理工大产100万吨焦化厂硫铵工段设计

学 号：HEBEI POLYTECHNIC UNIVERSITY毕业设计说明书GRADUATE DESIGN设计题目：年产100万吨焦化厂硫铵工段设计学生姓名： 专业班级： 学 院：化工与生物技术学院指导教师： 教授 答辩日期： 2010年6月18日河北理工大学本科生毕业设计（论文）课题申请表(由指导教师填写)学院：化工与生物技术学院 2010年 3月1 日课题情况课题名称年产100万吨焦化厂硫铵工段设计教师姓名职称教授学位工学博士课题来源B.来自现场课题类别A.设计设计时间2010年3月1日至6月15日主要研究内容查阅焦炉煤气回收方面的资料、明确本课题的设计内容；确立工艺方案及工艺流程；物料衡算、热量衡算、设备工艺计算、设备选型；车间布置设计、提供非工艺设计条件；绘制带控制点的工艺流程图、饱和器设备装配图、车间平面布置图；撰写设计说明书。目标和要求通过硫铵工段的初步设计，确立正确的设计思想和观点，巩固加深所学的专业知识，掌握化工生产过程设计的基本程序和内容，加强计算、绘图、编辑设计文件、使用规范化手册等最基本的工作实际能力，培养独立解决工程技术问题的能力。特色工程能力综合训练 成果形式设计说明书、图纸成果价值工程建设参考依据系主任或专家审题意见负责人签章: 年 月 日学院审批意见院长签章: 年 月 日河北理工大学本科生毕业设计（论文）任务书学院化工与生物技术学院学生姓名专业班级题 目年产100万吨焦化厂硫铵工段设计主要研究目标通过硫铵工段的初步设计，确立正确的设计思想和观点，巩固加深所学的专业知识，掌握化工生产过程设计的基本程序和内容，加强计算、绘图、编辑设计文件、使用规范化手册等最基本的工作实际能力，培养独立解决工程技术问题的能力。主要研究内容查阅焦炉煤气回收方面的资料、明确本课题的设计内容；确立工艺方案及工艺流程；物料衡算、热量衡算、设备工艺计算、设备选型；车间布置设计、提供非工艺设计条件；绘制带控制点的工艺流程图、饱和器设备装配图、车间平面布置图；撰写设计说明书。研究方法设计主要资料来自实习收集现场的数据及设计参考资料。查阅煤化工工业，尤其是硫铵工段的相关资料，确定设计的总体思路，然后按照工程设计的程序和方法，进行工艺及主要设备比较及选择，工艺、设备计算等。最后用CAD绘制工艺流程图及车间的平面布置图。说明书（论文）及译文要求毕业设计应中心突出，内容充实，论据充分，论证有力，结构紧凑，层次分明，格式规范，文字流畅，结论正确。参考文献标注格式要符合国标。把所撰写的设计说明书缩写为2000字的摘要并译成外文。（执行我校毕业设计手册的要求）图纸要求采用计算机绘图，图纸需标注图号、图题，附于附录中，图纸要求图面整洁、比例适当，绘制正确、规范。主要参考文献1焦化设计参考资料，冶金工业出版社，19802肖瑞华.煤化学产品工艺学，化学工业出版社，2002起止 时 间自2010年3月01日至6月18日指导教师签字： 年 月 日系主任意 见 签字： 年 月 日院长意见签字： 年 月 日注：任务书的具体内容可依据各系要求进行修正。另，学生所做毕业设计（论文）工作的研究成果归河北理工大学所有，学生不能向第三方泄露有关成果内容和技术秘密。河北理工大学本科生毕业设计（论文）计划进程表（由学生填写）学院化工与生物技术学院姓 名合作者题 目年产130万吨焦化厂硫铵工段设计时 间工 作 内 容完 成 情 况第13周第45周第68周第9周第1011周第12周第1315周第16周第17周第18周查阅文献、熟悉所设计工段的工艺流程设备及相关理论知识，并撰写开题报告撰写综述，对所要设计的工段进行工艺和设备选择完成工艺计算（热量衡算和物料衡算）撰写中期报告完成设备尺寸的确定完成非工艺条件的选择完成图纸的绘制进行论文的整理，外文资料的翻译准备毕业答辩答辩本人完成部分说明书万字论文万字图纸张， 折合1号图共 张说明书摘要汉译英 共 千字其他指导教师签字： 年 月 日河北理工大学 本科生毕业设计（论文）成绩评分表之一 （指导教师用表）学院：化工与生物技术学院 班级： 学生姓名： 1评价内容具 体 要 求分值评 分啊A不B才C的D E调查论证能独立查阅文献和从事其他调研；能正确翻译外文资料；能提出并较好地论述课题的实施方案；有收集、加工各种信息及获取新知识的能力。10109876实验方案设计与实验技能能正确设计实验方案，独立进行实验工作，如装置安装、调试、操作。202018161412分析与解决问题的能力能运用所学知识和技能发现与解决实际问题；能正确处理实验数据；能对课题进行理论分析，得出有价值的结论。202018161412工作量、工作态度按期圆满完成规定的任务，工作量饱满，难度较大；工作努力，遵守纪律；工作作风严谨务实。202018161412论文（设计）质量综述简练完整，有见解；立论正确，论述充分，结论严谨合理；实验正确，分析处理科学；文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，书写工整规范，图表完备、整洁、正确；论文结果有应用价值。202018161412创 新工作中有创新意识； 对前人工作有改进或突破，或有独特见解。10109876总 分总分40%指导教师评语：指导教师签字： 年 月 日注：不同的专业对毕业设计（论文）有不同的侧重点，本表供参考，各专业可依据实际情况自行制定相应的指标体系，总分所占比例不变。