【正文】 3 2 0 2 4 5 5 5 5 5 5 5 61 7 3 9 0 4 7 8 8 6 4 6 2 4 0 6 8 62 9 7 3 6 2 1 3 6 ??? ????? t 2 4 0 6 8 61 7 9 0 9 6 2 2 1 1?? 輸出熱量 Q 出 1） 煤氣帶出的熱量 1Q? ，設(shè)飽和器后煤氣溫度為 55℃ ，則 hkJ / 7 3 2 5 5 9 2 7554 6 5 04 9 6 8 9 ???? hkJ / 8 42 95 58) 9 1( 4 58 8 ???? hkJQ / 5 1 6 8 5 4 8 7 8 4 2 9 5 5 7 3 2 5 5 9 2 739。 則 hkJQ / 7 8 8 6 4 6 7 1 3 1 0 8 86 2 5 5 3 8 12 ??? 3）硫酸帶入的熱量 Q3 hkJQ / 2 3 2 0 2 986 1 8 9 0 83 ????? ?? 式中 — 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 76%硫酸在 20℃ 的比熱容， k J/(kg.℃ )。 煤氣中所含的苯族烴，硫化氫等組分含量少，在飽和器的前后引起的熱量變化甚微，故可忽略不計(jì)。當(dāng)取 時(shí)， k p app gl ???? k p apo ?? 查飽和蒸汽壓表，得相應(yīng)的溫度為 ℃ ，此溫度即為飽和器母液的適宜溫度，此值是符合生產(chǎn)實(shí)際情況的。 17 硫酸帶入的水量： hkg /10 31 3)(93 96 37 ??? 洗滌硫酸銨水量：取硫酸銨量的 8%，離心后硫酸銨的含水 2%，故帶入的水量為：hkg /00 34%)2%8(44 22 33 ??? 沖洗飽和器 和除酸器帶入的水量：飽和器的酸洗和水洗是定期進(jìn)行的，洗水量因各廠操作制度不同而異，現(xiàn)取平均 200kg/h，則帶入飽和器的總水量為： hkg /563185236 20202067341052631384832614603119374 ?? ???????? 飽和器的出口煤氣中的水蒸氣分壓 帶入飽和器的總水量，均由煤氣帶走，則飽和器的 1m3煤氣應(yīng)帶走的水量為： 33 /??? 相應(yīng)地， 1m3煤氣中水蒸氣的體積為： m??? 混合氣體中水汽所占的體積為： %% ??? 取飽和器后煤氣表壓為 12kPa,則水蒸氣分壓為： k %)( ??? 母液最低溫度的確定 根據(jù)飽和器母液液面上 蒸汽分壓 PL和母液液面上煤氣中蒸汽分壓 pg 的平衡關(guān)系確定。由于煤氣通過母液時(shí)速度太快，接觸時(shí)間太短以及接觸表面不足，所以飽和器蒸發(fā)水分能力很差。 煤氣帶入飽和器的氨量等于煉焦生成的總氨量與剩余氨水中總氨量之差為。 15 ? ? htw /7 6 5 5 01 ??????? ? ? htw / ??????? 式中 —— 每 1nm3干煤氣在 30℃ 時(shí)經(jīng)水蒸氣飽和后的水汽含量。 表 原始數(shù)據(jù) 項(xiàng)目 數(shù)值 1t 干煤的煤氣發(fā)生量 /m3 350 氨的產(chǎn)率 /% 初冷器后煤氣溫度 /℃ 30 剩余氨水含氨量 (g/l) 4 蒸氨塔廢水含氨量 (g/l) 每蒸餾 1m3 稀氨水用直接蒸汽 /kg 200 分凝后氨氣溫度 /℃ 98 硫酸質(zhì)量分?jǐn)?shù) /% 76 飽和器后煤氣含氨量 / 飽和器后煤氣壓力 /k pa 12 硫酸銨年產(chǎn)量 /t 800000 硫酸銨含水量 /% 1 配煤水分 /% 8 化合水 (干煤 )/% 2 剩余氨水量的計(jì)算 按裝入濕煤量 150t/h 計(jì)算，如下圖煤氣初冷系統(tǒng)的水平衡， w8為循環(huán)氨水量，設(shè)于集氣管噴灑冷卻煤氣時(shí)蒸發(fā)了 %，剩余部分即為由氣液分離器分離出來的氨水量 w2。