中國化學(xué)工程第七建設(shè)公司 成都 610100

鄒萬清四川七化建化工工程公司 成都 610100

氣液反應(yīng)結(jié)晶器在硫銨工業(yè)的應(yīng)用

陳玲*
中國化學(xué)工程第七建設(shè)公司 成都 610100

鄒萬清
四川七化建化工工程公司 成都 610100

描述中和法硫酸銨生產(chǎn)工藝現(xiàn)狀及采用氣液反應(yīng)結(jié)晶器的工藝專利技術(shù)與裝置實際運行情況，論述該技術(shù)的應(yīng)用具有硫銨裝置規(guī)模化、產(chǎn)品質(zhì)量質(zhì)高且穩(wěn)定、系統(tǒng)節(jié)能、環(huán)保、安全可靠、控制水平高等一系列優(yōu)點。

氣液反應(yīng)結(jié)晶器 硫酸銨 節(jié)能減排 中和熱能回收利用

目前，我國中和法硫酸銨生產(chǎn)工藝仍處于單元環(huán)節(jié)多，自動化水平低，人工間隙操作，規(guī)模小，能耗高，安全、環(huán)境問題突出等發(fā)展滯后的狀態(tài)；一種新開發(fā)的氣液反應(yīng)結(jié)晶器能有效解決這一問題。在一臺設(shè)備內(nèi)完成硫酸銨生產(chǎn)的中和、蒸發(fā)、濃縮和冷卻、結(jié)晶過程的工作，縮短生產(chǎn)工藝流程、減少操作環(huán)節(jié)；通過DCS系統(tǒng)對設(shè)備的流量、溫度、壓力的連鎖控制，可使系統(tǒng)平穩(wěn)運行，實現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量高，生產(chǎn)操作安全，環(huán)保、節(jié)能效益明顯提高。

1 中和法硫銨工藝技術(shù)比較

1.1 傳統(tǒng)工藝

目前,硫酸法生產(chǎn)硫銨的方式，傳統(tǒng)的生產(chǎn)均采用將硫酸稀釋成一定濃度，再與氨氣在中和反應(yīng)釜中進行中和反應(yīng)生成硫酸銨溶液，并用循環(huán)水進行夾套間接冷卻，帶走大量的中和反應(yīng)熱，生成的硫酸銨溶液在三效蒸發(fā)器內(nèi)經(jīng)蒸發(fā)去除部分水分，濃縮成高溫飽和溶液后進冷卻結(jié)晶器中用循環(huán)水進行冷卻，析出晶體生成硫酸銨晶體料漿，經(jīng)離心分離，得到晶體，烘干得到硫酸銨產(chǎn)品。傳統(tǒng)工藝流程見圖1。

圖1 傳統(tǒng)工藝流程

該工藝存在的缺點：生產(chǎn)工藝流程相對較長，生產(chǎn)環(huán)節(jié)多，熱能沒有回收利用，中和反應(yīng)熱全部損失；冷卻循環(huán)水用量大，耗水量高，同時料漿蒸發(fā)濃縮需要熱源，系統(tǒng)能耗高，裝置生產(chǎn)能力低下(通常在10kt/a以下)，規(guī)模相對較小，難以規(guī)?；O(shè)備多，投資大，系統(tǒng)占地面積大。

1.2 硫酸銨氣液反應(yīng)結(jié)晶器新技術(shù)

該技術(shù)采用《一種氣液反應(yīng)結(jié)晶器》專利技術(shù)。氣液反應(yīng)結(jié)晶器是一種將硫酸銨生產(chǎn)環(huán)節(jié)的中和、蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶融為一體的設(shè)備，通過設(shè)備外循環(huán)管擔(dān)任管式反應(yīng)器完成中和反應(yīng)，取替龐大的中和反應(yīng)釜單元；通過循環(huán)管中的中和反應(yīng)熱，取替蒸發(fā)系統(tǒng)的蒸汽加熱器；通過直接向循環(huán)管內(nèi)料漿補加水分，進行水分蒸發(fā)產(chǎn)生蒸汽解決蒸發(fā)濃縮和冷卻結(jié)晶，取替了蒸發(fā)濃縮和冷卻結(jié)晶系統(tǒng)。

