【正文】 十分復雜的煉焦煤氣、焦油、苯族烴以及氨、硫化氫、氰化氫和高溫煉焦化學產(chǎn)品。 氨的產(chǎn)率取決于煉焦的工藝條件及原料煤的性質。這里所指的工藝條件是指結焦時間、煉焦溫度、爐頂空間溫度、煤氣從碳化室逸出速度等。至于煤料的水分及粒度，只對氨的產(chǎn)率起間接影響，且在工業(yè)生產(chǎn)情況下，煤料的水分及粒度一般波動不大，故與氨的產(chǎn)率關系不甚密切。在工業(yè)高溫煉焦條件下，干煤的全焦產(chǎn)率為65%—75%，轉變?yōu)榘钡牡考s占干煤中總氮量的15%—20%，若干煤中的總氮量平均為2%，%—%，每噸干煤料的煤氣發(fā)生量平均為300—320，因此，出爐煤氣中的含氨量為8—13g/。對煙煤來說，煤中大量的氮是結合在開鏈的和環(huán)形化合物的氨基衍生物組成之內。在煉焦過程中，煤的部分氮化物被分解，并以不同的形式分布于煉焦揮發(fā)產(chǎn)物之中，而另一部分氮則殘留在焦炭里面。絕大部分氨是煤中有機物的氨基部分分解而成的。這些氨基部分可能直接存與煤中，也可能使煉焦過程中由其他更復雜的氮化物熱解而成。比較起來，后一種的可能性更大。此外，少量的氨還可能由元素直接合成：但是合成氨的反應是一種劇烈的放熱反應，同時也是可逆反應，故在煉焦過程中，還會有氨解離成元素氮和氫的反應發(fā)生?？梢?，氨的產(chǎn)率與美的含氮量之間存在著密切的關系。煤的變質程度越深，氮的含量越低。研究表明，對氨的產(chǎn)率起決定性作用的是煤中氮的存在形式和焦爐火道溫度。2硫銨生產(chǎn)方法的確定 目前絕大多數(shù)焦化廠都用硫酸吸收煤氣中的氨來制取硫銨。根據(jù)工藝過程的不同，生產(chǎn)硫銨的方法可分為間接法、直接法和半直接法。此外，焦化廠還可以用石膏、芒硝或用煤氣中的硫化氫代替硫酸來生產(chǎn)硫銨。（1） 間接法 在現(xiàn)在生產(chǎn)硫酸方法未被提出之前，焦化廠曾用硫酸中和稀氨水，然后蒸發(fā)溶液而來制取固體硫銨。這種方法后來進一步得到完善，即形成了所謂間接法。間接法生產(chǎn)硫銨的工藝過程為：煤氣在洗氨塔中用水洗滌，氨被吸收，得到稀氨水，送去蒸餾。由蒸氨塔逸出的氨，進入飽和器后被硫酸吸收而得硫氨。這種方法要消耗大量水蒸氣，而且蒸發(fā)設備龐大，經(jīng)濟效果不佳?，F(xiàn)今不采用。（2） 直接法 這種方法的工藝過程為：出爐煤氣在煤氣集氣管中被循環(huán)氨水冷卻，除去其中的焦油，進入間接式初步冷卻器。煤氣在初步冷卻器冷凝出的氨水補充到循環(huán)氨水中去，而煤氣中所含的水汽量，恰好相當于配煤水分和化合水分的總和。煤氣從初步冷卻器出來，溫度約為60~70℃,進入電撲焦油器，除去其中之焦油霧滴。然后帶著全部氨經(jīng)預熱器進入飽和器。氨和硫酸結合而成硫氨。煤氣出飽和器經(jīng)除酸器，進入冷卻到直接式冷卻器，冷卻到適宜溫度，進入鼓風氣。采用直接法生產(chǎn)硫銨雖然有很多優(yōu)點，但因過多的設備處于負壓狀態(tài)，在生產(chǎn)上不安全，故在工業(yè)上未被采用。（3） 半直接法 現(xiàn)代焦化廠廣泛采用的是半直接法生產(chǎn)硫銨。我國多以飽和器作為氨的吸 收器，國外則有以硫酸洗氨塔代替飽和器的趨勢，即所謂無飽和器法生產(chǎn)硫銨。采用飽和器或硫酸洗氨塔生產(chǎn)硫銨，實質上都屬于半直接法。半直接法生產(chǎn)硫銨的工藝過程為：出爐煤氣在初步冷卻器中冷卻到25~30℃，進入鼓風機。加壓后，經(jīng)電捕焦油器。在初步冷卻器中冷凝下來的氨水全部與集氣管循環(huán)氨水混合。多余的混合氨水送如氨蒸餾器中，蒸餾出的氨氣也送入飽和器，并和煤氣中的氨一起為硫酸吸收而得硫銨。由于該法工藝過程簡單，生產(chǎn)成本低，故為國內外焦化廠普遍采用。