化产车间硫铵工段培训课件.ppt

煤气中氨的回收煤气中氨的回收 氨（NH3）的性质及用途常温常压下，氨是具有特殊刺激性气味的无色气体，密度为0.771kg/m3，比空气密度小，易溶于水，其水溶液呈碱性且具有一定的腐蚀性；在常压下冷却到-35或在常温下加压至11.2MPa时气态氨就液化成无色透明液体。当在空气中浓度为0.04g/m3时已有感觉，当浓度为1.527g/m3时，在0.51小时内对有机生物可致死，或引起严重中毒。氨是一种重要的化工产品，是生产氮肥、制造硝酸和铵盐等化工产品的重要原料。煤气中氨的危害氨对干煤的产率一般为，通常情况下，初冷后煤气中的氨含量为 g m3；在氧和水蒸气，特别是硫化氢和氰化氢存在下，有很强的腐蚀作用。很多焦化厂和煤气厂曾因氨的脱除效率不高，造成脱苯洗油中含氨浓度超标，致使脱苯装置设备受到不同程度的腐蚀；同时还会在洗苯的过程中，洗下煤气中的氨，会造成洗油质量的恶化和洗油单耗提高。为了防止化产品车间的设备及煤气管道的腐蚀，焦炉煤气需要脱氨净化。一般焦炉煤气中的氨含量控制在g m3以下为宜。但是对于民用煤气厂，煤气中的氨含量要求控制在g m3以下。硫酸铵生产的原料-硫酸焦化厂生产硫铵不用纯硫酸，通常采用浓度为75%78%的塔式法硫酸或浓度为90%93%的接触法硫酸。也可采用浓度为96%98%的硫酸，但这种硫酸价贵且冬天易结晶，还会使煤气中的不饱和组分聚合而污染产品。在硫酸制造和使用过程中，不同浓度的硫酸在不同的温度范围内，对设备、管路材质腐蚀性的变化是很大的，而在生产硫酸铵的生产条件下，必须用衬铅或耐酸瓷砖或不锈耐酸钢等作为防腐材料。为安全期间，卸酸时用离心泵从槽车顶部吸出，而不采用压缩空气卸酸。酸先卸到储槽，然后根据生产需要，再用泵送到硫酸高位槽。一般硫酸储量不应少于一个月生产所需用量。在生产中，无论采用哪种硫酸，加入反应器之前，都要加水或母液进行稀释；还要注意的是：稀释过程是放热的，稀释的方法是将硫酸缓缓注入水面下，不许将水倾入硫酸中。煤气脱氨及制硫酸铵(NH4)2SO4 用硫酸吸收焦炉煤气中氨生产硫酸铵按煤气中氨与硫酸母液接触的方式不同分有三种：半直接法、间接法和直接法，我公司的脱氨工艺为半直接法喷淋式饱和器制硫铵的工艺。现在重点介绍半直接法制硫酸铵工艺，一般情况下生产硫铵普遍采用的是喷淋式饱和器硫铵工艺。即将焦炉煤气首先冷却至2535，经鼓风机加压后，再经电捕焦油器除去煤焦油雾，然后进入硫酸铵饱和器内与硫酸接触，氨被硫酸吸收生成硫酸铵。此工艺过程简单，生产成本低，在国内外焦化厂已得到广泛应用。硫酸铵的性质纯态的硫铵为无色长菱形结晶体，焦化厂生产的硫酸铵，因混有杂质而呈现浅的绿色、蓝色、灰色等，多为片状、针状甚至粉末状结晶。硫酸铵晶体的密度为1766kg/m3，含一定水分的硫酸铵的堆密度取决于晶体颗粒的大小，一般波动在720800kg/m3范围内。硫酸铵易吸潮结块，它是一种强酸弱碱盐，具有一定酸性，农田长期使用硫酸铵，会使土质逐渐酸化；硫酸根易于土壤中的钙、镁等离子生成硫酸盐残留于土壤中，使土壤板结，因此硫酸铵适用于碱性和中性土壤。