宣鋼焦化廠硫酸銨質量影響因素的判定及解決對策

孫海峰

目前，我國大部分鋼鐵企業的焦化廠均采用飽和器法工藝生產硫酸銨以回收煤氣中的氨。飽和器法生產硫酸銨的工藝根據進入飽和器氨的來源不同，分為直接法、間接法和半直接法三種，河鋼集團宣鋼公司焦化廠硫酸銨生產采用的是間接法飽和器生產工藝。

近一段時期我廠生產的硫酸銨結晶顆粒小、外觀質量差，顏色為灰色或暗黑色，嚴重影響了產品的銷售。為解決這一問題，對影響硫銨成品顏色的因素進行了分析，制定了相應的改進措施。

1 硫酸銨生產工藝

宣鋼公司焦化廠生產硫酸銨生產工藝，首先用蒸氨廢水、剩余氨水吸收荒煤氣中的氨，形成洗氨富液；然后洗氨富液經蒸氨脫酸后，形成蒸氨廢水和酸汽；最后酸汽進入飽和器，在飽和器中硫酸吸收酸汽中氨，形成硫酸銨，硫酸銨經離心機脫水、干燥機干燥后成為產品。硫酸銨生產工藝流程見圖1，主要反應式如下：NH3+H2SO4→NH4HSO4；2NH3+H2SO4→（NH4）2SO4。

圖1 硫酸銨生產工藝流程示意圖

生產工藝流程如下。

2 影響硫酸銨產品外觀質量因素的判定

影響硫酸銨產品外觀質量的原因。宣鋼公司焦化廠硫酸銨外觀質量差主要是因為硫酸銨晶體表面帶有一定量的有害物質。這些有害物質主要是鐵鹽（Fe2+和Fe3+）、各種砷化合物、硫氰酸鹽和焦油有機化合物，雜質鹽主要由硫酸帶入，有機化合物主要是酸汽帶入的焦油組分。母液中含有的這些雜質，濃度超出一定范圍對硫酸銨顆粒和外觀質量均會產生不利影響。硫酸銨晶體表層有一些含雜質鹽類的離子，晶體表層能夠活動的范圍被覆蓋了，導致硫酸銨晶體增長延緩，因雜質物質在硫酸銨晶體表面表現出較強的吸附性，影響硫酸銨產品外觀質量，表層畸形細小顆粒明顯。另外，在環境適宜的情況下，焦油霧可通過酸氣帶進飽和器內，母液中產生一定數量乳濁液覆蓋于晶體表層，硫酸銨產品外觀及顏色受到影響。

（1）影響硫酸銨外觀質量的因素的判定。如何較方便地判斷影響硫酸銨外觀質量的是由雜質鹽還是焦油有機物引起的？一般采取原料分析的辦法，分析濃硫酸含鐵、砷、鉛等離子含量是否超標。如果濃硫酸質量合格，就可排除硫酸質量的影響。化驗硫酸含雜質情況雖然可以判斷硫酸是否對硫酸銨外觀質量產生影響，但也存在一些不足：一是化驗精度要求高，化驗離子種類多，化驗時間偏長；二是只代表現有硫酸質量，不能反映硫酸銨母液含雜質情況。

為了能方便地對硫酸銨外觀質量影響因素進行快速判斷，利用雜質鹽溶于水、有機物不溶于水的現象，我們采取了一種簡便的判斷方法。具體方法是：將適量帶顏色的硫酸銨產品放置到無色、透明的玻璃杯或塑料瓶中，加入適量純凈水，快速攪拌（晃動）幾下，靜置，如果看到容器底部硫酸銨晶體為白色結晶，溶液無色，溶液表面漂有黑色顆粒（硫酸銨晶體表面被干燥的焦油等有機物）和零星油漬，就可初步判斷硫酸銨顏色主要由焦油等有機物造成；如果溶液帶有顏色，溶液表面基本沒有黑色顆粒物，就可初步判斷硫酸銨顏色主要由雜質鹽造成；如果溶液帶色，溶液表面也有黑色顆粒物，就可初步判斷雜質鹽和有機物對硫酸銨的外觀質量均有影響。

通過這種方法，我們判定，形成硫酸銨外觀顏色的是焦油有機物。

（2）造成硫酸銨結晶表面帶焦油有機物的原因分析。通過對硫酸銨生產工藝進行分析，造成硫酸銨產品表面覆蓋焦油有機物的原因主要由以下幾個方面：一是進入飽和器的酸汽帶焦油霧偏多，母液中含焦油乳濁液量偏大；二操作不規范，硫酸銨結晶顆粒小，產品呈粉狀，離心機脫水效果差，殘留的焦油乳濁液包裹在硫酸銨表面。

