硫酸铵饱和度 硫酸铵基本工艺介绍

硫酸铵生产工艺

一、饱和器法生产硫酸铵的工艺流程

1.气泡饱和法

来自鼓风机的焦炉煤气经过电捕焦油器后进入气体预热器。气体在预热器中被间接蒸汽加热到60 ~ 70℃或更高。目的是使气体进入气泡饱和器，蒸发饱和器中多余的水分，保持饱和器中的水平衡。预热后的气体沿饱和器的中心气管进入饱和器，通过气泡伞从酸性母液中鼓泡出来，气体中的氨被硫酸吸收。气体离开饱和器后，进入除酸器，收集夹带的酸雾后，送入粗苯工段。

鼓泡饱和器后气体中的氨含量一般小于0.03克/立方米。当不产生吡啶时，冷凝段剩余氨水得到的氨气直接进入饱和器。当产生吡啶时，这种氨气被引入吡啶中和剂中。氨在中和器中与母液中的游离酸和硫酸吡啶反应生成硫酸铵，硫酸铵随中和器回流的母液返回饱和器。饱和器的母液中连续产生硫酸铵。当硫酸铵含量高于其溶解度时，晶体会沉淀并沉淀在饱和器底部。底部的晶体被泵送到结晶罐，在那里晶体在底部生长和沉淀。将结晶罐底部的硫酸铵晶体放入离心机中离心分离，过滤母液，用热水洗涤晶体，以减少硫酸铵表面的游离酸和杂质。离心分离后的母液与结晶罐流出的母液一起流回饱和器。从离心机分离出的硫酸铵晶体通过螺旋输送机送到沸腾干燥机，用热空气体干燥，送到硫酸铵料斗，称重并包装到成品仓库。

为了使饱和器中的气体与母液充分接触，需要使气泡伞在母液中有一定的液封高度，保证饱和器中的液位稳定。因此，饱和器还设有全流口，从全流口溢出的母液通过插入液封的全流管流入全流罐，防止气体逸出。全流槽的下部与循环泵相连，将母液连续泵入饱和器底部的喷射器。因此，在一定的注射速度下，饱和器中的母液不断循环搅拌，以改善结晶过程。气体带入饱和器的煤焦油雾与饱和器中的硫酸反应，生成所谓的酸性煤焦油，泡沫状的酸性煤焦油漂浮在母液表面，与母液一起流入满流罐。漂浮在满流罐液面的酸性煤焦油应及时捞出，或引入分离处理装置与母液分离，回收母液。饱和器中需要补充的硫酸从硫酸仓送到高位槽，然后自行流入饱和器。正常生产时，母液酸度应保持在4% ~ 6%，硫酸加入量为所需的中氨量；当不生产粗轻吡啶时，应大量加入硫酸，并中和随氨气进入饱和器的氨。饱和器运行一段时间后，由于晶体的沉积，饱和器的电阻会增加，严重时会导致饱和器堵塞。因此，操作过程中必须定期进行酸洗和水洗。定期加酸时，补充水，用水冲洗饱和器和除酸器，形成的大量母液通过溢流槽流入母液储罐。正常情况下

在生产过程中，母液被泵回饱和器进行补充。饱和器是一种周期性连续运行的设备。为了防止晶体堵塞，定期加入酸和水洗，破坏了晶体形成的正常条件。另外，晶体在饱和器底部停留时间短，所以晶体颗粒小，平均直径为0.5 mm，这些都是气泡饱和器的缺点。

22.喷淋饱和器法

喷淋饱和器分为上段和下段，上段为吸收室，下段为结晶室。

脱硫过程产生的气体由气体预热器预热至60 ~ 70℃或更高，以保持饱和器的水平衡。预热后，气体进入喷淋饱和器的上部，分成两股气流，在饱和器的水平方向上沿环形室环形流动。每股气体通过几个喷嘴喷入含有3.5% ~ 4%游离酸的循环母液，吸收气体中的氨，然后两股气体合并成一股，从母液循环泵(也称二次喷淋泵)进入饱和器后室进行二次喷淋，进一步脱除

除去煤气中的氨。气体以切线方向进入饱和器内的除酸器，去除气体中夹带的酸雾液滴，从上部中心出口管离开饱和器，然后通过捕雾器捕集气体中的微量酸雾，然后进入最终冷却洗苯段。喷淋饱和器后气体中的氨含量一般小于0.05克/立方米。饱和器的上段和下段由下导管连通。喷氨吸氨后的母液从降液的概念流向结晶室底部，在那里晶核被饱和的母液向上推，母液不断搅拌，使硫酸铵晶核生长，颗粒分级。用结晶泵将底部的浆液送至结晶罐。它含有小颗粒

