煤化工工艺设计

煤化工工艺设计内容摘要：

槽满流母液回到饱和器，部分母液送去回收吡啶装置。 含量为 72%~78%的硫酸自高位槽加入饱和器。 除酸器液滴经满流槽泵送至饱和器。 硫酸铵结晶浆液在离心机分出结晶，结晶含水分 1%~2%，于干燥器中脱水后 送去仓库。 饱和器的壁上会沉结细的晶盐，增加煤气流动阻力。 为此，饱和器需定期用热水和借助于 大加酸进行洗涤。 河南城建学院毕业设计 13 煤气酸库来硫酸煤气氨气水蒸汽去吡啶装置21312151217 14546101816208913197FC FC FCTITITCPIPI11 图 硫酸铵生产工艺流程图 河南城建学院毕业设计 14 0 5 10 15 20 25 30 35酸度/ %母液黏度/Pa. s第三章 饱和器法回收氨的 影响因素 及控制 母液酸度 氨吸收设备内母液的酸度，主要影响硫酸铵结晶的粒度和氨与吡啶盐基的回收率。 母液酸度对硫酸铵结晶成长有影响，随着母液酸度的提高，结晶平均粒度下降，晶形也从长宽比小的多面颗粒变为有胶结趋势的细长六角棱柱形，甚至称针形状。 这是因为 当其他条件不变时，母液的介稳区随着酸度增加而减少 ， 不能保持有利于晶体成长所必须的过饱和度 所致。 其中介稳区是指晶核 在溶液中的溶解度曲线和超溶解度曲线之间的区域。 另外， 母液酸 度对黏度也有影响，其关系图如 所示。 由该关系图可知，随着酸度的提高，母液黏度增大，增加了硫酸铵分子扩散阻力，阻碍来晶体正常成长。 图 母液酸度和黏度的关系 但是，母液酸度也不宜过低。 否则，除了氨和吡啶的吸收率下降外，还易造成饱和器堵塞。 特别是当母液搅拌不充分或酸度波动时，可能在母液中出现局部中性区甚至碱性区，从而导致母液中的铁、铝离子形 成及等沉淀，进而生成亚铁氰化物，使晶体着色并阻碍晶体成长。 另外， 酸度过低容易产生泡沫 ，使操作条件恶化。 母液酸度的控制，依所采用的工艺不同而异。 饱和器正常操作时的母液酸度为 4%～ 6%； 喷淋式饱和器正常操作是的母液酸度为 3%～ 4%； 酸洗塔正常操作的母液酸度为 %～ 3%。 河南城建学院毕业设计 15 20 30 40 50 60 70 80 90 3 713. 316. 720. 023. 326. 730. 033. 336. 74 0. 04 3. 3104 6. 7 温 度 / ℃1 母 液 的 酸 度 为 4 % ；2 母 液 的 酸 度 为 8 %1210. 0水蒸气分压/ k P a 母液温度 母液温度影响晶体成长速度。 通常晶体的成长速度随母液温度的升高而增大，且由于晶体各棱面的平均速度比晶体沿长向成长速度增大较快，故提高温度有助于降低长宽比而形成较好晶体。 同时，由于晶体增长速度叶变快，故可将溶液的过饱和程度控制在较小范围内，减小了晶核生成。 但是温度也不易过高，温度过高时，虽然因母液黏度降低而增 加了硫酸铵分子向晶体表面的扩散速率，有利于晶体长大，但也易因温度波动而形成局部过饱和程度过高现象，促使大量晶核形成。 实际上，母液温度是根据器内的水平衡确定的。 如果初冷器后煤气温度较高，硫酸铵洗涤用水量偏大等，为保持器内水平衡，必将提高母液温度。 这样不仅影响氨和吡啶盐基的回收率，而且设备的腐蚀加剧，同时影响硫酸铵质量。 母液液面上的水蒸气分压取决于母液的酸度、硫酸铵的浓度和温度等因素。 酸度为 4%和 8%的母液温度与母液液面上水蒸气压的关系曲线如图 所示， 提高母液酸度和母液中硫酸铵的含量以及降低母液的温度 时，均会使母液液面上水蒸气压降低。 图 酸度 4%和 8%的母液温度与母液液面上水蒸气压的关系曲线 河南城建学院毕业设计 16 饱和器内母液液面上水蒸气分压与煤气中水蒸气分压相平衡时的母液温度为母液最低温度。 但由于煤气在饱和器中停留时间短不可能达到平衡。 因此在饱和器内母液适宜温度应比最低温度高。 