
1. 铜氨溶液是什么?1.1 铜氨溶液的概念铜氨溶液,其实就是一种含有铜的化学溶液。
这种溶液是把铜盐溶解在氨水中的结果。
听起来有点复杂?其实就是把铜和氨水结合起来,它的化学反应能产生一些有趣的化学物质。
1.2 铜氨溶液的外观如果你亲眼见过铜氨溶液,你会发现它呈现出一种深蓝色。
那种颜色可是相当迷人的,仿佛深海的颜色一般,让人忍不住多看几眼。
这个颜色的产生是因为溶液中的铜离子和氨分子的作用。
2. 铜氨溶液的主要成分2.1 铜离子(Cu²⁺)铜氨溶液中的一个主要成分就是铜离子。
铜离子是从铜盐中来的,比如硫酸铜或者氯化铜。
它们溶解在氨水中时,铜离子就会释放出来。
铜离子可是有点“明星气质”的,它是铜氨溶液那深蓝色的关键原因。
2.2 氨(NH₃)另外一个重要的成分就是氨。
氨水就是氨气溶解在水中的结果,氨气的化学公式是NH₃。
在铜氨溶液里,氨不仅仅是个背景板,它可是主角之一。
氨分子与铜离子结合,形成了那令人印象深刻的蓝色复合物。
3. 铜氨溶液的用途3.1 工业上的应用铜氨溶液在工业中可不是闲人来着。
它常被用作染料的制造材料,特别是用于棉布的染色。
那些漂亮的深蓝色衣物,可能就是因为铜氨溶液的帮忙。
除此之外,它还用于制造铜的化合物,在一些化学反应中起到了催化剂的作用。
3.2 实验室里的应用在实验室里,铜氨溶液也是个重要角色。
科学家们用它来测试一些化学反应,观察物质的变化。
比如,它可以用来检测蛋白质,因为它与蛋白质结合时会发生颜色变化,这对科学研究可是很有帮助的。
4. 处理和安全4.1 使用安全铜氨溶液虽然有很多好处,但在使用时还是要小心。
因为它含有铜离子,如果长时间接触或者摄入过多,可能会对健康有影响。
使用时一定要佩戴好防护装备,比如手套和护目镜。
4.2 储存注意储存铜氨溶液时,也要注意它的环境。
【关键字】生产醋酸铜氨液论文设计(论文)题目铜氨液洗涤法专业化学工程与工艺年产5万吨合成氨装置精炼工段的设计摘要: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第一章概述一、氨的性质氨(Ammonia,即阿摩尼亚),或称“氨气”,分子式为NH3,是一种无色气体,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,加入肺泡内的氨,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。
铜氨溶液吸收法一、铜氨液吸收法的原理:取一定量的样品气与吸收液接触,在有氨气存在下,铜被氧化,生成氧化铜和氧化亚铜;氧化物再与氢氧化铵、氯化铵作用,生成可溶性的高价铜盐和低价铜盐;低价铜盐吸收氧转为高价铜盐,高价铜盐又被铜还原为低价铜盐,低价铜盐又与氧反应,如此循环作用,达到吸收氧的目的,根据气体体积的减少就可测出样品中的氧含量;二、氧分析器的测量及对象分析常用的氧分析器有高纯氧分析器和常量氧分析器两种,前者主要针对高纯氧的分析,量气管的刻度是不均匀分布的,只有氧纯度达到99%以上时,才能准确定量,即每小格刻度为0.1%;而后者的量气管刻度是均匀分布的,即每小格为0.2%;只要不是对样品氧纯度的精度要求过高,氧含量在0%至100%范围内的样品均可分析;两种分析器的取样量均为100毫升;三、氧分析器的构成:铜氨液氧分析器通常由水准瓶内装封气液、100毫升量气管、吸收瓶内置铜丝卷和铜氨混合吸收液三大部分组成;水准瓶中封气液组