CN101531382B

CN101531382B - 大颗粒硫铵生产工艺及结晶装置

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Publication number: CN101531382B
Application number: CN2008101546366A
Authority: CN
Inventors: 卫宏远
Original assignee: 卫宏远
Current assignee: Tianjin Tianda United Engineering & Technology Co., Ltd.
Priority date: 2008-12-29
Filing date: 2008-12-29
Publication date: 2011-07-20
Anticipated expiration: 2028-12-29
Also published as: CN101531382A

Abstract

本发明涉及大颗粒硫铵生产工艺及结晶装置。从酸洗单元过来的30％～50％的不饱和硫铵溶液进入结晶器后，进行真空蒸发，操作温度为40℃～70℃，将水分蒸发得到硫铵晶体；结晶过程中硫铵母液在外循环通道中进行换热并消除过量细晶，利用部分结晶器中蒸发出来的低压蒸汽来对进入外循环通道的循环母液进行加热，能耗降低20％～40％。结晶装置采用优化的导流结晶器(DTB)，搅拌器从结晶器底部垂直伸入到导流筒中。本发明有效地控制了硫铵母液在结晶器内部的过饱和程度，因而可以获取大颗粒的硫铵结晶，提高了硫铵质量。结晶器内不易结晶疤，其结构合理，生产能力大，并能保证生产粒度范围较窄的结晶产品，可满足用户对产品结晶不同粒度的要求。

Description

大颗粒硫铵生产工艺及结晶装置

技术领域

本发明涉及一种用DTB结晶器连续生产洁净、大颗粒硫铵的方法，特别涉及焦炉煤气净化工程中酸洗法生产大颗粒硫铵生产工艺及结晶装置。

技术背景

焦炉煤气中含有8-16g/m³氨，还含有少量HCN。控制煤气中氨的排放量，对减少环境污染，保护生态平衡具有重要的意义。硫酸铵，又称硫铵，肥田粉，它可以作底肥，也可作追肥、种肥，还可用于生产复混肥，是一种重要的农业肥料。因此，采用焦炉气中的氨来生产硫酸铵实现了氨的综合利用，具有较好的经济效益，是煤化工行业资源综合利用的一个重要研究领域。

目前，国内大部分焦化厂采用半直接饱和器法生产硫酸铵的工艺，用来脱除并回收煤气中的氨。生产过程中，饱和器的运转周期较长，工艺中存在硫酸铵产品的颗粒不均匀，产品易于吸附有机杂质引起质量下降的问题，在硫铵做化肥使用时，这些有机杂质将造成土地污染。同时，饱和器的腐蚀现象严重。

酸洗法硫铵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2.5％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人下一个工段。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。长大的硫铵结晶沉积在结晶槽底部，用晶浆泵抽至供料槽，经离心分离，干燥得成品硫铵。

酸洗法的特点：酸洗塔是空喷塔，煤气系统阻力小；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。但酸洗法工艺技术目前全部依靠进口，投资大，并且结晶器采用了大流量的母液循环，生产过程存在能耗大、硫铵产品粒度不均匀，搅拌设备易损耗等问题。

发明内容

本发明对现有的硫铵结晶工艺和设备进行了全面的创新升级，设计了高效的结晶器内循环通道和外循环通道，辅之以底搅拌方式控制结晶的成长，使DTB结晶系统的母液循环量降低了30％以上，不但得到了大颗粒、洁净的高质量硫铵产品，而且有效降低了能耗和运行成本整套装置运行稳定。同时，利用部分结晶器蒸发出来的低压蒸汽来对循环母液进行加热能源利用合理，能耗降低20％～40％，有利于进一步降低产品的成本。

本发明的大颗粒硫铵生产工艺，是从酸洗单元过来的30％～50％的不饱和硫铵溶液进入结晶器后，进行真空蒸发，操作温度为40℃～70℃，将水分蒸发得到硫铵晶体；结晶过程中硫铵母液在外循环通道中进行换热并消除过量细晶，利用部分水汽中蒸发出来的低压蒸汽来对进入外循环通道的循环母液进行加热。

