Получение сульфата аммония сатураторным способом

Схема производства сульфата аммония

Схема производства сульфата аммония сатураторным способом представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Схема производства сульфата аммония

Коксовый газ, охлажденный до температуры 25-30 °С и очищенный от смолы, поступает в подогреватель 1, где нагревается глухим паром до температуры 60-80 °С. Подогретый газ смеши­вается с аммиаком, полученным при переработке надсмольной воды, и направляется по барботажной трубе 5 в сатуратор 4.

Газ барботирует через 78 %-ный раствор серной кислоты, при этом образуется сульфат аммония:

(3)

В сатураторе одновременно с образованием сульфата аммония из газа извлекаются пириди­новые основания, образующие с серной кислотой комплексные соединения. Они разла­гаются при температуре выше 65 о С с выделением пиридина, который удаляется из сатуратора вместе с газом. Тепло, необходимое для испарения избыточной влаги из образовавшегося раствора сульфата аммония, подводится в сатуратор с коксовым газом, подогретым в аппарате 1.

По выходе из сатуратора газ направляется в ловушку 2 для отделения от брызг кислоты, затем охлаждается и передается на дальнейшее использование. Когда кислот­ность раствора в сатураторе снижается до 6-8 % (что соответствует содержанию в нем 140-170 г/л связанного аммиака), из раствора начинают выделяться кристаллы суль­фата аммония. Образующаяся пульпа центробежным насосом перекачивается в кри­сталлоприемник 8. Маточный раствор из верхней части кристаллоприемника перели­вается в приемный сосуд 6 и возвращается в сатуратор. Кристаллы сульфата аммония непрерывно поступают из кристаллоприемника в центрифугу 7, где отделяются от маточного раствора. Отфугованные кристаллы сульфата аммония, имеющие влажность около 2 %, передают на склад или направляют па сушку.

Часть раствора непрерывно циркулирует между сатуратором и баком 3. Благо­даря циркуляции и непрерывному перекачиванию пульпы из сатуратора в кристаллоприемник с возвратом маточного раствора в сатуратор в нем обеспечивается постоян­ный.уровень жидкости и ее тщательное перемешивание. Поэтому кристаллы соли все время находятся во взвешенном состоянии, и рост кристаллов происходит равномерно во всей массе раствора.

Содержание свободной серной кислоты в маточном растворе, циркулирующем в сатураторе, должно быть в пределах 6-8 %. При понижении кислотности (до 1-2 %) из раствора выпадают более крупные кристаллы, что может вызвать забивку сатуратора солью; при этом также ухудшается поглощение аммиака из газа. С повышением кислотности раствора увеличивается растворимость в нем сульфата аммония и получаются более мелкие кристаллы. Если в растворе содержится более 11 % кислоты, обра­зуется легкорастворимый в воде бисульфат аммония NH₄HSО₄.

На получение 1 т сульфата аммония затрачивают: 0,73-0,75 т серной кислоты (100 %-й), 0,26-0,27 т аммиака (содержащегося в 30-35 тыс.м 3 коксового газа), 100-108 МДж электроэнергии, 8 м 3 воды и 2,7-6 т пара.

К недостаткам сатураторного способа, помимо малого размера получаемых кристаллов, сильно пылящих при сушке, относится и большой расход энергии на преодоление гидравлического сопротивления абсорберов.

Источник

Технология получения сульфата аммония по сатураторному способу.

Коксовый газ, пройдя первичные газовые холодильники и электрофильтры, подается газодувками в подогреватель 1, где нагревается глухим паром до 50-60°С. Газ подогревается для предотвращения обводнения ванны сатуратора. С повышением температуры влагоемкость газа возрастает и он уносит с собой больше влаги из маточного раствора.

Подогреватель представляет собой трубчатый теплообменник, в котором по трубам проходит коксовый газ, а в межтрубном пространств — водяной пар давлением 3-4 ат.

После подогревателя газ поступает в сатуратор 2, куда подаются также пары из аммиачной колонны. Здесь происходит хемосорбция аммиака и пиридиновых оснований серной кислотой.

