磷石膏-氨水懸浮液脫碳凈化合成氨原料氣并制備硫酸銨的初步研究.pdf

1、該文提出利用中國特有的氨水脫碳凈化合成氨原料氣的過程,同步實現(xiàn)磷石膏轉(zhuǎn)化為硫酸銨,使之成為合成氨的加工過程之一,因而可以大幅度提高磷石膏轉(zhuǎn)化為硫酸銨的經(jīng)濟性.文獻中沒有發(fā)現(xiàn)利用氨水脫碳凈化合成氨原料氣的過程實現(xiàn)磷石膏轉(zhuǎn)化為硫酸銨的相關(guān)報道,還有大量基礎(chǔ)性的研究工作需要進行.對該文提出的石膏氨水懸浮液脫碳凈化合成氨原料氣并制備硫酸銨的新的工藝流程,模擬該體系氣-液-固三相條件進行了初步工藝探索試驗.初步考查原料配比和濃度對石膏轉(zhuǎn)化率的影響

2、,反應(yīng)溫度對反應(yīng)速率的影響,以期對適宜的工藝條件有初步的掌握.在實驗探索的基礎(chǔ)上,通過進一步分析氣-液-固三相體系的反應(yīng)機理和動力學(xué),采用滲透模型,建立了石膏氨水懸浮液吸收CO<,2>的動力學(xué)模型,為進一步研究和探索奠定了基礎(chǔ).實驗結(jié)果表明,氨的利用率不低于碳酸氫銨流程,磷石膏轉(zhuǎn)化率可以達到96﹪以上,說明該工藝具有可行性.同時發(fā)現(xiàn),反應(yīng)體系氣-液-固三相接觸方式、接觸時間對過程有明顯影響,說明石膏氨水懸浮液與混合氣體的氣液傳質(zhì)問題對過

3、程的影響很大,很可能是控制性因素,必須通過系統(tǒng)的深入研究掌握其基本規(guī)律.合成氨工業(yè)中原料氣的CO<,2>濃度一般在18~35﹪范圍內(nèi),由此可見,工業(yè)過程必須充分重視石膏氨水懸浮液與原料氣的氣液傳質(zhì)設(shè)計.體系溫度也是敏感參數(shù),說明化學(xué)動力學(xué)也是應(yīng)該進一步研究的重點.采用較低溫度有利于降低氨損失,并為碳酸鈣結(jié)晶成長提供有利條件.在實驗條件下,反應(yīng)溫度40℃是一個適宜的選擇.通過析氣-液-固三相體系的反應(yīng)機理可知,該體系中有十余種組份,石膏氨

4、水懸浮液吸收二氧化碳過程由一系列反應(yīng)耦合而成,總反應(yīng)速率由CO<,2>的吸收反應(yīng)、NH<,2>COO<'->的水解反應(yīng)和石膏溶解速率共同決定,給出了相關(guān)反應(yīng)的速率方程.以滲透模型為基礎(chǔ),建立了該體系伴有連續(xù)可逆化學(xué)反應(yīng)的傳質(zhì)模型.利用數(shù)值計算的方法,反應(yīng)速率方程和平衡方程用Newton-Raphson方法進行線性化,用有限差分方法線性化偏微分方程組,通過計算主體平衡模型確定CO<,2>吸收模型中偏微分方程組的初始條件和邊界條件,得到了體