【正文】 設(shè)計(jì)條件及要求 設(shè)計(jì)題目： 萬(wàn) m3/h 煉焦煤氣氨回收工藝設(shè)計(jì)； 設(shè)計(jì)任務(wù)：飽和器法回 收氨； 氨的產(chǎn)率 /% 飽和器后煤氣含氨量 /(g/m3) 工藝參數(shù)見(jiàn)表 所示： 表 設(shè)計(jì)工藝參數(shù) 項(xiàng)目 數(shù)值 焦?fàn)t干煤裝入量 /(t/h) 130 煤氣發(fā)生量 /[m3/t(干煤 )] 340 氨的產(chǎn)率 /% 初冷器后煤氣溫度 /℃ 30 5 剩余氨水量 /(t/h) 剩余氨水含氨量 /（ g/kg） 蒸氨塔廢水含氨量 /(g/l) 每蒸餾 1m3稀氨水用直接蒸氨汽量 /kg 200 分凝器后氨氣溫度 /℃ 98 飽和器后煤氣含氨量 /(g/m3) 硫酸質(zhì)量分?jǐn)?shù) /% 78 設(shè)計(jì)目標(biāo) 飽和器后煤氣含氨量 /(g/m3) 氨回收方法的確定 根據(jù)以上文獻(xiàn)綜述、設(shè)計(jì)條件及要求，結(jié)合半直接法、間接法和直接法的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，我確定了利用半直接法即飽和器法生產(chǎn)硫酸銨的方法回收氨。 飽和器中同時(shí)存在兩種鹽時(shí)，由于酸式鹽較中式鹽易溶于水或稀硫酸中，故在酸度不大的情況下，從飽和溶液中析出的只有硫酸銨結(jié)晶。查閱文獻(xiàn) [3]可知，氨與硫酸發(fā)生的中和反應(yīng)為： 3 2 4 4 2 42 N H H S O ( N H ) S O , H 2 7 5 0 1 4 J / m o l? ? ? ? ? （ 11） 該反應(yīng)是不可逆放熱反應(yīng)，實(shí)際熱效應(yīng)與母液酸度和溫度有關(guān)，其值較上述反應(yīng)熱值約小 10%。硫酸銨的密度1766kg/cm3(20oC)，其結(jié)晶熱為 。由于處于負(fù)壓狀態(tài)下的設(shè)備太多，要求設(shè)備性能好，在生產(chǎn)上不夠安全，工業(yè)生產(chǎn)上暫未被采用。此法消耗大量的蒸汽，而且蒸餾設(shè)備較龐大，生產(chǎn)上應(yīng)用受到一定的限制，中國(guó)個(gè)別焦化廠配合煤氣脫硫已采用此法，并在負(fù)壓下回收工藝系統(tǒng)中生產(chǎn)出的高質(zhì)量的硫酸銨。 半直接法：將焦?fàn)t煤氣首先冷卻至 25～ 35℃ ，經(jīng)鼓風(fēng)機(jī)加壓后，再經(jīng)電捕焦油器除去煤焦油霧，然后進(jìn)入硫酸銨飽和器內(nèi)與硫酸母液充分接觸生成硫酸銨，同時(shí)將初冷時(shí)生產(chǎn)的剩余氨水進(jìn)行蒸餾，蒸出的氨也通如飽和器，與硫酸接觸，氨被硫酸吸收生成硫酸銨。上述這些都是現(xiàn)代焦化生產(chǎn)遇到困難。煤在煉焦時(shí)，除有 75%左右變成焦炭外，還有 25%左右生成多種化學(xué)產(chǎn)品及煤氣。純態(tài)的硫酸銨為無(wú)色長(zhǎng)菱形晶體，焦化廠生產(chǎn)的硫酸銨，因混有雜質(zhì)而呈現(xiàn)淺的藍(lán)色、灰色，多為片狀、針狀甚至粉末狀結(jié)晶。 此外，煤氣中的氨在燃燒時(shí)會(huì)生成有毒的、有腐蝕性的氧化氮，氨在粗苯回收中能使油和水形成穩(wěn)定的乳化液，妨礙油水分離。 1 萬(wàn) m3/h 焦?fàn)t煤氣中氨回收工藝設(shè)計(jì) 引 言 焦?fàn)t生產(chǎn)焦炭的副產(chǎn)品是焦?fàn)t煤氣，現(xiàn)代焦?fàn)t生產(chǎn)工藝殘留于煤氣中的氨，大部分被冷卻水吸收，在涼水塔噴灑冷卻時(shí)又都解吸進(jìn)入到大氣，這樣就造成了資源的浪費(fèi)。上述這些都是現(xiàn)代焦化生產(chǎn)遇到困難。本工藝所生產(chǎn)的硫酸銨，既可以作為肥料直接使用，也可以作為生產(chǎn)其他肥料的原料使用。 焦?fàn)t生產(chǎn)焦炭的副產(chǎn)品是焦?fàn)t煤氣，現(xiàn)代焦?fàn)t生產(chǎn)工藝殘留于煤氣中的氨，如果直接棄之，不僅造成資源浪費(fèi)，也不利于環(huán)境保護(hù)。為此，煤氣中氨的含量不允許超過(guò) 。