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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CO2能力,是因铜液中有游离氨存在,其反应如下:
(1—1)
反应生成的碳酸铵继续吸收CO2,生成碳酸氢铵,其反应如下:
(1—2)
在铜洗塔中,铜液吸收CO2的过程,气相中的CO2含量与铜液中CO2含量有关。铜液中CO2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CO2含量也不同。温度高,CO2平衡含量高。
综上所述,铜液塔出口气体CO2的净化度随铜液中CO2含量、游离氨含量和铜液温度三因素而变。即铜液中含CO2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CO2愈高,反应放热愈多,过高的CO2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CO2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CO2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 CO2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:
(1—3)
(1—4)
铜液吸收氧后,将低价铜Cu+氧化成高价铜Cu2+
(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;
(1—6)
(1—7)
(1—8)
进精炼系统原料气的硫化氢含量要求小于10mg/m3。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CO2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、CO2及部分游离NH3、O2、H2S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、CO2、NH3及H2S。其反应如下:
(1—9)
(1—10)
(1—11)
(1