河北理工大学 本科生毕业设计（论文）成绩评分表之二（评阅人用表）学院： 化工与生物技术学院 班级： 学生姓名： 1评价内容具 体 要 求分值评 分AABBCCDD E翻译资料综述材料查阅文献有一定广泛性；翻译外文资料质量较好；有综合归纳资料的能力和自己见解。1515131197论文（设计）质量综述简练完整，有见解；立论正确，论述充分，结论严谨合理；实验正确，分析处理科学；文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，书写工整规范，图表完备、整洁、正确；论文结果有应用价值。505045403530工作量、难度工作量饱满，难度较大。252523211917创 新对前人工作有改进或突破，或有独特见解。10109876总 分总分20%评阅人评语：评阅人签字： 年 月 日注：不同的专业对毕业设计（论文）有不同的侧重点，本表供参考，各专业可依据实际情况自行制定相应的指标体系，总分所占比例不变。河北理工大学 本科生毕业设计（论文）成绩评分表之三（答辩小组用表及总评表）学院：化工与生物技术学院 班级： 学生姓名： 评价内容具 体 要 求分值评 分ABCDE报告内容思路清晰；语言表达准确，概念清楚，论点正确；实验方法科学，分析归纳合理；结论严谨；论文结果有应用价值。505045403530创 新对前人工作有改进或突破，或有独特见解。10109876答 辩回答问题有理论根据，基本概念清楚。主要问题回答准确、有深度。303027242118报告时间符合要求10109876总 分总分40%答辩小组评语答辩小组组长签字：年 月 日答辩委员会意见 答辩委员会主任签章： 年 月 日指导教师成绩评阅人成绩答辩成绩毕业设计（论文）总成绩注：不同的专业对毕业设计（论文）有不同的侧重点，本表供参考，各专业可依据实际情况自行制定相应的指标体系，总分所占比例不变。摘 要在炼焦过程中,从煤气中回收氨具有双重意义：首先在于可将氨制成化肥，其次从净化煤气的观点出发，在回收粗笨之前将煤气中的氨脱除，可防止以氨为媒介的腐蚀性介质进入粗苯系统而造成设备的严重腐蚀。本论文主要介绍了煤化工发展史及我国煤化工发展前景，回收化学产品的意义，并对焦化厂回收氨生产硫铵工段进行了设计。本设计采用鼓泡式饱和器法生产硫铵工艺，直接吸收煤气中的氨，同时将初冷时生产的剩余氨水进行蒸馏，蒸出的氨也通入饱和器内与硫酸接触生成硫铵。本工艺主要设备：蒸氨塔，鼓泡式饱和器，煤气预热器，沸腾床干燥器，并对其进行了选型及工艺尺寸计算、物料与热量衡算，考虑本厂各方面的因素设计了非工艺条件。关键词: 煤化工；硫铵；氨回收工艺ABSTRACTIn the coking process, recycles the ammonia from the coal gas to have the double meaning: First lies in may make the ammonia the chemical fertilizer, next embarks from the purification coal gass viewpoint, before the recycling is clumsy coal gas in ammonia removing, may prevent take the ammonia to enter the crude benzene system as the medium corrosive medium to create equipments serious corrosion .The history of the development of coal chemical industry and the development prospects of our countrys coal chemical industry, the significance of recovering chemical products are introduced in this design. And the recovery of ammonia of the coking plant - the section that products ammonium sulfate is designed. The processes of bubble type saturator to product ammonium sulfate, and absorbs the ammonia in the coal gas are used in this design. At the same time, Surplus ammonia water which products at the beginning of the cold is distilled. The distillation of the ammonia also passes over in the saturator and contacts with the sulfuric acid then products ammonium sulfate. The