1、22000 m3/h 焦炉煤气中氨回收工艺设计The Process Design of Ammonia Recovering from 22000m3/h Coke Oven Gas目录摘要 .1Abstract.II引 言 .1第一章 综述 .21.1 氨的来源 .21.2 氨的回收 .21.3 氨的回收工艺 .21.3.1 浓氨水 工艺 .21.3.2 弗萨姆(Phosam)无水氨法 .31.3.3 氨分解工艺 .31.3.4 硫铵工艺 .31.4 鼓泡式饱和器法 .6第二章 工艺流程 .72.1 鼓泡式饱和器法回收氨的工艺流程 .72.2 饱和器法回收氨的影响因素及控制 .82.2.1
2、 预热器后的煤气温度 .82.2.2 母液温度 .92.2.3 母液酸度 .102.2.4 母液的循环搅拌 .102.2.5 母液中的结晶浓度（晶比） .112.2.6 结晶槽中结晶层的厚度 .112.2.7 离心分 离和水洗 .112.2.8 沸腾干燥器的操作 .122.2.9 母液的净化处理 .13第三章 物料衡算和热量衡算 .143.1 饱和器的物料衡算 .143.1.1 饱和器的氨平衡和硫酸用量计算 .143.1.2 饱和器的水平衡计算 .153.1.3 饱和器内最低温度和最适宜温度的确定 .163.2 饱和器的热量衡算 .173.2.2 输出热量 .20第四章 饱和器的计算 .23结
3、 论 .27致 谢 .28参考文献 .29附录I22000m3/h 焦炉煤气中氨回收工艺设计摘要：氨是一种重要的工业原料，对氨的回收能够减少资源浪费，增加经济效益，此外氨对环境危害极大，不利于环境保护。因此将氨回收具有重要的意义。本设计是采用鼓泡式饱和器法通过氨与硫酸反应生成硫酸铵的工艺方法回收氨。经过设计计算，该设计工艺基本可完成既定设计任务，即完成 22000m3/h 焦炉煤气中氨回收的工艺目标和水平。设计中对鼓泡式饱和器进行了物料衡算和热量衡算。最终结果符合工艺条件，达到设计要求。煤气中氨含量为 1%1.5%，饱和器后煤气含氨量为0.03g/m3。煤气预热温度 65.3，饱和器出口煤气中
4、水蒸气分压 7.431kPa，母液适宜温度53.6，得到硫酸铵产量 735.768kg/h，而硫酸的消耗量为 700.32kg/h。根据工艺要求，对饱和器进行了选型计算。关键词：煤气；氨；硫酸；饱和器法；硫酸铵IIThe Process Design of Ammonia Recovering from 22000m3/h Coke Oven GasAbstract：Ammonia is an important industrial raw materials, recycling of ammonia can reduce waste of resources and increase e
5、conomic benefits, in addition to ammonia great harm to the environment is not conducive to environmental protection. Therefore, the ammonia recovery is significant. This design is the use of bubbling ammonia saturator law by the reaction of ammonium sulfate and sulfuric acid process for recovery of
6、ammonia.After the design calculations, the design process can be completed given the basic design tasks to complete 22000m3/h COG ammonia recovery process goals and level. Design for Bubble saturation were carried out mass balance and heat balance. The end result meets conditions, to meet the design
