CN103936032A

CN103936032A - 一种大颗粒硫酸铵产品的生产方法

Info

Publication number: CN103936032A
Application number: CN201410138628.8A
Authority: CN
Inventors: 陈路; 杨加军; 刘学志; 孙雄飞; 王建明
Original assignee: Pangang Group Xichang Steel and Vanadium Co Ltd
Current assignee: Pangang Group Xichang Steel and Vanadium Co Ltd
Priority date: 2014-04-08
Filing date: 2014-04-08
Publication date: 2014-07-23
Anticipated expiration: 2034-04-08
Also published as: CN103936032B

Abstract

本发明提供一种大颗粒硫酸铵产品的生产方法，包括：利用设置在结晶器上的氨气入口和硫酸入口，向结晶器内通入氨气和硫酸，氨气进行冷凝冷却反应得到氨水，氨水与硫酸反应生成硫酸铵母液；硫酸铵母液在结晶器内进行结晶反应得到硫酸铵晶浆，其中，利用与结晶器相连的真空泵在结晶器内形成9.3KPa～9.7KPa的绝对压力；当硫酸铵晶浆中的硫酸铵晶体的体积百分数达到25%～30%时，则将硫酸铵晶浆自结晶器排出，并进行稠化、离心和干燥步骤，最终得到硫酸铵晶体，其中，利用设置在结晶器内的酸度计控制结晶器内的硫酸的质量百分数为4wt%～6wt%。根据本发明，可实现低能耗地生产大颗粒、酸度低的硫酸铵产品。

Description

一种大颗粒硫酸铵产品的生产方法

技术领域

本发明涉及一种大颗粒硫酸铵产品的生产方法，更具体地说，本发明涉及一种大颗粒、酸度低、质量等级高的硫酸铵产品的生产方法。

背景技术

硫酸铵主要在农业上作为氮肥，优点是吸湿性相对较小，不易结块。在工业上应用也很广泛，如在医药上用作制酶的发酵氮源，纺织上用作染色印花助剂，精制的硫酸铵用于啤酒酿造。目前，在硫酸铵的生产过程中，仍然存在着硫酸铵晶体粒度不均匀、硫酸铵产品平均粒度小、质量等级低等问题。

现有技术中，生产硫酸铵的方法主要包括喷淋式饱和器生产硫酸铵和酸洗塔配套结晶器生产硫酸铵。喷淋式饱和器生产硫酸铵工艺存在硫酸铵产品粒度小（小于1mm）、酸度高、产品质量等级低的缺点；酸洗塔配套结晶器生产硫酸铵工艺存在蒸汽用量大、系统能耗高、硫酸铵产品平均粒度小（小于1mm）且分布不均匀，酸度高，产品质量等级低的缺点。

因此，如何低能耗地生产大颗粒、酸度低的硫酸铵是硫酸铵生产领域中亟待解决的问题。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种能够解决上述技术问题中的至少一个技术问题的一种大颗粒硫酸铵产品的生产方法。

本发明的目的在于提供一种大颗粒硫酸铵产品的生产方法，该方法能够实现低能耗地生产大颗粒、酸度低的硫酸铵产品。

根据本发明的一种大颗粒硫酸铵产品的生产方法包括下述步骤：利用设置在结晶器上的氨气入口和硫酸入口，向结晶器内通入氨气和硫酸，氨气进行冷凝冷却反应得到氨水，氨水与硫酸反应生成硫酸铵母液；硫酸铵母液在结晶器内进行结晶反应得到硫酸铵晶浆，其中，利用与结晶器相连的真空泵在结晶器内形成9.3KPa～9.7KPa的绝对压力；当硫酸铵晶浆中的硫酸铵晶体的体积百分数达到25%～30%时，则将硫酸铵晶浆自结晶器排出，并进行稠化、离心和干燥步骤，最终得到硫酸铵晶体，其中，利用设置在结晶器内的酸度计控制结晶器内的硫酸的质量百分数为4wt%～6wt%。