硫铵变色的原因及处理方法变色原因处理方法变黑饱和器前煤气中焦油雾清除不好，使饱和器内生成焦油较多饱和器内加酸不及时氨气进入饱和器后，使局部地区母液显碱性，致使硫铵变黑使电捕的捕捉焦油能力正常，减少煤气中夹带的焦油雾 及时清除母液中的酸焦油饱和器母液酸度保持稳定变蓝煤气中吡啶在饱和器内形成铁氰烙蓝沉淀，与氨气氧化生成普鲁士蓝，附着在硫铵晶体上将氨水中加入化学絮凝剂，使吡啶氧化络合物形成沉淀，过滤后除去里面的杂质变绿由于稀H2SO4或母液对管道、储槽的腐蚀产生Fe2+其反应式为Fe2+SO42+FeSO4从而进入结晶体，使得硫铵呈浅绿色，或脱硫液在煤气中夹带过多也可造成加强管道设备的管理，多采用衬铅衬耐酸腐蚀的设备变暗红煤气中的酚吸附在结晶体上，经流化床干燥时被空气氧化为红色，因此湿硫铵无色而干硫铵为红色Fe3+SCN Fe(SCN)3 Fe3+来源于管道或储槽的腐蚀，SCN来源于剩余氨水按工艺要求净化焦炉煤气多采用防腐耐酸的设备硫酸铵的质量指标硫酸铵的结晶区位于硫酸含量较低的区域，当温度为60时，硫酸含量小于18.5时，才有肯能得到硫酸铵；当高于39.9时，得到的完全是NH4HSO4；当硫酸的含量为18.539.9时得到的也主要是NH4HSO4。硫酸铵的结晶热为10.87kJ/mol。温度变化对溶解度影响不大，硫酸铵溶于水要吸收热量。19.6时，1mol硫酸铵溶于1L水时要吸收热量8.36kJ。硫酸铵易溶于水，其水溶液呈弱酸性，1的溶液pH为5.7。硫酸溶于水时要吸收热量，每溶解1kg硫酸铵吸收热量约63kJ。喷淋式饱和器生产硫铵工艺生产硫铵的化学原理焦化厂生产硫铵的反应式为：2NH3+H2SO4 (NH4)2 SO4焦化厂用饱和器法生产的硫铵，结晶多为针状、片状或粉末状。硫铵易溶于水，其水溶液呈弱酸性。用适量的硫酸和氨进行化合反应时，生成的是中式盐(NH4)2 SO4。当硫酸过量时，则生成酸式盐NH4HSO4，其反应为：2NH3+H2SO4 NH4H SO4随溶液被氨饱和的程度，酸式盐又可转变为中式盐：NH4H SO4+NH3(NH4)2 SO4溶液中酸式盐和中式盐的比例取决于溶液中游离硫酸的浓度。这一浓度以质量百分数表示，称为酸度。当酸度为1%2%时，主要生成中式盐，酸度升高时，酸式盐的含量则随着提高。由于酸式盐比中式盐易溶于水或稀硫酸中，因此，在酸度不大的情况下，从饱和溶液中析出的只有硫铵结晶。硫铵生产的结晶原理在饱和器内硫酸铵形成晶体需要经过二个阶段：第一阶段是在母液中细小的结晶中心晶核的形成；第二阶段晶核（或小晶体）的长大。通常晶核的形成和长大是同时进行的。在一定的结晶条件下，若晶核形成速率大于晶体成长速率，当达到固液平衡时，得到的硫酸铵晶体粒度较小;反之，则得到大颗粒结晶体。显然，如能控制这两种速率便可控制产品硫酸铵的粒度。介稳区的定义由图可见，AB溶解曲线与CD超溶解曲线大致平行。在AB曲线的右下侧，因溶液未达到饱和，在此区域内不会有硫酸铵晶核形成，称之为稳定区或不饱和区。CD线的左上侧为不稳定区，此区域能自发形成大量晶核。AB 与CD间区域称为介稳区，在此区域内，晶核不能自发形成。在生产中，母液中总是存在着细小结晶和微量杂质，即存在着所谓的晶种，此时晶核形成所需的过饱和程度远比无晶种时为低，因此在介稳区内，主要是晶体在长大，同时还有新晶核形成。为了生产粒度较大的硫铵结晶，必须使母液处于介稳区和适宜的过饱和程度内。溶液的过饱和程度既是硫铵分子向硫铵结晶表面扩散的推动力，也是晶核生成的推动力。当溶液的过饱和程度低时，这两个过程进行的速度都显得慢，但是晶核生成的速度更慢一些，此时可以得到大颗粒硫铵。当溶液的过饱和程度高时，两个过程进行的速度都较快，但是晶核生成的速度更快一些，此时得到的是小颗粒硫铵。