所述的部分水汽中蒸发出来的低压蒸汽为结晶器中蒸发出来低压蒸汽的30～70％。

所述的，其特征是进入外循环通道的循环母液量为结晶器原料入口进料量的10～40倍。

本发明的太颗粒硫铵生产工艺的结晶装置，包括结晶器、导流筒、筒形挡板和搅拌器，其中搅拌器从结晶器底部垂直伸入到导流筒中。

所述搅拌器的是传动支架安装在结晶器底部的安装法兰上，其支承轴承设在传动支架内，球轴承位于传动装置的下部。

所述搅拌器的搅拌器轴封采用机械密封，在机械密封的下方采用填料密封。

所述结晶器上设置有2～4个入口大面积开口向下的外循环通道出口。

本发明的大颗粒硫铵生产工艺和设备，通过高效搅拌系统设计，强化了结晶器的生产能力和运行稳定性，并降低运行能耗。

本发明减少了传统工艺中母液循环量的30％以上，并利用结晶器中蒸发出来的低压蒸汽来对循环母液进行加热，两项措施共节省了20％～40％总蒸汽的用量。

提高了硫铵结晶器内循环通道的效率，并增加了外循环通道。结晶器内的新型、高效搅拌器优化了内循环通道，内循环速率较高，可使晶浆重量密度保持在30～40％范围内，并可明显地消除高饱和度区域，强化结晶器的生产能力。除内循环通道外，本结晶器还设有外循环通道。外循环入口设在在结晶器的沉降区内对应的器壁上，换热器在结晶器外循环的环路上，不但提供了蒸发所需热量，并且起到了细晶消除器的作用。利用本发明结晶器可生产粒度达500～2000μm的大粒结晶产品(见图4)。

本发明结晶器采用了新型的外循环通道出口处设计。在流体力学上要保证足够的循环量，又要不破坏细晶消除区域的流场，因此在外循环通道有24个出口，入口处设计为大面积开口，向下(结构见图3，外循环通道出口8)，保证挡板后面为阻塞流，使湍流最小化。

采用底搅拌结构，使搅拌轴大大缩短，不需装设中间轴承和底轴承，而且轴所承受的附加应方小，运转稳定，对密封也提供了较为有利的应用环境。

采用轴流式机翼式叶型叶轮，达到了高效的混合和传热作用。

本发明的轴承布置和密封技术是：搅拌器轴封采用机械密封，可根本杜绝泄漏情况的发生，在机械密封的下方采用填料密封进行保护，此外在填料密封的下方还设置了挡水环及接液盘，可将机械密封泄漏的少量介质引离现场。

硫铵装置的结晶单元是将硫铵从母液结晶出来。首先硫铵在母液中形成过饱和，然后自然地形成晶核。只有溶液过饱和后才有晶核形成，然后这些晶核逐步长大，成为大颗粒。通常这两个过程是同时进行的。对于一定量的硫铵，若晶核形成速度大于晶核成长速度，得到的是小颗粒硫铵；反之，若晶核形成速度小于晶核成长速度，则得到的是大颗粒的硫铵结晶。

溶液的过饱和程度既是硫铵分子向硫铵结晶表面扩散的推动力，也是晶核生成的推动力。当溶液的过饱和程度低时，这两个过程进行速度都显得慢，晶核生成速度要更慢一些，故此时可以得到大颗粒硫铵。当溶液的过饱和程度高时，两个过程进行得较快，但晶核生成速度更快一些，因此得到的是小颗粒硫铵。因此，溶液的过饱和程度必须控制在一定范围内。

酸洗法配套DTB结晶器(导流筒-挡板蒸发结晶器)有效地控制了硫铵母液在结晶器内部的过饱和程度和结晶过程，因而可以获取大颗粒的硫铵结晶，提高了硫铵质量。结晶器内不易结晶疤，其结构合理，生产能力大，并能保证生产粒度范围较窄的结晶产品，可满足用户对产品结晶不同粒度的要求。本发明对现有的硫铵结晶工艺和设备进行了创新改造，主要如下：

(1)利用真空蒸发降低了硫铵母液沸点，从而减小了对设备的腐蚀，母液循环量降低30％以上，母液加热器所需提供的热量降低；同时利用部分结晶器中蒸发出的低温蒸汽来对循环母液进行加热，节省了中压蒸汽用量的20％～40％，能量利用合理。

(2)设计了高效的内循环通道和外循环通道。新型、高效的底搅拌系统提高了内循环速率，可使晶浆重量密度保持在30～40％范围内，并可明显地消除高饱和度区域，使结晶器内各处的过饱和度较低且均匀，从而强化了结晶器的生产能力。除内循环通道外，本结晶器还设有外循环通道，用于消除过量结晶。它的优点在于生产强度高，能生产粒度达500～2000μm的大粒结晶产品。

