CN102951657B - 一种以硫浆和氨水为原料生产硫铵的工艺及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种以硫浆和氨水为原料生产硫铵的工艺及设备，利用焦炉煤气湿式氧化脱硫(氨法)工艺产生的硫浆通过焚烧使硫转化为SO2 ，高温烟气经换热和冷却后,烟气中的SO2与脱硫液中氨反应生成(NH4)2SO3， 含有(NH4)2SO3的脱硫液经空气氧化生成硫铵。本发明的生产工艺方法生产硫铵产品，解决了低品质硫浆进一步分离加工的问题和氨水无法销售的问题，同时利用硫浆替代生产硫铵时所需外购的硫酸，资源得到综合利用。
Description
技术领域
本发明涉及煤化工技术领域，特别涉及焦炉煤气净化工程中脱硫和脱氨工艺及装置。
背景技术
在炼焦过程中，焦炉煤气中约含4～8g/m3的H2S和0.15～2g/m3的HCN。若不脱除，含有H2S和HCN的煤气作为燃料燃烧时，会生成大量SO2和NOx，从而造成严重的大气污染。目前焦炉煤气脱硫工艺技术中, 广泛采用湿式氧化脱硫工艺，代表工艺是FRC工艺和PDS工艺。该工艺的脱硫液以煤气中的氨为碱源。 煤气中H2S通过脱硫液的吸收、氧化再生转化为硫磺、硫代硫酸铵和硫氰酸铵的硫浆,该工艺的优点是脱硫效率高，无需外加碱，操作费用低。缺点是硫浆中杂质含量高,硫浆无法作为产品进行销售，需要进一步的分离加工。而此加工工艺复杂、能耗大和投资高，所得产品无经济效益，并形成二次污染。
焦炉煤气中氨回收技术广泛采用吸收法脱除煤气中的氨，采用硫酸吸收——结晶法生产硫铵工艺的特点是工艺流程简单，但工艺介质腐蚀严重，设备维修费用高，同时还需要外购硫酸；采用磷酸吸收——解吸法生产液氨或氨水工艺特点是工艺流程简单,运行费用低。缺点是受到用户条件、储存及运输等限制，液氨或氨水做为产品销售存在一定困难。
发明内容
本发明的目的是提供一种以硫浆和氨水为原料生产硫铵的工艺和设备，该工艺以焦炉煤气湿式氧化脱硫（氨法）工艺产生的硫浆和焦炉煤气回收氨产生的氨水(或无水氨、氨汽)为原料，通过本发明的生产工艺方法生产硫铵产品，解决了低品质硫浆进一步分离加工的问题和氨水无法销售的问题，同时利用硫浆替代生产硫铵时所需外购的硫酸，资源得到综合利用。
为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种以硫浆和氨水为原料生产硫铵的工艺，利用焦炉煤气湿式氧化脱硫（氨法）工艺产生的硫浆和氨水为原料生产硫铵，具体步骤如下：
1）焦炉煤气湿式氧化脱硫（氨法）工艺产生的硫浆经蒸发浓缩后，在燃烧炉中与煤气和空气混合燃烧使硫转化为SO2，高温烟气经废热锅炉换热后送至蒸发结晶器；在烟气进入蒸发结晶器前掺入空气；
2）在蒸发结晶器中烟气经硫铵母液喷淋冷却，饱和烟气经风机加压后送至冷却器，烟气冷却后进入脱硫塔；
3）在脱硫塔中，烟气与含氨脱硫液逆流接触，烟气中的SO2与脱硫液中的氨反应生成（NH4）2SO3，脱除烟气中的SO2，同时烟气中的O2对（NH4）2SO3进行氧化，使脱硫液中的（NH4）2SO3转化为（NH4）2SO4；
4）脱硫塔中的脱硫液自流至硫铵母液槽，经空气氧化后转化为硫铵母液，硫铵母液经泵送至蒸发结晶器浓缩后，将硫铵母液送硫铵结晶装置经真空蒸发提取硫铵结晶。