因而，溶液的过饱和程度必须控制在一定的范围（介稳区）内。在正常操作条件下，硫铵结晶的介稳区是很小的。结晶在母液内的生长区域（即介稳区）是很小的。在这个区域内，当母液中结晶的生长速度与反应生成的硫铵量相平衡时，晶核的生成量最小，可得到大的结晶颗粒。生产硫铵工艺流程 喷淋式饱和器生产硫铵的工艺流程见图。由上个工段来的煤气经煤气预热器进入饱和器。在饱和器的上段分两股入环形室经循环母液喷洒，其中煤气中的氨被母液中的硫酸吸收，然后煤气合并成一股进入后室经母液二次喷洒，并从上部中心出口管离开饱和器，再经捕雾器捕集下煤气中的微量酸雾后送至终冷洗苯工段。图喷淋式饱和器生产硫酸铵的工艺流程1煤气预热器 2喷淋式饱和器 3硫酸高置槽 4满流槽 5母液贮槽 6母液循环泵 7小母液泵 8结晶泵 9结晶槽 10离心机 11输送机 12振动干燥机 13硫铵贮斗 14秤量包装机 15旋风分离器 16热风机 17空气加热器 18冷风机 19抽风机 20视镜饱和器下段上部的母液经母液循环泵连续抽出送至环形室喷洒，吸收了氨的循环母液由中心下降管流至饱和器下段的底部，在此晶核通过饱和介质向上运动，使晶体长大，并使颗粒分级。用结晶泵将其底部的浆液送至结晶槽。饱和器满流口溢出的母液流入满流槽内液封槽，再溢流到满流槽，然后用小母液泵送入饱和器的后室喷淋。补水和大加酸时，多余的母液经满流槽至母液贮槽，再用小母液泵送至饱和器。此外，母液贮槽还可供饱和器检修时贮存母液之用。结晶槽的浆液排放到离心机，经分离的硫铵晶体由螺旋输送机送至振动流化床干燥机，并用被热风器加热的空气干燥，再经冷风冷却后进入硫铵贮斗，然后称量、包装送入成品库。离心机滤出的母液与结晶槽满流出来的母液一同自流回饱和器的下段。干燥硫铵后的尾气经旋风分离器后由排风机排放至大气。由外运来的硫酸送至硫酸中间槽，再经硫酸泵送至硫酸高置槽，然后自流到满流槽。工艺技术指标1.预热器后煤气温度：60752.饱和器内母液温度：40553.饱和器内母液酸度：46 大加酸 8104.饱和器后煤气含氮量：20.4g/m35.饱和器阻力：2300kpa6.母液比重；1.267.热风温度；120-1508.硫铵结晶冲洗热水温度；70-859.硫铵成品每袋；500.5/袋10.硫酸高位槽液位：230011.低位槽液位：1300 12.煤气预热器阻力：500pa附：硫铵质量指标：指标名称 一级品 二级品 含氮量 21 20.8 水份 0.3 1.0 游离酸 0.05 0.2生产工艺操作要点及分析1、预热器后的煤气温度2、母液温度3、母液酸度和加酸制度4、母液的循环搅拌5、母液中的结晶含量6、结晶槽中结晶层的厚度7、离心分离和水洗1）、预热器后的煤气温度预热器后煤气温度是保持饱和器内的水平衡，以防止母液被稀释，其与初冷器后煤气温度、煤气在鼓风机内的温升以及向硫酸铵生产系统补入的水量等有关。当煤气在初冷器内出口温度为35时，如采用离心式鼓风机输送，预热器前煤气温度一般在50左右。为了蒸发饱和器中多余的水分，进入饱和器的煤气必须进行预热，为不使预热温度过高，影响硫酸铵的质量，除降低初冷器后煤气温度外，必须严格控制进入饱和器的水量，如冲洗饱和器、除酸器以及离心机内洗涤硫酸铵的用量水等带入的水。一般情况下，预热器后煤气温度控制在6075。2）、母液温度饱和器的温度制度是依据饱和器的水平衡制定的。