main equipment of this process: Steams the ammonia tower, the bubble type saturator, the gas preheater, seethes with excitement the bed water extractor and so on. The shapes of the equipments are selected through the balance of material and the balance of thermal and calculate of the craft size. All aspects of the factors and combined with the reference are considered to choose the non-technological conditions. Finally the production of technological process, the assembly drawing of saturator, the arrangement chart of workshop are drawn out .And the specification of the design is written.Keywords: Coal Chemical Industry; ammonium sulfate process; bubble-umbrella-type saturator河北理工大学毕业设计说明书目录70目录引言11 综述21.1煤化工工业发展史21.2我国煤化工工业的发展状况与前景51.2.1 煤化工发展的未来技术及对策51.2.2引进先进技术,努力发展煤炭液化51.2.3加大投资力度,提高煤炭气化水平51.2.4深化企业改革,提高企业竞争能力51.2.5利用各种资源优势,推动焦化工业发展61.2.6开发新产品、新工艺,加快发展其他煤化工新技术62工艺流程的选择72.1 硫铵的性质72.2 硫铵生产的工艺原理72.2.1 硫铵生成的化学原理72.2.2 硫铵生成的结晶原理82.3 硫铵生产方法92.3.1 间接饱和器法生产硫铵的工艺92.3.2老式的饱和器法102.3.3 酸洗法制取硫铵112.3.4 喷淋式饱和器法制取硫铵122.4本设计工艺流程选择133设备选择154 工艺计算174.1氨水蒸馏塔174.1.1氨分凝器后成品氨汽组成及含氨浓度的确定184.1.2氨分凝器后回流液含氨浓度的确定194.1.3实际回流比及蒸氨塔顶氨汽含氨浓度的确定194.1.4蒸氨系统的物料平衡204.1.5蒸氨塔热平衡214.1.6蒸馏塔所需塔板数的计算224.1.7蒸氨塔直径的计算254.2氨汽分凝器274.2.1氨汽分凝器的物料平衡274.2.2氨汽分凝器的热平衡274.2.3氨汽分凝器传热面积的计算284.3饱和器324.3.1氨的平衡324.3.2硫铵产量及硫酸耗量334.3.3饱和器的水平衡334.3.4饱和器的物料平衡354.3.5饱和器温度制度的确定364.3.6饱和器热平衡374.3.7饱和器基本尺寸的计算414.4煤气预热器434.4.1预热器的热平衡434.4.2预热器的基本结构尺寸及煤气在管内流速444.4.3传热面积及管长的计算454.5沸腾床硫铵干燥器484.5.1沸腾床干燥器的物料平衡484.5.2沸腾床干燥器的热平衡494.5.3沸腾床最低流态化速度的计算514.5.4干燥器直径的确定534.5.5干燥器溢流高度的确定545 非工艺设计条件575.1土建设计条件575.1.1生产工艺流程图575.1.2车间平、立面图575.1.3设备一览表575.1.4车间人员一览表595.2供电照明设计条件595.2.1供电595.2.1.1生产特点、用电要求595.2.1.2用电设备平立面布置图59用电设备平面布置图见附录六。595.2.1.3设备用电一览表59设备用电一览表见表1211。595.2.2照明605.2.2.1照明位置、地段605.2.2.2避雷要求605.3仪表控制设计条件605.3.1控制方式605.3.2车间平立面布置605.3.3控制条件605.4采暖通风设计条件605.4.1采暖方式605.4.2采暖条件605.4.3通风方式605.5供汽设计条件615.5.1供汽方式615.5.2供汽条件615.6给排水设计条件625.7分析化验设计条件626结论63参考文献64致 谢65河北理工大学毕业设计说明书引言引言在炼焦过程中，粗煤气中氨含量为811g/m3,由于氨对设备有很强的腐蚀性,并且煤气中的氨在燃烧时会生成有毒有腐蚀性的氮氧化物,大量的氨进入洗油中还会使油和水形成稳定的乳化液妨碍油水分离,为此煤气中的氨必须进行脱除。一般出厂煤气中的氨含量规定在0.03g/m3以下。同时,回收氨可用于制取化肥,有利于农业发展。本设计综述了煤化工发展简史和氨回收工段在焦化厂的作用，以及氨回收工艺流程，焦炉煤气中所含的氨可用于制取硫铵、无水氨或浓氨水本设计采用饱和器法回收煤气中的氨。结合实际情况和参考资料确定采用鼓泡式饱和器法制取硫铵流程，并对主要设备氨水蒸馏塔、饱和器、煤气预热器、沸腾床干燥器进行了选型。