通過查看飽和器硫酸高置槽液位趨勢（見圖2），發現飽和器班中加酸不穩定，存在硫酸銨提料過程中，短時間增加大酸量，提高硫酸銨母液酸度（酸度在3%～5%）的問題。

圖2 硫酸高置槽液位趨

通過向職工了解情況，這樣操作就是為了減小硫酸銨粒度，增加提料速度。用壓縮空氣將飽和器中底部的硫酸銨結晶提到近二十米的高度處理，顆粒越小，提料越容易，提料時間越短。

通過加酸改變硫酸銨結晶粒度，從下圖3 可以說明。

圖3 液體濃度、溫度和結晶過程的關系

飽和器正常生產時，可以認為溫度是不變的，由于酸和氨的反應是連續的，母液濃度由E＇逐步增加到F＇和G，母液濃度由飽和區逐步到達過飽和區，最后形成大量晶核。

增大飽和器加酸量，可使母液局部硫酸過量，硫酸除吸收氨形成硫酸氫銨外，與硫酸銨晶體接觸，可溶解硫酸銨結晶，使硫酸銨變成硫酸氫銨，溶到溶液中，大量硫酸氫銨與氨接觸、反應，硫酸銨溶液濃度快速到達G 點，短時間內形成大量硫酸銨晶核。原來長大的硫酸銨晶體被溶解、變小，新形成的小硫酸銨晶體因成長時間不足，顆粒較小，所以從飽和器中提出的硫酸銨晶體偏小，多數時候呈粉狀。在離心機進料不變的情況下，硫酸銨結晶顆粒越小，脫水越困難，含水越高，帶焦油有機物越多，干燥后硫酸銨結晶表面形成一層焦油膜，造成硫酸銨產品帶色明顯。

3 宣鋼焦化廠對硫酸銨質量影響因素采取的主要措施

3.1 降低進入飽和器酸汽焦油霧含量

酸汽含焦油霧是由洗氨富液帶入，而洗氨富液中焦油是由剩余氨水和煤氣洗氨的過程中帶入。為了降低操作過程中進入富液中的焦油含量，采取的主要措施有：

（1）保證電捕焦油器運行效果。按時對電捕焦油器電流、電壓進行檢查、調整，保證電捕焦油器運行效果，煤氣含焦油霧≤20mg/Nm3。

（2）控制焦油氨水分離效果。將焦油氨水槽焦油氨水混合液控制在2#～3#檢查口之間，確保焦油、氨水分離效果，降低剩余氨水含油量。

（3）降低洗氨富液含油量。每2h 檢查一次洗氨富液氣浮除油設備運行效果，及時調整氣浮除油器堰板高度，確保富液含油順利排出，減少富液含油量。

（4）增加相關貯槽、塔設備的排油頻次。剩余氨水槽、富液槽、蒸氨脫酸塔每班增加一次排油操作，進一步降低酸汽焦油霧含量。

3.2 控制工藝操作，提高硫酸銨粒度和離心機脫水效果

3.2.1 穩定加酸制度，增大硫酸銨結晶顆粒

宣鋼焦化廠硫酸銨正常生產飽和器酸度要求穩定控制在2%～3%范圍內，這樣有利于得到大顆粒硫酸銨結晶。為了保證飽和器加酸穩定，將硫酸高置槽液位趨勢圖作為監督飽和器加酸操作的手段，發現操作不規范，及時制止，確保母液酸度控制平穩，提高硫酸銨結晶粒度。

3.2.2 根據硫酸銨脫水效果，及時調整離心機進料量

在離心機推料頻次不變的情況下，每次提料時，崗位職工要根據硫酸銨在離心機中的脫水情況（可參考硫酸銨干燥顏色），及時調節離心機進料量，控制脫水效果，減少焦油乳濁液在硫銨產品中的殘留，提高產品外觀質量。

3.3 母液酸度和加酸制度

根據硫酸銨結晶原理，母液的酸度對硫核結晶的質量起關鍵作用。其酸度一般控制在2%～3%。母液的酸度波動對大顆粒硫酸銨的生產非常不利。有時結晶停止，有時結晶繼續快速，結果形成了大量的晶核，大顆粒的硫酸銨不能被吸收。為使母液的酸度保持恒定間隔，必須根據進入飽和器的氨量，不斷穩定地向飽和器中加入酸。酸度波動很大，會破壞結晶的正常生產條件。因此，要生產大顆粒硫酸銨，必須控制飽和器中的酸度波動，以延長穩定運行時間。

3.4 飽和器內的水平衡

如果水平衡失控，就會出現液位的損失或阻力，影響飽和器內的飽和硫酸銨結晶顆粒的穩定運行。在嚴重的情況下，電阻也會很高，使酸性氣體無法進入飽和器，導致生產停止。因此，必須嚴格控制提升系統、攪拌系統和離心機運行各部分的洗滌量，以保持水分平衡。水必須返回蒸汽，取出飽和度；用增壓空氣量來調節從酸性氣體中提取的水量來調節飽和平衡中的水分，當前輸出的增壓空氣量應控制在280m2/h ～400m2/h。