Сатуратор — вертикальный стальной цилиндр с конусным днищем и крышкой. Газ поступает в ванну сатуратора сверху по центральной барботажной трубе с зонтом. Он представляет собой приваренные к нижней части трубы 50 вертикальных перегородок лопаток, при помощи которых поток газа равномерно разделяется на отдельные струи, а за счет изогнутой формы лопаток газ получает вращательное движение, передавая его верхним слоям маточного раствора. Барботажный зонт погружен в маточный раствор на 250-280 мм.

Серная кислота непрерывно поступает в сатуратор из напорного бака 3. равномерно распределяясь в зоне реакции с помощью кольцевой трубы с отверстиями, закрепленной вокруг газоподводящей трубы над барботажным зондом.

Коксовый газ освободившийся от аммиака и пиридиновых оснований через газовый патрубок направляется в кислотную ловушку ударного действия 4.

Ловушка Газ, двигаясь между перегородками ловушки, несколько раз меняет своё направление. Капли, находящиеся в газе, ударяются о перегородки, прилипают к ним и стекают в нижнюю конусную часть ловушки. Очищенный от брызг кислоты коксовый газ направляется в газопровод. Потери аммиака в газе после сатуратора, должны составлять не более 0,02-0,03 г/м 3 и пиридиновых оснований не более 0,04-0,06 г/м 3 .

После кислотной ловушки коксовый газ направляется в конечные газовые холодильники для охлаждения его до 25-30°С. перед улавливанием бензольных углеводородов в скрубберах.

Образующийся в зоне реакции пересыщенный раствор сульфата аммония служит питательной средой для образования и роста кристаллов. Для того , чтобы создать благоприятные условия для роста кристаллов маточный раствор в ванне сатуратора интенсивно перемешивают с помощью насоса 5, который забирает раствор из средней зоны сатуратора и подающего его в нижнюю коническую часть через специальное сопло — ажитатор 6. Благодаря этому в ванне сатуратора создается восходящий поток маточного раствора, поддерживающий мелкие кристаллы во взвешенном состоянии.

Оседающие в конической части сатуратора кристаллы сульфата аммония вместе с некоторым количеством маточного раствора кислотоупорным насосом 7 подаются в кристаллоприемник 8 для отстаивания кристаллов сульфата аммония их накопления и загрузки в центрифугу.

Кристалоприемник может быть двух типов: в виде вертикального цилиндрического сосуда с коническим днищем емкостью 4,7 м 3 или в виде кристаллоприемника сепаратора.

Отстоявшийся от кристаллов раствор выводится сверху кристаллоприемнмка через перелив и далее направляется самотеком в сатуратор через кастрюлю обратных токов 9. Некоторое количество этого раствора отводится на пиридиновую установку для выделения пиридиновых оснований. Количество отбираемого раствора зависит от содержания в нем пиридиновых оснований, которое обычно составляет 10-15 г/л и зависит в свою очередь от концентрации пиридиновых оснований в коксовом газе, температуры и кислотности маточного раствора в сатураторе.

Осевшие на дно кристаллы сульфата аммония самотеком поступают с низа кристаллоприемника 8 в центрифугу непрерывного действия 10, где кристаллы окончательно отделяются от маточного раствора и промываются горячей водой (60-70 °С). для удаления остатков серной кислоты.

Отфугованный сульфат аммония содержит от 1 до 2 % влаги и транспортируется по транспортеру 12 на сушку.

Применяют вибрационный сушильный транспортер, сушилки с кипящим слоем и барабанные сушилки. После сушки сульфат отправляют на склад.

Раствор после центрифуги через сборник 11 возвращается в сатуратор. ( или через кастрюлю обратных токов)

Уровень маточного раствора в сатураторе поддерживается постоянным с помощью бокового штуцера ( перелива), через который избыток маточного раствора отводится в циркуляционную кастрюлю 13,

Циркуляционная кастрюля представляет собой стальной вертикальный сосуд, внутри которого почти до дна опущена переливная труба. В ней поддерживается постоянный уровень раствора, поэтому она служит еще и гидравлическим затвором, исключающим возможность выхода газа из сатуратора вместе с раствором. Высота затвора должна быть не меньше величины общего расчетного напора газодувки.

Вместе с маточным раствором в циркуляционную кастрюлю отводится кислая смолка (продукт взаимодействия туманообразной смолы и непредельных соединений с серной кислотой) , плавающая на поверхности маточного раствора в ванне сатуратора. Всплывшая на поверхность маточного раствора кислая смолка через сливной карман выводится из циркуляционной кастрюли в специальную емкость. Избыток маточного раствора из циркулляционной кастрюли самотеком перетекает в сборник 15, откуда по мере надобности насосом 14 возвращается в сатуратор.