根据本发明的一方面，向结晶器内通入的氨气流量为600～800m³/h，硫酸流量为1.5～2t/h，通入的氨气的质量百分数为18～25wt%，硫酸的质量百分数为98%。

根据本发明的一方面，首先通过手动控制来控制氨气流量和硫酸流量，然后通过自动控制系统来控制氨气流量和硫酸流量，自动控制系统通过按式子D=（P×98·B·C’）/（22.4×2×10⁸）来执行对氨气流量和硫酸流量的实时控制，其中，利用设置在结晶器内的酸度计对硫酸浓度进行检测：当4wt%＜A＜6wt%时，则D’=D；当A＞6wt%且(Y-10)＜P＜(Y+20)时，自此时开始计时，30min后，调节氨气流量以及硫酸流量，使得D’=0.75D，C’=1.25C，如果1h后，A＞6wt%，将自动控制改为手动控制，通过手动测定结晶器内的母液酸度，并调校酸度计；当A＜4wt%且(Y-10)＜P＜(Y+20)时，自此时开始计时，30min后，调节氨气流量以及硫酸流量，使得D’=1.25D，C’=0.75C，如果1h后，A＜4wt%，将自动控制改为手动控制，通过手动测定结晶器内的母液酸度，并调校酸度计；其中，P为氨气压力，Y为氨气压力的设计压力，单位为KPa；B为氨气浓度，单位为质量百分数；C’为当前时刻的氨气流量，C为上一时刻的氨气流量，单位为m³/h；D’为当前时刻的硫酸流量，D为当前时刻的硫酸流量计算值，单位为t/h；A为结晶器内的硫酸浓度，单位为质量百分数，其中，实时控制的时间间隔为4～10秒。

根据本发明的一方面，利用设置在结晶器底部的搅拌机对结晶器内的硫酸铵母液进行搅拌，使硫酸铵母液混合均匀并防止硫酸铵晶体沉积在结晶器底部。

根据本发明的一方面，所述氨气来自磷铵洗氨工艺，氨气温度为140℃～160℃。

根据本发明的一方面，保持结晶器内的硫酸铵母液温度为50℃～55℃。

根据本发明的一方面，当结晶器内的硫酸铵母液温度低于50℃时，将部分硫酸铵母液输出至母液加热器进行加热，加热至58℃～65℃后再送回结晶器内。

根据本发明的一方面，以干燥后的硫酸铵晶体计算，硫酸铵晶体中的氮含量的质量百分数大于等于21wt%，硫酸铵晶体中的游离酸的质量百分数小于0.05wt%，粒度大于1mm的硫酸铵晶体的质量百分数大于62wt%。

根据本发明，可实现低能耗地生产大颗粒、酸度低的硫酸铵产品。

附图说明

通过下面结合附图进行的详细描述，本发明的上述和其它目的、特点和优点将会变得更加清楚，其中：

图1示出了根据本发明示例性实施例的氨气-硫酸直接反应结晶器示意图；

图2示出了根据本发明示例性实施例的硫酸铵母液加热器的示意图；

图3示出了根据本发明示例性实施例的氨气与硫酸直接反应结晶生产硫酸铵工艺流程示意图。

主要附图标记的说明：

100：结晶器；101：水蒸气出口；102：捕雾网；103：人孔；104：冲洗液入口；105：硫酸入口；106：氨气入口；107：进料口；108：晶浆出口；109：搅拌机；110：放空口；111：人孔；112：循环母液入口；113：循环母液出口；114：气相平衡管；115：第一腔室；116：第二腔室；117：第三腔室；200：硫酸铵母液加热器；201：硫酸铵母液出口；202：蒸汽入口；203：硫酸铵母液入口；204：设备底座；205：设备底座；206：蒸汽冷凝液出口；300：母液循环泵；400：结晶泵；500：硫酸高置槽；600：捕雾器；700：凝缩器；800：真空泵。

