80万吨冶金焦的焦化厂设立硫铵工段的工艺设计

设计任务书

一、设计任务

为年产80万吨冶金焦的焦化厂设立硫铵工段。

二、设计的基础资料

1.地理位置

徐州焦化厂位于徐州的西面，用水主要用地下水、自来水和本厂的处理循环水。硫铵工段属于焦化厂的回收车间。它设立在回收车间的冷凝鼓风工段和粗笨工段之间。

2.自然气象条件

徐州地区位于东经117*18 北纬34*17

海拔高度 43米

平均气压 1012.5

年平均气温 14度

极端最高气温 40.1度

极端最低气温 -22.6度

平均相对湿度 71%

年降水量 869.9毫米

年降水天数 91.7天

最大积雪厚度 25厘米

平均风速 3.0米/秒

最大风速及风向 16WSW

最多风向及频率 C14 ESE 12

三、设计的基础数据

假设年产80万吨的焦化厂用的是 2 座 63 孔的 TJL4350D 型焦炉。每孔有效容积 26.6 m3 结焦时 24 小时，配煤的挥发份为26%，氨产量为加煤的0.3%；剩余氨水的含氨量为3.5g/l；装炉干煤的表面水为7%；煤气在初冷器冷却的温度为30度，进入硫铵工段的温度为45度。

焦炉炭化室尺寸：有效长 l=13280m

有效高 h=4100m

平均宽 b=500m

堆积密度

=1.0~1.15 t(干煤)/3m

干

１.绪论

煤炭作为我国的主要能源之一，由于其储藏量有限，单纯作为燃料不仅浪

费很大，而且会造成严重的环境污染，随着现代科技和化学工业的发展对煤

炭的利用范围已大大扩展，煤炭的综合利用已被列为我国煤炭行业的三大支柱。

高温炼焦化学工业是煤炭的综合利用中历史最久，工业最完善，技术最成熟，应用最广泛的行业。由于煤炭的自身组成特殊性，在炼焦同时产生的煤

气中，含有多种可供回收利用的成分，其中氨作为生产过程中的有害成分之一，其含量虽少但由于其水溶液具有腐蚀设备和管路，生成的铵盐会引起堵塞，燃烧产生的氮氨化物污染大气，所以有必要将其回收，并加以利用。

硫铵的生产不仅达到了除去煤气中氨的目的，而且硫铵作为化肥应用于农

业中可以提高农作物的单位面积产量，对农业的发展起着重要作用。

硫铵的生产方法有：饱和器法和非饱和器法。饱和器法有分直接法和半直

接法。

直接法

热的煤气从焦炉中出来经过煤气冷凝器冷却再经电捕焦油器清洁净化后

进入饱和器，在饱和器内，煤气中的氨同硫酸结合生成硫铵。直接法由于对

电捕焦油器等净化装置要求较高以保硫酸铵产品质量。因此，在工业上应用

比较困难，所以此法在工业上得不到广泛应用，难以推广。

间接法

煤气中的氨在氨洗塔中用冷水吸收，所得氨水从蒸馏柱进入饱和器同浓

硫酸反应制成硫酸铵。由于这方法需要的设备庞大，投资大，消耗掉大量的

蒸汽，耗能大，经济效果也不好。因此，此法在工业上应用很少，很难推广，特别是在现代化工业生产中应用更少。

半直接法：

由焦炉出来的煤气经过冷却，所得的冷凝氨水通过氨蒸馏柱蒸出氨水并

和煤气中的氨共同进入饱和器，穿过母液层和硫酸溶液相互作用生成酸式硫

酸铵。半直接法生产硫酸铵由于生产流程简单，产品成本较低，工艺技术及

管理较成熟，因此在工业生产上应用较广，但它也不是十全十美，也有它的

缺点，主要有下列几点：

（1）需处理一定量的氨水。

（2）结晶颗粒较小。

（3）煤气通过饱和器阻力较大，因而能量消耗大。

因此半直接法生产硫铵的工业等有待进一步改进，以适应现代工业生产的需要，尽管如此，由于它的生产工艺管理等方面均较直接法和间接法先进，因

此工业生产上应用较广。本设计选择半直接法。

２.饱和器法生产硫铵原理

2.1.1物理性质

（１）纯态硫酸氨为无色长棱形结晶体，工业为白色或浅灰色黄色晶体颗粒，晶体密度１.７７６ＫＧ／Ｍ３。

（２）结晶热１０.８７ＫＧ／ＭＯＬ，结晶区位于硫铵含量较低区域。（３）易溶与水，其水溶液呈弱酸性，易吸潮结块。

2.1.2硫铵用途

长期以来，主要用来做肥料，适用多种土壤和多种作物，还可用于纺织、皮革、医药等方面。食用硫酸铵由工业硫酸铵加入蒸馏水溶解，加入除

砷剂、除重金属剂进行溶液净化、过滤、蒸发浓缩、冷却结晶、离心分离、

干燥制得。用做食品添加剂，做面团调解剂、酵母养料等。

2.1.3生产的工艺流程

1.流程选择

目前，我国大部分焦化厂均用饱和器法生产硫酸铵，来回收煤气中的氨。国外除趋向于用沸萨姆法生产无水氨外，还有许多焦化厂用饱和器法或酸洗

法生产硫酸铵。所以硫酸铵仍是目前焦化厂生产的主要产品之一。

用硫酸吸收煤气中的氨是快速不可逆的化学反应，所以可在饱和器或酸

洗塔内，使焦炉煤气与适量浓度的硫酸接触以用来回收煤气中的氨。本设计

选择半直接法。

2.生产工艺流程的原理

焦化厂生产的硫铵是浓硫酸和氨气在饱和器内发生如下化学反应而生成

硫铵的。反应方程式：

H2SO4+NH3----（NH4）2SO4 （硫酸适量）

H2SO4+NH3---- NH4HSO4 （硫酸过量）

NH4HSO4+NH3----（NH4）2SO4

上述反应是防热反应,当用硫酸吸收炼焦煤气中的氨时,当用硫铵吸收炼焦煤

气中的氨时,实际所得的热效应和硫铵母液的酸度及温度有关，其值约比理论

反应放出的热量少10%左右。

由上述反应方程式可以看出产品硫铵既存在着正盐又存在着酸式盐，它

们分别以各自的形式存在于生产硫铵的溶液中，而溶液中酸式盐还是正盐各

自所占的比主要由溶液的酸度决定，溶液的酸度可以用加入硫酸的数量多少

来调节。在饱和器内的酸度控制在1-2%时，生成的硫铵产品主要为正盐当酸

度升高时，随酸度的提高而酸式盐含量则提高，饱和器内酸度控制（指母液

的酸度）在4-8%时饱和器和母液中同时存在着正盐又存在着酸式盐。但酸式

盐比正盐更容易溶于水和稀硫酸，因此，在溶解度达到极限时，在饱和器的

酸度范围内从溶液中首先析出的是（NH4）2SO4，而-----则次出或不出。

在饱和器内硫铵从母液中形成晶体要经历两个阶段：首先是细小的结晶

中心----晶核的形成，而后是晶核（或晶体）的长大。通常两个过程同时进