Впровадження безсатураторного методу отримання сульфату амонію (стр. 5 из 13)
Вакуум в евапораторі 17 забезпечується за рахунок пароежекторної установки 18, призначеною як для евакуації аміаковмісної парогазової суміші з евапоратору 17, так і для створення висхідного потоку парової фази-носія в регенераційній колоні 8.
Приведений вище процес забезпечує отримання рідкого продукту, що містить 99,99 % аміаку і не більше 0,003 % діоксиду вуглецю, який може бути використаний як в якості сировини при виробництві органічних і неорганічних азотвмісних речовин, так і в якості висококонцентрованого азотного добрива. Для зберігання і транспортування цього продукту застосовується спеціальне устаткування і транспортні засоби.
1.5 Очищення коксового газу круговим фосфатним способом зі знищенням аміаку
Технологія очищення газу круговим фосфатним способом із знищенням аміаку, упроваджена у ВАТ «Кокс» в 2000 р. по раніше виконаних розробках Вухіна й Уральського політехнічного інституту, всесторонньо досліджена і удосконалена в період більш ніж трилітній експлуатації промислової установки великої одиничної продуктивності (до 120 тис. м3 /ч газу, що очищається.
Нові технічні рішення, захищені патентами і «ноу-хау», вигідно відрізняють технологічний процес від способу ФОСАМ. Фактично утворений новий, найбільш економічний спосіб очистки коксового газу, що відповідає перспективним вимогам за умовами праці, екологічною і промисловою безпеки:
1) абсорбціяаміакуздійснюєтьсяселективнов тарільчастофорсуночному апараті до залишкового вмісту аміаку в газі 0,03 г/м3; з газу абсорбується 0,7% сірководню і 3,5% цианістого водню (від ресурсів в газі); абсорбер одиничною потужністю 100 тис. м3/ч має мінімальні розміри: діаметр 3600 мм, висота 23 м, гідравлічний опір 450 мм вод. ст.;
2) регенерацію розчину діамонійфосфату здійснюють в колоні мінімальних розмірів (діаметр 1800 мм, висота 14 м) завдяки оптимізації режиму барботування на тарілках апарату;
3) розчин перед регенерацією очищують від зважених забруднень ефективним способом, що забезпечує тривалу експлуатацію устаткування без очищення від відкладень; застосовують високоефективний і надійний спосіб охолоджування регенерованого розчину; в процесі освоєння технології встановлено, що прийнята конструкція абсорбера забезпечує повне уловлювання аміаку при подачі регенерованого розчину в нього при температурі 70°С;
4) в період трьохлітньої експлуатації в промислових умовах були проведені випробування добавок ортофосфорної кислоти трьох сортів на поновлення втрат розчину ортофосфатів амонію; обрані доступні сорти очищених кислот з гарантованим їх отриманням з підприємств-постачальників;
5) пароаміачна суміш після регенератора мінімально забруднена сірководнем (0,08-0,02 г/кг), що не вимагає очищення від кислих домішок перед реактором знищення аміаку спалюванням;
6) створений агрегат спалювання аміаку в горизонтальному циклонному реакторі з незалежними топками спалювання коксового газу і висококонцентрованої пароаміачної суміші; конструкція реактора дозволяє отримати продукти горіння з мінімальним вмістом оксидів азоту і при охолодженні цих газів забезпечити максимальну паропотужність котла-утилізатора;
7) технологія керується АСУТП, управління відбувається з диспетчерського пункту двома операторами .
Технологічна схема процесу очищення коксового газу круговим фосфатним способом із знищенням аміаку зображена на рисунку 1.6[3].
Коксовий газ, охолоджений в холодильниках з горизонтальними трубами, очищений від нафталіну і аерозолів смоли в скрубері Вентурі і нагнітачах, подають при 55-60 °С у абсорбер 1. В якому розчином моноамонійфосфату (МАФ) з газу уловлюється аміак. Далі газ поступає в бензольно-скруберне відділення, де охолоджується при закритому циклі кінцевого холодильника. Сирий бензол уловлюється кам'яновугільним поглинальним маслом в скруберах з плоскопаралельною насадкою.
Очищений газ подають споживачам на спалювання в котлах ГРЕС, котельні заводу і опалювальні системі коксових батарей.
Розчин ортофосфатів амонію (переважно діамонійфосфату - ДАФ) після абсорбера 1 насосом подають у відстійники 2, де він очищується від уловлених з газу домішок смоли. Розчин, що відстоявся, насосом подається через теплообмінники 3 в регенератор 4, в якому з розчину паром
1-абсорбер аміаку; 2-відстійник розчину ДАФ; 3-теплообмінник; 4-регеніратор; 5-випарювач; 6-промзбірник розчину МАФ; 7-холодильник; 8-резервуар розчину МАФ; 9-промзбірник розчину ДАФ; 10-промзбірник смоли; 11-кондесатор; 12-промзбірник водяного аміаку; 13-десорбер; 14-пічь-реактор; 15-котел-утилізатор; 16-димовідсмоктувач; 17-димар; А-прямий коксовий газ; Б-зворотній коксовий газ; В-смола у відділення конденсації; Г-вода у збірник води після аміачних колон; Д-пар; Е-димові гази.