成为5%的稀盐酸滴入几滴甲基橙指示剂;吸收瓶中溶液的组成为配制好的铜氨溶液;即为1:125%的浓氨水与饱和氯化氨的水溶液的混和物,再加入少量硫酸铜每10000毫升混合液加入10克硫酸铜;铜丝卷:用直径为1mm的铜丝,绕于直径5mm的棒上,然后取下剪成10mm长的小段;四、氧分析器分析的操作步骤:1、检查仪器是否漏气:保证仪器密封良好;2、必须确保吸收瓶与量气管之间的毛细管内为纯氮气,并使吸收瓶液面保持在一标记位置;3、提起水准瓶,让封气液把量气管中的气体全部排出,接上取样胶管,准确取样100毫升,将样品气全部送入吸收瓶,关闭三通活塞,然后微微摇动吸收瓶,使样品气与吸收液充分接触,其中的氧便被吸收液吸收;旋转三通活塞,让残余气体回到量气管,并使吸收瓶液面保持在原标记位置;关闭三通活塞,提起水准瓶,使水准瓶内液面与量气管液面在同一水平面上,读出气体体积;4、再次提起水准瓶,把气体送入吸收瓶,重复上述操作,直到两次读数相同为止,即可读数,得到分析结果;五、注意事项铜氨液吸收瓶中铜丝装多少为合适当吸收液出现黄绿色沉淀时怎么办答:铜氨液吸收瓶中铜丝的装入量以不少于瓶容量的五分之四为合适;当吸收液出现黄绿色沉淀时,应将旧液倒掉三分之二,留下三分之一,然后再加入新的吸收液至适量即可;注:铜丝量过少,不利于吸收瓶中的氧充分、快速地吸收;而适当保留一部分旧液,也是为了使吸收瓶中的高、低价铜盐能尽快达到一种平衡状态,使仪器能在短时间内投入作用;一般刚换过吸收液的仪器,在正式分析前,应先随意分析几个样,以促使吸收瓶中的新旧吸收液均匀混合,使吸收瓶与封气液间的毛细管柱内气体为纯氮气;此时的该仪器即可随时投入使用;铜氨液吸收法测氧浓度时的注意事项:1、量气管必须洁净,无挂珠现象;2、量气管与吸收瓶中的气体必须为纯氮气;3、吸收前后读体积时吸收液液面应一致;4、前后读数的时机应一致;5、读数时视液面的角度及方法应正确;6、吸收液应符合要求;7、系统气密性要好 ;8、更换吸收液应保留部分旧液;9、取样时应保证样品的真实性;10、摇晃吸收器时,动作不宜过大,以防吸收瓶毛细管断裂;摇晃的目的是为了增大样品气与吸收液的接触面,促使样品气中的氧被吸收液充分吸收,缩短分析时间;注意事项:一、当吸收瓶产生黄绿色沉淀时,应立即更换吸收液,新的吸收液因缺少低价铜盐,吸收比较缓慢,前几次分析结果可能会偏低;二、铜丝的消耗也会影响吸收效率,必须经常补充,铜丝应保持在吸收瓶的4/5左右;三、操作时要注意封气液和吸收液不要互相串通;四、取样前量气管中不能有残气,以免产生分析误差;五、高纯氧与常量氧的测定方法、原理相同,但所用量气管不同,使用中应注意分清;。
无机化工工艺学复习题库及答案一、填空1.氨是由 H 2 和 N 2 直接合成的,主要用于 农业肥料 。
2.合成氨生产的原料,按物质状态可分为 焦炭 、 天然气 、 石脑油 三类 。
3.生产合成氨的主要步骤有___造气___、___净化__、_压缩和合成___三个。
4.蒸汽转化法制得的粗原料气应满足 残余甲烷含量的体积分数不超过0.5% 和22N CO H (摩尔比)≈2.8~3.1 要求。
5.影响重油气化反映的主要因素是 温度 、 压力 、 氧油比 和 蒸汽油比 。
6.煤气中的硫化物分为无机硫和有机硫,其中无机硫约占系统的 90%~95% ,有机硫化物约占 10% 左右。
7.采用物理吸收法脱除CO 2适用于 CO 2>15% 的煤气,常用方法是 低温甲醇法(或聚乙二醇二甲醚法—NHD 法) 。