7、 requirements. Ammonia gas content of 1% to 1.5%, the amount of ammonia gas saturator 0.03g/m3. Gas preheating temperature 65.3, outlet gas saturated water vapor partial pressure 7.431kPa, liquor suitable temperature 53.6, obtain ammonium sulfate production 735.768kg/h, while the consumption of sulf
8、uric acid is 700.32kg/h. According to process requirements, the saturation selection calculation were carried out.Key words: gas; ammonia; sulfuric acid; saturator method; ammonium sulfa1引 言焦炉生产焦炭的副产品是焦炉煤气，现代焦炉生产工艺残留于煤气中的氨，大部分被冷却水吸收，在凉水塔喷洒冷却时又都解吸进入到大气，这样就造成了资源的浪费。更重要的是，氨进入大气造成的环境污染危害相当严重，既不利于环保，也不符合
9、国家关于可持续发展的要求。因此从焦炉煤气中回收氨是很有必要的。此外，煤气中的氨在燃烧时会生成有毒、有腐蚀性的氧化氮，氨在粗苯回收中能使油和水形成稳定的乳化液，妨碍油水分离 1。上述这些都是现代焦化生产遇到的困难。为此，煤气中氨的含量不允许超过 0.03g/m3。氨的回收是焦炉煤气净化及产品回收的重要工序，主要有浓氨水工艺、硫铵法、氨分解法和弗萨姆无水氨法等。本设计主要是采用硫铵法对焦炉煤气中的氨加以回收，根据设计条件和要求，结合半直接法、间接法和直接法的优缺点，确定利用半直接法即饱和器法生产硫酸铵的方法回收氨。因为鼓泡式饱和器法比较成熟，所以采用鼓泡式饱和器法来完成此次设计任务。纯态的硫酸铵为
10、无色长菱形晶体，焦化厂生产的硫酸铵，因混有杂质而呈现浅的蓝色、灰色，多为片状、针状甚至粉末状结晶。本工艺所生产的硫酸铵，既可以作为肥料直接使用，也可以作为生产其他肥料的原料使用。2第一章 综述煤中含由碳、氢、氧、氮、硫等原子组成结构复杂、种类繁多的多环结构物质。在炼焦过程中除了生成主要的固体焦炭外，还产生大量的气体荒煤气。炼焦时约有 25%转化为各种化学产品组成的荒煤气，这些化学产品都是重要的化工原料。其中主要化学产品有焦炉煤气、氨、吡啶、硫、苯、奈、焦油及少量的其他产品。1.1 氨的来源煤在高温干馏过程中，氮元素与氢元素通过重组生成氨。当温度在 700800时，氨的生成量最大。焦炉煤气中的氨
11、对焦炉煤气的进一步净化和产品回收有很多不利影响，例如对吸收煤气中粗苯的洗油质量有严重影响，易使洗油乳化变质；对生产设备及煤气管道有严重腐蚀作用；含氨煤气燃烧产生氧化氮，造成环境污染；含氨的废水也会对环境产生严重影响 1。另外氨可以用来制成化肥或化工原料，对其回收利用产生巨大的经济效益。因此对于焦炉煤气中的氨应加以回收。1.2 氨的回收氨对于干煤的产率一般为 0.25%0.35%。当炼焦煤气经初步冷却后，部分氨转入冷凝氨水中，氨在煤气和冷凝氨水中的分配，取决于煤气中初冷的方式（间冷、直冷或者间直混冷）以及冷凝氨水的产量和煤气冷却的程度。当采取间接冷却时，煤气冷却温度越低，冷凝氨水量越大，则冷却器
12、后煤气中含氨量越少，反之则多 2。一般情况下，初冷后煤气中的含氨量为 68g/m3。剩余氨水中的氨仅占很少一部分，而大部分的氨仍留在煤气中，生产中这两部分的氨都应加以回收。因此氨的回收可分为两部分：一是回收初冷煤气中的氨达到煤气净化，减少系统的腐蚀。二是回收剩余氨水的氨减少水体的污染。1.3 氨的回收工艺氨的回收是焦炉煤气净化及产品回收过程中的重要工序，主要有浓氨水工艺、硫铵法、水洗氨一氨分解法和弗萨姆(Phosam)无水氨法等 3。1.3.1 浓氨水工艺在中小型焦化厂焦炉气净化中浓氨水法是最主要的方法之一。浓氨水的生产工艺包括三个过程：煤气除萘；水洗氨； 富氨水蒸馏。为了使水洗氨顺利进行，必