本技術(shù)的工藝原理：將硫酸與氨氣的中和反應(yīng)、硫酸銨溶液蒸發(fā)濃縮以及濃縮料液的冷卻結(jié)晶都集中在一臺設(shè)備氣液反應(yīng)結(jié)晶器中進行，原料硫酸無需預(yù)先稀釋，溶液蒸發(fā)也無需外界提供熱量，該設(shè)備內(nèi)的中和反應(yīng)充分，中和熱可以全部利用，以滿足硫酸銨料液蒸發(fā)所需熱量，僅需向設(shè)備內(nèi)的料液直接補充一定量的水分，通過水分蒸發(fā)產(chǎn)生蒸汽的方式，帶走濃縮料漿的熱量(中和反應(yīng)熱)，同時，達到對料漿冷卻降溫的目的，還可副產(chǎn)蒸汽。料液降溫析出的微小晶體和反應(yīng)生成的晶體晶粒，在料液的晶核上集結(jié)，晶核長大，長大的晶粒在重力的作用下沉積于設(shè)備下部，沒有長大的微晶隨設(shè)備內(nèi)的母液流動上浮于設(shè)備上部，并隨母液一起運動成為反應(yīng)和結(jié)晶需要的晶核，下部的粗粒料漿通過設(shè)備排料口，去離心分離工序進行分離，分離出的固體晶粒進烘干系統(tǒng)烘干成為產(chǎn)品，離心分離產(chǎn)生的母液返回氣液反應(yīng)結(jié)晶器內(nèi)進行循環(huán)利用分離出里面所含的硫酸銨。

全系統(tǒng)采用DCS控制系統(tǒng)，進行氨氣、硫酸比例調(diào)節(jié)，補水、溫度、液位、與進硫酸量連鎖自動控制。

主要反應(yīng)方程式：

氣液反應(yīng)結(jié)晶器工藝流程見圖2。

圖2 氣液反應(yīng)結(jié)晶器工藝流程

本技術(shù)的優(yōu)點：工藝流程短，生產(chǎn)環(huán)節(jié)少，操作簡單，易于控制，中和反應(yīng)熱得到全部回收，不需要循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，水耗少，能耗低，設(shè)備投資小，裝置占地面積小，采用DCS自動控制系統(tǒng)，原料消耗低，產(chǎn)品質(zhì)量高，且穩(wěn)定性好，生產(chǎn)安全性好。

2 消耗及產(chǎn)品指標(biāo)

消耗指標(biāo)：以采用本技術(shù)設(shè)計的單套裝置生產(chǎn)能力200kt/a(28t/h)為例：原料硫酸消耗760kg/t(傳統(tǒng)工藝約790kg/t)，氨氣消耗260kg/t(傳統(tǒng)工藝約280kg/t)，中和反應(yīng)熱回收率大于等于80%，副產(chǎn)蒸汽820kg/t產(chǎn)品(傳統(tǒng)工藝需要消耗加熱蒸汽和循環(huán)冷卻水)。

產(chǎn)品質(zhì)量滿足GB29206-2012內(nèi)容，硫酸銨食品級質(zhì)量指標(biāo)(GB29206-2012)見表1。

表1 硫酸銨食品級質(zhì)量指標(biāo)

3 實際運行情況

2015年新疆某公司在環(huán)保壓力大，環(huán)境執(zhí)法嚴(yán)的情況下，經(jīng)過市場考察與調(diào)研，決定利用氨中和法生產(chǎn)硫酸銨的方式解決副產(chǎn)多余硫酸，實現(xiàn)硫酸固化，不外排污染環(huán)境，消除企業(yè)生產(chǎn)瓶頸，同時變廢為寶。對多家技術(shù)的考察，最終采用一種新開發(fā)的氣液反應(yīng)結(jié)晶器專利技術(shù)生產(chǎn)硫酸銨。