母液上升到结晶室的上部，母液由母液循环泵从结晶室的上部抽出，送到饱和器上部的两组喷淋箱进行循环喷淋，使母液在上下两段之间连续循环。饱和器的上段装有全流管，以保持液位并密封气体，使气体不能进入下段。插入溢流槽7中的全流管也密封气体，使得气体不能逸出。从饱和器全流口溢出的母液流入溢流槽中的液封槽，溢流至全流槽，然后泵入饱和器后室，用小母液喷淋。

洗涤加酸时，母液通过溢流槽送至母液储罐，再由小母液泵入饱和器。此外，母液储罐也可用于饱和器维护期间储存母液。将结晶罐中的浆液静置分层，将底部的晶体排入离心机，分离并用硫酸洗涤

铵结晶由带式输送机送至振动流化床干燥机，用空气体加热风机加热空气体进行干燥，然后用冷风冷却后送入硫酸铵储料斗。然后称重，包装，送到成品仓库。经离心机过滤的母液与结晶罐流出的母液一起流回饱和器的下部。干燥后的硫酸铵尾气经过旋风除尘器后由排气扇排入大气。为了保证循环母液有一定的酸度，在连续母液循环泵的入口管或全流管中加入质量分数为90% ~ 93%的浓硫酸，以维持母液的正常酸度。油库送来的硫酸送到硫酸储罐，再由硫酸泵抽出，送到高位硫酸罐，再流到全流罐。喷淋饱和器由不锈钢制成，使用寿命长。集酸洗、吸收、结晶、除酸、蒸发于一体。它具有气系统阻力小、晶体颗粒大、平均直径0.7毫米、硫酸铵质量好、工艺流程短、操作简单等特点。新建和改建焦化厂常采用这种工艺从煤气中回收氨。

二、影响硫酸铵晶体粒度因素的控制

饱和器法是焦化厂广泛使用的从焦炉煤气中回收氨生产硫酸铵的方法。由于硫酸铵的结晶过程受多种因素影响，生产中如果对某些因素控制不当，会造成产品颗粒破碎，水分和酸度超标，影响产品质量。因此，找出影响硫酸铵晶体粒度的关键因素，寻求最佳操作方法是一个重要的课题。

11.硫酸铵的结晶原理

硫酸铵的结晶是一个反应过程，主要由反应、过饱和溶液的形成、晶核的生成和晶体生长组成。随着反应的进行，当过饱和溶液达到一定的过饱和状态时，析出固体微观颗粒，这就是晶核的形成过程，也叫初级成核，随后是晶核的生长，也叫晶体生长过程。同时，由于液晶的流动，晶体之间以及晶体与设备之间的摩擦碰撞，液体冲刷晶体表面，产生新的晶核，称为二次成核。

通常晶核的形成和晶体的生长是同时进行的。在结晶过程中，晶核的形成和晶核的生长都消耗了溶液中的溶质，这是由一定程度的过饱和驱动的。每个晶体都是由一个晶核生长的。在一定条件下，如果晶核的成核速率增加，晶核的数量就会增加，溶液中有限的溶质会同时供给大量的晶核生长，晶核的生长速率会变慢，从而产生大量的细小晶体。相反，产生的晶核越少，晶粒长大越大。可以看出，晶核的形成速率和晶核的生长速率是一种权衡关系。如果能控制这两种速率，就能控制结晶的晶粒尺寸。

此外，结晶条件对产品的粒度影响很大，如温度、搅拌、酸度、杂质等。都以某种方式影响结晶过程。

2.影响硫酸铵晶体粒度的因素

根据结晶原理分析，影响硫酸铵晶体粒度的因素可归纳如下:

(1)饱和器的工作温度

(2)母液的搅拌程度

(3)母液酸度和加酸系统

(4)母液的结晶比例

(5)母液中的杂质

对于生产中的某些工艺条件，变化频繁或对数量变化敏感的因素往往影响较大，由于生产结果的滞后性，控制程度增加。通过分析上述因素，可以发现饱和器的工作温度和母液的搅拌程度变化不大，可以说是近似恒定；母液酸度和晶比随时间周期性变化，变化频繁且控制不当，对晶体粒度影响较大，母液中杂质的影响对量的变化比较敏感，一般是偶发性的，但一旦发生，对生产影响很大。因此，母液的酸度、结晶比和杂质含量是生产控制的关键。

三、影响因素的控制

1 3.1母液酸度

母液酸度对硫酸铵结晶的影响主要表现在两个方面:一是酸度对晶型的影响；第二，酸度的频繁变化破坏了结晶的正常生长条件。在一定条件下，随着母液酸度的增加，母液的亚稳区减小，硫酸铵的晶型由多面体颗粒变为细长易碎的六棱柱甚至针状。同时母液粘度增加，硫酸铵分子扩散阻力增大，阻碍晶体正常生长。但是它太低了，虽然硫酸铵晶体是在pH 5 ~ 6的弱酸性介质中生成的

