Впровадження безсатураторного методу отримання сульфату амонію (стр. 2 из 13)

Проте широкого поширення цей метод не отримав із-за істотних недоліків:

- наявність великого числа апаратів, працюючих під розрідженням, що підвищує вірогідність підсосу повітря і утворення вибухонебезпечної суміші збільшує витрату електроенергії на транспортування газу;

- інтенсивної корозії устаткування, обумовленій наявністю в газі хлористого водню і хлористого амонію;

- труднощів очищення газу від смоли при високій температурі та утворення в сатураторі великої кількості кислої смолки;

- великого об'єму апаратури із-за високої температури і влаговмісту газу;

- неможливості уловлювання в сатураторі легких піридинових основ із-за високої температури розчину і відсутності аміачної пари для його нейтралізації в піридиновій установці.

Найбільше поширення на заводах отримав напівпрямий метод виробництва сульфату амонію, що має переваги, а частково і недоліками непрямого і прямого способів. По цьому методу коксовий газ після газозбірника охолоджується в первинних холодильниках до 25-35°С, внаслідок чого водяні пари конденсуються практично повністю, а газовий конденсат (надсмольна вода), що утворюється розчиняє до 20-30% аміаку, що міститься в прямому газі. Охолоджений газ подається нагнітачами в абсорбер, де інший аміак поглинається сірчаною кислотою з утворенням сульфату амонію.

Отримувані при переробці надмірної надсмольної води аміачні пари подаються частково в абсорбер разом з коксовим газом, а частково в нейтралізатор піридинової установки, де аміак також зв'язується сірчаною кислотою. Таким чином увесь аміак прямого коксового газу зрештою переробляється в сульфат амонію.

Недоліками напівпрямого способу виробництва сульфату амонію є необхідність переробки надмірної надсмольної води в аміачних колонах, що вимагає значної витрати пари і лугу, а також утворення значного об'єму стічних вод що вимагають складного очищення.

Залежно від апаратурного оформлення процесів поглинання аміаку сірчаною кислотою і кристалізації сульфату амонію розрізняють два різновиди напівпрямого способу, що отримав найбільше поширення в промисловості - сатураторний і безсатураторний. Слід відзначити, що в літературі немає єдиного тлумачення цих термінів і вони не відображають особливостей апаратурного оформлення процесів.

По термінології, прийнятій в коксохімічній промисловості, сатураторним називається процес, при якому поглинання аміаку з коксового газу сірчаною кислотою і утворення кристалів сульфату амонію здійснюються в одному апараті барботажного типу що називається сатуратором. При безсатураторному способі поглинання аміаку сірчаною кислотою відбувається у форсуночному скрубері (чи насадному), який може зрошуватися як пересиченим, таким, що містить кристали сульфату амонію розчином, так і ненасиченим розчином. У першому випадку кристалізація сульфату амонію відбувається одночасно з поглинанням аміаку в скрубері, а в другому утворення пересиченого розчину і кристалів сульфату амонію здійснюється при випарюванні розчину в спеціальному апараті - кристалізаторі.

Перевагами безсатураторних процесів є менший гідравлічний опір форсуночних абсорберів і можливість проведення окремих стадій процесу (абсорбція аміаку, кристалізації сульфату амонію та ін.) за найбільш сприятливих умов.

1.1 Сатураторний метод

Технологічна схема отримання сульфату амонію по сатураторному методу[5]зображена на Рисунку 1.1.

Коксовий газ, охолоджений в первинних газових холодильниках і очищений від туманоподібної смоли в електрофільтрах подається нагнітачем в паровий підігрівач 1 сульфатного відділення. В підігрівачі газ підігрівається до 65-70°С та поступає в сатуратор 2 по центральній газопідводящій трубі, яка закінчується газорозподільним зонтом, який знаходиться в матковому розчині ванні сатуратора

1 - паровий підігрівач; 2 - сатуратор; 3 - кислотна ловушка; 4, 10, 12 -насоси; 5 - кристалоприймач; 6 - кастрюля зворотніх токів маткового розчину; 7 -центрифуга; 8 - циркуляційна кастрюля; 9 - збірник маткового розчину; 11 - напірний бак з сірчаною кислотою;13-транспортер; 14-сушка.

Рисунок 1.1 Технологічна схема отримання сульфату амонію по сатураторному методу

Сірчана кислота з концентрацією 92-94% безперервно надходить до сатуратора з напірного бака 11 по спеціальній трубі. Коксовий газ, який пройшов крізь шар маткового розчину і звільнився від аміаку і піридинових основ, крізь газовий патрубок направляється в кислотну ловушку 3, в якій із газу уловлюються краплі маткового розчину.

Після кислотної ловушки коксовий газ направляється в кінцеві газові холодильники для охолодження його до 25-30°С для уловлювання бензольних вуглеводнів в скруберах.

Кристали сульфату амонію разом з деякою кількістю маткового розчину насосом 4 подаються в кристалоприймач 5 для відстоювання кристалів сульфату амонію. Крізь штуцер матковий розчин відстояний від кристалів сульфату амонію безперервно стікає в каструлю зворотніх токів 6 і з неї в сатуратор.