饱和器应在保证母液不被稀释的条件下，采用较低的适宜温度操作，并使其保持稳定。在高原环境下，饱和器的母液温度一般保持在4055范围内，对生产大颗粒结晶最为适宜。3）、母液酸度和加酸制度母液酸度对硫酸铵结晶影响较大，酸度大时难以获得大颗粒结晶，酸度小时，除使氨的吸收不完全外，还容易造成饱和器的堵塞。当母液酸度低于3.5%时，还容易起泡沫，使操作条件恶化。一般情况下，母液的酸度应维持在4%6%比较合适。饱和器采用连续加酸制度保证母液适宜的酸度，正常生产加入的硫酸量为中和煤气带入饱和器的氨量。饱和器操作一段时间后，因结晶沉淀会使阻力增大，为消除这种现象，需定期进行加酸，大加酸一般将母液酸度提高到8%10%，我厂采用小加酸制度，一般将酸度控制在PH=6。每次加酸都会引起饱和器酸度波动，会破坏晶体的正常生长条件，因此要生产大颗粒的硫酸铵晶体，必须减少饱和器的加酸次数，尽量延长饱和器的稳定操作时间。4）、母液的循环搅拌为使饱和器母液酸度和温度均匀，结晶颗粒能在母液中呈悬浮状态，最有效的措施就是对母液进行搅拌，且为平稳的等速搅拌，以增加晶体的增长速度。采用母液循环搅拌，同时还可减轻饱和器的堵塞，结晶颗粒增大后也可相应地提高离心机的处理能力。喷淋式饱和器是用泵将循环母液和二次母液喷淋与煤气接触后通过饱和器内的降液管进入结晶室底部进行搅拌的。5）、母液中的结晶含量母液中结晶含量晶比要控制适当，晶比太大时，相对减少了氨与硫酸反应的容积，不利于氨的吸收，并使母液搅拌的阻力增大，导致母液搅拌不良，也易造成饱和器的堵塞。晶比太小时，则不利于晶体的长大。喷淋式饱和器晶比保持30%40%，当母液中晶比达到30%时，开车提取母液中的结晶，当晶比降到10%时，停车。6）、结晶槽中结晶层的厚度结晶槽中应保持一定的结晶厚度，对保证硫酸铵的质量和稳定离心机的操作极为重要。结晶层厚度小时，将使放入离心机的料浆结晶含量不稳定，导致硫酸铵水分和游离酸含量增高，厚度过大，造成管道和饱和器堵塞。一般宜将结晶层厚度（又称“垫层”）控制在结晶槽高度的1/3。7）、离心分离和水洗离心分离和水洗效果对硫酸铵的游离酸含量和水分含量影响很大。要求放入离心机的料浆流量和料浆的结晶含量保持稳定，否则离心机转股内料层的厚度很难均匀，影响分离效果。为保证硫酸铵产品质量和离心机正常运行，需用热水洗涤离心机筛网上的物料。提高离心机的洗水温度，可提高离心分离效率，同时，使用热水洗涤能更好的从晶体表面洗去油类杂质，并能防止离心机筛网被细小油珠堵塞。一般情况下，宜将洗水温度保持在70以上。当洗水量较小时，硫酸铵中游离酸含量随洗水量的增加而直线下降，当洗水量较高时，离心机离心后的硫酸铵的含水量急剧增加，另外水洗量过多也会破坏饱和器的水平衡。为使离心机的洗水能均匀喷洒在料层上，应在洗水管的端部设置扁头喷嘴。影响硫铵结晶的因素及控制影响硫铵结晶的因素及控制若能在不增添设备的情况下，从改进现有的硫铵生产操作着手，来提高硫铵质量，具有很大的现实意义。1）母液的酸度2）母液的温度3）母液的搅拌4）控制晶比5）杂质对晶体的影响1）母液的酸度（溶液中酸式盐和中式盐的比例取决于母液中有理硫酸的含量，这种含量以质量分数表示，称之为酸度）和加酸制度根据硫铵结晶原理，母液的酸度对硫铵结晶质量起着关键性作用。母液的酸度增高时（从0到10%的范围内），大颗粒的硫铵结晶产率降低。