CN113044856A - 一种利用焦炉煤气制备硫酸铵的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用焦炉煤气制备硫酸铵的方法，将焦炉煤气冷却，再用硫酸水溶液吸收焦炉煤气中的氨而得到硫酸铵溶液，导入晶析设备进行减压浓缩，并将硫酸铵结晶分离的硫酸铵制备方法中，采用淡水作为间接冷却焦炉煤气和/或氨水的冷却水，从间接冷却排出的热排水在减压下做成蒸汽回收，把这个蒸气作为减压浓缩的热源。这种方法比较经济，对降低能源消耗成本很有利。
Description
技术领域
本发明属于化学工艺技术领域，尤其涉及一种利用焦炉煤气制备硫酸铵的方法。
背景技术
在焦炉的碳化室里加入煤炭进行干馏时产生的焦炉煤气(也称为“COG”)，最初时，在800℃左右的高温下体积变大，需降温后送往精制工序。
COG除了作为燃料成分外，还含有焦油成分、氨、硫化氢、氰化氢等，冷却后除去这些燃烧妨害物质和有害物质，经过精制工序作为燃料气来使用。
COG的冷却过程例图1所示。首先，将从焦炉1排出的约800℃左右的COG用焦炉集气管(Dry-main)2通过喷洒第一循环氨水(COG冷却时产生的含有氨、酚类、硫化合物、氰化氢等的水称之为[氨水])，从而将COG直接冷却，使COG温度降低至80-90℃。COG中的焦油成分和氨水的混合物被焦油氨水分离器3回收，回收的焦油成分与氨水在焦油氨水分离器3进行比重分离，分离成以焦油为主要成分的沉淀和上清液的氨水。沉淀部分为焦油，焦油被送往焦油罐(图中未示出)，而上清液(氨水)作为冷却COG的第一循环氨水进行使用，剩下的氨水(剩余氨水)被送到氨水的净化工程。
用焦炉集气管将冷却到80-90℃的COG送往初冷器4，在热交换器5中用间接冷却后的第二循环氨水进行直接冷却，成为30-40℃的COG送往精制工序。在精制工序中，作为燃料气除去不要的焦油成分和氨、硫化氢、氰化氢等。
在热交换器5中，COG直接冷却使用后的氨水通过冷却水间接冷却排出热排水。
在初冷器4中产生的含有焦油成分在内的氨水也被送往焦油氨水分离器3。
另一方面，如图2所示，有将冷却器分成2个的方法。即在焦炉集气管2后设置间接冷却器6，用冷却水间接冷却，之后如图1所示的直接冷却的方式。此时从间接冷却器6产生热排水。
作为热交换器5和间接冷却器6的冷却水海水被广泛使用。
COG中除去氨的方法，一般采用稀硫酸接触COG吸收氨，得到硫酸铵水溶液。在制备粒状硫酸铵结晶时，把在该脱氨工序中产生的含硫酸1％-5％的硫酸铵水溶液(以下称为[硫铵母液])用晶析设备浓缩析出制备硫酸铵结晶。
图3为硫酸铵晶析设备的1例(Crystal-Oslo type的概略图)。
把含有氨的COG，采用稀硫酸接触吸收得到硫铵母液，把硫铵母液送往晶析槽12，晶析槽12的上清液通过循环泵8被送往加热器7，用蒸汽加热后通过管道9进入蒸发罐10。在蒸发罐10被减压浓缩的硫酸铵母液通过下降管11进入晶析槽12，使硫酸铵结晶变大。硫酸铵结晶是作为硫酸铵稀浆被送往硫酸铵结晶分离工序(图3未示出)。
采用蒸汽喷射泵15将蒸发罐10减压，在蒸发罐10产生的蒸汽在冷凝器14中通过冷却水间接冷却后，变为冷凝水被回收。
晶析槽12的温度一般在40-65℃范围内进行操作。通常多在45-55℃操作，作为加热器7的加热源一般使用120℃以上的蒸汽。
另外，图3是分段型的晶析设备，但在搅拌混合型等晶析设备中也同样原理。
通过晶析设备制备硫酸铵结晶时，加热浓缩需要消耗大量蒸汽。所以非常期待蒸汽消费量的降低。
因此，专利文献1中公开了一种加热用热源，即在减压浓缩时产生的蒸汽用升压器加压升温，作为加热用热源使用到加热器上的方法。以及在减压浓缩时产生的蒸汽用高压蒸汽热压缩的方法。但是，因减压浓缩时产生的蒸汽温度低，加压升温需要大量的电力，存在热压缩效率差等缺点。
专利文献2提出了将通过COG冷却而产生的约70-80℃的剩余氨水直接作为加热用热源的方法。但，由于氨水含有焦油成分、酚类、氨、硫化合物等，对加热器产生腐蚀、脏污、堵塞，热交换效率低等缺点。
专利文献3提出了一种把约70-80℃的剩余氨水减压做成减压蒸汽，并将该蒸汽作为加热用热源的方法。但是，氨水除了高浓度挥发性氨以外，还含有焦油成分、硫化合物、酚等的成分，这些混入蒸汽中，导致减压效率低，同时会影响到热交换器的腐蚀、脏污和堵塞，热交换效率差等缺点。