晶比太小，則不利于晶體長大。這些雜質(zhì)既阻礙硫酸銨結(jié)晶的長大，又使硫酸銨著色。 母液中的可溶性雜質(zhì)主要是由酸和水腐蝕產(chǎn)生的鐵、鋁、銅、鉻、鉛、銻及砷等的鹽類。 母液中的雜質(zhì)不僅影響硫酸銨晶體的成長和晶型，而且還使在單位時(shí)間內(nèi)晶體體積總增長量小于同一時(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)還會形成大量針狀晶核，迅速充滿溶液中，破壞正常操作。 圖 洗水溫度對產(chǎn)品游離酸含量的影響 離心機(jī)的洗水量對產(chǎn)品質(zhì)量也有顯著影響，影響情況見圖 所示。要求放入離心機(jī)的料漿和料漿的結(jié)晶濃度保持穩(wěn)定，否則離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓內(nèi)料層厚度不容易均勻，否則將影響分離效果。一般把飽和器內(nèi)母液溫度控制在 50～ 60℃ （不生產(chǎn)粗吡啶）或 55～ 60℃（生產(chǎn)粗吡啶）。但由于煤氣在飽和器中停留時(shí)間短不可能達(dá)到平衡。這樣不僅影響氨和吡啶鹽基的回收率，而且設(shè)備的腐蝕加劇，同時(shí)影響硫酸銨質(zhì)量。同時(shí)，由于晶體增長速度也變快，故可將溶液的過飽和程度控制在較小范圍內(nèi)，減小了晶核生成。母液酸度的控制，依所采用的工藝不同而異。 圖 母液酸度和黏度的關(guān)系 10 20 30 40 50 60 70 80 90 3 713. 316. 720. 023. 326. 730. 033. 336. 74 0. 04 3. 3104 6. 7 溫 度 / ℃1 母 液 的 酸 度 為 4 % ；2 母 液 的 酸 度 為 8 %1210. 0水蒸氣分壓/ k P a 但是，母液酸度也不宜過低。這是因?yàn)楫?dāng)其他條件不變時(shí)，母液的介穩(wěn)區(qū)隨著酸度增加而減少，不能保持有利于晶體成長所必須的過飽和度所致。 由油庫送來的硫酸送至硫酸儲槽，再經(jīng)硫酸泵抽出送到硫酸高置槽內(nèi)，然后自流到滿流槽。然后稱量、包裝送入成品庫。飽和器滿流口溢出的母液流入滿流槽內(nèi)的液封槽，再溢流到滿流槽，然后用小母液泵送至飽和器的后室噴灑。噴灑吸收氨后的母液從降液管流到結(jié)晶室的底部，在此結(jié)晶核被飽和母液推動向上運(yùn)動，不斷地?cái)嚢枘敢?，使硫酸銨晶核長大，并引起顆粒分級。 煤氣預(yù)熱后，進(jìn)入噴淋式飽和器的上段，分成兩股沿飽和器水平方向沿環(huán)形室做環(huán)形流動，每股煤氣均經(jīng)過數(shù)個噴頭用含游離酸量 %～ 4%的循環(huán)母液噴灑，以吸收煤氣中的氨，然后兩股煤氣匯成一股進(jìn)入飽和器的后室，用來自小母液循環(huán)泵（也稱二次噴灑泵）的母液進(jìn)行二次噴灑，以進(jìn)一步除去煤氣中的氨。盡管噴 淋式飽和器硫銨生產(chǎn)工藝有其許多優(yōu)點(diǎn)：材質(zhì)為不銹鋼，設(shè)備使用壽命長，集酸洗吸收、結(jié)晶、除酸、蒸發(fā)為一體，具有煤氣系統(tǒng)阻力小，結(jié)晶顆粒較大，平均直徑在 ，硫酸銨質(zhì)量好，工藝流程短，易操作等特點(diǎn)。因此，徹底脫除煤氣中的氨是十分必要的。 