年产110万吨焦碳的焦化厂硫铵工段的设计

中国矿业大学2009届本科生毕业设计第1页0设计任务书0.1设计任务年产110万吨焦碳的焦化厂硫铵工段的设计。0.2设计的基础资料0.2.1厂址：徐州市西北郊区0.2.2气象条件年平均风速3.0m/s最大风速及风向16WSW最多风向及频率C14ESE12气温：年平均温度14℃极端最低温度—22.6℃极端最高温度40.1℃年平均相对湿度71%降水量年降水量869.9mm年降水天数91.7天最大积雪厚度25cm最大冻土深度24cm0.2.3动力来源水源：地下水电源：市供电网汽源：厂锅炉房0.2.4原材料来源浓度为98%的硫酸由生产厂家用酸车定期运送，浓度为40%的再生酸由本厂提供，剩余氨水来自本厂的溶剂脱酚工段。0.2.5工艺计算主要依据煤气产率340Nm3/t干煤氨产率（挥发氨）0.3%初冷器后煤气温度30℃剩余氨水中氨含量3.5g/l中国矿业大学2009届本科生毕业设计第2页1概述炼焦化学工业是煤炭的综合利用工业。煤在炼焦时除有75%左右变成焦碳外，还有约25%生成各种化学产品及煤气。回收这些化学产品对综合利用煤炭资源和我国社会主义经济建设有着重要意义。炼焦化学品的回收工艺在近几十年得到了迅猛发展，产品越来越多，品种越来越丰富，环保设计日趋成熟。虽然由于石油和天然气的化学加工和合成技术的发展，炼焦化学品受到竞争，但我国是煤资源利用大国，焦碳仍然是重要的工业产品，随着能源危机的进一步扩展以及环境保护的压力，炼焦化学品的回收成为煤炭工业关注的重要对象，随着市场的进一步打开，为了获得实际的经济回报，各企业及科研单位，进一步优化设备，加强环境保护，提倡能源充分利用，使炼焦产品的回收和加工水平迅速提高，更快地实现了煤的高效利用。炼焦化学品种类很多，如来自炼焦车间的荒煤气，经冷却和用各种吸收剂处理，可以提取出焦油、氨、萘、硫化氢及粗苯等产品，并得到净焦炉煤气。其中，焦炉煤气中所含的氨可用于制取硫酸铵、无水氨或浓氨水；其所含的氢可用于制造合成氨，进一步制造尿素、硝酸铵和碳酸氢铵等化肥。由于硫酸铵是重要的农用化肥，在市场上具有较大的需求量，所以现今大部分焦化厂都采用了硫铵工段来回收煤气中的氨。1.1焦化厂氨回收工艺焦化厂炼焦生成的煤气中的氨是一种较好的农业肥料。氨存在于煤气之中，不仅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，而且对粗笨的生产设备、煤气管道及后续设备有严重的腐蚀作用，并且煤气中的氨在燃烧时会生成有毒有腐蚀性的氨氧化物，大量的氨进入洗油中，还会使油和水形成稳定的乳化液妨碍油水分离，为此煤气中的氨必须进行脱除，一般出厂煤气中的氨含量规定在0.03g/m³以下。1.2当前氨回收技术状况20世纪80年代以前，氨处理工艺有水洗氨生产浓氨水工艺和饱和器法生产硫酸铵工艺。由于水洗氨工艺存在水耗较大、浓氨水难以储存与销售等缺陷，因此已淘汰此工艺。随着我国的改革开放，先进的氨处理工艺才逐步被引入。宝钢引进了空喷塔法（也叫无饱和器法）生产硫酸铵工艺；石家庄焦化厂引进氨焚烧工艺；攀钢引进了无水氨—尿素工艺等。但引进工艺投资太大、工艺复杂而未被广泛应用。尽管饱和器法生产硫铵工艺存在许多缺陷，但因其结构简单、工艺成熟、投资较少、原料易购、产品易储、销路较广，在全国大、中型焦化厂被广泛采用。中国矿业大学2009届本科生毕业设计第3页虽然有许多种氨回收工艺，但在当前，氨焚烧和无水氨工艺还不可能成为我国焦化工业中氨处理工艺的主流，因为我国当前还有一大批焦化厂的浓氨水工艺尚无力予以改造和淘汰。因此，改造现有饱和器，改善其技术状况，为氨处理技术的技术进步和淘汰浓氨水工艺创造条件，无凝是有其特殊作用和意义。综观喷洒饱和器的发展及其相对于传统鼓泡饱和器的优越性，完全有理由认定，用喷洒饱和器取代传统鼓泡饱和器是技术和经济的一大进步。1.3氨的用途、质量标准及各类生产方法1.3.1关于产品硫酸铵硫酸铵俗称肥田粉，分子式为（NH4）2SO4，相对分子质量：132.141（根据1989年国际相对原子质量），白色粉状结晶，密度1.769（20℃），熔点为531±2℃，235℃分解。