进行了非工艺条件包括土建、供电照明、仪表控制、采暖通风设计、供汽、给排水等的设计。设计结果对焦化厂的氨回收工段的设计具有一定的参考价值。由于知识的欠缺和资料有限，设计中尚有许多错误和不足之处，希望老师批评指正。河北理工大学毕业设计说明书1 综述1.1煤化工工业发展史世界已进入能源和化工原料多元化的时代,不同国家或地区都根据资源和经济发展的需求选择现实、可行的煤加工技术。煤的洁净化已经成为21 世纪解决环境问题的主导技术,是煤化工发展的主要,它是以煤炭洗选为源头,以煤炭气化为先导,以煤炭高效、洁净燃烧与发电为核心,以煤炭转化和污染控制为重要内容的技术体系。其基本框架:煤炭加工(选煤、型煤、水煤浆等) ;煤炭燃烧(流态化燃烧、高效低污染粉煤燃烧、燃煤联合循环发电等) ;煤炭转化(气化、液化、燃料电池等) ;污染排放控制与废弃物管理(烟气净化、粉煤灰综合利用、煤矿区污染控制,如煤矸石、煤层气、矿井水和煤泥水的治理) 。实质是在煤加工的各个环境减少污染和提高效率。1986 年美国率先推出“洁净煤技术示范计划(CCTP) ”,1994 年已经完成13 项商业性示范项目;接着,欧共体推出“未来能源计划”;日本开始“新阳光计划”,都把发展洁净煤技术作为主要的内容。我国政府和有关部门也积极研究对策,制定出了中国发展洁净煤技术的关键,并作为攻关项目在一些国1。在上述大的环境背景下,考虑到与石油和天然气化工的激烈竞争,煤化工在各成熟单项技术的支撑下,必须以发挥资源优势为基础,以优化能源结构,特别是以优化终端能源结构为方向,通过洁净、高效的途径,为国民经济发展和社会进步提供优质能源保障,其未来发展具有以下特征2。全世界钢材耗量预计将从2000 年的71225 亿t增加到2005 年的71955 亿t 。而西方工业发达国家铁水产量将有所降低,焦炭将大量依赖进口。例如,西欧12 国铁水产量1974 年12 700 万t ,1996 年降低到9 200 万t ,预计2005 年铁水产量仍将维持9 000万t 的水平。美国、加拿大和墨西哥等北美3 国90年代中期,铁水产量约6 800 万t ,预计到2010 年,铁水总产量将下降10 %左右,预计焦炭缺口在200500 万t/ a 。因此,受国际钢铁发展趋势的影响,我国传统的焦化产业仍将得到快速发展3煤作为化学工业的原料加以利用并逐步形成工业体系，是在近代工业革命之后。煤中有机质的基本结构单元，是以芳香族稠环为核心，周围连有杂环及各种官能团的大分子。这种特定的分子结构使它在隔绝空气的条件下，通过热加工和催化加工，能获得固体产品，如焦炭或半焦。同时，还可得到大量的煤气(包括合成气)，以及具有经济价值的化学品和液体燃料。一、初创时期。主要为冶金用焦和煤气的生产。18世纪中叶由于工业革命的进展，英国对炼铁用焦炭的需要量大幅度增加，炼焦炉应运而生。1763年发展了将煤用于炼焦的蜂窝式炼焦炉。18世纪末，煤用于生产民用煤气。1792年，苏格兰A-W默多克用铁甑干馏烟煤，并将所得煤气用于家庭照明。1812年，这种干馏煤气首先用于伦敦街道照明，随后世界一些主要城市也相继采用。1816年，美国巴尔的摩市建立了煤干馏工厂生产煤气。从此，铁甑干馏煤的工业就逐步得到发展。1840年，法国用焦炭制取发生炉煤气，用于炼铁。1875年，美国生产增热水煤气用作城市煤气。18501860年，法国及欧洲其他国家相继建立了炼焦厂。这时的炼焦炉已开始采用由耐火材料砌成的长方形双侧加热的干馏室，这种炉就是现代炼焦炉的雏形。焦炭虽是炼焦的主要目的产物。炼焦化学品的回收，也引起人们的重视。19世纪70年代德国成功地建成了有化学品回收装置的焦炉，由煤焦油中提取了大量的芳烃，作为医药、农药、染料等工业的原料。第一次世界大战期间，钢铁工业高速发展。同时作为炸药原料的氨、苯及甲苯也很急需，这促使炼焦工业进一步发展，并形成炼焦副产化学品的回收和利用工业。1925年，中国在石家庄建成了第一座焦化厂。满足了汉冶萍炼铁厂对焦炭的需要。19201930年间，煤低温干馏的研究得到重视并较快发展，所得半焦可作民用无烟燃料。低温干馏焦油则进一步加工成液体燃料。二、全面发展时期。第二次世界大战前夕及大战期间，煤化工取得了全面而迅速的发展。纳粹德国为了发动和维持战争，大规模开展由煤制取液体燃料的研究工作，加速发展液体燃料的工业生产。1923年发明的由一氧化碳加氢合成液体燃料的费托合成法，1933年开始工业生产，1938年产量已达590kt。1931年，F-柏吉斯由于成功地将煤直接液化制取液体燃料，而获得诺贝尔化学奖金。这种由煤高压加氢液化制取液体燃料的方法，1939年已达到1.10Mt的年生产能力。在此期间，德国还建立了大型的低温干馏工厂。以褐煤为主加入少量烟煤的压型煤砖作为原料，开发了克虏伯鲁奇外热式干馏炉及鲁奇斯皮尔盖斯内热式干馏炉。所得半焦用于造气，经费托合成制取液体燃料；低温干馏焦油经简单处理后作海军船用燃料，或经高压加氢制取汽油和柴油。1944年低温干馏焦油年生产能力已达到945kt。第二次世界大战末期，德国用加氢液化方法由煤及煤焦油年生产的液体燃料达4Mt，由煤生产液体燃料总量已达每年4.8Mt。与此同时，工业上还从煤焦油中提取各种芳烃及杂环有机产品，作为染料、炸药等的原料。此外，由煤直接化学加工制取磺化煤、腐植酸和褐煤蜡的小型工业，及以煤为原料制取碳化钙进而生产乙炔从而以乙炔为原料的化学工业也获得发展。