孫海峰

目前，我國大部分鋼鐵企業(yè)的焦化廠均采用飽和器法工藝生產(chǎn)硫酸銨以回收煤氣中的氨。飽和器法生產(chǎn)硫酸銨的工藝根據(jù)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(chǎn)采用的是間接法飽和器生產(chǎn)工藝。

近一段時期我廠生產(chǎn)的硫酸銨結晶顆粒小、外觀質(zhì)量差，顏色為灰色或暗黑色，嚴重影響了產(chǎn)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(chǎn)工藝

宣鋼公司焦化廠生產(chǎn)硫酸銨生產(chǎn)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(jīng)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(jīng)離心機脫水、干燥機干燥后成為產(chǎn)品。硫酸銨生產(chǎn)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(chǎn)工藝流程示意圖

生產(chǎn)工藝流程如下。

2 影響硫酸銨產(chǎn)品外觀質(zhì)量因素的判定

影響硫酸銨產(chǎn)品外觀質(zhì)量的原因。宣鋼公司焦化廠硫酸銨外觀質(zhì)量差主要是因為硫酸銨晶體表面帶有一定量的有害物質(zhì)。這些有害物質(zhì)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(zhì)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(zhì)，濃度超出一定范圍對硫酸銨顆粒和外觀質(zhì)量均會產(chǎn)生不利影響。硫酸銨晶體表層有一些含雜質(zhì)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(zhì)物質(zhì)在硫酸銨晶體表面表現(xiàn)出較強的吸附性，影響硫酸銨產(chǎn)品外觀質(zhì)量，表層畸形細小顆粒明顯。另外，在環(huán)境適宜的情況下，焦油霧可通過酸氣帶進飽和器內(nèi)，母液中產(chǎn)生一定數(shù)量乳濁液覆蓋于晶體表層，硫酸銨產(chǎn)品外觀及顏色受到影響。

（1）影響硫酸銨外觀質(zhì)量的因素的判定。如何較方便地判斷影響硫酸銨外觀質(zhì)量的是由雜質(zhì)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(zhì)量合格，就可排除硫酸質(zhì)量的影響?；灹蛩岷s質(zhì)情況雖然可以判斷硫酸是否對硫酸銨外觀質(zhì)量產(chǎn)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(xiàn)有硫酸質(zhì)量，不能反映硫酸銨母液含雜質(zhì)情況。

為了能方便地對硫酸銨外觀質(zhì)量影響因素進行快速判斷，利用雜質(zhì)鹽溶于水、有機物不溶于水的現(xiàn)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(chǎn)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(zhì)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(zhì)鹽和有機物對硫酸銨的外觀質(zhì)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(chǎn)工藝進行分析，造成硫酸銨產(chǎn)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(guī)范，硫酸銨結晶顆粒小，產(chǎn)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(fā)現(xiàn)飽和器班中加酸不穩(wěn)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(chǎn)時，可以認為溫度是不變的，由于酸和氨的反應是連續(xù)的，母液濃度由E＇逐步增加到F＇和G，母液濃度由飽和區(qū)逐步到達過飽和區(qū)，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(nèi)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(shù)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(chǎn)品帶色明顯。

3 宣鋼焦化廠對硫酸銨質(zhì)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(diào)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(diào)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(wěn)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(chǎn)飽和器酸度要求穩(wěn)定控制在2%～3%范圍內(nèi)，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(wěn)定，將硫酸高置槽液位趨勢圖作為監(jiān)督飽和器加酸操作的手段，發(fā)現(xiàn)操作不規(guī)范，及時制止，確保母液酸度控制平穩(wěn)，提高硫酸銨結晶粒度。

3.2.2 根據(jù)硫酸銨脫水效果，及時調(diào)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(jù)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(diào)節(jié)離心機進料量，控制脫水效果，減少焦油乳濁液在硫銨產(chǎn)品中的殘留，提高產(chǎn)品外觀質(zhì)量。

3.3 母液酸度和加酸制度

根據(jù)硫酸銨結晶原理，母液的酸度對硫核結晶的質(zhì)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(chǎn)非常不利。有時結晶停止，有時結晶繼續(xù)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(jù)進入飽和器的氨量，不斷穩(wěn)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(chǎn)條件。因此，要生產(chǎn)大顆粒硫酸銨，必須控制飽和器中的酸度波動，以延長穩(wěn)定運行時間。

3.4 飽和器內(nèi)的水平衡

如果水平衡失控，就會出現(xiàn)液位的損失或阻力，影響飽和器內(nèi)的飽和硫酸銨結晶顆粒的穩(wěn)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(chǎn)停止。因此，必須嚴格控制提升系統(tǒng)、攪拌系統(tǒng)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(diào)節(jié)從酸性氣體中提取的水量來調(diào)節(jié)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(nèi)熱平衡

飽和器要達到水平衡狀態(tài)需要依靠溫度系統(tǒng)調(diào)節(jié)。水平衡與熱平衡相互作用，飽和器內(nèi)充入一定數(shù)量酸性氣體時飽和器內(nèi)原液增加對熱平衡產(chǎn)生巨大影響。為飽和器提供熱源物質(zhì)包括：攪拌空氣產(chǎn)生的熱量、結晶墊、硫酸稀釋所產(chǎn)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(diào)節(jié)母液酸度，確保酸性氣體內(nèi)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(tài)。

3.6 加強離心機操作

離心機運轉(zhuǎn)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(chǎn)品質(zhì)量。一般洗水量為硫銨產(chǎn)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(nèi)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(zhì)有效去除，避免離心篩網(wǎng)被雜質(zhì)物質(zhì)阻塞。水溫升至60℃時，結晶數(shù)值明顯上升。所以，保持水溫在60℃以上更能保證硫銨質(zhì)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(fā)生反應生成硫銨。h.起結晶槽作用：在飽和器內(nèi)硫銨的生成過程要經(jīng)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(nèi)反應區(qū)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(chǎn)大顆粒硫銨是有利的。

3.8 母液雜質(zhì)的控制

母液中含有大量的雜質(zhì)物質(zhì)，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(zhì)為飽和器中的焦油，雜質(zhì)物質(zhì)會阻礙硫銨結晶形成，提升著色度。可溶性雜質(zhì)物質(zhì)內(nèi)有鉻、鐵、鋁、鈰元素，含有以上元素的雜質(zhì)物質(zhì)大部分源于H，含SO 具有腐蝕性能的工業(yè)水，產(chǎn)生雜質(zhì)物質(zhì)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(zhì)量，在符合生產(chǎn)流程前提下做到以下幾點：①按規(guī)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(zhí)行蒸銨工序。序蒸銨塔根據(jù)規(guī)定排油方案進行排油，蒸銨作業(yè)中達到少帶油或不帶油；③運用優(yōu)良的硫酸；④更換離心機洗水；⑥定期檢查設備，發(fā)現(xiàn)有被液體腐蝕情況，要進行更換。

3.9 保證工業(yè)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(chǎn)品晶核的形成，而勻速的平穩(wěn)運動會導致產(chǎn)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(chǎn)品表面液膜的阻力，增加產(chǎn)品核心的生長速度。我廠的飽和器是用工業(yè)空氣（氮氣）混合萃取物料，所以工業(yè)氣壓必須穩(wěn)定充足。為保證工業(yè)空氣壓力，工廠空壓站新增風機，為硫酸銨供應工業(yè)空氣。

4 結語

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