8. CO 变换反应 CO+ H 2O== CO 2+ H 2 。
9.工业上制取氢气的方法主要是 固体燃料气化法 、 气态烃蒸汽转化法 和 液态烃部分氧化法 。
10.中国合成氨总产量位居世界第一,其中大型企业占总产能的 22% ;用煤为原料生产合成氨的约占总产量的 67% 。
11.合成氨工业上应用较多的粉煤气化炉有 K —T 炉 和 德士古炉 炉。
12.甲烷蒸汽转化反应一、二段转化气中残余甲烷含量分别按 10% 和 0.5% 设计。
13.重油气化反应过程十分复杂,主要过程是重油雾滴升温气化、 气态烃的氧化燃烧 、 气态烃高温热裂解和气态烃与蒸汽反应四类过程。
14.干法脱硫最大优点是 脱硫精度高 ,适用于脱除 低硫或微量硫 。
15.采用化学吸收法脱除CO 2适用于 CO 2<15% 的煤气,常用方法是 热碳酸钾法(或有机胺法——活化MDEA 法) 。
16.氨的合成反应后气体中氨含量不高,一般只有 10%~20% ,工业上常采用 冷凝 法将氨从气体混合物中分离。
,二、判断题1、以空气为气化剂生产的煤气叫做水煤气,其组成中含有大量的H 2和CO ,发热量很高,可作为燃料。
铜氨液吸收基本原理
一、吸收一氧化碳反应
铜氨液吸收CO 是靠溶液中亚铜络氨盐和游离氨进行反应,化学反应方程式表示如下:
醋酸亚铜络二氨 一氧化碳醋酸亚铜三氨
吸收机理:
第一步,CO 与铜液相接触,气体中的CO 溶解于铜液中(物理过程);
第二步,在游离氨存在的条件下,CO 与铜液中的低价铜复盐作用生成络合物,即一氧化碳醋酸亚铜三氨(化学过程)。
二、吸收二氧化碳的反应
铜液有吸收CO 2能力,是因铜液中有游离氨存在,其反应如下:
()H CO NH O H CO NH ∆+=++324223(1—1)
反应生成的碳酸铵继续吸收CO 2,生成碳酸氢铵,其反应如下: ()H HCO NH O H CO CO NH ∆+=++34223242(1—2)
在铜洗塔中,铜液吸收CO 2的过程,气相中的CO 2含量与铜液中CO 2含量有关。
铜液中CO 2含量随铜液中氨含量不同而不同。
由上式(1—1)可知,两者生成碳酸铵溶液。
在不同温度下,气相与液相平衡的CO 2含量也不同。
温度高,CO 2平衡含量高。
综上所述,铜液塔出口气体CO 2的净化度随铜液中CO 2含量、游离氨含量和铜液温度三因素而变。
即铜液中含CO 2低、游离氨高和铜液温度低,出塔气相净化度高。
式(1—1)和(1—2)均为放热反应。
进铜洗系统气体中含CO 2愈高,反应放热愈多,过高的CO 2含量,使铜塔的操作温度迅速上升,导致铜液的吸收效率会因此迅速减退。
目前对于丙碳和高压水洗脱碳的流程,严格控制进铜洗系统原料气中CO 2含量,是保证精炼工段正常操作的必要条件。
在吸收操作中,还须注意,吸收温度过低时,吸收CO 2后生成的碳酸氢铵和碳酸铵易产生结晶;当铜液中醋酸和氨含量不足时,铜液吸收 CO 2后,又会生成碳酸铜沉淀。
所以这些,都会造成设备和管道堵塞而影响生产。
三、铜液吸收氧的反应,是依赖铜液中低价铜被氧化而进行的,其反应如下:
()()Q NH CO Ac NH Cu O HAc NH Ac NH Cu +++=+++322432323622
1242(1—3)
()()34323232322
16CO NH Cu O NH CO CO NH Cu =+++(1—4) 铜液吸收氧后,将低价铜Cu +氧化成高价铜Cu 2+