所述的焦炉煤气湿式氧化脱硫（氨法）工艺产生的硫浆中，硫磺、硫代硫酸铵盐、硫氰酸盐等其它盐类和水的含量无严格要求。所述的氨水中，是氨重量百分比为15~20%的氨水;也可将无水氨或氨汽与脱硫液配制成混合液代替氨水。
所述的燃烧炉中，空气过剩系数为1.2~1.3；燃烧炉内温度为1000~1200℃。烟气中的SO2、SO3的浓度无严格要求。
所述废热锅炉换热后烟气温度为350~500℃，利用废热锅炉出口的高温烟气显热作为硫铵母液在结晶器中浓缩时蒸发水分的热源，并采用向高温烟气中掺入烟气量0.6~1.5倍的空气方式调整混合后烟气温度和流量，实现控制蒸发结晶器的操作温度。
进入蒸发结晶器的烟气与硫铵母液逆流接触，水分蒸发硫铵母液浓缩，烟气被冷却为饱和烟气，将硫铵母液蒸发的水汽带出。
所述蒸发结晶器出口的饱和烟气经风机加压送至冷却器冷却后进入脱硫塔，烟气冷却后的温度50~70゜C；冷凝液外排或部分送脱硫塔，维持脱硫系统的操作温度和水平衡。
所述脱硫塔操作温度控制在50~70゜C，脱硫液的PH值为6.0~6.5。
实现所述工艺的以硫浆和氨水为原料生产硫铵的设备，包括燃烧炉、废热锅炉、蒸发结晶器、母液加热器、冷却器、脱硫塔、硫铵母液槽；燃烧炉出口与废热锅炉通过烟气通道连接，废热锅炉出口通过烟气通道与蒸发结晶器相连，蒸发结晶器通过循环泵与母液加热器相连,母液加热器出口通过管道与蒸发结晶器内上部喷头相连，蒸发结晶器顶部出口通过风机与冷却器相连接，冷却器出口与脱硫塔下部相连接；脱硫塔中部和上部脱硫液管设有氨水入口，脱硫塔底部通过溢流通道与硫铵母液槽相通，硫铵母液槽通过硫铵母液泵的连接管道与蒸发结晶器连接；蒸发结晶器底部设有含结晶的硫铵母液出口，与硫铵结晶装置相连接。
所述的蒸发结晶器外设母液加热器，底部设有循环泵，通过循环泵将硫铵母液送至加热器加热后送蒸发结晶器上部进行喷淋；母液加热器对循环母液加热 ,为硫铵母液蒸发提供辅助热源 ,保持蒸发结晶器内硫铵母液水平衡。
所述的脱硫塔为两段，下段为空喷段，上段为填料段，脱硫塔上部设有扑雾层。
所述的以硫浆和氨水为原料生产硫铵的工艺，以氨水浓度为15~20%为原料，蒸发结晶器内的硫铵母液经冷却烟气和母液加热器供热，水分蒸发使硫铵母液中硫铵浓度达到30~42%，蒸发结晶器底部的硫铵母液送至硫铵结晶装置经真空蒸发提取结晶；以含氨99.8%的无水氨为原料，蒸发结晶器内的硫铵母液经冷却烟气和母液加热器供热，使硫铵母液中水分蒸发形成过饱和溶液，在蒸法结晶器底产生结晶，将结晶送至结晶装置进行分离。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
该工艺以焦炉煤气湿式氧化脱硫（氨法）工艺产生的硫浆和焦炉煤气回收氨产生的氨水为原料，通过本发明的生产工艺方法生产硫铵产品，解决了低品质硫浆进一步分离加工的问题和氨水无法销售的问题，同时利用硫浆替代生产硫铵时所需外购的硫酸，资源得到综合利用。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图。
图中：1-燃烧炉 2-废热锅炉 3-蒸发结晶器 4-风机 5-循环泵 6-结晶泵7-冷却器 8-脱硫塔 9-下段循环泵 10-上段循环泵 11-硫铵母液槽12-硫铵母液泵
