硫铵生产工艺的探讨

资源类型:pdf 资源大小:409.00KB 文档分类:工业技术 上传者:汪辰欣

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【作者】 朱灿朋 

【关键词】硫铵生产工艺 喷淋式饱和器 泡沸伞式饱和器 

【出版日期】2005-04-25

【摘要】对喷淋式饱和器工艺和泡沸伞式饱和器工艺进行技术和造价比较,总结了喷淋式饱和器工艺的优势,提出了增大结晶槽容积的建议。

【刊名】煤气与热力

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1 工艺原理硫铵工艺的原理是用硫酸吸收煤气中的氨得到硫铵 [1],其化学反应式为: 2NH3 +H2SO4 (NH4 )2SO4 (1)氨和硫酸的反应为放热过程,当用硫酸吸收焦炉煤气中的氨时,实际热效应与硫铵母液的酸度和温度有关。用适量硫酸与氨反应,可生成中式盐。如果硫酸过量,则生成酸式盐,其化学反应式为: NH3 +H2SO4酸过量NH4HSO4 (2)随着溶液中氨饱和程度的提高,酸式盐又转变为中式盐,其化学反应式为: NH4HSO4 +NH3 (NH4 )2SO4 (3)溶液中酸式盐和中式盐的比例取决于溶液中游离酸的浓度。当酸度仅为 1% ~2%时,主要生成中式盐;当酸度提高时,酸式盐的含量也相应提高。由于酸式盐易溶于水和稀硫酸中,故在酸度不大时,从饱和溶液中析出的只有硫酸铵晶体。2 两种饱和器工艺的比较饱和器作为硫铵生产的主体设备,有泡沸伞式和喷淋式两种工艺 [2、3],下面进行技术经济比较。① 两种工艺的技术比较泡沸伞式饱和器的工艺流程见图 1。图 1 泡沸伞式饱和器工艺流程Fig. 1 Flowchartofbubble umbrella typesaturatorprocess煤气经预热器加热至约 70℃后从中央管进入饱和器。在饱和器内煤气经泡沸伞穿过母液层鼓泡而出,煤气中的氨被硫酸溶液吸收。煤气出饱和器后进入除酸器,分离夹带的酸雾后进入下一工序。喷淋式饱和器的工艺流程见图 2。煤气经预热至 60℃后进入饱和器上部喷淋吸收区,煤气被分成两股,并沿饱和器内壁与器内除酸器外壁构成的空间流动。母液泵抽出饱和器底部结晶分级槽中的酸性硫铵母液,向内外筒体间的环形空间喷洒,煤气与酸性母液直接接触,将煤气中的氨转变为硫酸铵。煤气通过喷淋区进入中心区内的除酸器,除去夹带的酸雾后,从中央气体出口管逸出,进入下一工序。图 2 喷淋式饱和器工艺流程Fig. 2 Flowchartofspray typesaturatorprocess喷淋式饱和器相对于泡沸伞式饱和器而言,其煤气系统阻力大幅度下降,可以有效降低鼓风机的耗电量。喷淋式饱和器的阻力为 1. 5 ~2. 0kPa[4],而泡沸伞式饱和器的阻力为 5. 0~6. 0kPa。喷淋式饱和器在结构上将泡沸伞式饱和器工艺流程中的除酸器与饱和器合二为一,提高了硫铵质量,粒度大且颜色白。因此,喷淋式饱和器的工艺比泡沸伞式更合理。② 造价的比较从设备角度分析,喷淋式饱和器不用单独设除酸器,减少了这部分的设备造价。但由于喷淋式饱和器的喷淋量比泡沸伞式大,所以母液泵、母液循环泵也要大一些。现结合实例,将泡沸伞式饱和器工艺与喷淋式饱和器工艺的主要设备造价进行比较。假设煤气处理量为 42 000m3 /h。泡沸伞式饱和器的规格为DN5 500mm,喷淋式饱和器的规格为DN4 200mm。对泡沸伞式饱和器工艺,泡沸伞式饱和器造价 112. 8×104 元,除酸器造价 49. 6×104元, 2台母液循环泵的造价为 25. 4×104 元,主要设备造价合计为 187. 8×104 元。对喷淋式饱和器工艺,喷淋式饱和器造价 134. 4×104元, 2台母液循环泵的造价为 57. 6×104 元,主要设备造价合计为 192. 0×104元。通过对两种饱和器工艺的技术经济比较,采用喷淋式饱和器工艺是比较经济合理的。