它变成一个大的圆形晶体，但它降低了氨的吸收效率，并容易导致饱和器堵塞。特别是当母液搅拌不充分或酸度波动时，母液中可能局部出现中性或碱性区，母液中的铁、铵等金属离子会形成胶体氢氧化物，覆盖硫酸铵晶体，使晶体难以生长，使结晶过程复杂化。此外，当母液酸度低于3.5%时，由于母液密度降低，容易产生泡沫，这将使饱和器的运行恶化。为了避免这些影响，结晶必须在酸性介质中进行。正常生产时，母液酸度应保持在4% ~ 6%。酸度对晶体尺寸的影响还表现在，当定期向体系中加入酸时，母液酸度大大增加，使母液中的晶种消失，破坏了结晶的正常生长条件。在重结晶过程中，初级成核发生在较高的饱和度，这增加了母液中的细晶体。因此，为了生产大颗粒结晶硫胺素，应减少加酸的次数，如将每班一次改为1 ~ 2天一次，并尽可能延长饱和期的稳定运行时间。

2 3.2母液晶比

母液中所含硫胺素晶体的体积与母液和晶体总体积之比称为晶体比。控制饱和器中的晶体比例是控制硫胺素晶体尺寸的重要措施。根据结晶原理，如果能控制晶核的成核速率和生长速率，就能控制晶体的晶粒尺寸。但这两种速率在生产中极难控制，摩擦碰撞引起的爆炸一次成核和二次成核都难以控制，生成的晶核总是过多，即成核速率过高。与成核速率相比，晶核的生长速率很慢，主要取决于其他条件不变时母液的过饱和度。增加过饱和可以加速晶体的生长。过饱和程度取决于一定温度下母液中的晶核数量。当母液中有足够的晶核时，新生成的硫胺素溶质完全用于晶体生长，过饱和趋于稳定，晶体处于稳定的生长环境中。在生产中，采用控制晶体比例的方法来控制过饱和，达到控制晶体尺寸的目的。晶体比例的大小直接影响晶体的晶粒大小。当晶体比例过大时，摩擦和碰撞的几率增加，大颗粒晶体破碎，增加了二次成核量，减缓了晶体生长速度，减小了晶体粒径，增加了母液的搅拌阻力，导致搅拌不畅，同时减少了氨与硫酸反应所需的体积，不利于氨的吸收，容易加剧堵塞情况；如果晶体比例太小，可能晶核较少，会增加过饱和，产生大量初生成核，减小晶体尺寸。如果晶体比例太小，会增加取出的次数，缩短晶体生长时间，同时减小晶体尺寸。因此，为了获得大颗粒的硫胺素，母液中必须控制一定的晶体比例。晶体比例的控制原则应该是:避免一次成核，适当控制二次成核，尽可能延长晶体尺寸

成长时间。控制晶体比，除了在数量上控制晶体比外，还需要观察晶体的形状和颜色，预测饱和器中的结晶，根据实际情况判断和调整晶体尺寸。如果发现晶液中的晶体细小，取出的晶粒较小，则应考虑酸度是否过高或晶比是否不当，成核是否过多；如果晶体不仅细小而且有颜色，就要考虑杂质的影响。在正常生产中，晶体比例应控制在至少10%，达到30%时取出为宜。

3 3.3杂质

溶液中的杂质影响结晶过程的所有阶段。硫酸铵母液中杂质的种类和含量主要取决于所采用的工艺流程、硫酸质量、水质和设备防腐质量。母液中的可溶性杂质主要包括铁、铝、铜、铅、锑、砷等各种盐类，大部分来自硫酸、设备腐蚀和工业用水。这些离子吸附在硫酸铵晶体表面，覆盖晶体表面的活性区域，使晶体生长缓慢；有时，由于杂质在某些晶面上的选择性吸附，会形成微小的变形颗粒。金属离子对硫酸铵晶体的生长影响很大，尤其是铁离子，即使母液中的含量很少，晶体生长速率也会显著降低。例如，三价铁离子可以促进亚稳区扩大，减缓结晶速度。当溶液中三价铁离子含量达到0.1%时，会促进硫酸铵结晶变长，而在较高浓度时，会导致针状晶体的形成。这种晶体在生产过程中会大量破碎，会大大降低成品硫酸铵的粒度。此外，母液中的不溶性杂质，如煤焦油雾，有时会与母液形成稳定的乳液，粘附在晶体表面，阻碍晶体生长。

母液中的杂质不仅影响硫酸铵的晶型和晶体生长，而且使单位时间内晶体体积的总生长量小于饱和器中产生的硫酸铵量，打破固液平衡，增加母液的过饱和，不仅降低晶体强度，而且形成大量针状晶核，迅速充满溶液，破坏正常操作。因此，必须在工艺和设备上采取有效措施，从根本上减少杂质的进入。

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