3.5 飽和器內熱平衡

飽和器要達到水平衡狀態需要依靠溫度系統調節。水平衡與熱平衡相互作用，飽和器內充入一定數量酸性氣體時飽和器內原液增加對熱平衡產生巨大影響。為飽和器提供熱源物質包括：攪拌空氣產生的熱量、結晶墊、硫酸稀釋所產生的熱量、硫酸銨結晶反應。所以，讓飽和器達到水平衡的標準要調節母液酸度，確保酸性氣體內的部分氨吸收充分，通常情況下母液酸度占比為2%～3%；另外還要嚴格控制飽和器沖洗水溫度及沖洗水量，使飽和器達到熱平衡狀態。

3.6 加強離心機操作

離心機運轉可直接影響硫銨游離酸及水份。沖洗水溫度和洗水量也直接影響硫酸銨產品質量。一般洗水量為硫銨產量的10%～12%，當洗水量在12%以下時，硫銨游離酸隨洗量增加而直線下降，之后則下降緩慢。當水分超過12%以上，離心機后硫酸水分會急劇增加，同時，洗水量過多也會破壞飽和器內的水平衡。與此同時，洗滌時選用熱水，可將硫銨表層的含油雜質有效去除，避免離心篩網被雜質物質阻塞。水溫升至60℃時，結晶數值明顯上升。所以，保持水溫在60℃以上更能保證硫銨質量。

3.7 控制品比

懸浮于母液中的硫銨結晶的體積對母液與結晶總體積的百分比，稱為晶比。飽和器的作用主要有兩個：a 氨吸收反應：氨氣進入飽和器中和母液中的硫酸發生反應生成硫銨。h.起結晶槽作用：在飽和器內硫銨的生成過程要經過兩個階段：晶粒的形成→晶粒的成長。在攪拌風的作用下使硫銨結晶在飽和器內反應區均勻有充足成長空間和時間，使小顆粒的晶粒就會逐漸長成大顆粒。飽和器中晶比的大小對硫銨粘度，母液中氨飽和量和氨損失量都有直接影響。晶比太大.相應減少氨與硫酸反應所需的容積，不利于氨的吸收，并使母液攪拌阻力加大，導致攪拌不良：同時晶比過大，結晶間摩擦的機會增多、大顆粒結品破裂成小粒結品，晶比太小則不利于結晶的長大。因此，母液中必須移制一定的品比 以利干得到大顆粒硫銨，一般比保棟在40%～60%對生產大顆粒硫銨是有利的。

3.8 母液雜質的控制

母液中含有大量的雜質物質，可將其分為兩類即不可溶性和可溶性。具有代表性的不可溶性雜質為飽和器中的焦油，雜質物質會阻礙硫銨結晶形成，提升著色度。可溶性雜質物質內有鉻、鐵、鋁、鈰元素，含有以上元素的雜質物質大部分源于H，含SO 具有腐蝕性能的工業水，產生雜質物質會聚集在硫銨結晶表層，影響硫銨結晶速度。要提升硫銨結晶效率及質量，在符合生產流程前提下做到以下幾點：①按規定要求對飽和器進行洗滌，確保過濾器件可以正常使用，蒸銨過程中達到少帶油或不帶油；②嚴格執行蒸銨工序。序蒸銨塔根據規定排油方案進行排油，蒸銨作業中達到少帶油或不帶油；③運用優良的硫酸；④更換離心機洗水；⑥定期檢查設備，發現有被液體腐蝕情況，要進行更換。

3.9 保證工業風壓力

為了使飽和母液的酸度和溫度均勻，使晶體顆粒懸浮在母液中，最有效的措施是攪拌母液。混合母液不僅會加速晶核的形成，還會加速晶體的生長，尤其是母液過量時。此外，母液的不均勻速度運動會導致新產品晶核的形成，而勻速的平穩運動會導致產品體的增長。因此，飽和母液必須以恒定的速度混合，以克服產品表面液膜的阻力，增加產品核心的生長速度。我廠的飽和器是用工業空氣（氮氣）混合萃取物料，所以工業氣壓必須穩定充足。為保證工業空氣壓力，工廠空壓站新增風機，為硫酸銨供應工業空氣。

4 結語

通過廠作業區、科室有關技術人員的共同努力，找出影響硫酸銨外觀質量的因素，采取了相應措施，硫酸銨產品顆粒明顯增大，顏色逐步變白。提高了用戶的滿意度，穩定了市場占有率，同時也創造了較好的經濟效益。