具体实施方式

在下文中，将参照附图充分地描述本发明的示例性实施例。然而，它们可以以不同的形式实施，而不应解释为局限于这里阐述的实施例。相反，提供这些实施例使得本公开将是彻底的和完整的，并将把示例实施例的范围充分地传达给本领域技术人员。

在下文中，将参照附图描述根据本发明的示例性实施例的一种大颗粒硫酸铵产品的生产方法。

图1示出了根据本发明示例性实施例的氨气-硫酸直接反应结晶器100的示意图，图2示出了根据本发明示例性实施例的硫酸铵母液加热器200的示意图，图3示出了根据本发明示例性实施例的氨气与硫酸直接反应结晶生产硫酸铵工艺流程示意图。

硫酸铵结晶器100包括：氨气入口106以及与氨气入口106相连接的第一腔室115；硫酸入口105以及与硫酸入口105相连接的第二腔室116，第一腔室115置于第二腔室116内，并设置为与第一腔室115连通，例如第一腔室115的顶部和底部与第二腔室116相连通；设置在结晶器100底部的搅拌机109，以对结晶器100内的母液进行搅拌；设置在结晶器100顶部的水蒸气出口101，以放出结晶器100内的水蒸气；设置在结晶器100内的酸度计（未示出），以检测结晶器100内的酸度；设置在结晶器100底部的晶浆出口108，以输出结晶器100内的晶浆。

此外，硫酸铵结晶器100还包括：设置在结晶器100一侧的气相平衡管114以及与气相平衡管114相连接的第三腔室117，气相平衡管114可以平衡第二腔室116和第三腔室117的压力；设置在结晶器100一侧并与第三腔室117相连接的循环母液出口113，以将结晶器100内的母液输出至硫酸铵母液加热器200进行加热；设置在结晶器100一侧并与第一腔室115相连接的循环母液入口112，以将利用硫酸铵母液加热器200加热后的母液输入至结晶器100；设置在结晶器100内部的水蒸气出口101的下端的捕雾网102，以对排出的水蒸气进行过滤；设置在结晶器100一侧的进料口107，以将干燥晶浆时所得的滤液送回至结晶器100进行继续结晶；设置在结晶器100一侧的人孔103和111，以便人进入结晶器100内对结晶器进行检修；设置在结晶器一侧的冲洗液入口104，以对结晶器100进行检修；设置在结晶器底部的放空口110，以便于在检修时放出结晶器100内的液体。

根据本发明示例性实施例提供的结晶器为氨气-硫酸直接反应结晶器，氨气-硫酸直接反应结晶器是将氨气和硫酸直接通入结晶器100内，在结晶器100内发生氨气冷凝冷却、硫酸和氨反应以及硫酸铵结晶三种反应，并且这三种反应所放出的热量可为硫酸铵结晶蒸发提供所需的热量，而无需使用蒸汽进行加热，使得系统能耗低，并易于生成大颗粒硫酸铵产品。

参照图1，氨气和硫酸分别自氨气入口106和硫酸入口105进入反应结晶器100中的第一腔室115和第二腔室116中。氨气可为磷铵洗氨单元输送过来的氨气，磷铵洗氨单元为生产浓氨水的生产线，其中，氨气温度可为140℃～160℃。在本发明中，可控制氨气流量为600～800m³/h，其中，氨气浓度为18～25wt%。可控制硫酸流量为1.5～2t/h，其中，硫酸浓度为98%，硫酸浓度越高，稀释时放出热量越多，因此可以为硫酸铵结晶提供更多的热量。由于第一腔室115和第二腔室116设置为相通，氨气进入第一腔室115的瞬间可冷凝冷却为液体，并与分布在第一腔室115和第二腔室116中的硫酸发生反应，生成硫酸铵母液。硫酸和氨气分别自两个腔室进入结晶器，是为了防止氨气和硫酸瞬间大面积接触，反应剧烈，瞬间产生的反应热量无法转移而损害结晶器。