理论上适宜的酸度为2%左右，但由于众多因素的影响，其操作酸度一般为4%左右。母液酸度的波动对生产大颗粒的硫铵是极为不利的，时而结晶中断，时而结晶急速进行，结果生成大量的晶核，无法得到大颗粒的硫铵。硫铵结晶的平均粒度随着母液的酸度增高而减小。为使母液的酸度保持在稳定的范围内，应根据进入饱和器煤气的氨含量，连续地向饱和器内加酸。为了消除饱和器的堵塞，必须定期进行大加酸清洗。根据对设备的腐蚀性影响，一般大加酸的酸度控制在10%左右。提高酸度的目的，是增加结晶在母液中的溶解度，从而使结晶沉积物溶解。另外在大加酸时，还必须对饱和器进行水洗。酸度的提高，可以消除饱和器的堵塞，但易造成母液量的减少，同时母液中溶有大量的硫铵和酸式硫铵，吸收氨后，在酸度高的母液中又生成大量的颗粒很细小的结晶。因此，要生产大颗粒的硫铵，必须稳定母液的酸度，酸洗的同时进行水洗2）母液的温度饱和器的温度制度是为维持饱和器内的水平衡而制定的。饱和器在酸洗和水洗时形成的母液量，对其温度制度影响最大。过高或者过低的母液温度对晶体的长大都是不利的。母液温度过高时，母液的黏度降低，硫铵分子向晶体表面的扩散速度加快而有利于晶体长大，但也促成大量的晶核生成，因而得不到大颗粒的硫铵。母液温度过低时，可以限制晶核的大量生成，但降低了传质速度，同样得不到大颗粒的硫铵结晶。母液温度的波动也应尽量避免，在不同的温度下，硫铵具有不同的溶解度，当饱和器内母液的各部位出现不同温度时，硫铵的浓度也随之改变。有些区域可能形成大量的新晶核，而有些区域可能出现原有晶体的溶解现象，必将导致产品颗粒细小和粒度不均匀。生产实践表明，饱和器的母液温度稳定在5055范围内，对生产大颗粒结晶最为适宜。3）母液的搅拌搅拌的目的在于使母液的酸度、浓度和温度均匀，使得硫铵结晶在母液中呈悬浮状态，延长在母液中的停留时间，有利于硫铵分子向结晶表面扩散，对生产大颗粒硫铵是有利的。通常我厂的母液循环泵起到搅拌的作用。4）控制晶比悬浮于母液中的硫铵结晶的体积对母液与结晶总体积的百分比，称为晶比。饱和器中晶比的大小，对结晶粒度、母液中的氨饱和量和器后氨损失量有直接影响晶比太大时，相对的减少了氨与硫酸反应所需的容积，不利于氨的吸收，并使母液搅拌的阻力加大，导致母液搅拌不良。晶比太大时，结晶间摩擦的机会增多，大结晶破裂成小结晶的可能性增加。当饱和器中积聚过多的结晶时，堵塞情况也将严重。晶比太小时，则不利于结晶的长大，反而有大量的新晶核生成。此外，当晶比小时，母液的密度降低，母液中的酸焦油及其乳化物不易与其分层，从而污染硫铵产品。因此，母液中必须控制一定的晶比，以利于得到大颗粒硫铵。5）杂质对晶体的影响母液中含可溶性和不溶性杂质，杂质的种类和含量，取决于生产工艺流程、硫酸质量、工业用水质量、设备腐蚀情况及操作条件等。母液中可溶性杂质主要有铁、铝、铜、铅、砷等各种盐类，多半来自硫酸、设备腐蚀、工业用水，其离子吸附在晶体表面，使晶体成长缓慢。随煤气进入的煤焦油雾与母液形成稳定的乳浊液附在晶体表面，阻止晶体成长。不溶性杂质主要是煤气带入饱和器的煤焦油雾、煤尘及一些泥渣，这些杂质既阻碍晶体长大又使硫酸铵着色。生产硫铵的主要设备1、煤气预热器为了保持饱和器系统的水平衡，我国焦化厂普遍采用煤气预热器。煤气预热器为列管式换热器，煤气走管内，管外通入低压蒸气。一般情况下，煤气通过预热器的阻力为300500Pa。2、喷淋式饱和器喷淋式饱和器是硫铵工段的主体设备，其结构示意见图6-6。