В сборник 15 или в циркуляционную кастрюлю возвращается и обеспиридининый маточный раствор с пиридиновой установки. Оттуда насосом 14 в сатуратор.

Показатели технологического режима работы установки :

Температура газа, °С

перед газовым подогревателем . 35-40

после газового подогревателя. 53-60

после сатуратора. 55-65

Температура маточного раствора °С. 53-55

Сопротивление сатуратора, к Па . 5-6

Кислотность маточного раствора %. 4-5

Циркуляция маточного ратвора. непрерывная

Состав маточного раствора

плотность кг/м 3 . 1300-1400

свободной серной кислоты 4-5

аммиак, г/л . 150-180

сульфат аммония. 40-48

бисульфат аммония . 10-15.

Недостатки сатураторного процесса:

1.Высокое сопротивление газовому потоку при прохождении его через сатуратор в ловушку

2. Недостаточная управляемость процесса кристаллизации ( разношерстный)

3. Невозможно вести процесс при низких температурах и при минимальной кислотности маточного раствора.

4. Совмещение в одном аппарате процессов улавливания аммиака и пиридиновых оснований и кристаллизации сульфата аммония не позволяет проводить их в наиболее благоприятных условиях, что отрицательно сказывается на работе установки и качестве сульфата аммония.

5. Интенсивное отложение соли на стенках сатуратора и трубопроводов требует частых промывок большим количеством воды и кислоты, что делает нарушает процесс кристаллизации и делает его периодическим и затрудняет регулирование и обслуживание установки.

6. Периодическое искусственное изменение кислотности ванны сатуратора затрудняет процесс автоматизации.

Этот процесс все время совершенствуется. Например, новые конструкции ажитаторов , кристаллоприемники с классификаторами .

Источник

Производство сульфата аммония

Сульфат аммония (NH₄)₂SО₄ — бесцветное кристаллическое вещество, содержит 21,21 % азота. Сульфат аммония применяют почти исключительно в качестве удобрения; он обладает весьма небольшой гигроскопичностью, мало слеживается, внесение его в почву не вызывает затруднений. Недостатками являются низкое содержание азота и большая физиологическая кислотность. При его применении в почве, если она не содержит достаточного количества оснований, постепенно накапливается серная кислота, для нейтрализации которой необходимо периодически производить известкование.

Физико-химические основы получения сульфата аммония

Промышленные способы получения сульфата аммония в основном базируются на нейтрализации серной кислоты аммиаком. Для этой цели используют аммиак, содержащийся в газе, получаемом при коксовании каменных углей. Очистка коксового газа от аммиака (и одновременно от пиридиновых оснований) совмещается с производством сульфата аммония. Синтетический аммиак перерабатывают в более концентрированные азотные удобрения, например в нитрат аммония или в карбамид.

Нейтрализация серной кислоты газообразным аммиаком по реакции:

сопровождается выделением большого количества теплоты. Эта теплота (в сатураторном процессе) и теплота, подводимая извне (в бессатураторном процессе), расходуется на испарение из системы значительного количества воды и продукт кристаллизуется из пересыщенного раствора. Важно обеспечить кристаллизацию из горячего реакционного раствора средней соли, не допуская выделения кислых солей.

Находящиеся в серной кислоте примеси, особенно сульфаты железа и алюминия, затрудняют кристаллизацию сульфата аммония. При нейтрализации кислоты осаждаются коллоидные гидроксиды железа и алюминия:

обволакивающие кристаллы сульфата аммония и тормозящие их рост. Во избежание этого кислоту нейтрализуют не полностью — в непрерывно действующих реакторах поддерживают кислую реакцию среды.