一般母液液面上水蒸气分压相当于煤气中水蒸气分压的 ～ 倍，此值称为偏离平衡系数，于此相适应的母液温度即为母液的适宜温度。 适宜的母液温度是在保持在保证母液不被稀释的条件下，采用较低的操作温度，并使其保持稳定均 匀。 一般母液温度控制在 50～ 55℃ . 母液搅拌 母液搅拌的目的在于使母液酸度、浓度、温度均匀，并硫酸铵结晶在母液中呈现悬浮状态，以延长其在母液中的停留时间，这有利于硫酸铵分子向结晶便面扩散，对生产大颗粒硫酸铵是有利的，另外也起到了减轻设备内堵塞的作用。 我国大部分焦化厂广泛采用木业循环进行搅拌。 鼓泡式饱和器用循环泵将满流口排出的木业打入饱和器内的喷射器从而实现搅拌，木业循环量应不小于鼓泡式饱和器内母液容积的 2～ 3 倍。 几种方法的母液循环量见表 . 指标 鼓泡型饱和器 喷淋式饱和器 酸洗塔 对煤 气的液器比 3/(l/m) 2～ 15 6 对结晶系统的循环量 /结晶抽出（或供给）量 约 8 145 表 几种方法的母液循环 离心分离和水洗 离心分离和水洗效果对产品的游离酸和水分含量影响很大。 要求放入离心机的料浆和料浆的结晶浓度保持稳定，否则离心机转鼓内料层厚度不容易均匀，否则将影响分离效果。 洗水温度对产品游离酸含量有影响，见图 所示，有图可见，提高离心机的洗水温度，可以提高离心分离效率。 用热水洗涤能更好地从结晶表面去油类杂质，并 能防止离心机筛网被细小油珠堵塞。 因此洗水温度在 70℃ 以上为宜。 河南城建学院毕业设计 17 30 40 50 6o 70 80 90洗水温度/℃硫酸铵中游离酸质量含量/%0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 24 26 2 4 6 8 0 2 4 6 8 02. 02. 22. 42. 62. 83. 03. 23. 63. 84. 0离心机吸水量（对硫酸铵质量的影响）/ %硫酸铵中游离酸质量含量/%3. 41 游离酸；2 水分 图 洗水温度对产品游离酸含量的影响 离心机的洗水量对产品质量也有显著影响，影响情况见图 所示。 有图可见，洗水量应不大于硫酸铵量的 12%。 图 离心分离和水洗效果对产品的游离酸和水分含量的影响 河南城建学院毕业设计 18 0 102030405060708090杂质含量/(mg/m L)增长速度/(u m/h) 杂质 母液中含有可溶性和不溶性杂质。 硫酸铵母液内的杂质得种类和含量，取决于硫酸铵生产工艺流程、硫酸质量、工业用水质量、脱吡啶母液得处理程度、设备腐蚀情况及操作条件等。 母液中的杂 质不仅影响硫酸铵警惕的成长和晶型，而且还使在单位时间内晶体体积总增长量小于同一时间内在饱和器中形成的硫酸铵量，引起母液的过饱和程度增加，这不仅使硫酸铵晶体强度降低，同时还会形成大量针状晶核，迅速充满溶液中，破坏正常操作。 杂质 对晶体成长速率有明显影响， 其影响曲线如图 所示。 在一定的过饱和度下，杂质较多地对生长起抑制作用；在极端的情况下，可完全抑制晶面的生长。 杂质对晶体生长机制的影响有以下几种情况：晶面吸附了杂质或离子后被毒化，不再是生长的活性点，柱型结晶变成针型；吸附看杂志后，晶体生长时需要排除杂质，导 致速率下降，晶粒小；杂质的存在使介稳区缩小，导致生成大量晶核。 图 母液中的杂质对晶体成长速率的影响 河南城建学院毕业设计 19 母液中的可溶性杂质主要是由酸和水腐蚀产生的铁、铝、铜、铬、铅、锑及砷等的盐类。 其多半来自硫酸、腐蚀设备或工业用水带入；此外，随煤气带入的煤焦油雾，优势也会与母液形成稳定的乳浊液附着在晶体表面，阻止晶体的成长。 不溶性杂质主要是由煤气带入的焦油雾、煤尘等。 这些杂质既阻碍硫酸铵结晶的长大，又使硫酸铵着色。 在生产中必须采取措施，减少母液中的杂质，从而才能得到色泽好、粒度大、 晶型好的硫酸铵产品。 