参照图3，利用与结晶器100相连的真空泵800在结晶器100内形成9.3KPa～9.7KPa的绝对压力，以利于结晶器100内的硫酸铵母液进行硫酸铵结晶反应，生成硫酸铵晶浆。

虽然图1中未示出，但反应结晶器100还包括酸度计，以检测结晶器100内的酸度，并控制结晶器100内的硫酸的质量百分数为4wt%～6wt%，当硫酸的质量百分数高于6wt%时，会破坏硫酸铵结晶的介稳区，使生产出来的硫酸铵晶体粒度差，且含氮量低；当硫酸的质量百分数低于4wt%时，则不利于硫铵母液对氨气的吸收；当硫酸的质量百分数为4wt%～6wt%时，可获得大颗粒的硫酸铵产品。

参照图1，硫酸和氨气进入结晶器100后，利用设置在结晶器100上的搅拌机109对硫酸铵母液进行搅拌，以使硫酸铵母液混合均匀并防止硫酸铵晶体沉积在结晶器100的底部。此外，搅拌机109还可起到加快蒸发速度、缩短结晶时间、保证硫酸铵结晶均匀的作用。硫酸和氨气进入结晶器100后，在结晶器100内进行的氨气冷凝冷却、硫酸和氨反应以及硫酸铵结晶三种反应均为放热反应，并且这三种反应放出的热量可为硫酸铵结晶蒸发提供所需的热量，而无需使用蒸汽进行加热，使得系统能耗低。

根据本发明的一个实施例，可首先通过手动控制来控制氨气流量和硫酸流量，然后通过自动控制系统来控制氨气流量和硫酸流量。

在以下说明中，P为氨气压力，Y为氨气压力的设计压力，单位为KPa；B为氨气浓度，单位为质量百分数；C’为当前时刻的氨气流量，C为上一时刻的氨气流量，单位为m³/h；D’为当前时刻的硫酸流量，D为当前时刻的硫酸流量计算值，单位为t/h；A为结晶器内的硫酸浓度，单位为质量百分数。

自动控制系统通过按等式D=（P×98·B·C’）/（22.4×2×10⁸）来执行对氨气流量和硫酸流量的自动控制。其中，利用设置在结晶器100内的酸度计对结晶器100内的硫酸浓度进行检测。当4wt%＜A＜6wt%时，则D’=D，即当结晶器100内的硫酸浓度在本发明允许范围内时，硫酸流量为根据公式计算得出的理论计算流量，此时，当前时刻氨气流量仍为上一时刻的氨气流量；当A＞6wt%且(Y-10)＜P＜(Y+20)时，自此时开始计时，30min后，调节氨气流量以及硫酸流量，使得D’=0.75D，C’=1.25C，即当结晶器100内的硫酸浓度高于本发明允许的硫酸浓度时，则减小硫酸的输入，增大氨气的输入，如果1h后，A＞6wt%，则酸度计可能出现障碍，此时，将自动控制改为手动控制，通过手动测定结晶器100内的硫酸浓度，并调校酸度计；当A＜4wt%且(Y-10)＜P＜(Y+20)时，自此时开始计时，30min后，调节氨气流量以及硫酸流量，使得D’=1.25D，C’=0.75C，即当结晶器100内酸度值低于本发明允许的硫酸浓度时，则增大硫酸铵的输入，减小氨气的输入，如果1h后，A＜4wt%，则酸度计可能出现障碍，此时，将自动控制改为手动控制，通过手动测定结晶器100内的硫酸浓度，并调校酸度计。当执行自动控制系统时，可连续执行D=（P×98·B·C’）/（22.4×2×10⁸）并对硫酸浓度进行判断，以实现对硫酸流量和氨气流量的实时自动控制。

其中，实时控制的时间间隔可为4～10秒（s）。如果时间间隔低于4s，则系统工作量大，不利于系统运转；如果时间间隔高于10s，则不利于对硫酸流量和氨气流量进行实时监控。