З нижньої частини кристалоприймача 5 суміш кристалів сульфату амонію з матковим розчином самотіком поступає в центрифугу безперервної дії 7, де кристали відділяються від маткового розчину і промиваються горячою водою (78-80°С). Відфугований сульфат амонію з центрифуги подається транспортером 13 на сушку 14, а потім на склад. Розчин після центрифуги крізь каструлю зворотніх токів повертається в сатуратор.

Рівень маткового розчину в сатураторі підтримується постійним за допомогою спеціального бічного штуцера, через який надлишок маткового розчину відводиться в циркуляційну каструлю 8, яка являється одночасно гідравлічним затвором, що робить неможливим вихід газу з сатуратора разом з розчином.

При виникненні в ванні сатуратора надлишку маткового розчину останній з циркуляційної каструлі самотіком перетікає в збірник 9, звідки по потребі насосом 10 повертається в сатуратор.

1.2 Безсатураторний метод

Подальше вдосконалення методів отримання сульфату амонію на коксохімічних заводах привело до появи бессатураторного процесу уловлювання аміаку з коксового газу в насадних або безнасадних (форсуночних) абсорберах.

Безсатураторний процес отримання сульфату амонію може здійснюватися по двох принципово різним схемам: уловлювання аміаку пересиченим розчином, що містить кристали, і ненасиченим розчином з подальшим отриманням в окремому апараті кристалів солі сульфату амонію шляхом упарювання частини розчину[5].

На вітчизняних коксохімічних заводах частіше застосовується друга схема у якій передбачається установка двоступінчатого абсорбера для здійснення роздільного уловлювання з газу аміаку і піридинових основ і кристалізація сульфату амонію, що утворився, в окремому апараті - випарнику (під вакуумом).

Ця схема має ряд переваг: абсорбери зрошуються ненасиченим розчином, що усуває їх засолення; при кристалізації солі в окремому апараті можна отримати кристали практично будь-якого розміру, процес легко керований; процес кристалізації можна здійснювати періодично і насичений розчин може складуватися. При цьому не порушується робота уловлюючої установки.

Здійснення процесу уловлювання аміаку, піридинових основ і кристалізація солі сульфату амонію в окремих апаратах, дозволяють підтримувати для кожного з них найбільш доцільний режим. Це забезпечує достатню повноту уловлювання аміаку піридинових основ з газу і отримання великокристалічної солі.

Таким чином, отримання сульфату амонію по безсатураторному методу здійснюється в двох установках - абсорбційній і випарно-кристалізаційній.

Розглянемо технологічну схему отримання сульфату амонію без сатураторним методом[6]. (рисунок 1.2).

Коксовий газ, що містить аміак і піридинові основи, поступає в абсорбер 1, що є полим апаратом із форсуночним зрошенням, що складається з двох ступенів, - нижнього та верхнього, розділених між собою горизонтальною тарілкою.

У нижньому ступені 2 абсорберу циркулює розчин, що містить близько 40% сульфату амонію і 1-1,5% вільної сірчаної кислоти. У верхньому ступені 3 абсорберу циркулює розчин що містить від 20 до 30% сульфату амонію і 10-12% вільної сірчаної кислоти.

Після проходження нижнього і верхнього ступенів абсорбера коксовий газ проходить кислотну ловушку 4, що призначена для видалення бризок маткового розчину.

Кожен ступінь абсорбера має свою самостійну систему зрошування.

1-абсорбер;2-нижній ступень;3-верхній ступень;4-кислотна ловушка;

5,7,12-збірники;6,8,13,15,25-насоси;9,10-напірні баки;11-смоловідділювач;14-випарник;16-ценрифуга;17,18-ежектори;19-циркуляуційна труба;20-сушка; 21, 22-конденсатори; 23-збірник чистого конденсату; 24-збірник брудного конденсату.

Рисунок 1.2 Схема безсатураторного методу отримання сульфату амонію.

Так, з нижнього ступеня абсорбера розчин через гідрозатвір поступає в циркуляційний збірник слабкого розчину 5, звідки насосом 6 подається на зрошування цього ж ступеня. Розчин же з верхнього ступеня абсорбера поступає в циркуляційний збірник міцного розчину 7, звідки насосом 8 подається на зрошування верхнього ступеня абсорбера.

Подача розчину як в нижній, так і у верхній ступені абсорбера робиться на двох рівнях.

Сірчана кислота і вода, необхідні для поповнення циркулюючих розчинів, подаються з напірних баків 9 і 10 в циркуляційні збірники першого і другого ступенів 5 і 7.

Частина маткового розчину з нижнього ступеня абсорбера безперервно відводиться в смоловідділювач 11, а. звідти у збірник 12, з якого насосом 13 подається вниз конічної частини трубчастого випарника 14.

У смоловідділювачі виділяється велика частина смоли яка випливає на поверхню розчину і безперервно видаляється скребковим транспортером. Це забезпечує мінімальне попадання смолянистих речовин у збірник 12 і, отже, запобігає забрудненню сульфату амонію.