气液反应结晶器在硫铵工业的应用

2017-11-10中国化学工程第七建设公司成都610100

化工设计 2017年5期

关键词：中和结晶器硫酸铵

中国化学工程第七建设公司成都 610100

邹万清四川七化建化工工程公司成都 610100

气液反应结晶器在硫铵工业的应用

陈玲*
中国化学工程第七建设公司成都 610100

邹万清
四川七化建化工工程公司成都 610100

描述中和法硫酸铵生产工艺现状及采用气液反应结晶器的工艺专利技术与装置实际运行情况，论述该技术的应用具有硫铵装置规模化、产品质量质高且稳定、系统节能、环保、安全可靠、控制水平高等一系列优点。

气液反应结晶器硫酸铵节能减排中和热能回收利用

目前，我国中和法硫酸铵生产工艺仍处于单元环节多，自动化水平低，人工间隙操作，规模小，能耗高，安全、环境问题突出等发展滞后的状态；一种新开发的气液反应结晶器能有效解决这一问题。在一台设备内完成硫酸铵生产的中和、蒸发、浓缩和冷却、结晶过程的工作，缩短生产工艺流程、减少操作环节；通过DCS系统对设备的流量、温度、压力的连锁控制，可使系统平稳运行，实现产品质量高，生产操作安全，环保、节能效益明显提高。

1 中和法硫铵工艺技术比较

1.1 传统工艺

目前,硫酸法生产硫铵的方式，传统的生产均采用将硫酸稀释成一定浓度，再与氨气在中和反应釜中进行中和反应生成硫酸铵溶液，并用循环水进行夹套间接冷却，带走大量的中和反应热，生成的硫酸铵溶液在三效蒸发器内经蒸发去除部分水分，浓缩成高温饱和溶液后进冷却结晶器中用循环水进行冷却，析出晶体生成硫酸铵晶体料浆，经离心分离，得到晶体，烘干得到硫酸铵产品。传统工艺流程见图1。

图1 传统工艺流程

该工艺存在的缺点：生产工艺流程相对较长，生产环节多，热能没有回收利用，中和反应热全部损失；冷却循环水用量大，耗水量高，同时料浆蒸发浓缩需要热源，系统能耗高，装置生产能力低下(通常在10kt/a以下)，规模相对较小，难以规模化，设备多，投资大，系统占地面积大。

1.2 硫酸铵气液反应结晶器新技术

该技术采用《一种气液反应结晶器》专利技术。气液反应结晶器是一种将硫酸铵生产环节的中和、蒸发浓缩、冷却结晶融为一体的设备，通过设备外循环管担任管式反应器完成中和反应，取替庞大的中和反应釜单元；通过循环管中的中和反应热，取替蒸发系统的蒸汽加热器；通过直接向循环管内料浆补加水分，进行水分蒸发产生蒸汽解决蒸发浓缩和冷却结晶，取替了蒸发浓缩和冷却结晶系统。

本技术的工艺原理：将硫酸与氨气的中和反应、硫酸铵溶液蒸发浓缩以及浓缩料液的冷却结晶都集中在一台设备气液反应结晶器中进行，原料硫酸无需预先稀释，溶液蒸发也无需外界提供热量，该设备内的中和反应充分，中和热可以全部利用，以满足硫酸铵料液蒸发所需热量，仅需向设备内的料液直接补充一定量的水分，通过水分蒸发产生蒸汽的方式，带走浓缩料浆的热量(中和反应热)，同时，达到对料浆冷却降温的目的，还可副产蒸汽。料液降温析出的微小晶体和反应生成的晶体晶粒，在料液的晶核上集结，晶核长大，长大的晶粒在重力的作用下沉积于设备下部，没有长大的微晶随设备内的母液流动上浮于设备上部，并随母液一起运动成为反应和结晶需要的晶核，下部的粗粒料浆通过设备排料口，去离心分离工序进行分离，分离出的固体晶粒进烘干系统烘干成为产品，离心分离产生的母液返回气液反应结晶器内进行循环利用分离出里面所含的硫酸铵。

