Размещено на http://www.allbest.ru/

Производство сульфата аммония полупрямым способом с использованием сатураторов барботажного типа. Анализ стадий нейтрализации аммиака серной кислотой

Содержание

• Введение
• 1. Общая характеристика производства
• 1.1 Сырье, характеристика сырья
• 1.2 Продукт, характеристика и применение
• 1.3 Химическая схема производства
• 2. Технологическая схема производства ее описание
• 3. Описание конструкции промышленного реактора
• 4. Экологические проблемы данного производства и пути их решения
• Литература

Введение

Сульфат аммония (NH₄)₂SO₄ получают на коксохимических заводах в сульфатном отделении цеха улавливания. Исходным сырьем для получения сульфата аммония служит аммиак, содержащийся в коксовом газе.

Получение сульфата аммония основано на реакции нейтрализации аммиака серной кислотой в сатураторах или абабсорберах:

2NH₃ + H₂SO₄ > (NH₄)₂SO₄ + Q.

1. Общая характеристика производства

1.1 Сырье, характеристика сырья

Характеристика серной кислоты, применяемой для производства сульфата аммония.

В химически чистом сульфате аммония аммиак составляет 25,76 %, остальные 74,24 % приходятся на долю серной кислоты. На коксохимических заводах для производства сульфата аммония используется серная кислота следующих видов: башенная, контактная техническая; отработанная с предприятий органического синтеза; регенерированная после койки фракций сырого бензола и других коксохимических продуктов. Качество серной кислоты нормируется государственными стандартами.

Для производства сульфата аммония высшего и первого сортов используется контактная серная кислота улучшенной марки Б концентрации 92,5 - 94,0 % с содержанием железа не более 0,015 %, оксидов азота и мышьяка 0,0001 %; для производства сульфата аммония второго сорта используются контактная и техническая кислота концентрации ? 92,5 %, содержащая 0,02 % железа; башенная кислота марки А концентрацией ? 75 % и содержащая 0,02 % железа.

Регенерированная серная кислота цехов ректификации сырого бензола с содержанием моногидрата до 50% загрязнена органическими примесями (сульфокислотами и продуктами полимеризации). Эти примеси отрицательно влияют на ход сатураторного процесса и понижают качество сульфата аммония. Однако экономически необходимо использовать эту кислоту, как наиболее дешевую.

Кроме того, в серной кислоте содержатся и другие примеси - оксиды азота, мышьяк, хлористые соединения, свинец, кадмий, алюминий и другие, которые также влияют на работу сатуратора и качество аммония. Содержание этих примесей нормируется государственными стандартами.

Большое значение для работы сульфатного отделения имеет организация приема и хранения серной кислоты. Хранение серной кислоты (? 75 %) осуществляется в вертикальных хранилищах из углеродистой стали емкостью не более 400 мі.

Характеристика аммиака содержащегося в коксовом газе.

Смесь паро- и газообразных продуктов коксования, выходящих из коксовых камер в газосборники, образует так называемый прямой коксовый газ. Он содержит следующие количества химических продуктов, г/мі:

Пары воды - 250-450

Пары смолы - 80-150

Бензольные углеводы - 30-40

Аммиак - 8-13

Нафталин до - 10

Сероводород - 6-10

Цианистый водород - 0.5-2.5

Аммиак (NH₃) представляет собой бесцветный газ с характерным резким запахом (нашатырного спирта). При обычном давлении затвердевает при температуре -78°С и сжижается при -34°С. Плотность газообразного аммиака при нормальных условиях составляет примерно 0,6, т.е. он легче воздуха. С воздухом образует взрывоопасные смеси в пределах 15 - 28 объемных процентов NH.

1.2 Продукт, характеристика и применение

Сульфат аммония представляет собой белые, прозрачные кристаллы формы удлиненного ромба величиной от сотых и десятых долей миллиметра до 6-8 мм и больше. Плотность кристаллического сульфата аммония при 20єС составляет 1,768 г/смі. Насыпная масса в зависимости от крупности кристаллов и содержания влаги колеблется в пределах 780-830 кг/мі. Сульфат аммония хорошо растворяется в воде. С повышением температуры растворимость его в воде увеличивается. Химически чистый сульфат аммония содержит 21,237% N₂ или 25.76% NH₃.

