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1、煤化工艺 氨水加工与生产 无水氨生产(弗萨姆工艺) 编辑： 12.03 1/02.34 34.02 无水氨生产(弗萨姆工艺) 弗萨姆法制取无水氨是20世纪60年代美国钢铁公司开发的， 1968年美国钢铁公司在克莱尔顿厂试验成功了处理260km3/h煤气的无水氨生产装置。无水氨生产是以磷酸二氢铵溶液吸收煤气中氨生成磷酸氢二铵溶液，然后加热将氨解吸，获得纯度极高的无水氨新工艺，即弗萨姆流程。90年代中国在一些焦化厂采用，该工艺氨回收率高，可得到含氨99.99的无水氨。 1、用磷铵溶液吸收煤气中氨 无水氨生产包括三个主要过程，即用磷铵吸收煤气中的氨、洗氨富液的解吸和解吸得氨气冷凝液的精馏。 以磷酸溶
2、液洗氨实质上是以磷酸吸收煤气中的氨。磷酸分子式为 H3PO4，在水溶液中它能离解为磷酸二氢根离子(H2PO4-)、磷酸一氢根离子(HPO42-)、 磷酸根离子(PO 43-)和氢离子(H+)。 由于水溶液中含有上述离子， 所以氨与磷酸水溶液作用， 能生成磷酸一铵(NH 4H2PO4)、 磷酸二铵(NH4)2HPO4和磷酸三铵(NH4)3PO4。 上述的三种磷酸铵盐均为白色固体结晶物质，它们的主要性质如表1所示。 表1 三种磷酸铵盐性质 表1 三种磷酸铵盐性质 氨蒸气压 Pa 名 称 分子式 每100g水25时的溶解度 g/g 生成热 kJ/kmol 0.1mol溶液的PH值 100 125 磷
3、酸一铵 磷酸二铵 磷酸三铵 NH4H2PO4 (NH4)2HPO4(NH4)3PO441.6 72.1 24.1 1.21105 2.03105 2.45105 4.4 7.8 9.0 0.0 49.0 6305.9 0.5 294.2 11549.7 由表1可见，磷酸一铵是十分稳定的，当温度达到125时，蒸汽压仅为0.5Pa；磷酸二铵较不稳定；而磷酸三铵最不稳定，在室温下就能分解煤化工艺 氨水加工与生产 无水氨生产(弗萨姆工艺) 编辑： 12.03 2/02.34 放出氢而变成磷酸二铵。因此，在无水氨生产中所用磷铵溶液中主要含有的是磷酸一铵和磷酸二铵。 当用磷酸溶液吸收煤气中的氨时，于406
4、0温度下，溶液中部分磷酸一铵能很好地吸收氨而生成磷酸二铵。而在高温下对富液解吸时，溶液中部分磷酸二铵又受热分解放出所吸收的氨并还原为磷酸一铵，所得贫液又重新返回吸收塔循环使用。 上述过程的反应为： 采用磷铵溶液吸收煤气中氨时，吸收塔后煤气含氨量，主要取决于在吸收操作温度下入塔磷铵溶液(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是十分重要的。一般喷洒贫液中含磷铵量约为41，NH3H3PO4(摩尔比)为1.11.3。当吸收操作温度为4060时，煤气中99以上的氨将被吸收下来。 由于磷酸吸收氨具有选择性，只吸收煤气中氨
5、，而煤气中的酸性组分(CO2、H2S、HCN等)不被溶液吸收，因此不需再经化学净化就可生产出纯度很高的产品。 2、无水氨生产的工艺流程 无水氨生产的工艺流程如图6-16所示：由图可见，经鼓风机后电捕焦油器清除了焦油雾的煤气进入两段空喷吸收塔的下部，与从解吸塔底出来并经换热冷却的贫液由吸收塔顶部喷洒的液滴逆流接触。煤气中的氨几乎全部被吸收，出塔煤气进入洗苯工序。由于吸收过程中，吸收液中有部分水分蒸发到煤气中，因此，出塔煤气的露点温度要比入塔煤气升高l215。由吸收塔底出来的小部分富液引到泡沫浮选除焦油器中，在空气鼓泡作用下，将焦油泡沫分离出去后送去解吸塔。大部分富液用于循环喷洒，循环液量约为送去