三、萧条时期。第二次世界大战后，由于大量廉价石油和天然气的开采，除炼焦工业随钢铁工业的发展而不断发展外，工业上大规模由煤制取液体燃料的生产暂时中止，不少工业化国家用天然气代替了民用煤气。以石油和天然气为原料的石油化工飞速发展，致使以煤为基础的乙炔化学工业的地位大大降低。值得一提的是，南非由于其所处的特殊地理和政治环境以及资源条件，以煤为原料合成液体燃料的工业一直在发展。1955年SASOLI费托合成法工业装置建成。1977年，又开发了大型流化床反应器。并先后开发SASOLII、SASOL，1982年相继建成两座规模为年产1 6Mt/a的人造石油生产工厂。四、技术开发时期。1973年中东战争以及随之而来的石油大幅度涨价，使由煤生产液体燃料及化学品的方法又重新受到重视。欧美等国对此又进行了开发研究工作，并取得了进展。如在煤直接液化的方法中发展了氢煤法、供氧溶剂法(EDS)和溶剂精炼煤法(SRC)等；在煤间接液化法中发展了SASOL法，将煤气化制得合成气，再经合成制取发动机燃料；亦可将合成甲醇再转化生产优质汽油，或直接作为燃料甲醇使用。由于石油的消耗量大，而煤的资源极为丰富，煤化工将得到进一步的发展。80年代后期，煤化工有了新的突破，成功的制成醋酐：煤气化制合成气，再合成醋酸甲酯，进一步羰化反应得醋酐。它是由煤制取化学品的一个最成功的范例，从化学和能源利用来看其效率都是很高的，并有经济效益。目前，我国每年所产煤炭用于火力发电2.2亿吨，工业锅炉3亿吨，铁路运输2400万吨，民用2亿吨，炼焦化学工业年用煤7100万吨，生产冶金焦炭4000万吨，化学肥料工业年用煤3000万吨，占化肥总产量的64%，以煤为原料生产的甲醇，占总产量的70%，以电石为原料生产的氯乙烯占80%以上，萘、蒽等产品则全部来自炼焦化学工业。煤化学在我国化学工业中占有十分重要的地位。为了有效、经济和合理的利用煤，中国需要发展煤转化技术，实现煤综合利用。1.2我国煤化工工业的发展状况与前景1.2.1 煤化工发展的未来技术及对策我国在今后相当长一段时间内,能源仍是发展的重点,煤炭综合加工与利用仍然占有重要的地位。冶金、电力、化工、城市建设的结构调整也将取决于煤化工的发展。因此,煤化工的发展机遇与面临的挑战同样摆在我们面前。1.2.2引进先进技术,努力发展煤炭液化石油资源匮乏已成为我国能源发展的一个严峻现实,依据煤质和其他综合条件,发展煤直接液化和间接液化,已成为国内煤炭企业和产煤地区关注的热点。认真研究煤炭液化的技术发展规划和未来产业格局,积极引进先进技术,配套、完善、提高产业化整体技术和装备,开发具有自主知识产权的工艺和关键装备;完善商业化工厂建设的投融资机制,拓宽国内外投融资渠道;建立国家级煤炭液化科研和工程技术开发基地,大力培育专业队伍等都是今后一段时间需要解决的问题。我国煤炭液化产业化发展有望在2005 年完成以引进技术为主的12 个商业化示范,2010 年基本完成自主开发技术工程化应用示范,2010 年后逐步形成煤炭高技术转化新型产业。1.2.3加大投资力度,提高煤炭气化水平开发先进煤气化技术对发展煤化工有重要意义。目前,国家有关部门正在开发具有自主知识产权的煤气化技术,如多喷嘴水煤浆气化、干煤粉气流床气化等,国内引进技术的项目也在进行。煤炭企业发展煤气化技术需要在总结国内外先进技术的基础上,加大投资和人才培养力度,结合煤种、煤质特点,大力开发或采用适宜的工艺和炉型,多行业联合,提高煤炭气化开发综合能力。1.2.4深化企业改革,提高企业竞争能力随着我国加入WTO 和全球经济一体化,传统计划时期中小规模煤化工企业的生产经营与发展难于在市场适应竞争。因此,要及时转换观念,深化企业改革,利用资本营运措施,通过兼并、收购,组建若干个大型煤化工企业集团,发挥规模经济效益;通过改制,使国有资本部分或整体退出,实行投资主体多元化,股份多元化,用工新型化,建立现代企业制度;同时,要大力发展民营企业,使我国煤化工企业实现机制创新,活力增强,提高煤化工企业的国际国内市场竞争力。1.2.5利用各种资源优势,推动焦化工业发展发达国家炼焦工业的萎缩以及国内淘汰落后炼焦工艺都为焦化发展提供了良好的机会,低硫、低灰的优质焦炭在国内外市场均有很大的发展空间,预计到2005 年我国机焦产量缺口将为2 000 万t/ a ,另外随着高炉喷吹冶炼的普及,对焦炭质量提出更高的要求。另一方面,全国优质炼焦煤短缺的矛盾更加突出。因此,充分利用煤炭资源,优化生产组合,提高产品质量,降低对环境的压力是当前焦化工作的重点。对拥有优质炼焦煤资源的企业或产煤地区,如山西、云南、黑龙江及陕西等省或安徽、山东等部分地区,可发展较大规模、生产优质或特色冶金焦、铸造焦;内地省或大型钢铁企业也可根据钢铁工业的发展或利用企业自有资金,抓住当前有利机遇,通过各种融资,保证优质焦炭原燃料的供应,发展企业多元化,进行有效的资本营运,控股、参股焦化生产企业,高起点、高水平地推动焦化工业的发展。1.2.6开发新产品、新工艺,加快发展其他煤化工新技术目前,国内发展煤气化合成化工产品或替代液体燃料的势头很旺,如合成甲醇或进一步加工下游产品醋酸、醋酐等,一步合成二甲醚技术。