喷淋式饱和器全部采用耐酸不锈钢制作，无衬里。其结构上有如下主要特点：在煤气入口和煤气出口间分隔成两个弧形分配箱，在箱内配置喷嘴，喷嘴的方向均朝向煤气流，形成良好的气流接触面。喷淋室的下部为结晶分级槽，喷淋室以降液管与结晶分级槽连通，循环母液通过降液管从结晶分级槽的底部向上返，不断生成硫酸铵晶体，穿过向上运动的悬浮硫酸铵母液，促使晶体长大，并引起颗粒分级。在喷淋室的下部设置母液满流管，控制喷淋室下部的液面，促使煤气由入口向出口在环形室内流动。图 喷淋式饱和器结构示意图3、离心机离心机采用的是卧式单级、活塞推料自动连续操作离心机。活塞推料离心机用于分离固相颗粒不小于0.25mm、固相含量不小于25%的结晶状或纤维状物料的悬浮液。凡与物料相接触的部分均用不锈钢材料制成。4、振动式流化床干燥器经离心机分离出来的硫铵结晶含有约2%的水分，为了减轻硫铵的胶结，其水分最好不超过0.2%，因此，离心分离后的硫铵还需要再进行干燥。我厂所用的干燥装置主要是振动式流化床干燥机，其优点是干燥速度快、生产能力大及操作简单。干燥机由振动电机的往复运动使硫铵沿干燥箱向前移动，由送风机送的热风和冷风进入干燥箱的下部，透过风板的缝隙穿过硫铵层进入上部空间，经箱盖上的排风口逸出，同时对硫铵进行干燥和冷却。干燥后的硫铵沿出料口落至硫铵贮槽。干燥机与硫铵接触部分的材质为不锈钢材料。饱和器法生产硫铵操作中的事故和不正常现象及产生原因和处理方法事故和不正常现象可能产生原因处理方法饱和器母液严重起泡沫母液内存在砷的化合物并和酸焦油一起形成泡沫；母液中酸焦油量过多，而母液中硫酸铵含量低，使酸焦油和母液形成乳状液而形成泡沫立即从满流槽往饱和器加入废机油或洗油，直至缓和为止；随时捞出母液中的酸焦油；母液中的结晶不要过多的提取饱和器煤气大量外窜饱和器损坏饱和器阻力过大上游工序操作不正常立即关闭门窗，佩戴防毒面具，打开交通管阀门，关闭煤气进出口阀门，并及时向上级汇报；待查明原因再做处理满流槽母液液面波动饱和器阻力过大消除饱和器阻塞，特别是满流口的阻塞饱和器机后压力低于7000Pa煤气量过小饱和器不能保持生产按停工处理饱和器后煤气中含氨量增加母液喷洒不均匀母液酸度太低 搅拌不良使饱和器产生局部浓度过高或过低，影响煤气中氨的吸收饱和器堵塞，阻力增加母液喷头损坏调整母液循环量，清除喷头堵塞物加大酸量加大母液循环量或用温水冲洗循环泵出入口用温水或硫酸冲洗堵塞处，或用水蒸气溶解堵塞处的结晶块停止饱和器操作，进行修理母液不来结晶母液酸度过大母液密度过小母液温度太高，使硫酸铵结晶溶解在母液中停止加硫酸，使母液酸度降低在保持合适的母液酸度情况下减少洗涤水量降低煤气预热器出口温度结晶粒度小母液酸度较大，且分布不均匀循环泵出入管堵塞或漏母液使之搅拌不均匀母液被冲稀，母液温度较低母液中杂质较多母液温度较高加酸搅拌，适当降低母液酸度用温水冲洗循环母液管，若循环泵连接口不严时更换备品垫减少洗水量或暂停提取结晶适当更换母液，并用质量较好的硫酸在保证母液不被稀释的情况下，降低煤气预热温度结晶带色吡啶回流母液中含铁氰络合物的量太多母液密度过低，煤焦油下沉母液中煤焦油量多硫酸质量差再生酸用量多设备腐蚀离心机洗水水质不好适当降低吡啶回流母液碱度，控制好吡啶回流母液的净化装置的操作提高母液密度从满流槽尽量捞出酸煤焦油采用质量好的硫酸减少再生酸的用量或不用腐蚀的设备及时检修或更换改进离心机洗水质量