該裝置已于2016年建成，并成功投料試車運行，且運行穩(wěn)定，產(chǎn)品質(zhì)量達標(biāo)。

試車主要步驟要點：① 試運行氣液反應(yīng)結(jié)晶器，要保證氣液反應(yīng)結(jié)晶器穩(wěn)定平穩(wěn)運行；② 在該設(shè)備內(nèi)母液能均勻連續(xù)運行并保持液位恒定的情況下，用干空氣和水對后續(xù)系統(tǒng)離心機、烘干機及包裝等系統(tǒng)設(shè)備、管道進行逐一清洗、吹掃，驅(qū)除系統(tǒng)中雜質(zhì)；③ 在檢測系統(tǒng)吹掃、清洗、置換合格后，向氣液反應(yīng)結(jié)晶器供硫酸和氨氣(比例進入)。濃硫酸(98%H2SO4)的進料量分別以0.30m3/h、0.60m3/h、0.90m3/h、1.20m3/h、1.52m3/h依次增加進料，每次硫酸流量變化，氨氣自動跟進比例調(diào)節(jié)，補水量與蒸發(fā)蒸汽流量，維持質(zhì)量比1:1連鎖調(diào)節(jié)，料液溫度與設(shè)備內(nèi)真空度連鎖控制，保持溫度維持在80℃～85℃，排出料漿流量與氣液反應(yīng)結(jié)晶器內(nèi)液位連鎖維持液位恒定；④ 當(dāng)開車五小時后啟動后續(xù)系統(tǒng)離心機、烘干機及包裝系統(tǒng)，進行計量包裝。

200kt/a硫酸銨項目投料試生產(chǎn)情況：硫酸銨裝置全系統(tǒng)準(zhǔn)備檢查完畢后氣液反應(yīng)結(jié)晶器進水至總?cè)莘e的30%，循環(huán)泵處于自動運行，母液水循環(huán)正常，開始向氣液反應(yīng)結(jié)晶器進硫酸，氨氣自動以質(zhì)量比0.34∶1的比例自動進入氣液反應(yīng)結(jié)晶器，與硫酸在氣液反應(yīng)結(jié)晶器內(nèi)反應(yīng)，溫度與真空度，蒸發(fā)蒸汽流量與補水流量，均置于自動控制位置。試產(chǎn)氣液反應(yīng)結(jié)晶器運行情況見表2。

17∶30硫酸、氨氣進量達到正常進料100%，不再增加，進料維持保證平穩(wěn)運行階段。

15∶00開始，200kt/a硫酸銨裝置后續(xù)系統(tǒng)離心機、烘干機、包裝機開始相繼投入運行。運行情況表3。

18∶30后硫酸銨產(chǎn)量穩(wěn)定產(chǎn)量約27.78t/h運行，質(zhì)量穩(wěn)定，產(chǎn)品質(zhì)量符合國家標(biāo)準(zhǔn)(GB 29206-2012)。

4 結(jié)語

采用《一種氣液反應(yīng)結(jié)晶器》新技術(shù)，設(shè)計的200kt/a硫酸銨裝置，通過業(yè)主考核，經(jīng)過72小時以上連續(xù)運行，產(chǎn)品質(zhì)量符號國家標(biāo)準(zhǔn)(GB29206-2012)，產(chǎn)量達到裝置設(shè)計能力，氣液反應(yīng)結(jié)晶器在硫酸裝置上的成功投運、投產(chǎn)，打破了國內(nèi)硫酸銨只能小規(guī)模生產(chǎn)的傳統(tǒng)局面；也充分利用了副產(chǎn)硫酸，實現(xiàn)廢品資源利用，提升了企業(yè)整體產(chǎn)能和規(guī)模效益。同時，優(yōu)化裝置熱量平衡，以每噸產(chǎn)品生產(chǎn)820kg蒸汽計算，生產(chǎn)每噸硫酸銨可節(jié)約標(biāo)煤62kg(200kt/a硫酸銨裝置年節(jié)約標(biāo)煤12493t)。

表2 試產(chǎn)氣液反應(yīng)結(jié)晶器運行情況記錄

表3 試運行硫酸、氨氣消耗和硫酸銨、蒸汽產(chǎn)量記錄

1 四川七化建化工工程公司.一種氣液反應(yīng)結(jié)晶器[P]，中國專利： ZL 2015 2 0830981.2，2015-10-26.

*陳 玲：高級工程師。1995畢業(yè)于四川輕化工學(xué)院化學(xué)工程與工藝專業(yè)。從事化工工藝工作。聯(lián)系電話：(028)68935227，

E-mail：wanqingzou@163.com。

2017-06-14)