Участки кривых соответствуют насыщению раствора: 1 – (NH4)2SО4;
2 – 4(NH4)2SО4∙Н2SО4; 3 – 3(NH4)2SО4∙Н2SО4; 4 – (NH4)2SО4 ∙ Н2SО4;
5 – (NH4)2SО4 ∙ 3Н2SО4
Рисунок 1 – Изотермы растворимости в системе (NH4)2SО4—Н2SО4—Н2О при температурах 10, 30, 50, 70 и 90 °С

В этой системе в твердой фазе могут существовать различные кислые соли. Поле кристаллизации сульфата аммония (NH₄)₂SО₄лежит в области составов систем, содержащих небольшие количества серной кислоты – а₁Е₁с при температуре 10 °С и а₂Е₂с при температуре 90 °С. Во избежание выделения кислых солей содержание серной кислоты в жидкой фазе системы должно быть меньше, чем в точках Е, т. е. меньше 11,08 % при температуре 10 °С или 19,77 % при температуре 90 °С. В процессе нейтрализации реакционная масса имеет высокую температуру, но при последующем отделении кристаллов она охлаждается и это необходимо учитывать при выборе состава реакционного раствора. Практически кислотность раствора поддерживают на уровне 4-12 % свободной серной кислоты, распределяя серную кислоту в значительном количестве циркулирующего реакционного раствора.

Технологическая схема производства сульфата аммония

Основным сырьевым источником в производстве сульфата аммония является аммиак коксового газа. В коксовом газе содержится 6-14 г/м 3 аммиака. Его можно переработать в сульфат аммония тремя способами: косвенным, прямым и полупрямым.

По косвенному способу коксовый газ охлаждают, при этом из него конденсируется смола и надсмольная вода, насыщенная аммиаком; оставшийся в газе аммиак поглощают водой в аммиачных скрубберах. Из полученной аммиачной воды и из надсмольной воды отгоняют аммиак в дистилляционных колоннах, который затем поглощают серной кислотой. Этот способ требует громоздкого оборудования и значительного расхода энергии.

По прямому способу поглощение аммиака серной кислотой с образованием сульфата аммония производят непосредственно из коксового газа, предварительно охлажденного до температуры 68 °С и очищенного от смолы в электрофильтрах.

Наиболее экономичен и широко распространен полупрямой способ. Коксовый газ для конденсации смолы сначала охлаждают до температуры 25-30 °С. Конденсат расслаивается на два слоя: нижний — смолу и верхний — надсмольную воду, в которой растворена часть аммиака. Надсмольную воду обрабатывают в дистилляционной колонне известковым молоком и выделившийся аммиак поглощают серной кислотой вместе с аммиаком, оставшимся в доочищенном в электрофильтрах от смолы коксовом газе.

Поглощение аммиака из коксового газа можно производить в сатураторах барботажного типа (сатураторный способ) или в скрубберах (бессатураторный способ). В сатураторном способе поглощение аммиака из коксового газа и кристаллизация сульфата аммония совмещены в одном аппарате — сатураторе. Это ограничивает возможность выбора технологического режима, который был бы оптимальным одновременно для обоих процессов, т. е. обеспечивающего наиболее полное поглощение аммиака и образование крупнокристаллического сульфата аммония, легко отделяемого и отмываемого от маточного раствора. В бессатураторных способах, используемых на некоторых заводах, эти процессы ведут раздельно — поглощение аммиака в скрубберах, а кристаллизацию сульфата аммония — в кристаллизаторах.

Схема производства сульфата аммония сатураторным способом

Коксовый газ, охлажденный до температуры 25-30 °С и очищенный от смолы, поступает в подогреватель 1, где нагревается глухим паром до температуры 60-80 °С. Подогретый газ смеши­вается с аммиаком, полученным при переработке надсмольной воды, и направляется по барботажной трубе 5 в сатуратор 4.

Газ барботирует через 78 %-ный раствор серной кислоты, при этом образуется сульфат аммония:

В сатураторе одновременно с образованием сульфата аммония из газа извлекаются пириди­новые основания, образующие с серной кислотой комплексные соединения. Они разла­гаются при температуре выше 65 о С с выделением пиридина, который удаляется из сатуратора вместе с газом. Тепло, необходимое для испарения избыточной влаги из образовавшегося раствора сульфата аммония, подводится в сатуратор с коксовым газом, подогретым в аппарате 1.

По выходе из сатуратора газ направляется в ловушку 2 для отделения от брызг кислоты, затем охлаждается и передается на дальнейшее использование. Когда кислот­ность раствора в сатураторе снижается до 6-8 % (что соответствует содержанию в нем 140-170 г/л связанного аммиака), из раствора начинают выделяться кристаллы суль­фата аммония. Образующаяся пульпа центробежным насосом перекачивается в кри­сталлоприемник 8. Маточный раствор из верхней части кристаллоприемника перели­вается в приемный сосуд 6 и возвращается в сатуратор. Кристаллы сульфата аммония непрерывно поступают из кристаллоприемника в центрифугу 7, где отделяются от маточного раствора. Отфугованные кристаллы сульфата аммония, имеющие влажность около 2 %, передают на склад или направляют па сушку.