13-母液加热器
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明的工艺及设备作进一步详细描述。
焦炉煤气湿式氧化脱硫（氨法）工艺产生的硫浆经蒸发浓缩后硫浆含水量达到重量百分比35~60%。硫浆经泵送至燃烧炉1，硫浆经雾化喷嘴喷入燃烧炉，煤气和空气经风机加压后送入燃烧炉1内混合燃烧，空气过剩系数控制在1.2~1.3范围。燃烧炉内的温度达到1000~1200゜C，硫浆中硫转化为SO2，高温烟气经废热锅炉2换热,高温烟气温度降至350~500゜C后送至蒸发结晶器3，为了降低蒸发结晶器的操作温度，烟气在进入蒸发结晶器前掺入空气降低烟气温度至150~250゜C，掺入空气量控制在烟气量的0.6~1.5倍的范围内。烟气由蒸发结晶器中部进入，由硫铵母液泵12将硫铵母液槽11的硫铵母液送至蒸发结晶器3下部，硫铵母液含硫铵浓度为30~42%。硫铵母液经循环泵5送至母液加热器13,加热后进入蒸发结晶器上部喷淋冷却，硫铵母液中的水分蒸发使烟气冷却并饱和。同时硫铵母液水分蒸发使硫铵浓度增加，硫铵母液经结晶泵6送至硫铵结晶装置经真空蒸发提取结晶。蒸发结晶器出口的饱和烟气经风机4加压后进入冷却器7，烟气经冷却器冷却至45~55℃后进入脱硫塔8；烟气冷却产生的冷凝液外排或部分送脱硫塔。进入脱硫塔的烟气与脱硫液逆流接触，脱硫塔设有两段脱硫段，下段为空喷段，上段为填料段。各段分别设有脱硫液循环泵，如图1中所示下段循环泵9和上段循环泵10。塔底脱硫液经下段循环泵9送至脱硫塔8中部空喷段喷洒，塔底脱硫液经上段循环泵10送至脱硫塔上部填料段喷洒。烟气中的SO2经脱硫塔的两段脱硫液洗涤脱硫后SO2浓度低于100mg/M3。烟气通过塔顶扑雾层后由脱硫塔顶部排入大气。氨水送至脱硫塔循环泵出口脱硫液中，脱硫塔中的脱硫液PH值控制在6.0~6.5，脱硫塔操作温度控制在50~70゜C。脱硫液由脱硫塔溢流至硫铵母液槽11，脱硫液中的（NH4）2SO3在与烟气逆流接触中被氧化为（NH4）2SO4，在硫铵母液槽11底部再通入空气，使进入硫铵母液槽11的脱硫液中少量（NH4）2SO3氧化转为（NH4）2SO4，硫铵母液槽的硫铵母液经硫铵母液泵12送至蒸发结晶器3。所述硫铵母液槽中脱硫液经空气再次氧化，硫铵母液硫铵浓度达到30~42%。
本工艺中，硫浆在燃烧炉中燃烧的化学反应式如下：
S+O2=SO2
NH4SCN+3O2=N2+CO2+SO2+2H2O
2(NH4)2S2O3+5O2=2N2+4SO2+8H2O
2H2+O2=2H2O
CH4+2O2=CO2+2H2O
2CO+O2=2CO2
脱硫过程的主要化学反应为：
NH3+H2O+SO2=NH4HSO3
2NH3+H2O+SO2=(NH4)2SO3
(NH4)2SO3+SO2+H2O=2NH4HSO3
用上述的工艺及设备做如下的工艺实例：
实施例1：