Важным показателем качества сульфата аммония является размер кристаллов. Мелкокристаллическая структура соли с сильно развитой поверхностью является причиной повышенного содержания в ней влаги и серной кислоты, что приводит к слеживания при хранении и срастанию ее в агломераты. Крупнокристаллическая соль менее подвержена слеживания и равномерно распределяется в почве при использовании ее в качестве удобрения.

Сульфат аммония содержит около 24 % серы, которая в виде сульфат-иона поступает в почву вместе с удобрением. Сульфат аммония является ценным удобрением для сельскохозяйственных полей и поэтому занимает одно из ведущих мест среди продуктов коксохимического производства. Среди азотных удобрений, применяемых в сельском хозяйстве, сульфат аммония занимает большое место. В мировом производстве азотных удобрений на долю сульфата аммония приходится более 20 % от всего производства связанного азота. Ценность этого удобрения обусловлена высоким содержанием азота, по сравнению с другими азотными удобрениями(чилийской селитрой, содержащей 15 - 16 %, норвежской селитрой, содержащей

13 - 14 % и естественным удобрением, содержащий 6 - 7 % азота); азот хорошо усваивается из почвы корнями растений. Содержащаяся в сульфате аммония сера является необходимым элементом питания для многих сельскохозяйственных культур (свеклы, хлопчатника, табака и др.), поэтому сульфат аммония можно считать удобрением, содержащим питательных веществ более 45 % и обладающим высокими агротехническими свойствами.

1.3 Химическая схема производства

Процесс нейтрализации аммиака серной кислотой протекает в две ступени: сначала образуется кислая соль бисульфат аммония по уравнению:

NH₃ + H₂SO₄ > NH₃HSO₄.

По мере насыщения раствора аммиаком кислая соль переходит в среднюю, т.е. сульфат аммония:

NH₃ + NH₃HSO₄ > (NH₄)₂SO₄.

Эти реакции протекают с выделением тепла, количество которого зависит от условий ведения процесса.

Соотношение между сульфатом и бисульфатом, находящимся в растворе обусловливается его кислотностью. При очень низкой кислотности (1-2 %) в растворе преобладает сульфат, который выпадает из пересыщенного раствора в виде кристаллов. При повышении кислотности раствора (выше 12 - 15 %) средняя соль (сульфат) переходит в кислую (бисульфат), которая обладает лучшей растворимостью в воде и слабом растворе серной кислоты, чем сульфат и остается в растворенном виде, т.е. при высокой кислотности в растворе находится главным образом бисульфат аммония. По достижении пределов растворимости из раствора в первую очередь выпадают кристаллы сульфата аммония.

2. Технологическая схема производства ее описание

Коксовый газ, охлажденный в первичных газовых холодильниках и очищенный от туманообразования смолы в электрофильтрах подается нагнетателем в паровой подогреватель сульфатного отделения. В подогревателе газ нагревается до 50 - 60 єС и поступает в сатуратор по центральной газоподводящей трубе, заканчивающейся газораспредденительным зонтом, погруженным в маточный раствор ванны сатуратора на 250-280 мм.

Подогрев газа перед сатуратором особенно необходим в момент спуска сульфатного отделения, а также для предупреждения обводнения ванны сатуратора (для повышения прихода тепла в сатуратор). Одновременно с газом в сатуратор поступает часть пароаммиачной смеси из дефлегматора аммиачного отделения.

В сатураторе аммиак, содержащийся в газе и в пароаммиачной смеси и пиридиновые основания взаимодействуют с серной кислотой с образованием соответствующих солей.

Серная кислота с концентрацией 76-75 % непрерывно поступает в сатуратор из напорного бака по специальной трубе и распределяется по кольцевой трубе, укрепленной на газоподводящей трубе над барботажным зонтом. Таким образом, кислота подается непосредственно в зону поступления газа в маточный раствор.

Прошедший сквозь слой маточного раствора и освободившийся от аммиака и пиридиновых оснований коксовый газ через газовый патрубок направляется в кислотную ловушку, в которой из газа улавливаются увлеченные брызги маточного раствора. Потери аммиака в газе, уходящем из сатуратора, должны составлять не более 0,02-0,03 г/мі и пиридиновых оснований не более 0,04-0,06 г/мі. Это достигается хорошим контактом газа и маточного раствора в ванне сатуратора.