全系统采用DCS控制系统，进行氨气、硫酸比例调节，补水、温度、液位、与进硫酸量连锁自动控制。

主要反应方程式：

气液反应结晶器工艺流程见图2。

图2 气液反应结晶器工艺流程

本技术的优点：工艺流程短，生产环节少，操作简单，易于控制，中和反应热得到全部回收，不需要循环冷却水系统，水耗少，能耗低，设备投资小，装置占地面积小，采用DCS自动控制系统，原料消耗低，产品质量高，且稳定性好，生产安全性好。

2 消耗及产品指标

消耗指标：以采用本技术设计的单套装置生产能力200kt/a(28t/h)为例：原料硫酸消耗760kg/t(传统工艺约790kg/t)，氨气消耗260kg/t(传统工艺约280kg/t)，中和反应热回收率大于等于80%，副产蒸汽820kg/t产品(传统工艺需要消耗加热蒸汽和循环冷却水)。

产品质量满足GB29206-2012内容，硫酸铵食品级质量指标(GB29206-2012)见表1。

表1 硫酸铵食品级质量指标

3 实际运行情况

2015年新疆某公司在环保压力大，环境执法严的情况下，经过市场考察与调研，决定利用氨中和法生产硫酸铵的方式解决副产多余硫酸，实现硫酸固化，不外排污染环境，消除企业生产瓶颈，同时变废为宝。对多家技术的考察，最终采用一种新开发的气液反应结晶器专利技术生产硫酸铵。

该装置已于2016年建成，并成功投料试车运行，且运行稳定，产品质量达标。

试车主要步骤要点：① 试运行气液反应结晶器，要保证气液反应结晶器稳定平稳运行；② 在该设备内母液能均匀连续运行并保持液位恒定的情况下，用干空气和水对后续系统离心机、烘干机及包装等系统设备、管道进行逐一清洗、吹扫，驱除系统中杂质；③ 在检测系统吹扫、清洗、置换合格后，向气液反应结晶器供硫酸和氨气(比例进入)。浓硫酸(98%H2SO4)的进料量分别以0.30m3/h、0.60m3/h、0.90m3/h、1.20m3/h、1.52m3/h依次增加进料，每次硫酸流量变化，氨气自动跟进比例调节，补水量与蒸发蒸汽流量，维持质量比1:1连锁调节，料液温度与设备内真空度连锁控制，保持温度维持在80℃～85℃，排出料浆流量与气液反应结晶器内液位连锁维持液位恒定；④ 当开车五小时后启动后续系统离心机、烘干机及包装系统，进行计量包装。

200kt/a硫酸铵项目投料试生产情况：硫酸铵装置全系统准备检查完毕后气液反应结晶器进水至总容积的30%，循环泵处于自动运行，母液水循环正常，开始向气液反应结晶器进硫酸，氨气自动以质量比0.34∶1的比例自动进入气液反应结晶器，与硫酸在气液反应结晶器内反应，温度与真空度，蒸发蒸汽流量与补水流量，均置于自动控制位置。试产气液反应结晶器运行情况见表2。

17∶30硫酸、氨气进量达到正常进料100%，不再增加，进料维持保证平稳运行阶段。

15∶00开始，200kt/a硫酸铵装置后续系统离心机、烘干机、包装机开始相继投入运行。运行情况表3。

18∶30后硫酸铵产量稳定产量约27.78t/h运行，质量稳定，产品质量符合国家标准(GB 29206-2012)。

4 结语

采用《一种气液反应结晶器》新技术，设计的200kt/a硫酸铵装置，通过业主考核，经过72小时以上连续运行，产品质量符号国家标准(GB29206-2012)，产量达到装置设计能力，气液反应结晶器在硫酸装置上的成功投运、投产，打破了国内硫酸铵只能小规模生产的传统局面；也充分利用了副产硫酸，实现废品资源利用，提升了企业整体产能和规模效益。同时，优化装置热量平衡，以每吨产品生产820kg蒸汽计算，生产每吨硫酸铵可节约标煤62kg(200kt/a硫酸铵装置年节约标煤12493t)。