参照图2和图3，在硫酸铵结晶过程中，可保持硫酸铵母液的温度为50℃～55℃。由于结晶器100内形成9.3KPa～9.7KPa的绝对压力，当硫酸铵母液温度高于55℃，硫酸铵母液将沸腾；当硫酸铵母液温度低于50℃时，不利于硫酸铵母液结晶生成硫酸铵晶浆。当硫酸铵母液温度低于50℃时，可将部分硫酸铵母液输出，通过母液加热器200将硫酸铵母液加热至58℃～65℃后，再送回结晶器100进行结晶。

母液加热器200通过设备底座204和205固定在指定地点。当硫酸铵母液需要加热时，利用母液循环泵300将硫酸铵母液自结晶器100的循环母液出口113输出，并从母液加热器200的硫酸铵母液入口203进入到母液加热器200中进行加热。

结晶器100内设置的气相平衡管114用于平衡第二腔室116和第三腔室117的压力，以保证第三腔室117内的液面高度不低于循环母液出口113的高度，若第三腔室117内的液面高度低于循环母液出口113的高度，则在输出循环母液时将无法抽出循环母液。此外，由于无法抽出循环母液，还将导致母液加热器200内原有的硫酸铵母液迅速蒸发、结晶而造成母液加热器200发生堵塞。

母液加热器200通过蒸汽入口202向母液加热器200通入蒸汽，并利用蒸汽将硫酸铵母液加热至58℃～65℃，蒸汽进行加热后产生的蒸汽冷凝液自蒸汽冷凝液出口206排出。当加热完成后，该部分硫酸铵母液从硫酸铵母液出口201输出，并自循环母液入口112进入到结晶器100中继续进行结晶。

母液加热器200除了对硫酸铵母液起到加热的作用外，还可以起到提高硫酸铵晶体粒度的作用。在母液加热器200中，由于硫酸铵母液的温度升高，硫酸铵溶解度增大，因此小颗粒的硫酸铵晶体发生溶解，当加热后的硫酸铵母液进入到结晶器100中时，硫酸铵母液可降温至50℃～55℃，由于温度降低硫酸铵溶解度减小，因此硫酸铵会依附原有的硫酸铵晶体的晶核进行生长，成为大颗粒的硫酸铵晶体。虽然根据示例性实施例，可采用母液加热器100对硫酸铵母液进行加热，然而本发明不限于此，在结晶器100内进行的氨气冷凝冷却、硫酸和氨反应以及硫酸铵结晶反应放出的热量即可将硫酸铵母液的温度维持在50℃～55℃。

在结晶器100内的汽水混合物通过捕雾网102对汽水混合物内夹杂的硫酸铵液滴进行初次气液分离，然后从结晶器出口101进入捕雾器600对汽水混合物内含有的硫酸铵液滴进行再次气液分离，最后得到水蒸气和少量不凝性气体，如氮气、氧气、二氧化碳等。水蒸气通过凝缩器700冷凝为凝缩液后送往处理站进行处理，不凝性气体则由真空泵抽至大气中。

当反应结晶器100内的硫酸铵晶浆中的晶体体积百分数达到25～30%时，则将硫酸铵晶浆自晶浆出口108排出，通过结晶泵400抽送至稠化、离心以及干燥步骤。其中，硫酸铵在干燥过程中产生的滤液自进料口107进入结晶器100内进行再次结晶，硫酸可置于硫酸高置槽500中，通过硫酸入口105进入结晶器100中。

根据本发明的一个实施例，以干燥的硫酸铵晶体计算，根据本发明制得的硫酸铵晶体中的氮含量的质量百分数大于等于21wt%，硫酸铵晶体中的游离酸的质量百分数小于0.05wt%，硫酸铵晶体中粒度大于1mm的硫酸铵晶体的质量百分数大于62wt%。因此根据本发明可生产大颗粒、酸度低的硫酸铵产品。

