硫铵工段工艺详述

1、 第三章 工艺详述 一、硫酸铵生产的原理1.硫酸铵生成的化学原理 氨与硫酸发生的中和反应为 2NH3+H2S04(NH4)2S04 H -275kJ/mol上述反应是不可逆放热反应，当用硫酸吸收煤气中的氨时，实际的热效应较小。通过实验得知，如氨和游离酸度为7.8的硫酸饱和母液相互作用时，其反应热效应为 温度/ 47.4 66.3 76.1 硫酸铵热效应/(kJ/mo1) 240.9 245.9 249.2用适量的硫酸和氨进行反应时，生成的是中式盐(NH4)2S04，当硫酸过量时，则生成酸式盐NH4HS04，其反应为 NH3 + H2S04 （NH4）HS04 H -165kJ/mol随溶液被氨

2、饱和的程度，酸式盐又可转变为中式盐 NH4HS04 + NH3 (NH4)2S04溶液中酸式盐和中式盐的比例取决于母液中游离硫酸的含量，这种含量以质量分数表示，称之为酸度。当酸度为1%2%时，主要生成中式盐。酸度升高时，酸式盐的含量也随之提高。饱和器中同时存在两种盐时，由于酸式盐较中式盐易溶于水或稀硫酸中，故在酸度不大的情况下，从饱和溶液中析出的只有硫酸铵结晶。由硫酸铵和硫酸氢铵在不同含量的硫酸溶液(60)内的溶解度比较可知，在酸度小于19时，析出的固体结晶为硫酸铵；当酸度大于19%而小于34%时，则析出的是硫酸铵和硫酸氢铵两种盐的混合物；当酸度大于34%时，得到的固体结晶全为硫酸氢铵。饱和器

3、中被硫酸铵和硫酸氢铵所饱和的硫酸溶液称为母液。正常生产情况下母液的大致规格为：密度/(kg/L) 1.2751.30 w(NH4)2S04/% 4060游离硫酸含量/% 46 w(NH4HS04)/% 1015NH3的含量/(g/L) 150180母液的密度是随母液的酸度增加而增大的。二、硫酸铵生产工艺流程 1.鼓泡式饱和器法硫酸铵生产工艺流程 鼓泡式饱和器法硫酸铵生产工艺流程如图1所示。图1 鼓泡式饱和器法硫酸铵生产工艺流程1-煤气预热器；2-鼓泡式饱和器；3-除酸器；4-结晶槽；5-离心机，6-螺旋输送机；7-沸腾干燥器；8-送风机；9-热风机；10-旋风分离器；11-排风机；12-满流槽

4、；13-结晶泵；14-循环泵；15-母液储槽；16-硫酸铵储斗；17-母液泵；18-细粒硫酸铵储斗；19-硫酸铵包装机；20-胶带运输机；2l-硫酸高置槽 由鼓风机来的焦炉煤气，经电捕焦油器后进入煤气预热器1。在预热器内用间接蒸汽加热煤气到6070或更高的温度，目的是为了使煤气进入鼓泡式饱和器2蒸发饱和器内多余的水分，保持饱和器内的水平衡。预热后的煤气沿饱和器中央煤气管进入饱和器，经泡沸伞从酸性母液中鼓泡而出，同时煤气中的氨被硫酸所吸收。煤气出饱和器后进入除酸器3，捕集其夹带的酸雾后，被送往粗苯工段。鼓泡式饱和器后煤气含氨一般小于0.03g/m3。 冷凝工段的剩余氨水经蒸氨后得到的氨气，在不生

5、产吡啶时，直接进入饱和器；当生产吡啶时将此氨气通人吡啶中和器。氨在中和器内与母液中的游离酸及硫酸吡啶作用，生成硫酸铵，又随中和器回流母液返回饱和器。 饱和器母液中不断有硫酸铵生成，在硫酸铵含量高于其溶解度时，就析出结晶，并沉淀于饱和器底部。其底部结晶被抽送到结晶槽4，在结晶槽内使结晶长大并沉降于底部。结晶槽底部硫酸铵结晶放到离心机5内进行离心分离，滤除母液，并用热水洗涤结晶，以减少硫酸铵表面上的游离酸和杂质。离心分离的母液与结晶槽满流出的母液一同自流回饱和器中。从离心机分离出的硫酸铵结晶经螺旋输送机6，送入沸腾干燥器内，用热空气干燥后送入硫酸铵储斗16，经称量包装入成品库。 为了使饱和器内煤气