(3)新型的外循环通道细晶消除装置的设计加入方式。流体力学上要保证足够的循环量，又要不破坏细晶消除区域的流场，因此外循环通道有2-4个出口，入口处设计为大面积开口，向下，保证挡板后面为阻塞流，使湍流最小化。

(4)高效的底搅拌系统，是该装置的核心设备，也是该工艺路线的核心技术之一，其使用效果直接影响结晶器的操作及硫铵的产品的性能。新型高效轴流式机翼式叶型叶轮较平衡地考虑了混合、剪切、传热及对液体粘度的适应性；采用底搅拌结构，使搅拌轴大大缩短，不需装设中间轴承和底轴承，而且轴所承受的附加应力小，运转稳定，对密封也提供了较为有利的应用环境。

(5)采用了先进的轴承布置和密封技术。保证了设备在较高真空度下正常运转，同时提高了搅拌系统运行的稳定性，延长了使用寿命。搅拌器轴封采用机械密封，可根本杜绝泄漏情况的发生，在机械密封的下方采用填料密封进行保护，此外在填料密封的下方还设置了挡水环及接液盘，可将机械密封泄漏的少量介质引离现场。

(6)除了煤气脱铵外，本发明也合适其它过程的脱硫、脱铵工艺来制造大颗粒硫铵。

附图说明

图1：本发明的工艺流程图。

图2：本发明的结晶器示意图；

图3：搅拌装置支撑及内部流场示意图；

图4：大颗粒硫铵显微镜照片。

图中：1.蒸汽喷射泵，2.换热器，3.硫铵结晶器，4.底搅拌系统，5.导流筒，6.筒形挡板，7.沉降区，8.外循环通道出口，9.捕雾装置，10.结晶器固定装置，11.滚柱轴承，12.球轴承，13.机械密封，14.填料密封，15.接液盘，16.搅拌轴，17.结晶器原料入口，18.挡水环，19.外循环通道入口，20.细晶消除母液循环泵，21.母液返回泵，22.晶浆泵，23.真空泵，24. 传动支架。

具体实施方式

本发明下面将结合附图和实施例做进一步详述。

在结晶过程中，从酸洗塔来的不饱和硫铵母液经过结晶器原料入口17送至硫铵结晶器3，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。结晶器内设有导流筒5和筒形挡板6，操作时加热后的硫铵母液在导流筒底部附近流入结晶器，并由高效的底搅拌系统4沿导流筒送至液面。硫铵母液在液面经过真空蒸发冷却，达过饱和状态，其中部分溶质在悬浮的颗粒表面沉积，使晶体长大。在环形挡板外围还有一个沉降区7。在沉降区内大颗粒沉降，而小颗粒则随母液由外循环通道入口19经过细晶消除母液循环泵20进入循环管并在换热器2中受热溶解，消除细小晶粒。通过母液的循环浓缩，使硫铵结晶颗粒不断长大，获取500～2000μm、圆柱状的硫铵大颗粒，如图4所示，得到高质量的硫铵产品。长大的硫铵结晶沉积在结晶器底部，用晶浆泵22抽送至硫铵干燥、包装单元得到硫铵产品。部分结晶母液经过母液返回泵21送回酸洗单元。

结晶器顶部真空条件下(真空度由真空泵23提供)，蒸发出来的水汽经凝缩器凝缩成冷凝水返回系统，部分水汽经蒸汽喷射泵1与中压蒸汽混合后，抽送至母液加热器对循环硫铵母液进行加热，节省了中压蒸汽的用量。

本发明结晶设备如图2和图3所示：

在结晶器内设有导流筒5和筒形挡板6，搅拌轴16从结晶器底部垂直伸入到导流筒中。底搅拌的传动支架24安装在结晶器底部的安装法兰上，位于传动装置下部的球轴承12可承受较大的向下轴向力，径向载荷则由上部的滚柱轴承11来承担。搅拌器轴封采用机械密封13，在机械密封的下方采用填料密封14进行保护，此外在填料密封的下方还设置了挡水环18及接液盘15，可将机械密封泄漏的少量介质引离现场，在结晶器上设置有外循环通道出口8，结晶器固定装置10和顶部的捕雾装置9。

结晶搅拌装置支撑及内部流场示意图如图3所示。

DTB结晶器筒体尺寸非常大，内置导流筒，釜及内部导流筒采用立式安装方式。由于结晶器自身高度达10m以上，采用一般的顶入式结构存在搅拌轴过长问题，综合考虑后采用如图2、图3所示的搅拌轴从设备底部伸入的底搅拌结构。通过搅拌器在结晶器的底部及导流筒之间形成自下而上的轴向循环流。