硫铵的水溶液为酸性，1%溶液的PH值为5.7。硫酸铵的结晶热为82.5KJ/Kg，溶解热为62.8KJ/Kg。硫酸铵与碱类（烧碱、石灰）作用放出氨，通常不稳定，在100℃时开始分解。纯品是无色斜方晶体，水溶液带有辛辣的碱味。工业用硫酸铵为白色结晶。农业用硫酸铵晶体因生产中带入杂质的原因带黄色或棕色，硫酸铵带有碱味。易溶于水，是酸性肥料。纯态硫酸铵为无色菱形晶体，含一定水分的硫酸铵堆积重度随结晶颗粒的大小波动于780～830kg/m³之间。化学纯的硫酸铵含氮量为21.2%。硫酸铵结晶能吸收空气中的水分而结成块状，在空气湿度大，结晶颗粒小和含水量高时尤甚。潮湿的硫酸铵对钢铁水泥和麻袋等有腐蚀性。焦化厂生产的硫酸铵，由于杂质的影响往往带有绿色、蓝色或灰色，结晶多为针状、片状或粉末状，成型的颗粒小。产品用途：农业作为化肥，工业可作印染剂、食品催化剂、缓冲剂，皮革脱灰剂，是化工、印染、医药工业的原料。储存运输注意事项：防潮，储存于通风、干燥处。硫酸铵是一种比较常用的农用化肥，由于我国是农业大国，需用大量的农用化肥，因此硫酸铵作为一种有效的氮肥以及化工生产原料具有很大的市场空间。1.3.2硫酸铵质量标准按照质量标准GB535-88，其质量等级按以下划分：指标名称工业品农业品一级品二级品氮含量（以干基计）%≥21.021.020.8中国矿业大学2009届本科生毕业设计第4页水分（H2O）含量%≤0.20.51.0游离酸（H2SO4）含量%≤0.050.080.20铁（Fe）含量%≤0.007————砷（As）含量%≤0.00005————重金属含量（以Pb计）%≤0.005————睡不溶物含量%≤0.05————注：硫酸铵作农业用时可不检验铁、砷、重金属和水不溶物含量等指标。但按照质量标准GB535-1995，（本标准适用于由合成氨与硫酸中和所制得的硫酸铵、炼焦所制得的副产硫酸铵和其他副产硫酸铵。）硫酸铵质量应符合下表要求。项目指标优等品一级品合格品外观白色结晶，无可见杂质氮（N）含量（以干基计）≥21.021.020.5水分（H2O）≤0.20.31.0游离酸（H2SO4）含量≤0.030.050.20铁（Fe）含量≤0.007砷（As）含量≤0.00005重金属（以Pb计）含量≤0.005水不溶物含量≤0.01可见对硫酸铵质量的标准在近年已略有提高，故改进工艺，提高硫酸铵产品质量就成了各生产厂家的迫切要求。1.3.3硫酸铵生产的方法生产硫铵的方法及途径很多，除了焦化厂中回收氨硫铵工艺，还有如以合成氨为原料生产硫酸铵的工艺等等。另外，最新开发的硫铵生产工艺为硫铵提供了新的来源，如开封开化（集团）有限公司硫酸厂将副产的亚硫酸铵产品用过量的硫酸分解，吸吸再用气氨中和过量的硫酸，制得合格的液体硫酸铵。液体硫酸铵经浓缩、冷却结晶分离，即可得到固体硫酸铵，此工艺既解决了尾气二氧化碳的污染问题，又解决了原亚铵产品的滞销问题。其工艺流程如下：含有二氧化硫的硫酸尾气经三级复喷复档吸收后经烟囱达标排放；氨溶液经三级吸收硫酸尾气中的二氧化碳生成亚铵溶液；亚铵溶液用硫酸分解生成二氧化硫和硫酸铵母液，二氧化硫送至干燥塔回系统生产硫酸铵母液经氨中和，中和掉过量的硫酸，再经蒸发、结晶、离心甩干后得到成品硫酸铵，供生产复混肥使用，母液回中和槽循环使用。中国矿业大学2009届本科生毕业设计第5页又如得用氨水洗涤含硫烟气制取硫酸铵，将发电厂的热烟气经除尘后进入预洗涤器，与硫酸铵包和溶液并流接触。饱和溶液中水的蒸发而析出硫酸铵结晶，预洗涤液流入贮槽，由循环泵进行循环洗涤，在吸收器中形成的全部硫酸铵就在预洗涤液中结晶而得产品。本设计是得用焦化厂剩余氨水及煤气中的氨来生产硫酸铵，它是当今化工业重要的生产硫酸铵工艺。用硫酸吸收焦炉煤气中的铵生产硫酸铵按煤气中的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，其中应用最广泛的是半直接法。