3 相关技术的讨论① 加酸工艺的改进 [2]母液酸度对硫铵结晶有一定的影响,随着母液酸度的提高,结晶的平均粒度下降,晶体形状也从长宽比小的多面颗粒转变为有胶结趋势的细长六棱柱形,甚至是针状。这是由于当其他条件不变时,母液的介稳区随着酸度增加而减小,不能保持所必需的过饱和程度。同时,随着酸度的提高,母液黏度增大,增加了硫铵分子的扩散阻力,阻碍了晶体的正常成长。但是,母液的酸度也不宜过低,否则除使氨的吸收率下降外,还易造成饱和器堵塞。特别是当母液搅拌不充分或酸度波动时,可能在母液中出现局部中性区甚至碱性区,从而导致母液中的铁、铝离子形成氢氧化铁及氢氧化铝等沉淀,进而生成亚铁氰化物,使晶体着色并阻碍晶体成长。另外,当酸度低于 3. 5%时,因母液密度下降易产生泡沫,使饱和器操作恶化。在正常生产中,为保持母液酸度在 4% ~6%的范围内,只需连续向饱和器内加入硫酸中和煤气中的氨。但每隔 1~2d,需加入酸使母液酸度为12% ~14%,并用热水冲洗,以消除装置内沉积的结晶。每周还需加入酸使母液酸度为 20% ~25%,此时硫酸铵大量转变为硫酸氢铵,用热水冲洗,可彻底地溶解沉积的结晶。加酸的位置不同,对饱和器本体的影响也不同。对泡沸伞饱和器工艺,浓硫酸从高位槽自流加入饱和器中,存在以下问题。a.加酸管易堵塞。当浓硫酸流经U型管液封时,由于酸泥等杂质的沉积,使浓硫酸在管道内流通不畅,严重时酸泥堵塞U型管液封而不能加酸。b.饱和器中央管和泡沸伞易产生腐蚀。c.饱和器运转周期短。浓硫酸直接进入饱和器易产生腐蚀,因此被迫停产检修,造成运转周期短。对喷淋式饱和器工艺,来自硫酸高位槽的浓硫酸直接送入满流槽。由于取消了U型管液封,不存在酸泥堵塞管道的隐患,使加酸管道畅通,操作方便,从而可取消吹扫用压缩空气管道系统,延长了饱和器的运转周期。② 增大结晶槽的容积在饱和器内硫铵从母液中形成晶体需经历两个阶段,即晶核的形成和晶核的长大。若晶核形成速率大于晶体的成长速率,则产品粒度小;反之则可得到大颗粒结晶。可见控制这两种速率,即可控制产品的粒度。沉积于饱和器底部的硫铵结晶,用结晶泵将其连同部分母液一起抽出,送往结晶槽,再从结晶槽底部进入离心机,离心分离出的母液与结晶槽满流的母液一起自流入饱和器。硫铵结晶则由螺旋输送机送至硫铵干燥器。硫铵的结晶成长过程在饱和器及结晶槽中,当含硫铵结晶的母液流过结晶槽时,大颗粒的硫铵结晶便沉降下来,在结晶槽中继续长大。目前的设计中离心机及干燥设备并非连续操作,一般按每班工作 5h考虑。如果结晶槽的容积小了,则大颗粒的硫铵结晶也会被母液带回饱和器,这样容易堵塞母液管道,同时也会增加开启离心机的次数。因此加大结晶槽的容积是必要的,既有利于硫铵晶体长大,也有利于离心机操作稳定。4 结语硫铵工段腐蚀性强,采用喷淋式饱和器生产硫铵有利于改善操作环境。改进加酸工艺、增大结晶槽容积都有利于硫铵生产操作。此外,硫铵生产的过程中最后产生的尾气一般经过旋风除尘器后,直接排入大气。在实际生产中尾气仍夹带有很多硫铵粉尘,污染周围环境。建议采用湿式除尘工艺除去尾气中的硫铵粉尘 [3、4]。硫铵生产工艺的探讨@朱灿朋$北京首钢设计院!北京100043硫铵生产工艺;;喷淋式饱和器;;泡沸伞式饱和器对喷淋式饱和器工艺和泡沸伞式饱和器工艺进行技术和造价比较,总结了喷淋式饱和器工艺的优势,提出了增大结晶槽容积的建议。[1] 库咸熙.化产工艺学[M].北京:冶金工业出版社,1985. [2] 杨明平,彭荣华,胡忠于.硫铵饱和器加酸工艺的改进[J].燃料与化工,2002,(1):39-39. [3] 宁艾维.硫铵干燥废气的湿式除尘工艺[J].燃料与化工,1999,(6):290-291. [4] 薛惠敏,赵勇勇.喷淋式饱和器的应用情况[J].燃料与化工,2000,(4):190-191.

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