6、与母液接触充分，必须使煤气泡沸伞在母液中有一定的液封高度，并保证饱和器内液面稳定，为此在饱和器上还设有满流口，从满流口溢出的母液经插入液封内的满流管流人满流槽12，以防止煤气逸出。满流槽下部与循环泵14连接，将母液不断地抽送到饱和器底部的喷射器。因有一定的喷射速度，故饱和器内母液被不断循环搅动，以改善结晶过程。 煤气带入饱和器的煤焦油雾，在饱和器内与硫酸作用生成所谓的酸煤焦油，泡沫状酸煤焦油漂浮在母液面上，并与母液一起流人满流槽。漂浮于满流槽液面上的酸煤焦油应及时捞出，或引入一分离处理装置与母液分离，以回收母液。 饱和器内所需补充的硫酸，由硫酸仓库送至高置槽，再自流入饱和器，正常生产时，应保持

7、母液酸度为4%6%，硫酸加入量为中和煤气中氨的需要量；当不生产粗轻吡啶时，硫酸加入量要大一些，还要中和随氨气进入饱和器的氨。 饱和器在操作一定时间后，由于结晶的沉积将使其阻力增加，严重时会造成饱和器的堵塞。所以操作中必须定期进行酸洗和水洗。当定期大加酸、补水、用水冲洗饱和器及除酸器时，所形成的大量母液由满流槽满流至母液储槽。在正常生产时又将这些母液抽回饱和器以做补充。饱和器是周期性连续操作设备，为了防止结晶堵塞，定期大加酸和水洗，从而破坏了结晶生成的正常条件，加之结晶在饱和器底部停留时间短，因而结晶颗粒较小，平均直径在0.5mm。这些都是鼓泡式饱和器存在的缺点。三、硫铵工段的正常操作制度正常操

8、作时，为使饱和器内母液酸度保持在4-6%的范围内，需从硫铵高置槽1连续的往饱和器中补充新硫酸。饱和器的阻力通常为450-500毫米水柱。但生产一段时间后，由于硫铵结晶沉积在壁器上和煤气泡沸伞等处，而使其阻力增加，有时可达700毫米水柱以上。为消除饱和器阻力的增加和防止其堵塞，应定期进行饱和器的酸洗和水洗，以溶解其内的结晶沉积物。此时，所制造的过量母液经满溜槽流至母液贮槽12中暂时贮存，待饱和器内母液不足时，再用母液泵9将其送回使用。除酸器、循环泵、结晶泵和母液管道，也应定期用温水洗涤，以防被硫铵结晶堵塞。经初冷器后，煤气尚含焦油雾,而鼓风机后则降为。当设置电补焦油器时，煤气中的焦油雾含量则降至

9、。焦油雾在饱和器中受硫酸的作用而聚合呈树脂状的酸焦油。酸焦油的真比重为1.24-1.26。由于它往往夹带着气泡，故视比重通常不超过1.10。正常操作时，母液比重为1.27-1.30，酸焦油能浮于液面上，并随母液流入满溜槽，在此用人工定期捞除。酸焦油是硫铵工段生产的废物，至今还为找到利用它的好办法。在饱和器的操作过程中，母液往往会起泡沫。严重时，饱和器和满流槽内的母液几乎全部呈泡沫状态。此时，母液比重大大降低，煤气有经满流槽水封窜出的危险，母液起泡沫的原因可能是以下几种。（1）母液中含有大量机械杂质，他们使酸焦油呈细分散状而不再与母液分层。（2）当母液中的砷化物与煤气中的硫化氢生成胶状的硫化砷时

10、，会使酸焦油粘附其上而不再与母液分层。（3）苯族烃与浓硫酸作用而生成的磺酸盐，也会使母液起泡沫，故硫胺工段最好不使用浓度在94%以上的浓硫酸，也不希望使用再生酸，因为前者会促使煤气中的苯族烃磺化，而后者本身就含有磺酸盐。（4）母液中硫铵结晶的浓度过低时，酸焦油和其他机械杂质不易与母液分层。故当饱和器进行酸洗和水洗“灭晶”时，母液最容易起泡沫。当发现母液起泡沫时，应立即经回流槽向饱和器中加入少量洗油或其他油类。当母液的表面张力降低后，泡沫便会消除。煤气中的氨在饱和器中被吸收得很完全。按现行技术操作规程的规定，饱和器后煤气含氨量不得超过，亦即氨的回收率约在99.6%以上。我国大多数焦化厂的操作表明