此法工藝過(guò)程簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，在國(guó)內(nèi)焦化廠已得到廣泛應(yīng)用。 直接法：由集氣管來(lái)的焦?fàn)t煤氣經(jīng)初冷器冷卻到 60～ 70℃ ，進(jìn)入電捕焦油器除去煤焦油霧。 硫酸銨生產(chǎn)按采用的設(shè)備不同，有飽和器法和酸洗塔法。硫酸銨易吸潮結(jié)塊，易溶于水，其水溶液呈弱酸性， 1%的溶 液 pH 為 。查閱文獻(xiàn) [4]得知，如氨與酸度為 %的硫酸銨飽和母液相互作用是，其反 應(yīng)熱效應(yīng)如表 所示： 表 氨與母液反應(yīng)熱效應(yīng) 溫度 /℃ 硫酸銨熱效應(yīng) /（ J/mol） 240883 245878 249208 用適量的硫酸與氨進(jìn)行反應(yīng)時(shí)，生成的是中式鹽，當(dāng)硫酸過(guò)量時(shí)，則生成酸式鹽： 3 2 4 4 4N H H S O N H H S O , H 1 6 5 0 1 7 J / m o l? ? ? ? ? （ 12） 隨溶液吸氨量增加，酸式鹽又可轉(zhuǎn)變?yōu)橹惺禁}， 4 4 3 4 4N H H S O N H ( N H ) S O?? （ 13） 溶液中酸式鹽和中式鹽的比例取決于母液中游離硫酸的含量，這種含量以質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示，稱之為酸度。 4 由硫酸銨和硫酸氫銨在不同含量的硫酸溶液（ 60℃ ）內(nèi)的溶解度比較可知，在硫 酸小于 19%時(shí)，析出的固體結(jié)晶為硫酸銨；當(dāng)酸度大于 19%而小于 34%時(shí)，則析出的是硫酸銨和硫酸氫銨兩種鹽的混合物；當(dāng)酸度大于 34%時(shí)，得到的固體結(jié)晶全為硫酸氫銨。 飽和器法生產(chǎn)硫酸銨的方法有鼓泡式飽和器和噴淋式飽和器，鑒于設(shè)計(jì)任務(wù)的要求不是太高，而且鼓泡式飽和器法比較成熟。 煤氣酸庫(kù)來(lái)硫酸煤氣氨氣水蒸汽去吡啶裝置21312151217 1454610181620891319711FCTITITRPIFC FC圖 硫酸銨生產(chǎn)工藝流程圖 煤爐煤氣經(jīng)由鼓風(fēng)機(jī)和電捕焦油器進(jìn)入煤氣預(yù)熱器 1。 飽和器母液中不斷有硫酸銨生成，在硫酸銨含量高于其溶解度時(shí)，就析出結(jié)晶，并沉淀于飽和器底部。從離心機(jī)分離出的硫酸銨結(jié) 7 晶經(jīng)螺旋輸送機(jī) 6，送入沸騰干燥器 7 內(nèi)，用熱空氣干燥后送入硫酸銨儲(chǔ)斗 16，經(jīng)稱量包裝入成品庫(kù)。 煤氣帶入飽和器的煤焦油霧，在飽和器內(nèi)與硫酸作用生成所謂的酸煤焦油，泡沫狀酸煤焦油漂浮在母液面上，并與母液一起流入滿流槽。所以為了防止結(jié)晶堵塞，操作中必須定期進(jìn)行酸洗和水洗。因此要對(duì)這些影響因素有所了解。這是因?yàn)楫?dāng)其他條件不變時(shí)，母液的介穩(wěn)區(qū)隨著酸度增加而減小，不能保持所必須的過(guò)飽和度所致。否則，除了氨和吡啶的吸收率下降外，還易造成飽和器堵塞。飽和器正常操作時(shí)的母液酸度為 4%～ 6%。但是溫度也不易過(guò)高，溫度過(guò)高時(shí)，雖然因母液黏 度降低而增加了硫酸銨分子向晶體表面的擴(kuò)散速率，有利于晶體長(zhǎng)大，但也易因溫度波動(dòng)而形成局部過(guò)飽和程度過(guò)高現(xiàn)象，促使大量晶核形成。 飽和器內(nèi)母液液面上水蒸氣分壓與煤氣中水蒸氣分壓相平衡時(shí)的母液溫度為母液最低溫度。 查閱文獻(xiàn) [8]可知，母液液面上的水蒸氣分壓取決于母液的酸度、硫酸銨的濃度和溫度等因素。一般母液溫度控制在 50～ 55℃ 。 