6、解吸量的30倍。 清除了焦油的富液进入换热器升温至l05左右，然后进入蒸发器，用直接蒸汽将溶液中的酸性气体蒸出，随同少量氨气返回吸收塔前。由蒸发器底出来的富液，用泵加压送至部分冷凝器，同蒸汽换热并再经加热送入解吸塔上部。 煤化工艺 氨水加工与生产 无水氨生产(弗萨姆工艺) 编辑： 12.03 3/02.34 解吸塔为板式塔，塔底通入过热直接蒸汽，在与富液逆向接触中，将富液中所含氨部分地解吸出来。塔底排出贫液温度约为200左右， 经与富液换热及用水间接冷却后回吸收塔。 由解吸塔顶出来的蒸汽含氨约28，温度为l80左右。蒸汽经部分冷凝器与富液换热后，在冷凝冷却器中全部冷凝并冷却至120130。冷凝
7、氨水入精馏塔给料槽， 再用泵加压送至精馏塔。 精馏塔为板式塔，塔底通入过热直接蒸汽， 由塔顶得到99以上的纯氨汽，经冷凝冷却后， 部分液态无水氨作回流，其余部分经活性炭吸附器除去液氨中微量油分后作为产品送往压力槽贮存。由塔底排出的废液，温度约为200，可送往蒸氨塔处理。 为了使进料中残存的微量CO2、H2S、HCN等酸性气体与氨结合生成的铵盐分解，可在精馏塔进料塔板以上送入20的NaOH溶液，生成的钠盐溶于废水中一起排出。否则，所形成的铵盐会在精馏塔内积聚而引起堵塔。 此外，在用磷铵溶液吸收氨时，煤气中的乙烯、苯、甲苯等也会被磷铵母液微量吸收，并带入精馏塔内。因此，在进料板附近可能积聚液态油分
8、，需由中部侧线引出，经冷却后进行油水分离，分离水重回塔内，油分排出。 煤化工艺 氨水加工与生产 无水氨生产(弗萨姆工艺) 编辑： 12.03 4/02.34 3、无水氨生产主要设备 煤化工艺 氨水加工与生产 无水氨生产(弗萨姆工艺) 编辑： 12.03 5/02.34 4、无水氨生产的主要操作制度 无水氨生产的主要操作制度如表2所示。 表2 无水氨生产的主要操作制度 表2 无水氨生产的主要操作制度 项 目 单 位 指 标 入吸收塔贫液含磷铵浓度 入吸收塔贫液NH3H3PO4(摩尔比) 出吸收塔底富液含磷铵浓度 出吸收塔底富液NH3H3PO4 (摩尔比) 吸收塔操作温度 入吸收塔贫液温度 出吸收
9、塔煤气中含氨 富液进解吸塔温度 精馏塔顶逸出氨蒸汽浓度 精馏塔底排出废液浓度 解吸塔底操作压力(表压) 解吸塔底过热直接蒸汽压力(表压) 解吸塔顶逸出蒸汽压力(表压) 精馏塔底操作压力(表压) 精馏塔顶逸出氨蒸汽压力(表压) g/m3 kPa kPa kPa kPa kPa 4l 1.11.3 44左右 1.9左右 4060 5055 0.080.1 180l90 99 约0.1 1400 1500l700 1400 1500l700 1800 煤化工艺 氨水加工与生产 无水氨生产(弗萨姆工艺) 编辑： 12.03 6/02.34 5、无水氨生产的试剂和动力消耗 1kg无水氨生产的试剂和动力消耗指标一般为： H3PO4(换算l00) kg/kg 0.074 NaOH(换算成100) kg/kg 0.01 水蒸气(P=1764kPa) kg/kg 910 冷却水(最高温度下循环量) kg/kg 150200 电力 kw/kg 0.22 6、无水氨产品质量 无水氨产品质量应符合表3所示的各项指标。 表3 无水氨质量标准 表3 无水氨质量标准 杂质含量(其中) 含氨 水 油 CO2 H2S Cl2 Fe(OH)2 不凝性气体 99.9 100l0-4 （23） l0-4(23)l0-4(23)l0-4(23)l0-4(23)l0-4 0.1mg/L