После кислотной ловушки коксовый газ направляется в конечные газовые холодильники для охлаждения его до 25-30 єС перед улавливанием бензольных углеводородов в скрубберах.

Оседающие в конической части сатуратора кристаллы сульфата аммония вместе с некоторым количеством маточного раствора кислотоупорным насосом 4 подаются в кристаллоприемник для отстаивания кристаллов сульфата аммония. Через штуцер, расположенный в верхней части кристаллоприемника, маточный раствор отстоявшегося от кристаллов сульфата аммония непрерывно стекает в кастрюлю обратных токов 6 и из нее самотеком в сатуратор. Кристаллоприемник располагают выше кастрюли обратных токов, чтобы обеспечить самотек раствора.

Из нижней части кристаллоприемника сгустившаяся смесь кристаллов сульфата аммония с маточным раствором самотеком поступает в центрифугу непрерывного действия, где кристаллы отделяются от маточного раствора и промываются горячей водой (60-70 єС). Отфугованный сульфат аммония из центрифуги транспортируется на сушку, а затем на склад. Раствор после центрифуги через кастрюлю обратных токов возвращается в сатуратор.

Уровень маточного раствора в сатураторе поддерживается постоянным с помощью специального бокового штуцера (перелива), через который избыток маточного раствора отводится в циркуляционную кастрюлю, служащую одновременно гидравлическим затвором, исключающим возможность выхода газа из сатуратора вместе с раствором.

Вместе с маточным раствором в циркуляционную кастрюлю отводится кислая смолка, плавающая на поверхности маточного раствора в ванне сатуратора. Всплывшая на поверхность маточного раствора кислая смолка через сливной карман выводится из циркуляционной кастрюли в специальную емкость.

Для создания в ванне сатуратора равномерной концентрации кислоты и благоприятных условий для роста кристаллов соли производится непрерывная циркуляция маточного раствора циркуляционным насосом производительностью 150-200 мі/ч по схеме сатуратор-насос-сатуратор. При этом маточный раствор забирается насосом из средней зоны сатуратора и подается в его нижнюю коническую часть через специальное сопло ажитатор. Таким образом, в этой зоне сатуратора создаются интенсивные восходящие потоки маточного раствора, которые поддерживают кристаллы во взвешенном состоянии, удлиняя время их роста.

При образовании в ванне сатуратора избытка маточного раствора последний из циркуляционной кастрюли самотеком перетекает в сборник, откуда по мере надобности насосом возвращается в сатуратор.

Перелив из сатуратора в циркуляционную кастрюлю не должен превышать 10-12 мі/ч, что обеспечивается насосом соответствующей производительности. Циркуляция раствора производится по схеме: циркуляционная кастрюля - сборник - насос - кастрюля обратных токов - сатуратор - циркуляционная кастрюля или сатуратор - насос - сатуратор.

Часть маточного раствора, отстоявшегося от кристаллов сульфата аммония, из верхней части кристаллоприемника непрерывно отводится в нейтрализатор пиридиновой установки. Маточный раствор в пиридиновую установку может также отбираться из нагнетательной линии циркуляционного насоса. Количество этого раствора зависит от содержания в нем пиридиновых оснований, которое составляет 10 - 15 г/л и в свою очередь определяется содержанием пиридиновых оснований в коксовом газе, температурой и кислотностью маточного раствора в сатураторе. Чем выше концентрация пиридиновых оснований в маточном растворе, тем меньше количество раствора необходимо выводить для переработки в пиридиновое отделение. Обеспиридиненный маточный раствор из пиридинового отделения поступает в реактор-подкислитель, где подкисляется серной кислотой до концентрации 10-12 % и затем поступает в сборник или в циркуляционную кастрюлю, откуда насосом 10 подается в сатуратор.

Сушку сульфата аммония осуществляется в сушильной установке с "кипящим" слоем, для чего подается воздух, подогретый в калорифере. За последние годы на некоторых заводах внедрены сушилки с "кипящим" слоем с огневым обогревом. В этих сушилках подогрев воздуха осуществляется непосредственным смешением с продуктами сгорания коксового газа. Преимуществом этого метода является низкая стоимость топлива, возможность более тонкой регулировки и автоматизации процесса, получение сульфата аммония с влажностью, не превышающей требования ГОСТа к высшему сорту.