查閱文獻(xiàn) [9]可知，幾種方法的母液循環(huán)量見(jiàn)表 所示 ： 表 幾種方法的母液循環(huán) 指標(biāo) 鼓泡型飽和器 噴淋式飽和器 酸洗塔 對(duì)煤氣的液器比 3/(l/m) 2～ 15 6 對(duì)結(jié)晶系統(tǒng)的循環(huán)量 /結(jié)晶抽出（或供給）量 約 8 145 雜質(zhì) 母液中的雜質(zhì)不僅影響硫酸銨晶體的生長(zhǎng)和晶型，而且還使在單位時(shí)間內(nèi)晶體體積總增長(zhǎng)量小于同一時(shí)間內(nèi)，在飽和器中形成的硫酸銨量，引起母液的過(guò)飽和程 度增加，這不僅使硫酸銨晶體強(qiáng)度降低，同時(shí)還會(huì)形成大量針狀晶核，迅速充滿溶液中，破壞正常操作。其多半由硫酸、腐蝕設(shè)備或工業(yè)用水帶入；此外，隨煤氣帶入的煤焦油霧，有時(shí)也會(huì)與母液形成穩(wěn)定的乳濁液附著在晶體表面，阻止晶體的成長(zhǎng)。 晶比 晶比系統(tǒng)指懸浮于母液中的硫酸銨結(jié)晶的體積對(duì)母液與結(jié)晶總體積的百分比。 離心分離和水洗 離心分離和水洗效果對(duì)產(chǎn)品的游離酸和水分含量影響很大。用熱 水洗滌能更好地從結(jié)晶表面去油類雜質(zhì)，并能防止離心機(jī)篩網(wǎng)被細(xì)小油珠堵塞。查閱文獻(xiàn) [1,13]可知平衡計(jì)算如下，原始數(shù)據(jù)見(jiàn)表 所示： 表 平衡計(jì)算原始數(shù)據(jù) 項(xiàng)目 數(shù)值 焦?fàn)t干煤裝入量 /(t/h) 130 煤氣發(fā)生量 /[m3/t(干煤 )] 340 氨的產(chǎn)率 /% 初冷器后煤氣溫度 /℃ 30 剩余氨水量 /(t/h) 剩余氨水含氨量 /（ g/kg） 蒸氨塔廢水含氨量 /(g/L) 每蒸餾 1m3稀氨水用直接蒸氨汽量 /kg 200 分凝器后氨氣溫度 /℃ 98 飽和器后煤氣含氨量 /(g/m3) 硫酸 質(zhì)量分?jǐn)?shù) /% 78 物料衡算 氨的平衡及硫酸用量和硫酸銨產(chǎn)量的計(jì)算 煤氣 中氨含量 為 1%～ %， 帶入飽和器的氨量： 總氨量 —— 剩余氨水中總氨量（密度為 31t/m ） 即： 1 0 0 0 1 3 0 0 . 3 % 1 3 . 1 4 3 . 5 3 4 4 . 0 1 k g / h? ? ? ? ? 飽和器后隨煤氣帶走的氨量： 3 4 0 1 3 0 0 .0 3 1 .3 2 6 k g /h1000?? ? 由蒸汽塔帶入飽和器的氨量： 1 3 . 1 4 3 . 5 1 3 . 1 4 1 . 2 0 . 5 3 8 . 1 0 6 k g /h? ? ? ? ? 飽和器內(nèi)被硫酸吸收的氨量： 3 4 4 . 0 1 3 8 . 1 0 6 1 . 3 2 6 3 8 0 . 7 9 k g /h? ? ? 硫酸銨產(chǎn)量（干質(zhì)量）： 1322 1 73 8 0 .7 9 1 4 7 8 .3 6 k g /h??? 13 式中 132—— 硫酸銨的相對(duì)分子質(zhì)量； 17—— 氨的相對(duì)分子質(zhì)量； 含量為 78%的硫酸消耗量： 983 8 0 .7 9 1 4 0 7 .1 4 k g /h2 1 7 0 .7 8???? 式中 98—— 硫酸的相對(duì)分子質(zhì)量； 氨損失量： 1 . 3 2 6 1 3 . 1 4 1 . 2 0 . 5 1 0 0 % 2 . 3 6 %1 0 0 0 1 3 0 0 . 3 %? ? ? ???? 水 平衡及母液溫度的確定 ① 帶入飽和器的總水量： 煤氣帶入水量： 3 4 0 1 3 0 3 5 .2 1 5 5 5 .8 4 k g /h1000?? ? 式中 ～ 30℃ 時(shí) 31m 干煤氣被 水汽飽和后其水汽質(zhì)量 /g； 氨分凝器后氨氣帶入水量： 3 8 .1 0 6 (1 1 0 % ) 3 4 2 .9 5 4 k g /h10% ?? 式中 10%—— 相對(duì)于分凝器后溫度為 98℃ 的氨氣含量； 硫酸帶入水量： 1 4 0 7 . 14 (1 7 8 % ) 3 0 9 . 5 7 k g / h? ? ? 洗滌硫酸銨水量：取硫酸銨量的 8%，；離心后硫酸銨含水 2%， 故帶入的水量為： 821 4 7 8 .3 6 8 8 .7 k g /h100??? 沖洗飽和器和除沫器帶入的水量：（取平 均 200kg/h ） 1 5 5 5 . 8 4 3 4 2 . 9 5 4 3 0 9 . 5 7 8 8 . 7 2 0 0 2 4 9 7 k g / h? ? ? ? ? ② 飽和器出口煤氣的水蒸氣分壓 水由煤氣