煤炭企业发展煤气化合成具有原料煤价格较低、有实施大规模工业化的实力等优势,但同时也需要充分注重国内外市场需求容量、产品应用的社会投入、单元技术的工业化成熟度以及与石油、天然气化工的竞争能力等因素,应把产品目标尽量立足于国内市场短缺、替代进口上。多联产是一项集多种能源产品和化工产品生产、多个单元工程组合、技术经济环境优化的煤化工- 能源系统,具有灵活多样的系统组合方式,作为一种关系未来发展的概念系统,需要作进一步研究和做好单元技术开发工作。发展多联产系统,原料方面可考虑将煤、煤层气、伴生矿物加工相结合,工艺方面将煤化工、发电、建材、冶金等相结合,产品方面应形成化学品、液体燃料、电力、热力、煤气、建筑材料和金属材料等关联生产,达到资源、能源的充分利用和循环生产以及环境最优化、经济效益最大化的目标。2工艺流程的选择2.1 硫铵的性质硫酸铵（硫铵）ammonium sulfate分子式：(NH4)2SO4。性质：纯品为无色斜方晶体，易溶于水，密度1.769g/cm3。加热时分解失去氨，成为酸式盐。513时完全分解为氨和硫酸。工业品为白色或浅灰黄色颗粒，易溶于水，不溶于乙醇、丙酮、氨，易潮解。工业上采用氨与硫酸直接进行中和反应而得，目前用得不多，主要利用工业生产中副产物或排放的废气用硫酸或氨水吸收(如硫酸吸收焦炉气中的氨，氨水吸收冶炼厂烟气中二氧化硫，卡普纶生产中的氨或硫酸法钛白粉生产中的硫酸废液)。也有采用石膏法制硫铵的(以天然石膏或磷石膏、氨、二氧化碳为原料)。长期以来，主要用作肥料，适用于各种土壤和作物，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后，加入除砷剂和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。用作食品添加剂，作面团调节剂、酵母养料。2.2 硫铵生产的工艺原理2.2.1 硫铵生成的化学原理硫酸吸收煤气中的氨得到硫铵，其化学反应式为：2NH3+H2SO4 (NH4)2SO4 (1)氨和硫酸的反应为放热过程，当用硫酸吸收焦炉煤气中的氨时，实际热效应与硫铵母液的酸度和温度有关。用适量硫酸与氨反应，可生成中式盐。如果硫酸过量，则生成酸式盐，其化学反应式为：NH3+H2SO4NH4HSO4 (2)随着溶液中氨饱和程度的提高，酸式盐又转变为中式盐，其化学反应式为:NH4HSO4+NH3(NH4)2SO4 (3)溶液中酸式盐和中式盐的比例取决于溶液中游离酸的浓度。当酸度仅为1% 2%时，主要生成中式盐；当酸度提高时，酸式盐的含量也相应提高。由于酸式盐易溶于水和稀硫酸中，故在酸度不大时，从饱和溶液中析出的只有硫酸铵晶体。由硫酸铵和硫酸氢铵在不同含量的硫酸溶液(60)内的溶解度比较可知，在酸度小于19%时，析出的固体结晶为硫酸铵；当酸度大于19%而小于34%时，则析出的是硫酸铵和硫酸氢铵两种盐的混合物；当酸度大于34%时，得到的固体结晶全为硫酸氢铵3-5。2.2.2 硫铵生成的结晶原理在饱和器内硫酸铵形成晶体需要经两个阶段：第一个阶段是在母液中细小的结晶中心晶核的形成；第二阶段是晶核（或小晶体）的长大。通常晶核的形成和长大是同时进行的。在一定的结晶条件下，若晶核形成速率大于晶体成长速率，当达到固液平衡时，得到的硫酸铵晶体粒度较小；反之，则可以得到大颗粒结晶体。显然，如能控制这两种速率，便可控制产品硫酸铵的粒度。溶液的过饱和度既是硫酸铵分子由液相向结晶表面扩散的推动力，也是硫酸铵晶核生成的推动力。当溶液的过饱和度低时，这两个过程都进行的很慢，晶核生成的速率相对更慢一些，故可得到大颗粒硫酸铵。当过饱和度过大时，这两个过程进行的较快，硫酸铵晶核生成的速率要更快一些，因而得到的是小颗粒的硫酸铵。因此为了制得大颗粒的硫酸铵，必须控制溶液的过饱和度在一定的范围内，并且要控制足够长的结晶时间使晶体长大。图1 是晶核在溶液中自发形成与溶液温度、浓度之间的关系。由图1可见，AB溶解度曲线与CD超溶解度曲线大致平行。在AB曲线的右下侧，因溶液未达到饱和，在此区域内不会有硫酸铵晶核形成，称之为稳定区或不饱和区。AB与CD间区域称为介稳区，在此区域内，晶核不能自发形成。在CD曲线的左上侧为不稳区，在此区域内能自发形成大量晶核。在饱和器内，母液温度可以认为是不变的。如母液原浓度为E，由于连续进行的中和反应，母液中硫酸铵分子不断增多，其浓度逐渐增至F，硫酸铵达到饱和。此时理论上可以形成结晶，但实际上还缺乏必要的过饱和度而无晶核形成。当母液浓度提高到介稳区时，溶液虽然已处于过饱和状态，但在无晶种的情况下，仍形不成晶核。只有当母液浓度提高到G点后才能形成大量晶核，母液浓度也随之降至饱和点F。在上述过程中，晶核的生长速率远比其成长速率大，因而所得晶体很小。在饱和器刚开工生产和在大加酸后易出现这种情况。实际生产中，母液中总有细小结晶和微量杂质存在，即存在着晶种，此时晶核形成所需的过饱和度远较无晶核时为低，因此在介稳区内，主要是晶核在长大，同时亦有新晶核形成。因此，为生产粒度较大的硫酸铵结晶，必须控制适宜的过饱和度使母液处于介稳区。硫酸铵晶体长大的过程属于硫酸铵分子由液相向固相扩散的过程，其长大的推动力由溶液的过饱和度决定，扩散阻力主要是晶体表面上的液膜阻力。故增大溶液的过饱和度和减少扩散阻力，均有利于晶体的长大。但考虑到过饱和度高会促使晶核形成速率过大，所以溶液的过饱和度必须控制在较小的（介稳区）范围内6。