第五，噴淋式飽和器采用 OCr18Ni9耐酸不銹鋼材料制作，設(shè)備防腐性能好，使用壽命長，大大延長設(shè)備更換周期，減少停產(chǎn)次數(shù)，從而明顯提高了經(jīng)濟(jì)效益。 第四，噴淋式飽和器底部帶結(jié)晶室，有利于硫酸銨結(jié)晶的解決，增大了結(jié)晶顆粒，提高了硫銨產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量，增加了經(jīng)濟(jì)效益。 第三，除酸器內(nèi)置，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，質(zhì)量輕，設(shè)備安裝檢修方便。由于在噴淋室上部設(shè)有多個螺旋扇面噴頭，形成一定噴角，使噴灑出的硫酸銨母液均朝向煤氣流動方向，氣液充分接觸， 充分吸收煤氣中的氨，大大減少了煤氣中氨的含量，明顯降低了氨氣在空氣中的排放，保護(hù)了環(huán)境。 硫酸銨晶體長大的過程屬于硫 酸銨分子有液相向固相擴(kuò)散的過程，其長大的推動力有溶液的過飽和度決定，擴(kuò)散阻力主要是晶體表面上的液膜阻力。 AB 線與 CD 線間為介穩(wěn)區(qū)，晶核不能自發(fā)形成。當(dāng)過飽和度過大時(shí)，這兩個過程進(jìn)行得較快，硫酸銨晶核生成的速率要更快一些，因而得到的是小顆粒硫酸銨。在一定的結(jié)晶條件下，若晶核形 成速率大于晶體成長速率，當(dāng)達(dá)到固液平衡時(shí)，得到的硫酸銨晶體粒度較?。环粗瑒t可得到大顆粒結(jié)晶體。 通常情況下，母液的密度是隨母液的酸度增加而增大的。 用適量的硫酸和氨進(jìn)行 反應(yīng)時(shí)，生成的是中式鹽 (NH4)2SO4，當(dāng)硫酸過量時(shí)，則生成酸式鹽 NH4HSO4，其反應(yīng)為 ： NH3+H2S04→ NH 4HS04 △ H = 165kJ／ mol 隨溶液被氨飽和的程度，酸式鹽又可轉(zhuǎn)變?yōu)橹惺禁} NH4HS04+ NH3→ (NH 4)2SO4 溶液中酸式鹽和中式鹽的比例則由母液中游離硫酸的含量決定，即酸度。其工藝流程和操作條件與現(xiàn)有的鼓泡型飽和器相接近，易于掌握，設(shè)備材料國內(nèi)能夠解決。 噴淋飽和器分為上下兩段 ， 上段為吸收室 ，下段為結(jié)晶室。如果僅從生產(chǎn)硫銨的角度來講 ， 用此方法生產(chǎn)硫銨值得進(jìn)一步探討。 間接飽和器法 后來 ，我們又引進(jìn)了間接法飽和器生產(chǎn)硫銨工藝， 間接飽和器法生產(chǎn)硫銨的工藝是與AS 流程相結(jié)合的工藝 ,但類似于半直接法飽和器。采用干燥冷卻機(jī)將干燥后的硫銨進(jìn)一步冷卻，防止結(jié)塊，有利于自動包裝。已經(jīng)不適合現(xiàn)在的市場發(fā)展。市場上生產(chǎn)硫銨工藝有以下 4 種 :老式飽和器法、酸洗法、噴淋式飽和器法和間接飽和器法 [6]。用作食品添加劑，作面團(tuán)調(diào)節(jié)劑、酵母養(yǎng)料 [5]。 硫酸銨長期以來，在農(nóng)業(yè)上是重要的氮肥，適用于各種土壤和作物。硫酸銨溶于水時(shí)要吸收熱量，每溶解 1kg 硫酸銨約吸收熱量 63kJ。含一定水分的硫酸銨的堆積密度隨結(jié)晶顆粒的大小而波動于 780~830kg/m179。由于我國是農(nóng)業(yè)大國，需要大量的農(nóng)用化肥，因此硫酸銨作為一種有效的氮肥以及化工生產(chǎn)原料具有很大的市場。 