CuO O O Cu 4222=+(1—5)
四、吸收二氧化硫的反应
铜氨液吸收硫化氢有以下三种反应;
Q O H S NH S H OH NH ++=+224242)(2(1—6)
S NH Ac NH S Cu S H Ac NH Cu 24422323)(22)(2++=+(1—7)
()()S NH Ac NH CuS S H Ac NH Cu 244243222++=+(1—8)
进精炼系统原料气的硫化氢含量要求小于10mg/m 3。
硫化氢与铜氨液中低价铜中的氨生成硫化氢,见上式(1—6)。
如原料气中硫化氢含量过高,会与铜氨液中低价铜及高价铜的络合物,生成硫化铜沉淀,见式(1—7)、(1—8),堵塞
设备和管道,并引起总铜下降、气体带液和氨含量减少等生产事故。
所以原料气中硫化氢含量应严格控制。
4、铜氨液再生和还原原理
为了使吸收CO 和CO 2后的铜液能循环使用,必须经过再生处理。
再生过程是物理和化学、传质和传热的过程,同时铜液的再生还必须消耗热能以及冷冻量。
铜氨液再生的过程,是使铜氨液(在铜液塔中)在吸收CO 、CO 2及部分游离NH 3、O 2、H 2S 等气体后,在加热或同时在减压条件下使气体组分从溶液中解吸溢出,随即补充适量的液氨至溶液中以恢复其原有的吸收能力。
再生后的溶液,在12MPa 压力或在更高的压力下再进入铜液塔,与出铜液塔的但氮氢混合气成平衡。
因此,铜洗后氮氢混合气的净化度决定于吸收溶液加热再生后残余CO 的含量。
所以再生过程是清除少量CO 过程的一个重要环节。
一、铜氨液再生
铜氨液再生是将吸收CO 等气体后的络合物以及其他化合物(如碳酸氢铵、硫化铵)经过加热分解,放出CO 、CO 2、NH 3及H 2S 。
其反应如下: ()()Q NH CO Ac NH Cu CO Ac NH Cu -↑+↑+⋅⇔⋅32333 (1—9)
()()Q NH CO CO NH Cu CO CO NH Cu -↑+↑+⇔⋅334323632222(1—10)
Q O H CO NH HCO NH -+↑+↑⇔22334(1—11)
()Q S H NH S NH -↑+↑⇔23242(1—12)
在再生过程中还包括还原过程,但它不是吸氧反应的逆过程,而是液相CO 中的先与低价铜离子作用。
()Q NH NH CO Cu O H CO NH Cu -++↑+=++++4322232222(1—13)
生成的金属铜在高价铜存在下再被氧化为低价铜,与此同时,高价铜本身也可能直接被CO 还原。
Q H CO Cu O H CO Cu -+↑+=+++++222222(1—14)
以上这些反应,其总的结果是高价铜还原成低价铜,而CO 则氧化成CO 2,后者好比是CO 的燃烧过程,因此,称为湿法燃烧。
二、铜氨液还原
再生中,完成高价铜还原成低价铜的反应,以提高铜液的铜比:
()↑++↑+=++++34222232222NH NH CO Cu O H CO NH Cu (1—15)
Q Cu Cu Cu -⇔+++22(1—16)
由上述反应,高价铜并非直接还原成低价铜,而是高价铜先还原成金属铜,然后金属铜再被氧化成低价铜。
高价铜也可直接将CO 氧化成CO 2:
()O H Ac NH Cu CO Ac NH Cu 22433342)(++⋅
()Q OH NH CO Ac NH Ac NH Cu -+↑++=42423323(1—17)
上述还原反应的结果,使铜液的铜比升高。