Высушенный сульфат аммония поступает на расфасовку и хранение. Показатели технологического режима работы установки характеризуются следующими данными:

Температура газа, єС

Перед газовым подогревателем - 35-40

После газового подогревателя - 53-60

После сатуратора - 55-65

Температура маточного раствора, єС - 53-55

Сопротивление сатуратора, кПа (мм вод. ст.) - 5-6 (500-600)

Кислотность маточного раствора, % - 4-5

Циркуляция маточного раствора - Непрерывная

Заданная кислотность маточного раствора поддерживается путем непрерывной подачи в сатуратор 76 %-ной серной кислоты. Состав маточного раствора характеризуется следующими показателями:

Плотность, кг/мі - 1300-1400

Содержание, %:

Свободной H₂SO₄ - 4-5

NH3, г/л - 150-180

(NH₄)₂SO₄ - 40-48

NH₄HSO₄ - 10-15

Выполнение заданного технологического режима работы сатуратора обеспечивает высокую ступень улавливания из газа аммиака и пиридиновых оснований.

3. Описание конструкции промышленного реактора

Сатуратор диаметром 6250 мм с выносной ловушкой, центральным барботажным зонтом и перемешиванием с помощью циркуляционного насоса, подающего раствор в струйное устройство - разбрызгивающий ажиататор.

Разбрызгивающий ажиататор представляет собой циркуляционную трубу, установленную по оси сатуратора в его ванне и оборудованную тангенциальным патрубком для принудительной подачи насосом циркулирующего раствора. Внутри циркуляционной трубы против нагнетательного патрубка установлен усеченный конус с углом при мнимой вершине, равным 150-180є. Наличие встроенного в трубу конуса обеспечивает движение закрученного потока вверх и выбрасывание из объема трубы в надванное пространство с последующим диспергированием в потоке газа. Образование вихревой воронки в верхней части циркуляционной трубы способствует тому, что маточный раствор из донной части аппарата под давлением столба наружной жидкости по трубе непрерывно поступает в зону действия вихревого потока и вместе с ним разбрызгивается в нижней части газоподводящей трубы.

4. Экологические проблемы данного производства и пути их решения

сульфат аммоний сатуратор коксохимический

К основным из экологических проблем, связанным с применением продукта, следует отнести: занитрачивание продукции, загрязнение подземных и поверхностных вод, потери азота до 20-30% из нитратных удобрений и карбамида, вследствие денитрификации и вымывания. Потери азота из нитратных удобрений значительно больше, чем из аммиачных. Если при поверхностном внесении сульфата аммония потери аммиака составляют, как правило, не более 1-3%, то у карбамида и аммиачной селитры 25-30% от внесенного количества азота. Важно также то, что этот элемент питания в сульфате аммония находится в наиболее доступной форме для растений и участвует в формировании урожая на протяжении всего вегетационного периода.

Экологические проблемы, связанные с производством продукта это:

1) Выбросы вредных веществ в окружающую среду в концентрациях более допустимых;

2) Выбросы в грунтовые воды;

3) Тепловое излучение в результате производственного процесса;

4) Последствия возможных аварийных ситуаций природного и техногенного характера.

Основные меры предупреждающие загрязнения окружающей среды в процессе производства:

1) Контроль выбросов вредных веществ в атмосферный воздух, грунтовые воды;

2) Использование современного улавливающего и очистного оборудования;

3) Разработка планов ликвидации последствий аварийных ситуаций;

4) Решение вопросов рециклинга производства (использование отходов производства, а так же использование продуктов охлаждения);

5) Плановые проверки оборудования, трубопроводов для предотвращения поломок и выбросов;

6) Насаждение и поддержание "зеленой" санитарной зоны.

Литература

1. Лейбович Р.Е., Яковлева Е.И., Филатов А.Б. Технология коксохимического производства 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Металлургия, 1982. С - 219-229

2. Интернет ресурс http://www.agrohim2001.com.ua

Размещено на Allbest.ru