根据本发明的一种大颗粒硫酸铵产品的生产方法，选择了合适的酸度值、硫酸流量、硫酸浓度和氨气流量、氨气浓度以及真空度，并通过在一个结晶器内进行氨气冷凝冷却、硫酸与氨的反应以及硫酸铵结晶三种反应，为硫酸铵结晶蒸发提供热量，以保证低能耗地生产大颗粒、酸度低、质量等级高的硫酸铵产品。

虽然已参照附图描述了本发明的示例性实施例，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定其范围的本发明的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行修改。

Claims

1.一种大颗粒硫酸铵产品的生产方法，所述生产方法包括下述步骤：

利用设置在结晶器上的氨气入口和硫酸入口，向结晶器内通入氨气和硫酸，氨气进行冷凝冷却反应得到氨水，氨水与硫酸反应生成硫酸铵母液；

硫酸铵母液在结晶器内进行结晶反应得到硫酸铵晶浆，其中，利用与结晶器相连的真空泵在结晶器内形成9.3KPa～9.7KPa的绝对压力；

当硫酸铵晶浆中的硫酸铵晶体的体积百分数达到25%～30%时，则将硫酸铵晶浆自结晶器排出，并进行稠化、离心和干燥步骤，最终得到硫酸铵晶体，

其中，利用设置在结晶器内的酸度计控制结晶器内的硫酸的质量百分数为4wt%～6wt%。

2.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，向结晶器内通入的氨气流量为600～800m³/h，硫酸流量为1.5～2t/h，通入的氨气的质量百分数为18～25wt%，硫酸的质量百分数为98%。

3.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，首先通过手动控制来控制氨气流量和硫酸流量，然后通过自动控制系统来控制氨气流量和硫酸流量，自动控制系统通过按式子D=（P×98·B·C’）/（22.4×2×10⁸）来执行对氨气流量和硫酸流量的实时控制，其中，利用设置在结晶器内的酸度计对硫酸浓度进行检测：

当4wt%＜A＜6wt%时，则D’=D；

当A＞6wt%且(Y-10)＜P＜(Y+20)时，自此时开始计时，30min后，调节氨气流量以及硫酸流量，使得D’=0.75D，C’=1.25C，

如果1h后，A＞6wt%，将自动控制改为手动控制，通过手动测定结晶器内的母液酸度，并调校酸度计；

当A＜4wt%且(Y-10)＜P＜(Y+20)时，自此时开始计时，30min后，调节氨气流量以及硫酸流量，使得D’=1.25D，C’=0.75C，

如果1h后，A＜4wt%，将自动控制改为手动控制，通过手动测定结晶器内的母液酸度，并调校酸度计；

其中，P为氨气压力，Y为氨气压力的设计压力，单位为KPa；B为氨气浓度，单位为质量百分数；C’为当前时刻的氨气流量，C为上一时刻的氨气流量，单位为m³/h；D’为当前时刻的硫酸流量，D为当前时刻的硫酸流量计算值，单位为t/h；A为结晶器内的硫酸浓度，单位为质量百分数，

其中，实时控制的时间间隔为4～10秒。

4.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，利用设置在结晶器底部的搅拌机对结晶器内的硫酸铵母液进行搅拌，使硫酸铵母液混合均匀并防止硫酸铵晶体沉积在结晶器底部。

5.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述氨气来自磷铵洗氨工艺，氨气温度为140℃～160℃。

6.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，保持结晶器内的硫酸铵母液温度为50℃～55℃。

7.根据权利要求6所述的生产方法，其特征在于，当结晶器内的硫酸铵母液温度低于50℃时，将部分硫酸铵母液输出至母液加热器进行加热，加热至58℃～65℃后再送回结晶器内。

8.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，以干燥后的硫酸铵晶体计算，硫酸铵晶体中的氮含量的质量百分数大于等于21wt%，硫酸铵晶体中的游离酸的质量百分数小于0.05wt%，粒度大于1mm的硫酸铵晶体的质量百分数大于62wt%。