在硫铵母液的浓缩上，使用双重效用罐的方法(非专利文献)，但效用罐之间的沸点差较小，所以节能效果不大。
【特許文献1】日本公開特許公報特開昭59－162125号公報
【特許文献2】日本特許公報特公昭59－48764号公報
【特許文献3】日本特許公報特公昭61－2611号公報
【非特許文献】Aromatics 35巻、299－304ページ(1983年)
发明内容
高温冷却后失去庞大热量主要转移到氨水，与氨水进行热交换最终成为热排水，还有从COG的间接冷却也产生热排水。但是，由于热排水一般是从40℃到70℃的温度比较低，所以到现在为止都没有作为热源被有效利用。
本发明有机结合上述热排水和从COG副产生的硫酸铵制备工序中，把该低温状态的热排水做成减压蒸汽被有效利用。
本发明提供了一种利用焦炉煤气制备硫酸铵的方法，将焦炉煤气冷却，再用硫酸水溶液吸收焦炉煤气中的氨而得到硫酸铵溶液，导入晶析设备进行减压浓缩，并将硫酸铵晶体分离的硫酸铵制备方法中，采用淡水作为间接冷却焦炉煤气和/或氨水的冷却水，从间接冷却排出的热排水在减压下做成蒸汽回收，把这个蒸气作为减压浓缩的热源。
进一步地，初冷器间接冷却产生的热排水。
进一步地，间接冷却从焦炉集气管产生的氨水和焦油的混合物，使用从间接冷却产生的热排水。
进一步地，所述减压蒸汽经加压升温后作为减压浓缩的热源。
与现有技术相比，本发明至少具有如下实用效果：
1、通过将热排水减压做成减压蒸汽使用，与现有技术中直接使用氨水作为热源，可以有效避免加热器的腐蚀和脏污；
2、如果将热排水直接作为加热器的热源，不能避免加热器的脏污，需要定期清扫来维持热交换效率；本发明通过将热排水做成减压蒸汽，可以防止加热器产生脏污等优点；
3、将氨水和热排水直接作为加热源与硫铵母液进行热交换，相比液体和液体的热交换，本发明是蒸汽和硫铵母液的热交换，传热系数(Thermal transmittance)是很高的。因此，能够把加热器做成小型化的优点；
4、热排水的升温需要消耗大量能源，本发明的方法中把减压蒸汽可以通过加压完成升温，所以对能源利用很有利。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的特征和优点从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
附图说明
附图仅用于示出具体实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为COG冷却设备概略图；
图2为COG分步冷却概略图；
图3为硫酸铵晶析设备概略图；
图4为将热排水做成减压蒸汽直接用作加热器的热源的晶析设备概略图；
图5为将热排水做成减压蒸汽加压升温用作加热器的热源的晶析设备概略图。
附图中，1-焦炉；2-焦炉集气管；3-焦油氨水分离器；4-初冷器；5-热交换器；6-间接冷却器；7-加热器；8-循环泵；9-管道；10-蒸发罐；11-下降管；12-晶析槽；13-蒸汽管线；14-冷凝器；15-蒸汽喷射泵；16-减压泵；17-蒸发水箱；18-加压泵。
具体实施方式
以下进行说明本发明的原理，本说明不能限定使用本发明的范围。
本发明的硫铵母液，主要是从焦炉煤气得到硫酸铵母液为主体，但也可以从焦炉煤气作为次要原料，或用其它方法制备出的硫酸铵得到硫酸铵母液与上记硫酸铵母液混合使用也可以。溶解硫酸铵做硫酸铵母液时，上记硫酸铵母液和水之外、硫酸水溶液等也可以溶解。
热排水的来源有多种：图1从热交换器5产生的热排水，图2从间接冷却器6和热交换器5产生的热排水等。其中，间接冷却器6产生的热排水温度较高，能够被有效利用。
另外，从焦炉集气管2(图1、图2)产生的氨水和焦油混合物的温度约80℃，因温度稍高，在这里设置间接冷却器，也可以使用这里产生的热排水。
现有技术中采用海水作为冷却水，会混入到减压蒸汽中食盐等的海水成分，不能避免加热器7的腐蚀，对加热器7需要使用耐硫铵母液和海水腐蚀性的高级材料。本申请通过使用淡水作为冷却水，采用耐硫铵母液的一般材料即可，降低了材料成本。
热排水温度是随着COG的温度和流量、冷却水的温度和流量会产生很大的波动，所以作为热源存在不稳定性。为了使加热器7的热投入量保持恒定，优选将晶析槽的液温和热排水温度的差维持成恒定的范围。