图1 是晶核在溶液中自发形成与溶液温度、浓度之间的关系2.3 硫铵生产方法2.3.1 间接饱和器法生产硫铵的工艺此法是与A1S流程相结合的工艺,但类似于半直接法饱和器。用洗涤液蒸出的气体生产硫铵,故称间接法。该法操作温度高(100左右)用热空气进行母液搅拌,不设结晶泵,用热空气提料。由于是用氨气生产硫铵,操作温度高,而饱和器尺寸又不比半直接法小,所以材质要求高(德国牌号114465),投资大。该法回收氨是经过洗氨蒸氨硫铵,流程长,能耗大。图图2 间接饱和器法生产硫铵工艺2.3.2老式的饱和器法老式的饱和器法也称半直接饱和器法生产硫铵,一些老的焦化厂多采用此种工艺。其工艺特点是,由上个工段来的煤气经煤气预热器至饱和器的中央导管,经分配伞穿过母液层鼓泡而出。煤气中的氨被循环的硫酸及其母液吸收而成硫铵。脱氨后的煤气经除酸器分离夹带的酸雾后进入下一工段,沉积于饱和器底的硫铵结晶用结晶泵抽至结晶槽,经离心分离干燥后得到成品硫铵。这种饱和器既是吸收设备,又是结晶设备,吸收与结晶都在饱和器内,不能分别控制,因此不能得到大颗粒的结晶。煤气要经过分配伞从母液层鼓泡而出,因此煤气系统阻力大,使得煤气鼓风机要提供较大的压头。图3 饱和器法硫铵生产工艺流程1煤气预热器；2饱和器；3除酸器 ；4结晶槽；5离心机；6螺旋输送机；7沸腾干燥器；8送风机；9热风机；10旋风分离器；11排风机；12满流槽；13结晶泵；14循环泵；15母液贮槽；16硫铵贮斗；17母液泵；18细粒硫铵贮斗；19硫铵包装机；20带运机；21硫酸高位槽2.3.3 酸洗法制取硫铵酸洗法硫铵法即无饱和器法生产硫铵,它分为氨的吸收蒸发结晶和分离干燥。氨的吸收过程主要是在酸洗塔中进行。酸洗塔为两段喷塔,下段用酸度为215 %的母液喷洒,上段用酸度为3 %的母液喷洒。出酸洗塔的煤气经除酸器后进入下一个工段。从酸洗塔来的不饱和硫铵母液送至结晶槽,在此进行蒸发、浓缩、结晶,使硫铵母液达到饱和或过饱和,并使结晶颗粒长大。含有小颗粒的硫铵结晶母液上升至结晶槽顶部,通过母液循环泵经过母液加热器后进入蒸发器,依靠真空蒸发而浓缩母液,浓缩后的母液再流至结晶槽。通过母液的循环浓缩,使硫铵结晶颗粒不断长大。长大的硫铵结晶沉积在结晶槽底部,用结晶泵抽至供料槽,经离心分离,干燥得成品硫铵。酸洗法的特点: 吸收和结晶在不同设备中进行。操作条件可以分别控制, 能够得到大颗粒的硫铵结晶, 且提高了硫铵的质量。酸洗塔是空喷塔,煤气系统阻力小, 但酸洗法工艺流程长, 占地多,投资大。图4 酸洗法硫铵生产工艺流程1酸洗塔；2结晶槽；3循环泵；4母液加热器；5蒸发器；6母液循环槽；7除酸器；8一段母液循环泵；9二段母液循环泵；10供结晶母液泵；11结晶母液泵；12 满流槽；13 满流槽母液泵；14供料槽；15离心机；16结晶干燥器；17热风炉；18冷凝器；19蒸汽喷射器；20酸焦油分离2.3.4 喷淋式饱和器法制取硫铵喷淋式饱和器分为上段和下段，上段为吸收室，下段为结晶室。由脱硫工序来的煤气经煤气预热器预热至6070或更高温度，目的是为了保持饱和器水平衡。煤气预热后，进入喷淋式饱和器的上段，分成两股沿饱和器水平方向沿环形室做环形流动，每股煤气均经过数个喷头用含游离酸量3.5%4%的循环母液喷洒，以吸收煤气中的氨，然后两股煤气汇成一股进入饱和器的后室，用来自小母液循环泵（也称二次喷洒泵）的母液进行二次喷洒，以进一步除去煤气中的氨。煤气再以切线方向进入饱和器内的除酸器，除去煤气中夹带的酸雾液滴，从上部中心出口管离开饱和器再经捕雾器捕集下煤气中的微量酸雾后到终冷洗苯工段。喷淋式饱和器后煤气含氨一般小于0.05g/m3。饱和器的上段和下段以降液管联通。喷洒吸收氨后的母液从降液管流到结晶室的底部，在此结晶核被饱和母液推动向上运动，不断地搅拌母液，使硫酸铵晶核长大，并引起颗粒分级。用结晶泵将其底部的浆液送至结晶槽，含有小颗粒的母液上升至结晶室的上部，母液循环泵从结晶室上部将母液抽出，送往饱和器上段两组喷洒箱内进行循环喷洒，使母液在上段与下段之间不断循环。饱和器的上段设满流管，保持液面并封住煤气，使煤气不能进入下段。满流管插入满流槽中也封住煤气，使煤气不能外逸。饱和器满流口溢出的母液流入漫流槽内的液封槽，再溢流到满流槽，然后用小母液泵送至饱和器的后室喷洒。冲洗和加酸时，母液经满流槽至母液储槽，再用小母液泵送至饱和器。此外，母液储槽还可供饱和器检修时储存母液之用。为了保证循环母液一定的酸度，连续从母液循环泵入口管或满流管处加入质量分数为90%93%的浓硫酸，维持正常母液酸度。图5 喷淋式饱和器法生产硫酸铵工艺流1硫酸高位槽；2结晶槽；3温水槽；4离心机；5喷淋式饱和器；6煤气预热器；7满流槽；8母液循环泵；9结晶泵；10小母液循环泵；11母液泵；12回流槽； 2.4本设计工艺流程选择鼓泡式饱和器法生产硫铵工艺：由上个工段来的煤气经煤气预热器至饱和器的中央导管，经分配伞穿过母液层鼓泡而出。煤气中的氨被循环的硫酸及其母液吸收而成硫铵。脱氨后的煤气经除酸器分离夹带的酸雾后进入下一工段，沉积于饱和器底的硫铵结晶用结晶泵抽至结晶槽，经离心分离干燥后得到成品硫铵。具有流程短、结构简单、工艺成熟、投资较少、原料易购、产品易储、销路较广等特点，因此在全国大、中型焦化厂被广泛采用。但是在这种工艺中饱和器既是吸收设备，又是结晶设备，吸收与结晶都在饱和器内，不能分别控制，因此不能得到大颗粒的结晶。