(1)半直接法：将焦炉煤气首先冷却至25～35℃，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。此方法工艺过程简单，生产成本低，在国内外焦化厂已得到广泛应用。通常人们所说的饱和器法生产硫酸铵就是这种方法。(2)间接法：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鼓工段来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。这种方法得到的硫酸铵质量好，但要消耗大量的蒸气，而且蒸气设备较庞大，生产上应用受到一定的限制，中国个别焦化厂配合煤气脱硫已采用此方法，并在负压下回收工艺系统中生产出了高质量的硫酸铵。(3)直接法：由集气管来的焦炉煤气经初冷器冷却到货60--70C，进入电捕焦油器除去煤焦油雾。然后进入饱和器，煤气中的氨被硫酸吸收而生成硫酸铵。煤气离开饱和器后，再冷却到适宜的温度进入鼓风机。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，因而可以省去蒸氨设备和节省能量。但由于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，故在工业生产上暂未被采用。硫酸铵生产按采用的设备不同有饱和器法和酸洗塔法。饱和器法是生产硫酸铵的主要方法。过去多用鼓泡式饱和器，现在新建和改建焦化厂多用喷淋式饱和器。1.3.4硫铵市场据调查，硫铵平均出厂价自2007年10月开始呈上涨趋势，不过10月份平均价只有760元/吨，12月份就过千元达约1010元/吨；进入2008年继续呈涨势，4月份第三周最高达约1422元/吨。到四月下旬略有下降，平均中国矿业大学2009届本科生毕业设计第6页价为1411元/吨。这与硫铵自4月20日～9月30日出口加征100%特别关税有关。四月下旬大部分企业都在观望，报价仍维持四月中旬的水平，部分企业已开始行动，下调了出厂价。购买硫铵的企业已不积极拿货，期待硫铵价格下降。硫铵销售企业出货不如前一段时间顺畅。质量好的、有条件出口的企业硫铵出厂价依旧维持在1800元/吨以上。其中主流出厂价格为1250～1710元/吨。1.4当前硫铵生产存在问题：中小型焦化厂现存问题：中小型焦化厂煤气中氨的回收方式除极个别焦化厂已经改造为采用直接法应用新型喷洒饱和器生产硫铵外，其余几乎全部部采用水洗氨生产浓氨水的工艺。但这些应用浓氨水工艺的焦化厂由于资金匮乏或蒸汽不平衡等方面的原因，迄今洗氨与蒸氨装置尚无配备，或已配备而未开工生产，或只洗氨而不蒸氨，富氨水直接外排的还广为存在。自60年代末，浓氨水工艺在我国一些大中小型焦化厂开始广泛采用，20多年来的实践证明：总的来说浓氨水工艺是不成功的，至少是颇具争议的。这一工艺包括水洗氨和蒸氨两部分。首先，水洗氨过程是一个物理吸收过程，不仅受设备制约还受操作条件的限制。如洗氨塔堵塞、操作温度高（甚至t30℃）、用于洗氨的水含氨高（0.3g/l）等都会导致塔后煤气含氨超标（0.03g/m3）。大多数水洗氨的实际塔后煤气含氨高达01.~0.15g/m3，甚至更高。在此后的洗苯过程中氨被洗油中的水所吸收，成为富铵脱硫液，致使没其中的酸性气体（H2S、HCN）被吸收而进入富油，当脱苯时酸性气体对粗苯蒸馏设备和部分管道产生强烈腐蚀，从而对粗苯的正常生产构成严重威胁，致使粗笨设备停工检修、更新频繁，装置开工率下降（仅80%~90%）。在蒸氨过程H2S、HCN等腐蚀性气体对分解器中加热器、分缩器、冷凝冷却器、蒸氨塔上部塔板及部分氨蒸汽管道产生更为强烈的腐蚀。蒸氨分解器连续排出的H2S、NH3、HCN及CO2给大气造成严重污染。一般分解器的分解效率：CO260%~70%、H2S35%~45%、HCN25%~30%、NH35%~7%。据某厂蒸氨工段附近3个监测点的长期间检测，空气含NH3高达成70mg/m3。有些焦化厂蒸氨废水的冷却是通过强制通风的冷却塔进行的，使废水中的N