将晶析槽12的液温和热排水的温度差保持恒定的方法，可以通过测量晶析槽12内的温度和热排水出口温度，控制冷却水的水量等方法。
硫酸铵晶析槽12的温度，也就是说，晶析槽12内的硫铵母液的温度。通常为45℃-55℃。
本发明中使用的热排水温度可以比结晶槽12温度低，但热排水温度越高，经济效果就越好。
热排水减压，得到减压蒸汽，一部分热排水由液态转变为气态产生的蒸汽热会导致热排水温度下降，减压蒸汽温度也随之下降。如果大量使用热排水，温度的下降幅度可以变小，但是循环大量的热排水并不经济。一般来说，从热排水得到减压蒸汽的过程中，温度降低幅度一般控制在约10℃左右。热排水的温度下降幅度越大，热排水的量就越少，但产生的减压蒸汽的温度也越低，不利于热交换。
当热排水温度低于或微高于晶析槽12的温度(与循环硫铵母液的温度相同)时，因减压蒸汽的温度低，可以通过加压提高蒸汽温度作为加热器7的热源。
另一方面，当热排水温度比晶析槽12温度高的情况下，示例性的，热排水温度高于结晶槽10-15℃时，可以直接将减压蒸汽作为加热器7的热源来使用。也可以通过加压进一步提高减压蒸汽温度作为热源。晶析槽12的温度与作为热源的减压蒸汽或加压升温后的蒸汽温度差越大时，加热器7就可以做成小型化。
本发明中使用的热排水温度相对较低，而晶析槽12的温度一般为45-55℃，减压蒸汽或加压升温后的蒸汽温度最好比晶析槽12温度高5℃以上，优选为10℃以上，更优选为15℃以上。
图4是从热排水得到的减压蒸汽直接用作加热器7的热源使用的晶析设备概略图。
将热排水经减压泵16减压，在蒸发水箱17产生减压蒸汽，把产生的减压蒸汽导入到加热器7。作为减压方法有多种，例如也可以采用喷射泵(蒸汽喷射泵)将热排水减压为减压蒸汽。
晶析槽12的液温与从热排水得到的减压蒸汽温度差较大时，没有必要特意将蒸汽加压升温来使用。当减压蒸汽温度与晶析槽12温度差较小时，可以通过将减压蒸汽加压来提高蒸汽温度，有效提高热交换效率。需要强调是，当减压蒸汽温度低于晶析槽12温度时，通过加压来提高蒸汽温度，这样就可以将减压蒸汽有效利用。
将减压蒸汽加压的方法有多种，示例性的，采用机械压缩(mechanicalcompression)或者高压蒸汽热压缩(thermo-compression)中的一种或两种方法均可。或者2段以上用压缩也可以。
图5是从热排水得到减压蒸汽加压升温的晶析设备概略图。
将热排水在蒸汽加压泵18入口侧减压，在蒸发水箱17产生减压蒸汽，再将产生的减压蒸汽通过蒸汽加压泵18加压升温后导入加热器7。
另外，本发明也可以和其它热源例如蒸汽(100℃以上)等一起并用。
以下在实施例中说明本发明，但是本发明的效果不限于以下实施例。
实施例1
在硫酸铵晶析设备中(晶析槽温度为50℃)，将含有氨8g/m3的COG160，000m3/hr用稀硫酸进行吸收生产硫酸铵结晶5t/hr，作为加热器的热源而使用蒸汽，以前方法的蒸汽使用量约是8t/hr。
作为热源，即将60℃的热排水600m3/hr减压产生减压蒸汽(温度51℃)，再经蒸汽压缩机加压升温提高到58℃作为加热器的热源使用，本发明中，完全不需要额外提供蒸汽。
实施例2
在实施例1中，调节冷却水的水量，将热排水温度控制在68℃，进行以下实验。
将上述68℃的热排水600m3/hr减压产生减压蒸汽(59℃)，将减压蒸汽作为加热器的热源使用，本发明中，完全不需要额外提供蒸汽。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种利用焦炉煤气制备硫酸铵的方法，将焦炉煤气冷却，再用硫酸水溶液吸收焦炉煤气中的氨而得到硫酸铵溶液，导入晶析设备进行减压浓缩，并将硫酸铵晶体分离的硫酸铵制备方法中，其特征在于，采用淡水作为间接冷却焦炉煤气和/或氨水的冷却水，从间接冷却排出的热排水在减压下做成蒸汽回收，把这个蒸气作为减压浓缩的热源。
2.根据权利要求1所述利用焦炉煤气制备硫酸铵的方法，其特征在于，热排水是通过初冷器间接冷却产生的热排水。
3.根据权利要求1所述利用焦炉煤气制备硫酸铵的方法，其特征在于，间接冷却从焦炉集气管产生的氨水和焦油的混合物，从间接冷却产生的热排水。
4.根据权利要求1-3任一项所述利用焦炉煤气制备硫酸铵的方法，其特征在于，所述减压蒸汽经加压升温后作为减压浓缩的热源。
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