回收氨的目的 氨易溶于水，焦?fàn)t煤氣中的水蒸氣冷凝時(shí)，冷凝液中必定 含氨，氨會污染環(huán)境，為保護(hù)大氣和水體，含氨的水溶液不能隨便排放；焦?fàn)t煤氣中的氨與氰化氫、硫化氫化合，對管道和設(shè)備有嚴(yán)重腐蝕；煤氣中的氨在燃燒時(shí)會生成氧化氮，對大氣造成污染；氨在粗苯回收中能使洗油和水形成乳化物，影響油水分離，加大洗油耗量，影響正常生產(chǎn)；煤氣中的氨在精脫硫裝置對催化劑活性有負(fù)面影響，堵塞設(shè)備、管線，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致系統(tǒng)被迫停產(chǎn)檢修等。當(dāng)溫度在 700~800℃ 時(shí) ， 氨的生成量最大。所以用噴淋式飽和器法生產(chǎn)硫酸銨，不僅避免了污染，保護(hù)了環(huán)境，還使廢棄物得到了二次利用 [1]。隨著能源危機(jī)的進(jìn)一步擴(kuò)展以及環(huán)境保護(hù)的壓力，煉焦化學(xué)品的回收成為煤炭工業(yè)關(guān)注的重要對象，因此各企業(yè)不斷優(yōu)化設(shè)備，提高能源利用率，使煉焦產(chǎn)品的回收與加工水平迅速提高，更快的實(shí)現(xiàn)了煤的高效利用。 ammonium sulfate。在此基礎(chǔ)上對主要設(shè)備噴淋式飽和器進(jìn)行了計(jì)算和選型。因此設(shè)立硫銨工段去除煤氣中的氨氣，生產(chǎn)硫酸銨，既能解決環(huán)保問題，又能生產(chǎn)農(nóng)用化肥。 間接飽和器法 .................................................................................... 錯誤 !未定義書簽。 酸洗法 ................................................................................................ 錯誤 !未定義書簽。 參考文獻(xiàn) .....................................................................................................................................30 附錄 I 年產(chǎn) 80萬噸噴淋式飽和器法生產(chǎn)硫酸銨的工藝設(shè)計(jì) 摘要： 焦?fàn)t煤氣中含有大量的氨，氨不僅在燃燒時(shí)會產(chǎn)生有毒、有腐蝕性的物質(zhì)，同時(shí)在粗苯回收工段還妨礙油、水的分離。又通過熱量衡算，確定了煤氣預(yù)熱溫度為 ℃ 。 關(guān)鍵詞： 焦?fàn)t煤氣 ； 硫酸銨 ； 噴淋式飽和器 ； 衡算 ； 計(jì)算和選型 II The process design of 800kt/a ammonium sulfate on spray type saturator method Abstract:Coke oven gas contains large amounts of , corrosive substance is produced in the bustion of ammonia and ammonia can prevent the oilwater separation in the crude benzene recovery section. Therefore, the ammonium sulfate Section is established in order to remove ammonia of coal gas,which not only solve the environment