（4） 不用硫酸制取硫銨的方法 由于國民經(jīng)濟各部門對硫酸的需要量很大，焦化廠不用硫酸制取的方法，一向為人們注意。以下簡單是幾種不用硫酸制取硫氨的方法。① 用石膏制取硫銨 將石膏粉碎呈粉末后，按氣體或液體法進行反應：或將所得的硫銨溶液用真空過濾器過濾。除去碳酸鈣沉淀后的濾液中，約含硫銨40%，將 其送入蒸發(fā)器進行蒸發(fā)，得到結晶硫銨。然后經(jīng)分離與干燥得到最后成品。 這種工藝過程復雜，需要的設備較多，耗用的蒸汽量很大，氨的回收率低，因此經(jīng)濟效果很差。由于該過程的副產(chǎn)品是碳酸鈣，所以最好與水泥廠聯(lián)合生產(chǎn)。②用芒硝制取硫銨 芒硝與氣態(tài)二氧化碳，氨與水按以下方式進行反應： 將反應所得溶液送去過濾分離，除去Na2HCO3沉淀，而濾液用少量硫酸中和后，送入結晶設備濃縮結晶。所得結晶經(jīng)分離、干燥后即為產(chǎn)品。按該法生產(chǎn)硫銨時，可以得到碳酸氫鈉副產(chǎn)品。 據(jù)文獻資料報道，采用該法制取硫銨時，%。硫酸用量對1噸硫銨約為144千克。硫銨質量很高，不含有游離酸，含氮量可達21%。此外，每噸干煤料可得到碳酸氫鈉約為9公斤。 但是，在焦化廠實現(xiàn)上述工藝過程是有困難的。單是加工硫銨溶液，就需混合、結晶、中和和蒸發(fā)等許多工序。處理碳酸氫納的裝置同樣也很復雜。此外，采用該法在技術經(jīng)濟上的合理性，還得進一步研究。 ③用工業(yè)廢氣中的二氧化硫制取硫銨 一些焦化廠靠近燒結鐵礦的燒結廠或燃燒高硫煤的大型發(fā)電廠。在這種情況下，焦化廠利用燒結廠或發(fā)電廠工業(yè)廢氣中的二氧化碳來制取硫銨是很理想的。 這種方法的實質在于焦化廠生產(chǎn)的濃氨水在吸收器中與廢氣中的二氧化硫作用，生成亞硫酸氫銨和亞硫酸銨。當有硫化氫存在時，溶液在加熱器中發(fā)生分解，生成硫代硫酸銨：當溶液中硫代硫酸銨達到一定濃度后，剩余的亞硫酸氫銨和硫代硫酸銨作用，生成硫銨和元素硫： 但此法尚在試驗研究階段，工業(yè)中并未采用。綜上所述，綜合權衡利弊，本次設計采用第三種方法，即半直接法 。第二章、飽和器法硫銨生產(chǎn)工藝1工藝流程圖及流程敘述外置除酸器飽和器法生產(chǎn)硫銨的工藝流程見下圖如上圖所述：煉焦煤氣經(jīng)初冷器冷卻到25℃—35℃，其中部分氨氣以冷凝氨水形式析出。冷卻后的煤氣被鼓風機加壓，使經(jīng)電補焦油器，然后進入煤氣預熱器3，用間接蒸汽加熱至60℃70℃，煤氣預熱的目的在于保持飽和器的水平衡，以免飽和器內母液因煤氣中水汽的冷凝而被沖淡。預熱后的煤氣沿中央煤氣管進入飽和器6，并經(jīng)煤氣分配傘從酸性母液中鼓泡而出，其中氨即為硫酸吸收。煤氣出飽和器后進入除酸器2，以分離所夾帶的酸霧，然后煤氣去粗笨工段。母液中不斷有硫銨生成，當其呈過飽和狀態(tài)后便有硫銨結晶析出。用結晶泵8將飽和器底部的硫胺漿即送至結晶槽11，使之沉淀分離。結晶槽上的母液滿流至回流槽7，然后流回飽和器。結晶槽底部較濃的料漿被送入離心機10進行離心過濾。為降低產(chǎn)品游離酸含量，在離心機中用溫水洗滌濾餅。離心分離后的濾液則由回流槽返回飽和器。離心機后的硫銨，通常含水23%。%以下，濕硫銨經(jīng)皮帶運輸機送入沸騰式干燥機進行干燥。干燥后的硫銨即為產(chǎn)品。為使飽和器內母液酸度和溫度均勻，同時使小粒結晶呈懸浮狀態(tài)以利其成長，母液需要攪拌。為此，飽和器內的母液不斷地經(jīng)滿流管流入滿溜槽4，然后用循環(huán)泵5將其送入飽和器底部經(jīng)噴射式攪拌器噴出，使母液進行強烈的攪拌。2硫銨工段的正常操作制度正常操作時，為使飽和器內母液酸度保持在46%的范圍內，需從硫銨高置槽1連續(xù)的往飽和器中補