从煤气脱硫装置送来的硫浆中含25%硫磺、20%硫氰酸铵、20%硫代硫酸铵，其余为水。从氨回收装置送来的氨水含氨20%。焦炉煤气和过剩系数在1.3的空气经风机加压送入燃烧炉内燃烧，硫浆经泵加压送至雾化喷嘴喷入燃烧炉内燃烧。 燃烧炉内烟气温度达到1200゜C，烟气经废热锅炉换热后达到400゜C，烟气经空气掺混，空气掺混量是烟气量的1.2倍。烟气经蒸发结晶器中的循环母液喷淋冷却，母液加热器向循环母液供热，增加母液水分的蒸发，烟气经风机加压后送至冷却器，进入冷却器冷却至58゜C再送至脱硫塔，烟气在脱硫塔内与脱硫液逆流接触脱除SO2，氨水送至脱硫塔循环泵出口的脱硫液中，脱除SO2的烟气由脱硫塔顶排至大气中，控制脱硫液PH值在6.0。在蒸发结晶器内水分蒸发使硫铵母液浓缩，硫铵母液经泵送至硫铵结晶装置经真空蒸发提取结晶，硫铵母液返回脱硫塔。
实施例2：
从煤气脱硫装置送来的浓缩后的硫浆，硫浆中含10%硫磺、19%硫氰酸铵、19%硫代硫酸铵，含水48%及其它盐类杂质。从氨回收装置送来的氨水含氨18%。焦炉煤气和过剩系数在1.3的空气经风机加压送入燃烧炉内燃烧，硫浆经泵加压送至雾化喷嘴喷入燃烧炉内燃烧。 燃烧炉内烟气温度达到1200゜C，烟气经废热锅炉换热后达到500゜C，烟气经空气掺混，空气掺混量是烟气量的1.4倍。烟气经蒸发结晶器中的循环母液喷淋冷却，母液加热器向循环母液供热，增加母液水分的蒸发，烟气经风机加压后送至冷却器，冷却至60゜C后送至脱硫塔，烟气在脱硫塔内与脱硫液逆流接触，氨水送至脱硫塔循环泵出口的脱硫液中，脱除SO2的烟气由脱硫塔顶排至大气中，控制脱硫液PH值在6.5。在蒸发结晶器内水分蒸发使硫铵母液浓缩，硫铵母液经泵送至硫铵结晶装置经真空蒸发提取结晶，硫铵母液返回脱硫塔。
实施例3：
连接道从煤气脱硫装置送来的浓缩后的硫浆，硫浆中含20%硫磺、19%硫氰酸铵、19%硫代硫酸铵，含水38%及其它盐类杂质。从氨回收装置送来的无水氨含氨99.7%。焦炉煤气和过剩系数在1.25的空气经风机加压送入燃烧炉内燃烧，硫浆经泵加压送至雾化喷嘴喷入燃烧炉内燃烧。 燃烧炉内烟气温度达到1100゜C，烟气经废热锅炉换热后达到350゜C，烟气与空气掺混，空气掺混量是干烟气量的0.8倍。烟气经蒸发结晶器中的母液喷淋冷却，母液加热器向循环母液供热，增加母液水分的蒸发，烟气经风机加压后送至冷却器，冷却至55゜C后送至脱硫塔，塔底循环泵分别将脱硫液送至上段和中段喷淋，部分脱硫液送至无水氨混合槽，无水氨与脱硫液混合后经泵送至脱硫循环泵出口的脱硫液中，烟气在脱硫塔内与脱硫液逆流接触，脱除SO2的烟气由脱硫塔顶排至大气中，控制脱硫液的PH值在6.2。在蒸发结晶器内硫铵母液水分被蒸发产生结晶，含结晶的硫铵母液经泵送至硫铵结晶装置分离结晶，硫铵母液返回脱硫塔。
Claims (10)
1.一种以硫浆和氨水为原料生产硫铵的工艺，其特征在于，利用焦炉煤气湿式氧化脱硫工艺产生的硫浆和氨水或无水氨、氨汽为原料生产硫铵，具体步骤如下：
1）焦炉煤气湿式氧化脱硫工艺产生的硫浆经蒸发浓缩后，在燃烧炉中与煤气和空气混合燃烧使硫转化为SO2，高温烟气经废热锅炉换热后送至蒸发结晶器；在烟气进入蒸发结晶器前掺入空气；
2）在蒸发结晶器中烟气经硫铵母液喷淋冷却，饱和烟气经风机加压后送至冷却器冷却后进入脱硫塔；
3）在脱硫塔中，烟气与脱硫液逆流接触，烟气中的SO2与脱硫液中氨反应生成（NH4）2SO3，脱除烟气中的SO2，同时烟气中的O2对（NH4）2SO3进行氧化，使脱硫液中的（NH4）2SO3转化为（NH4）2SO4；