11、，上述规定时可以达到的。采用饱和器法生产硫铵时，每产一吨硫铵的硫酸和水、电、蒸汽的消耗定额大致如下表：硫酸（100%浓度）0.7450750吨水2633米3电能2832度水蒸汽2.53.0吨四、硫铵工段的工艺操作参数 （1）预热前粗气温度 预热器前粗气温度与出冷气后粗气温度及其经鼓风机加压后的温升有关。预热器前的粗气温度一般为2535。 （2）预热器粗气温度 为了蒸发饱和器中多余的水分，保持饱和器内水平衡，防止母液被稀释，进入饱和器的粗气必须进行预热。为不使预热温度过高，影响硫胺质量，除降低粗气初冷湿度外，必须严格控制进入饱和器内的水量。 （3）母液湿度 母液温度过高过低均对晶体成长不利，因此

12、饱和器在保持水平衡且保证母液不被稀释的条件下，保持相宜的稳定操作温度。饱和器内母液液面上的水蒸气分压与楚饱和器粗煤气中水蒸气相平衡时的母液温度为最低温度。母液液面上的水蒸气分压一般应为煤气中水蒸气分压1.3-1.5倍（此值成为偏离平衡系数），于此相应的母液温度即为母液的适宜温度。饱和器母液温度一般宜为50-55，以利于生成大粒度结晶硫胺。 （4）母液酸度和加酸制度 由经验知，设计时母液酸度宜取4-6%。为保持酸度稳定平时应连续加酸。中加酸时母液酸度为12-14%，大加酸时为18-22%。 （5）母液循环量 设计时，母液循环量应为干硫铵产量的30倍，以制取大粒度硫铵晶粒。 （6）母液中的结晶的浓

13、度（晶比） 晶比即母液中所含结晶的体积对母液与结晶总体积的百分比。为有利于氨的吸收、减少搅拌阻力和有利于结晶的长大，晶比不宜过大，一般宜取40-50%。 （7）结晶槽中结晶层的厚度 结晶槽中应保持一定厚度的结晶层，一般为结晶槽高度的1/3.结晶层厚度小，离心机的进料浓度波动大，使产品含水量和游离酸过多；厚度过大，大量结晶同母液一起满流到饱和器，易造成管道和饱和器堵塞。 （8）离心机水洗温度和洗水量 离心机的水洗温度和洗水量影响硫胺的游离酸含量和水分含量。洗水温度一般宜为60-80，这样既能洗去结晶表面油类杂质，又能降低滤液粘度，提高分离效率，降低硫铵游离酸含量。为使硫铵的游离酸含量和水分保持正

14、常，离心机的洗水量应为干硫铵产量的6%。 （9）饱和器和除酸器的洗水量 饱和器的酸洗和水洗是定期进行的，洗水量虽各厂的工作制度不同而异。五、车间工艺布置1.工艺布置原则 硫铵工段由煤气预热、硫铵、离心干燥、包装及酸库组成，应考虑铁路和公路运输的方便。 硫铵仓库应布置在主厂房一侧 。 酸库易单独布置。 饱和器中心与主厂房外墙之间的距离，宜按下列数值：直径6250的饱和器，不小于12米；直径5500的饱和器，10米；直径4500、3000、2000的饱和器，710米。 饱和器锥形底距防腐地坪应不小于400毫米。 满流槽布置在靠近母液槽一侧。 当满流槽基础标高低与防腐地坪标高时，应将基础设在坑内，坑

15、沿高出地坪200毫米，焊在槽壁上的挡板应遮住坑沿。 由满流槽至酸焦油分离槽的母液管的坡度应大于0.005。 水封槽的液封高度应不小于风机全压。 酸泵应成组集中布置。蹦基础周围应设置带地板的小地沟以引漏夜至集液坑进行中和。 加酸管上应设置视镜和调节性能良好的节流阀，以控制加酸量。2.设计参数产品指标饱和器后粗气含氮量30毫克/标m3连续离心机后硫胺水分 2%沸腾干燥器后硫胺水分0.1%温度()预热器前粗气温度 2530预热器前粗气露点温度 2535预热器后粗气温度 6070饱和器内母液温度 5055饱和器后粗气温度 5565饱和器后粗气露点 5450沸腾干燥器后物料温度 5565沸腾干燥器热风进口温度 130140沸腾干燥其后热风温度 6070压力()煤气预热器阻力30-50饱和器阻力500-700沸腾干燥器热风进口压力500沸腾干燥器进料口处风压0母液特性值（正常）比重 1.2751.300酸度 48%NH3 150180克/升（NH4）SO4含量 4046%NH4HSO4 1015%原料硫酸浓度75%离心机内洗水用量硫铵量的8-10%3.离心干燥系统设备布置原则 硫铵操作室楼层标高，应按下列原则确定:由结晶槽至离心机的母液能顺利自流；应使离心机分离出的母液自流入饱和器内；由螺旋输送机至