煤气要经过分配伞从母液层鼓泡而出，因此煤气系统阻力大，使得煤气鼓风机要提供较大的压头，硫铵的质量也差。这些都是今后需要改进的地方。喷淋式饱和器生产硫铵工艺：具有煤气系统阻力小、结晶颗粒较大、硫铵质量好、工艺流程短、易操作、设备使用寿命长等特点。国内有多家自行设计制造的此种饱和器投入使用。尽管喷淋式饱和器硫铵生产工艺有其许多优点，但是它仍然存在缺陷和不足，如吸收、结晶仍未完全分离，结晶过程无法单独控制，硫铵颗粒仍然较小，设备选材要求较高；喷淋装置密封垫松动，母液的弧形分配箱漏液，喷淋室局部挂料严重，喷淋室到内室煤气切线入口被硫铵堵塞，导致饱和器阻力增大；硫铵出料时，离心机滤出的分离液无法排出，分离液经螺旋输送机进入流化床干燥机，堵塞筛网，干燥机内风量不均匀，局部风量过大，导致硫铵飞料。酸洗法硫铵生产工艺: 吸收和结晶在不同设备中进行。操作条件可以分别控制， 能够得到大颗粒的硫铵结晶，且提高了硫铵的质量。煤气系统阻力小，但酸洗法工艺流程长，占地多，投资大。间接饱和器法生产硫铵工艺：由于是用氨汽来生产硫铵，操作温度高，而饱和器尺寸又不比半直接法小，所以材质要求高，投资大。该法回收氨是经过洗氨蒸氨硫铵，流程长，能耗大。如果仅从生产硫铵的角度来讲，用此方法生产硫铵值得进一步探讨。但从实际生产角度来讲，仍需进一步改进。12基于这几种工艺的比较，确定本设计采用鼓泡式饱和器法生产硫酸铵流程。鼓泡式饱和器已在国内许多焦化厂、煤气厂应用多年，流程短、结构简单、工艺成熟、投资较少。3设备选择本设计的主要设备有氨水蒸馏塔、鼓泡式饱和器、煤气预热器和沸腾干燥器。1.蒸氨塔蒸氨塔是用蒸汽将富氨水中的氨气提出来的设备，分为泡罩蒸氨塔和栅板蒸氨塔两种。泡罩蒸氨塔主要由塔体和塔盘组成。塔盘包括泡罩(圆形或条形)、溢流堰板、降液管和塔板。塔板间距一般为350600mm。原料氨水从塔顶进入，沿降液管逐层下降，被经升汽管上升的水蒸气逐层蒸馏，蒸出游离氨。含氨蒸气经分缩器排出。栅板蒸氨塔主要由塔体和塔板组成。塔板上开有条形栅缝，无降液管，故称穿流式栅板塔，又称淋降板塔。栅缝开孔率取1525%，栅板层数通常为32层；板间距为300350mm。栅板和塔壳用铸铁制造。泡罩塔气液两相接触密切，泡罩塔板上滤层较高，两相接触时间较长，分离效果较好。但由于气体通过泡罩的路线曲折及液层较高，导致压降及雾沫夹带增高等缺点。同时，由于泡罩塔塔板上液面梯度较大，气相分布不均，影响传质效率，这也是泡罩结构所造成的。栅板塔是一种结构简单的板式塔，它没有降液管，气液两相同时逆流通过塔板上的开孔，塔板有穿流浮阀塔板、双孔径穿流塔板、升举穿流塔板、非均匀开孔穿流筛板等多种形式，其特点是生产能力大、阻力小、投资少，节约金属材料，安装、检修简便，耐污垢。泡罩塔与栅板塔相比，具有节气的特点。其塔顶溢出的氨气量要少于栅板塔顶氨气量，即使氨气经加热器加热至135140。因此本设计采用泡罩式蒸氨塔，塔板间距一般为350600mm。2. 饱和器饱和器是饱和器法制取硫铵的主体设备。设计所选工艺为鼓泡式饱和器法生产硫酸铵流程，因此选用鼓泡式饱和器。鼓泡式饱和器有内带除酸器的、中央带机械搅拌的等形式。常用的外部除酸式饱和器是用钢板焊制成的具有顶盖和锥底的圆筒形设备，材质最好采用耐酸不锈钢，否则内壁需衬以防酸层。防酸层可用石油沥青、油毡纸、耐酸瓷砖等按要求砌衬。饱和器顶盖内表面及中央煤气管外表面及下段内表面，由于经常接触酸雾和酸液，均需焊铅板衬层。上述衬铅部位也可采用环氧玻璃钢衬层。在中央煤气管道下端安装有煤气分配伞（习惯称煤气泡沸伞）。沿分配伞周围，焊有28个弯有一定弧度的导向叶片，构成28个弧形通道，使煤气均匀分布并呈泡沸状穿过母液，同时增大了气液接触面积。导向叶片有左旋和右旋两种导流形式，应根据使回流母液在饱和期内有较长的流动路线来选用。泡沸伞可用硬铅浇铸，也可用镍、铬、钛不锈钢焊制，用石棉酚醛树脂或酚醛玻璃钢制作较经济。3.煤气预热器预热器采用间接蒸汽把煤气加热到6070或更高的温度，从而使煤气进入鼓泡式饱和器时蒸发饱和器内多余的水分，保持饱和器内的水平衡。常用的煤气预热器常用单程列管式换热器，煤气走管内，管外通蒸汽。煤气预热器有立式和卧式两种安装方式。立式需设置焦油排除设施，卧式不便于安装和检修且管内易积存焦油，影响传质效率。按计算定额，每1000m3/h煤气需加热面积3m2，所消耗蒸汽量14kg。煤气经过预热器阻力一般为294490Pa。本设计选择立式列管换热器。4. 沸腾干燥器沸腾干燥器的作用是将离心机出来的含水量约为2%硫酸铵水分降至0.2%以下，以防结块，给包装和施肥带来困难。沸腾干燥器是利用流态化技术使气固两相呈浓相密切接触，以增大热风与硫铵的接触面积，是一种传热传质效率较高的干燥设备。沸腾床干燥器为圆筒形，上部为扩大部分。器内有带孔的气体分布板，其上部装有六角形风帽，在风帽之间铺着一层与风帽同高直径为20mm的石英块，风帽数量因设备大小而定，要保证热风能均匀喷出并使硫酸铵颗粒达到良好沸腾状态。对处理能力为3t/h硫酸铵的沸腾床干燥器，前室装39个风帽，后室装228个风帽，每个风帽上钻有6个直径为6mm的孔眼。沸腾床干燥器具有体积小、干燥速度快、生产能力大、溶剂干燥能力大，操作简单等优点，得到广泛应用。因此，本设计采用沸腾干燥器。4