4）脱硫塔中的脱硫液自流至硫铵母液槽，经空气氧化后转化为硫铵母液，硫铵母液经泵送至蒸发结晶器浓缩后，将硫铵母液送硫铵结晶装置经真空蒸发提取硫铵结晶。
2.根据权利要求1所述的一种以硫浆和氨水为原料生产硫铵的工艺，其特征在于，所述的氨水中，是氨重量百分比为15-20%的氨水；或将无水氨或氨汽与脱硫液配制成混合液代替氨水。
3.根据权利要求1所述的一种以硫浆和氨水为原料生产硫铵的工艺，其特征在于，所述的燃烧炉中，空气过剩系数为1.2～1.3；燃烧炉内温度为1000～1200℃。
4.根据权利要求1所述的一种以硫浆和氨水为原料生产硫铵的工艺，其特征在于，所述废热锅炉换热后烟气温度为350～500℃，利用废热锅炉出口的高温烟气显热作为硫铵母液在结晶器中浓缩时蒸发水分的热源，并采用向高温烟气中掺入烟气量0.5～1.5倍的空气方式调整混合后烟气温度和流量，实现控制蒸发结晶器的操作温度。
5.根据权利要求1所述的一种以硫浆和氨水为原料生产硫铵的工艺，其特征在于，进入蒸发结晶器的烟气与硫铵母液逆流接触，硫铵母液中水分蒸发使硫铵母液浓缩，烟气被冷却为饱和烟气，将硫铵母液蒸发的水汽带出。
6.根据权利要求5所述的一种以硫浆和氨水为原料生产硫铵的工艺，其特征在于，所述蒸发结晶器出口的饱和烟气经风机加压送冷却器冷却后进入脱硫塔；冷却器冷凝液外排或部分送脱硫塔，维持脱硫系统的操作温度和水平衡。
7.根据权利要求1所述的一种以硫浆和氨水为原料生产硫铵的工艺，其特征在于，所述脱硫塔操作温度控制在50～70℃，脱硫液的PH值为6.0～6.5。
8.实现权利要求1所述工艺的以硫浆和氨水为原料生产硫铵的设备，其特征在于，包括燃烧炉、废热锅炉、蒸发结晶器、母液加热器、冷却器、脱硫塔、硫铵母液槽；燃烧炉出口与废热锅炉通过烟气通道连接，废热锅炉出口通过烟气通道与蒸发结晶器相连，蒸发结晶器通过循环泵与母液加热器相连,母液加热器出口通过管道与蒸发结晶器内上部喷头相连，蒸发结晶器顶部出口通过风机与冷却器相连接，冷却器出口与脱硫塔下部相连接；脱硫塔中部和上部脱硫液管设有氨水入口，脱硫塔底部通过溢流通道与硫铵母液槽相通，硫铵母液槽通过硫铵母液泵的连接管道与蒸发结晶器连接；蒸发结晶器底部设有含结晶的硫铵母液出口，与硫铵结晶装置相连接。
9.根据权利要求8所述的以硫浆和氨水为原料生产硫铵的设备，其特征在于，所述的蒸发结晶器外设母液加热器，底部设有循环泵，通过循环泵将硫铵母液送至加热器加热后送上部进行喷淋；母液加热器对循环母液加热,为硫铵母液蒸发提供辅助热源,保持蒸发结晶器内硫铵母液水平衡。
10.根据权利要求2所述的以硫浆和氨水为原料生产硫铵的工艺，其特征在于，以氨水浓度为15～20%为原料，蒸发结晶器内的硫铵母液经冷却烟气和母液加热器供热，水分蒸发使硫铵母液中硫铵浓度达到30～42%，蒸发结晶器底部的硫铵母液送至硫铵结晶装置经真空蒸发提取结晶；以含氨99.8%的无水氨为原料，蒸发结晶器内的硫铵母液经冷却烟气和母液加热器供热，使硫铵母液中水分蒸发形成过饱和溶液，在蒸法结晶器底产生结晶，将结晶送至结晶装置进行分离。
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