13、须在洗氨前除去煤气中的萘。水洗氨工艺根据煤气初冷和除萘方法及所采用的洗氨设备的不同而分为下列四种工艺流程：初冷为直冷的洗氨工艺；水洗萘洗氨工艺；热法油洗萘洗3氨工艺；冷法油洗萘洗氨工艺，其中后三种工艺为间接初冷。然而传统的浓氨水工艺存在有许多突出的问题：(1)对设备腐蚀严重，操作环境恶劣，增加了设备检修维护的频率，使成本增高。(2)生成的产品质量不高，对环境污染大，并且不利于运输。(3)在蒸氨分解器连续排出的 H2S、NH 3、HCN 及 CO2 会给大气带来严重污染。因此在近些年来化工厂已经渐渐将此方法淘汰，大多都开始采用硫铵法和无水氨法。1.3.2 弗萨姆(Phosam)无水氨法六十年代末
14、期，美国研究成功了采用磷铵溶液吸收焦炉煤气中的氨生产无水氨的新工艺，即弗萨姆流程。该工艺设备投资省、流程简单、氨的回收率高、成本低，生产高纯度的无水氨，除可直接用于施肥外，还可用于化工合成、冷冻和制造还原性气体等。弗萨姆法制取无水氨主要包括 3 个过程 4：(1)磷铵溶液吸收煤气中的氨；(2)吸氨富液的解吸；(3) 解吸所得氨汽冷凝液的精馏。即利用磷铵溶液吸收煤气中的氨，吸氨富液解析得到无水氨。磷铵溶液吸氨实质是利用磷酸吸氨。弗萨姆法磷铵溶液主要由磷酸一铵和磷酸二铵组成。在 4060时，磷酸溶液中磷酸一铵能很好吸收煤气中的氨生成磷酸二铵，得到富铵溶液。磷酸吸收具有选择性，只吸收氨而不吸收煤气中
15、酸性组分，因此就可以很简单的得到高纯产品。煤气由空喷吸收塔底部进入，塔顶喷下 5055的贫磷铵液。吸收塔底部排出的富液总量的 3%4%去解吸。需再生富液先在泡沫浮选择焦油器分离出焦油泡沫，再在脱气塔脱去酸性气体，然后在解吸塔内用 1.6MPa 直接水蒸气吹蒸，脱氨后贫液温度 196，经与富液换热后进吸收塔吸氨。解吸塔顶得到氨水，氨水再经精馏制取无水氨。由磷铵溶液接触的介质不同，分为冷法和热法。冷法是磷铵溶液与煤气直接接触吸收其中的氨；热法无水氨工艺是先用水从煤气中吸收氨成为氨水，然后将氨水中的氨用蒸汽蒸出成为氨气，再用磷铵溶液吸收氨气中的氨。1.3.3 氨分解工艺此工艺是将含有少量硫化氢的氨蒸
16、汽送入氨分解炉中，在镍基催化剂的作用下将NH3，和 HCN 分解，所得分解气体送入余热锅炉中产生蒸汽，冷却后的分解气体再经过第 2 个直接冷却系统冷却后(热值约 2900KJ/m3)掺混到焦炉煤气中。由于氨和氰化氢的分解是在还原气氛下进行热裂解，除可防止硫化氢参加反应，还可避免形成氮氧化合物 5。此工艺经济实用、费用低、尾气可掺人焦炉煤气和无二次污染等优点。此工艺值得4重视，前景可观。1.3.4 硫铵工艺（1）硫铵法的回收原理硫铵法是使煤气中的氨和浓氨水中的氨与硫酸接触生成硫铵：2NH3+H2SO4=( NH4)2SO4若硫酸过量则生成酸式盐：NH3+H2SO4=NH4HSO4随着溶液被饱和,
17、 酸式盐又生成正盐：NH4HSO4+ NH3=( NH4)2SO4溶液中酸式盐和正盐的比例取决于溶液中游离酸的浓度。酸的浓度以质量百分比表示, 称为酸度。酸度为 1%2% 时, 主要生成正盐。酸度升高, 酸式盐含量增高, 当酸度达到 12% 14% 时, 主要生成酸式盐。硫酸铵易溶于水或稀硫酸中, 当达到饱和且酸度不大的情况下, 硫酸铵结晶析出 6。（2）硫铵法工艺流程及主要设备生产硫酸铵的工艺流程分为饱和器法硫酸铵生产工艺流程和无饱和器法硫酸铵生产工艺流程，饱和器法硫酸铵生产工艺可分为鼓泡式饱和器法和喷淋式饱和器法 7。鼓泡式饱和器法是指由鼓风机来的焦炉煤气经电捕集焦油器后进入煤气预热器。在
18、预热器内使用间接蒸汽加热煤气，是为了保持饱和器内的水平衡，多余的水分被蒸发。而后的煤气沿饱和器中央煤气管进入饱和器，经泡沸伞从母液中鼓泡而出，同时煤气中的氨被硫酸所吸收。出饱和器的煤气所夹带的酸雾被捕集后，再送往粗苯工段 2,8。鼓泡式饱和器后煤气含氨一般小于 0.03g/m3。冷凝工段的剩余氨水经蒸氨后得到的氨气，在不生产吡啶时，直接进入饱和器；当生产吡啶时将此氨气通入吡啶中和器。氨在饱和器内与母液中的游离酸及硫酸作用，生成硫酸铵。饱和器母液中不断有硫酸铵生成，在硫酸铵含量高于其溶解度时，就析出结晶，并沉淀于饱和器底部。其底部结晶被抽送到结晶槽，在结晶槽内使结晶长大并沉淀于底部。结晶槽底部硫