轴承的布置问题是保证设备正常运转的关键，本发明底搅拌的传动支架安装在釜底的设备安装法兰上，其支承轴承设在支架内，采用独立搅拌装置全部浸没在釜内的介质里，其重量及工作时桨叶产生的径向及轴向载荷均由传动装置里的轴承来承受，位于传动装置下部的三只角接触球轴承可承受较大的向下轴向力，径向载荷则由上部的滚柱轴承来承担。

结构特点：将机械密封装置做成一个单元部件，与釜底口法兰联结；可快速更换，无需在现场维修；反应器运行前，松开填料压盖使填料密封处于非工作状态，工作时主要由机械密封起密封作用，若机械密封失效，即拧紧填料压盖使填料密封起密封作用，直至完成釜内介质的反应过程卸料后再更换失效的机械密封。

采用上述的结晶设备做如下的工艺实例：

实施例1：

从酸洗塔来的30％的不饱和硫铵母液送至硫铵结晶器，在此进行连续蒸发、浓缩、结晶，蒸发温度为40℃。结晶器顶部真空条件下，蒸发出的水汽的30％经真空喷射泵1与中压蒸汽混合后，抽送至母液加热器对循环硫铵母液进行加热。进入外循环通道的循环母液量为结晶器原料入口进料量的10倍。通过母液的循环浓缩，使硫铵结晶颗粒不断长大，获取500～2000μm、圆柱状的高质量的硫铵产品。长大的硫铵结晶沉积在结晶器底部，用晶浆泵22抽送至硫铵干燥、包装单元得到硫铵产品。

实施例2：

从酸洗塔来的50％的不饱和硫铵母液送至硫铵结晶器，在此进行蒸发、浓缩、结晶，蒸发温度为70℃。结晶器顶部真空条件下，蒸发出的水汽的70％经真空喷射泵1与中压蒸汽混合后，抽送至母液加热器对循环硫铵母液进行加热。进入外循环通道的循环母液量为结晶器原料入口进料量的40倍。通过母液的循环浓缩，使硫铵结晶颗粒不断长大，获取圆柱状的高质量的硫铵产品。长大的硫铵结晶沉积在结晶器底部，用晶浆泵22抽送至硫铵干燥、包装单元得到硫铵产品。

实施例3：

从酸洗塔来的43％的不饱和硫铵母液送至硫铵结晶器，在此进行蒸发、浓缩、结晶，蒸发温度为55℃。结晶器顶部真空条件下，蒸发出的水汽的55％经真空喷射泵1与中压蒸汽混合后，抽送至母液加热器对循环硫铵母液进行加热。进入外循环通道的循环母液量为结晶器原料入口进料量的25倍。通过母液的循环浓缩，使硫铵结晶颗粒不断长大，获取500～2000μm、圆柱状的高质量的硫铵产品。长大的硫铵结晶沉积在结晶器底部，用晶浆泵22抽送至硫铵干燥、包装单元得到硫铵产品。

Claims

1.一种大颗粒硫铵生产工艺，其特征是从酸洗单元过来的30％～50％的不饱和硫铵溶液进入结晶器后，进行真空蒸发，操作温度为40℃～70℃，将水分蒸发得到硫铵晶体；结晶过程中硫铵母液在外循环通道中进行换热并消除过量细晶，结晶器上设置有2～4个入口大面积开口向下的外循环通道出口，进入外循环通道的循环母液量为结晶器原料入口进料量的10～40倍；结晶器顶部真空条件下，蒸发出来的水汽经凝缩器凝缩成冷凝水返回系统，部分水汽经蒸汽喷射泵(1)与中压蒸汽混合后，抽送至母液加热器对循环硫铵母液进行加热；大粒结晶为500～2000μm。

2.如权利要求1的所述的生产工艺，其特征在于所述的部分水汽中蒸发出来的低压蒸汽为结晶器中蒸发出来低压蒸汽的30～70％。

3.实现权利要求1的大颗粒硫铵生产工艺的结晶装置，包括结晶器、导流筒、筒形挡板和搅拌器，其特征是搅拌器从结晶器底部垂直伸入到导流筒中；搅拌器的传动支架安装在结晶器底部的安装法兰上，其支承轴承设在传动支架内，球轴承位于传动装置的下部。

4.如权利要求3所述的大颗粒硫铵的结晶装置，其特征是所述搅拌器的搅拌器轴封采用机械密封，在机械密封的下方采用填料密封。