【正文】 求 設(shè)計題目： 萬 m3/h 煉焦煤氣氨回收工藝設(shè)計； 設(shè)計任務(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)見表 所示： 表 設(shè)計工藝參數(shù) 項目 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)計條件及要求，結(jié)合半直接法、間接法和直接法的優(yōu)點和缺點，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。 飽和器中同時存在兩種鹽時，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 42N 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，中國個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，同時將初冷時生產(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，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)的硫酸銨為無色長菱形晶體，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會生成有毒的、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 m3/h 焦?fàn)t煤氣中氨回收工藝設(shè)計 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又都解吸進(jìn)入到大氣，這樣就造成了資源的浪費。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，也不利于環(huán)境保護(hù)。為此，煤氣中氨的含量不允許超過 。此法工藝過程簡單，生產(chǎn)成本低，在國內(nèi)焦化廠已得到廣泛應(yīng)用。 直接法：由集氣管來的焦?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，生成的是中式鹽，當(dāng)硫酸過量時，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，析出的固體結(jié)晶為硫酸銨；當(dāng)酸度大于 19%而小于 34%時，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，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。 煤氣酸庫來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，就析出結(jié)晶，并沉淀于飽和器底部。從離心機分離出的硫酸銨結(jié) 7 晶經(jīng)螺旋輸送機 6，送入沸騰干燥器 7 內(nèi)，用熱空氣干燥后送入硫酸銨儲斗 16，經(jīng)稱量包裝入成品庫。 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。因此要對這些影響因素有所了解。這是因為當(dāng)其他條件不變時，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。飽和器正常操作時的母液酸度為 4%～ 6%。但是溫度也不易過高，溫度過高時，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散速率，有利于晶體長大，但也易因溫度波動而形成局部過飽和程度過高現(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 對煤氣的液器比 3/(l/m) 2～ 15 6 對結(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和晶型，而且還使在單位時間內(nèi)晶體體積總增長量小于同一時間內(nèi)，在飽和器中形成的硫酸銨量，引起母液的過飽和程 度增加，這不僅使硫酸銨晶體強度降低，同時還會形成大量針狀晶核，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，有時也會與母液形成穩(wěn)定的乳濁液附著在晶體表面，阻止晶體的成長。 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)，并能防止離心機篩網(wǎng)被細(xì)小油珠堵塞。查閱文獻(xiàn) [1,13]可知平衡計算如下，原始數(shù)據(jù)見表 所示： 表 平衡計算原始數(shù)據(jù) 項目 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—— 硫酸銨的相對分子質(zhì)量； 17—— 氨的相對分子質(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 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%—— 相對于分凝器后溫度為 98℃ 的氨氣含量； 硫酸帶入水量： 1 4 0 7 . 1 4 (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 水由煤氣帶走，則出飽和器的 31m 煤氣應(yīng)帶走水量： 332497 0