19、酸铵结晶放到离心机内进行离心分离，滤除母液，并用热水洗涤结晶，以减少硫酸铵表面上的游离酸和杂质。离心分离的母液与结晶槽满流出的母液一同自流回饱和器中。从离心机分离出的硫酸铵结晶经螺旋输送机，送入沸腾干燥器内，用热空气干燥后送入硫酸铵贮斗，经称量包装入成品库。 为了使饱和器内煤气与母液接触充分，5必须使煤气泡沸伞在母液中有一定的液封高度，并保证饱和器内液面稳定，为此在饱和器上还设有满流口，从满流口溢出的母液经插入液封内的满流管流入满流槽，以防止煤气逸出。满流槽下部与循环泵连接，将母液不断地抽送到饱和器底部的喷射器。因而一定的喷射速度，故饱和器内母液被不断循环搅动，以改善结晶过程。 煤气带入饱和器
20、的煤焦油雾，在饱和器内与硫酸作用生成所谓的酸煤焦油，泡沫状酸煤焦油漂浮在母液面上，并与母液一起流入满流槽。漂浮于满流槽液面上的酸煤焦油应及时捞出，或引入一分离处理装置与母液分离，以回收母液。 饱和器内所需补充的硫酸，由硫酸仓库送至高置槽，再自流入饱和器，正常生产时，应保持母液酸度为4%6%，硫酸加入量为中氨的需要量；当不生产粗轻吡啶时，硫酸加入量要大一些，还要中和随氨气进入饱和器的氨 9。喷淋式饱和器法分为上段和下段，其上段是吸收室，下段为结晶室。在喷淋式饱和器法生产硫酸铵工艺之前，为了保持饱和器水平衡，需将由脱硫工序来的煤气经预热器预热至 6070 或更高温度 10。采用喷淋式饱和器设备使用
21、寿命长，集酸洗吸收、结晶、除酸、蒸发为一体，具有煤气系统阻力小，结晶颗粒较大，硫酸铵质量好，工艺流程短，易操作等特点。采用不饱和的酸性母液作为吸收液，用吸收塔（酸洗塔）代替饱和器，在酸洗塔内生成硫酸铵。根据自身特点，此法被命名为无饱和器法即酸洗塔法。它分为氨的吸收蒸发结晶和分离干燥。酸洗法的特点：吸收和结晶在不同设备中进行。操作条件可以分别控制，能够得到大颗粒的硫铵结晶，且提高了硫铵的质量。酸洗塔是空喷塔，煤气系统阻力小，但酸洗法工艺流程长，占地多，投资大。利用的主要设备有真空蒸发结晶器（上部分是蒸发器，下部分是结晶槽） 、空喷酸洗塔等。（3）硫酸与母液的接触方式比较用硫酸吸收焦炉煤气中的氨生
22、产硫酸铵按煤气中氨与硫酸母液接触的方式不同分为三种 11，即半直接法、间接法和直接法，其中半直接法应用最为广泛。半直接法，首先将焦炉煤气冷却至 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母液充分接触生成硫酸铵，同时将初冷时生产的剩余氨水进行蒸馏，蒸出的氨也通入饱和器内与硫酸接触，氨被硫酸吸收生成硫酸铵。饱和器法生产硫酸铵就是半直接法，此法工艺工程简单，生产成本低，正是因为具备了这些优势，得到了国内外焦化企业广泛应用。6间接法，采用间接法生产出的硫酸铵质量好，但是蒸汽消耗量大，蒸馏设备较为庞大，因此生产应用受到一定的限制，只有个别焦化企业配合煤气脱硫采用
23、此法。间接法生产硫酸铵，是指将经初冷器后的煤气在洗氨塔内用水洗氨，将得到的稀氨水与冷凝工段的剩余氨水一起送入蒸氨塔蒸馏，蒸出的氨气全部进入饱和器被硫酸吸收生成硫酸铵。此法在负压下回收工艺系统中生产出了高质量的硫酸铵。直接法，此法在工业生产上暂未被采用，主要是由于此法流程中处于负压状态下的设备太多，要求设备性能好，在生产上不够安全。但是此法在初冷器得到的冷凝氨水正好全部补充到循环氨水中，由于没有剩余氨水产生，因而可省去蒸氨设备和节省能量。此法是将由集气管来的焦炉煤气经初冷器冷却到 6070，进入电捕焦油器除去煤焦油雾。而后在饱和器中，煤气中的氨被硫酸吸收而生产硫酸铵。1.4 鼓泡式饱和器法饱和器
24、在操作一定时间后，由于结晶的沉积将使其阻力增加，严重时会造成饱和器的堵塞。所以操作中必须定期进行酸洗和水洗。当定期大加酸、补水、用水冲洗饱和器及除酸器时，所形成的大量母液有满流槽满流至母液贮槽。在正常生产时又将这些母液抽回饱和器以作补充。饱和器是周期性连续操作设备，为了防止结晶堵塞，定期大加酸和水洗，从而破坏了结晶生成的正常条件，加之结晶在饱和器底部停留时间短，因而结晶颗粒较小，平均直径在 0.5mm。这些都是鼓泡式饱和器存在的缺点。与水冼氨工艺流程比较，硫铵工艺的优点：用稀硫酸溶液吸收煤气中的氨，吸收推动力大，不存在可逆反应，有利于降低煤气含氨，减少对其煤气系统的腐蚀；与浓氨水系统比较，硫铵系统有害气体排出量很少； 无外排废水，降低了生化的负荷，保证了外排水的质量； 生成固体产品，容易保存和运输。从经济观点分析，硫铵工艺是否可行受硫酸和硫铵的市场价格影响较大。当硫酸价格低，而产品硫铵价格高时，硫铵工艺的收入是相当可观的。