Рисунок 1.6 Технологічна схема відділення очистки коксового газу зі знищенням аміаку
десорбується аміак. Регенератор має випарник 5. У випарник і куб регенератора подають перегріту пару. Співвідношення витрати "гострої" і "глухої" пари регулюється - для підтримки постійної концентрації розчину ортофосфатів в абсорбційно- десорбційному циклі. Регенерований розчин МАФ з молярним співвідношенням аміаку до фосфорної кислоти 1,25-1,28 з регенератора поступає в теплообмінники З, нагріває розчин ДАФ, охолоджується до 80-90 °С і скидається в промзбірник розчину МАФ 6. Звідси розчин насосом прокачується через холодильники 7 і після охолоджування до 40-45 °С поступає в резервуар 8,з якого надлишок розчина крізь перелив перетікає в промзбірник 6. З резервуару 8 розчин ДАФ насосом подається на верхню тарілку абсорбера 1.
Розчин з нижньої тарілки стікає в шар циркулюючого розчину нижньої порожнистої секції абсорбера із зрошуванням форсунки. З абсорбера через гідрозатвір він перетікає в промзбірник 9, з якого насосом подасться на циркуляцію через форсунки нижньої секції абсорбера. У промзбірник автоматично підтримується постійний рівень відкачуванням надлишку розчину ДАФ з нагнітальної лінії циркуляційного насоса в перший по ходу розчину відстійник 2. Після відстою від домішок смоли і вугільних часток розчин ДАФ подається насосом в теплообмінники 3, а потім при 110-120 °С поступає на верхню тарілку регенератора 4. Смола періодично по графіку виводиться з поверхні відстійників в промзбірник 10, з якого у міру накопичення відкачується в механізованих освітлювачів відділення конденсації.
Пароаміачна суміш (ПАС) з регенератора, що містить 15-20% аміаку, ділиться на два рівні потоки; 50% ПАС проходить через конденсатори 11. Концентрована аміачна вода з конденсаторів стікає в промзбірник 12, з якого насосом подається на верхню тарілку десорбера 13 установок спалювання аміаку. Друга половина ПАС вводиться в середню частину міжтарільчастого простору десорбера 13. У куб десорбера подають "гостру" пару. Воду з десорбера з вмістом леткого аміаку 0,1—0,15 г/дм3 передають в збірник води після аміачної колони.
ПАС з десорбера поступає в пічь-реактор термічного руйнування і спалювання аміаку 14. У верхній частині печі-реактора розміщені пальники для спалювання коксового газу. Коксовий газ спалюється при змішуванні з повітрям і при температурі 1450 °С; продукти горіння у вихровому потоці поступають в зону подачі пароаміачної суміші. При нагріві останньої продуктами горіння коксового газу до температури 800-1000°С аміак в основному термічно руйнується - виходять азот і водень. Частка аміаку і водень при подачі повітря в зону нижче за введення ПАС спалюють при температурі на виході з печі 1150°С. Продукти горіння після реактора проходять через котел-утилізатор 15, охолоджуються до 140-160 °С і димовідсмоктувачем 16 подаються в димар 17.
У котлі-утилізаторі отримують перегріту пару середнього тиску (12-14 атм). Велика частка пари використовується в технології очищення газу від аміаку; невеликий надлишок передають на завод. У експлуатаційному режимі відділення очищення газу від аміаку працює без зовнішнього пароспоживання. Для умов планової або аварійної зупинки вузла знищення аміаку передбачена можливість конденсації всього об'єму пароаміачної суміші в конденсаторах 11 і передача концентрованої аміачної води в накопичувальний резервуар, розрахований на декілька діб роботи без установки спалювання. Для цих умов передбачено резервне постачання парою відділення очищення газу від мережі заводу. Резервні піч-реактор і котел-утилізатор проектом не передбачені. Відділення очищення газу зі знищенням аміаку працює в автоматичному режимі. Система АСУТП розроблена фахівцями заводу. Управління агрегатами очищення газу і знищення аміаку здійснюється з пульта двома операторами в зміну .
2 Фізико-хімічні основи виробництва
Отримання сульфату амонію засноване на поглинанні аміаку з коксового газу розчином сірчаної кислоти і протіканні реакції нейтралізації [4].
2NH3+H2SO4→(NH4)2SO4+q(2.1)
Процес нейтралізації сірчаної кислоти аміаком протікає в дві стадії:
-утворення кислої солі - бісульфату амонію
H2SO4+NH3→NH4HSO4; (2.2)
-перетворення кислої солі на середню у міру перенасичення розчину аміаком
NH4HSO4+NH3→(NH4)2SO4 (2.3)
Ці реакції протікають з виділенням тепла, кількість якого залежить від умов ведення процесу. При взаємодії чистого аміаку і насиченого розчину сульфату амонію що містить 7-8% вільної кислоти, тепловий ефект сумарної реакції складає при 47,5°С 815 кДж/кг сульфату амонію, а при 66,3°С 1855 кДж/кг При поглинанні аміаку з коксового газу тепловий ефект процесу значно менший оскільки частина аміаку знаходиться у вигляді летких з'єднань з сірководнем, вуглекислотою і іншими кислими газами, на розкладання яких витрачається тепло. Для практичних розрахунків можна приймати тепловий ефект сумарної реакції рівним 1180 кДж/кг сульфату амонію.