晶比 晶比系统指悬浮于母液中的硫酸铵结晶的体积对母液与结晶总体积的百分比。 晶比太大，相应减少氨与硫酸反应所需的容积，不利于氨的吸收；母液搅拌阻力增加，导致搅拌不良；同时晶体间的摩擦机会多，大颗粒结晶易破裂成小颗粒；并且晶比太大也会使堵塞情况加剧。 晶比太小，则不利于晶体长大。 一般鼓泡型饱和器晶比控制在 40%～ 50%,在离心机停车时，晶比也不宜小于 20%。 喷淋式饱和器晶比控制在 35%～ 40%，在正常操作条件下，晶比达到25%，即启动结晶泵，晶比降至 4%停止抽取；酸洗塔结晶器中平均母液结晶质量浓度在 45%～ 50%。 河南城建学院毕业设计 20 第四章 回收氨时物料 衡算和热量衡算 通过氨平衡计算可以确定硫酸用量和硫酸铵产量。 通过水平衡计算可以确定饱和器母液的适宜温度；通过热平衡计算可以确定饱和器操作过程是否需要补充热量，从而规定煤气预热温度或母液预热温度。 计算如下： 工艺参数 ： 氨回收 ： 焦炉气处理量 /（ m3/h） 40000 煤气发生量 /（ m3/t 干煤） 340 焦炉干煤装入量 /（ t/h） 40000/340= 氨的产率 /% 初冷器后煤气温度 /℃ 30 剩余氨水量（ t/h） 12 剩余氨水含氨量 (g/l) 蒸氨塔废水含氨量 (g/l) 每蒸馏 1m3 稀氨水用直接蒸汽 /kg 100 分凝后氨气温度 /℃ 95 硫酸质量分数 /% 74 设计目标： 饱和器后煤气含氨量（ g/ m3） ≤。 物料衡算 氨的平衡及硫酸用量和硫酸铵产量的计算 煤气 带入饱和器的氨量：等于炼焦生成的总氨量与剩余氨水中总氨量之差。 1 0 0 0 1 1 7 . 6 4 8 0 . 3 % 1 2 3 . 0 3 1 6 . 9 k g /h     饱和器后随煤气带走的含量： 4000 0 kg/ h1000  由蒸氨塔带入饱和器的氨量： 河南城建学院毕业设计 21 1 2 3 1 2 1 . 2 0 . 0 5 3 5 . 2 8 k g / h     饱和器内被硫酸吸收的氨量： 3 1 6 . 9 3 5 . 2 8 1 . 2 3 5 0 . 9 8 k g / h   硫酸铵的产量（干质量） ： 1322 1 73 5 0 . 9 8 1 3 6 2 . 6 k g / h 式中 132硫酸铵的相对分子质量 ； 17氨 的相对分子质量 含量为 74%的硫酸消耗量： 983 5 0 . 9 8 1 3 6 7 . 1 k g / h2 1 7 0 . 7 4 式中 98硫酸的相对分子质量 氨损失率 1. 2 12 1. 2 0. 0510 0% 0. 54 %10 00 11 7. 64 8 0. 3%    水平衡及母液温度的确定 为了使饱和器母液不不被稀释或浓缩，应使进入饱和器的水分全部呈蒸汽状态杯煤气带走。 由于煤气通过母液时速度太快，接触时间太短以及接触表面不足，所以饱和器蒸发水分能力很差。 这就更加突出饱和器维持水平衡的重要性。 1） 带入饱和器的总水量： 3 4 0 1 1 7 . 6 4 8 3 5 . 21 4 0 8 k g / h1000  式中 30℃ 时， 1 3m 干煤气被水汽饱和后其中水汽的质量， g。 氨 分凝 器后氨气带入的水量： 3 5 . 2 8( 1 1 0 % ) 3 1 7 . 5 2 k g / h10%  式中 10%相当于分缩器后温度为 98℃ 的氨气浓度 硫酸带入的水量：  1 7 4 %1 3 6 7 . 1 3 5 5 . 4 5 k g / h 洗涤硫酸铵水量：取硫酸铵量的 8%，离心后硫酸铵的含水 2%，故带入 的水量为： 河南城建学院毕业设计 22 821 3 6 2 .6 8 1 .7 6 k g / h100 冲洗饱和器和除酸器带入的水量：饱和器的酸洗和水洗是定期进行的。