Часть раствора непрерывно циркулирует между сатуратором и баком 3. Благо­даря циркуляции и непрерывному перекачиванию пульпы из сатуратора в кристаллоприемник с возвратом маточного раствора в сатуратор в нем обеспечивается постоян­ный.уровень жидкости и ее тщательное перемешивание. Поэтому кристаллы соли все время находятся во взвешенном состоянии, и рост кристаллов происходит равномерно во всей массе раствора.

Содержание свободной серной кислоты в маточном растворе, циркулирующем в сатураторе, должно быть в пределах 6-8 %. При понижении кислотности (до 1-2 %) из раствора выпадают более крупные кристаллы, что может вызвать забивку сатуратора солью; при этом также ухудшается поглощение аммиака из газа. С повышением кислотности раствора увеличивается растворимость в нем сульфата аммония и получаются более мелкие кристаллы. Если в растворе содержится более 11 % кислоты, обра­зуется легкорастворимый в воде бисульфат аммония NH₄HSО₄.

На получение 1 т сульфата аммония затрачивают: 0,73-0,75 т серной кислоты (100 %-й), 0,26-0,27 т аммиака (содержащегося в 30-35 тыс.м 3 коксового газа), 100-108 МДж электроэнергии, 8 м 3 воды и 2,7-6 т пара.

К недостаткам сатураторного способа, помимо малого размера получаемых кристаллов, сильно пылящих при сушке, относится и большой расход энергии на преодоление гидравлического сопротивления абсорберов. Этих недостатков лишены бессатураторные способы.

В бессатураторных процессах абсорбцию аммиака из коксового газа ведут в полых скрубберах или кислым ненасыщенным раствором сульфата аммония с последующей вакуум-выпаркой на кристалл, или кислым насыщенным раствором с выращиванием образовавшихся мелких кристаллов в кристаллизаторах под атмосферным давлением. Чаще используют первый способ — орошение абсорбера ненасыщенным раствором предотвращает их засоление, а кристаллизация в выпарных аппаратах позволяет регулировать размеры получаемых кристаллов. Схема такого процесса показана на рисунке.

Схема производства сульфата аммония бессатураторным способом с вакуум-выпаркой

Аммиак улавливается в полом скруббере 2, снабженном форсунками. Скруббер разделен на две ступени. Нижняя его часть орошается раствором, содержащим 3-4 % свободной Н₂SО₄, верхняя — раствором, содержащим 10 — 12 % Н₂SО₄. Коксовый газ из скруббера проходит через ловушку брызг 1 и направляется на дальнейшую переработку. Серная кислота и вода (необходимая для разбавления и компенсации испарения) поступают в сборник 4 раствора, циркулирующего через верхнюю часть скруббера с помощью насоса 5. Часть этого раствора через смолоотделитель 3 подается в сборник 11 маточного раствора, циркулирующего через нижнюю часть скруббера с помощью насоса 12. Сюда же поступает маточный раствор с центрифуги 8.

Из нижней зоны скруббера часть раствора, в котором содержится около 1 % свободной серной кислоты и 40 % сульфата аммония, отбирается через смолоотделитель 3 в сборник 10 и насосом 9 подается в вакуум-выпарной аппарат 6. Образовавшиеся здесь кристаллы опускаются в нижнюю коническую часть аппарата, выполняющую роль кристаллорастителя, где мелкие кристаллы поддерживаются во взвешенном состоянии в восходящем потоке свежего раствора. Это обеспечивает их рост при небольшом пересыщении раствора, и более 60 % кристаллов сульфата аммония получаются с размерами, превышающими 0,5 мм. Такие же результаты достигаются при использовании выпарных аппаратов, снабженных выносными кристаллорастителями. Суспензия из выпарного аппарата, содержащая 50-60 % кристаллов, подается для фильтрования на центрифугу 8, где кристаллы промываются горячим конденсатом при температуре 70-80 °С для удаления остатков кислоты. Затем продукт направляется на сушку.

Источник