但铜比过高,超过铜比极限,导致金属铜析出。
所以由还原反应式上式(1—15)可知,维持铜液中Cu 2+的一定浓度,有利于铜液中CO 的彻底清除,并防止金属铜析出。
由上式(1—17)可知,提高铜液的铜比,是依靠CO 的还原作用。
该CO 是铜液中络合物()CO Ac NH Cu ⋅33中CO 的。
若铜液中CO 少,还原作用减弱,铜比
难以维持。
目前大部分小合成氨厂的变换工段,采用中变串低变的流程,变换气中的CO 从原来控制的3.0%降低到1~2%,CO 含量比原来的低得多,必须加强
再生过程的还原反应,才能维持正常的铜比。
变换气经压缩机压缩,用水(或热钾碱溶液等)除去其中大部分CO2后,再由压缩机加压到12~13MPa送至铜氨液洗涤系统。
气体自铜氨液洗涤塔(简称铜洗塔)的底部进入,自下而上与塔顶喷淋下来的铜氨液逆流接触,气体中CO、CO2、H2O和O2等即为铜氨液吸收。
如果洗涤后气体中CO+CO2〈10ml/m3,即可加压后送往氨合成系统。
倘若出铜洗塔气体中的CO2含量较高时,还要经过碱洗塔用氨水或碱液吸收CO2后,才能达到净化要求。
吸收气体中CO等杂质后的铜氨液,自铜液塔底部经减压至0.15MPa自动流到铜氨液再生系统的回流塔3的顶部,与再生器4逸出的气体相遇,捕集其中氨及部分CO2后,由回流塔底部流至还原器7中。
还原器的上下两段均上设有蒸汽加热管,底部有空气加入管,中部有旁通管线(即副线)。
铜氨液首先经过下加热器6加热,随即向上流,经还原器内几层有孔折板后进入上加热器5。
在必要时,可开用旁通管,使部分铜氨液不经下加热器而直接进入上加热器。
铜氨液经还原器时,溶液中的高价铜在40~60℃温度下被CO或金属铜还原成低价铜,经过上加热器加热达到72~74℃,然后流入再生器内。
此时,温度升到75~80℃。
再生器内装有挡板,使铜氨液迂回流动。
溶液在器内经固定得停留时间,使被吸收CO、CO2等气体得到充分得解吸,并使Cu2+氧化除去残余CO的“湿法燃烧”反应充分进行,再生器底部有蒸汽加热夹套,用以维持再生器的温度(75~80℃)。
再生后的铜氨液中,残余的含量可降低至溶液以下。
然后,铜氨液依次流经水冷器、氨冷器、温度降低到吸收所需温度(5~15℃),经过滤后,用铜液泵送到铜洗塔。
必须着重指出,铜氨液经过再生后,其温度较高,一般为75~80℃;而回流塔出口铜氨液温度较低,约40~55℃。
目前国内许多工厂中将此两部分铜氨液在一个换热器内进行换热,使再生后的铜氨液经换热后先冷却至左右,再去用水冷却;回流塔出来的铜氨液则被加热后再进入还原器。
这样,每生产1t氨,可以在铜氨液再生时节省蒸汽0.2~0.25t以及一部分冷却水。
在某些合理设计的工艺流程中,铜氨液再生所需的热量,系利用合成塔反应热所副产的蒸汽或热水,或热钾碱法脱CO2工艺过程中的余热,因而部需要外供蒸汽。
从回流塔出来的气体,经氨吸收塔回收氨后,送到变换系统。
为了回收再生器出口热铜液中的余热,该铜液去加热下加热器的管内铜液。
回流塔内填料层分两段。
来自减压阀的铜液经过回流塔上段填料层以后,铜液吸收了解吸气中氨和热量后,进入下加热器管内,被加热到54℃后,又进回流塔下段填料层,进一步回收再生气中的氨和热量后,再到上加热器管内,其余与原流程相同。
为了回收再生热铜液的余热,变换工段采用中变流程的,宜采用二段回流再生;变换工段采用中变串低变流程的,可以采用一段回流再生流程,也可采用二段回流再生流程。