Впровадження безсатураторного методу отримання сульфату амонію (стр. 8 из 13)
Не дивлячись на те, що продукт найширше використовується в сільському господарстві, він також застосовується і в інших областях. Наприклад, в біохімії з його допомогою отримують білки. В харчовій промисловості його використовують як харчову добавку Е517 (речовини проти злежування). В промисловості сульфат амонію використовують як сировину при виробництві акумуляторів і як основу при виробництві вогнезахисних просочень для дерева.
Побічним продуктом уловлювання аміаку є смолка кисла сульфатного відділення,яка утворюється у сатураторі чи абсорбері внаслідок полімеризації смолистих полімерних сполук, нафталіну, сульфату амонію, сірчаної кислоти.
За хімічними показниками смолка кисла сульфатного відділення повинна відповідати вимозі ТУ У 23.1-0539085-002-2004, по вмісту вільної сірчаної кислоти не вище 3,5% [14]
Передається по мірі накопичення у вуглепідготовчий цех для додавання у шихту.
4. Вибір, обгрунтування і опис технологічної схеми
Одним з найважливіших показників якості сульфату амонію, що визначає ефективність його застосування, являється гранулометричний склад. Великокристалічна сіль, що має меншу питому поверхню граней, сорбує менше вологи, сірчаної кислоти і інших домішок, проявляє меншу схильність до злежування, легше вноситься в грунт, діє ефективніше на розвиток рослин.
Показники роботи без сатураторних установок у порівнянні з сатураторними :[15]
1) більш високий ступінь вилучення аміаку та піридинових основ з коксового газу;
2) поліпшений гранулометричний склад солі. Вміст фракцій >0,25 мм у сульфаті, отриманому на без сатураторній установці, складає 60-70 %, на сатураторній-13-25 %;
3) зниження гідравлічного опору газових апаратів, а отже, і витрати електроенергії на транспортування коксового газу через уловлюючу апаратуру.
Більш висока собівартість сульфату амонію, який отримується на без сатураторній установці (на 7-8 % вище, чим при його отримуванні в сатураторах) компенсується кращою якістю отримуваного продукту.
Для впровадження на ПАО ЕВРАЗ «Днепродзержинський КХЗ»пропонується наступна технологічна схема, що наведена на рисунку 4.1.
Коксовий газ 1, що містить аміак , поступає в паровий підігрівач Пр, де нагрівається до температури 65-70°С, потім направляється в абсорбер А, що є полим апаратом із форсуночним зрошенням, що складається з двох ступенів, - нижнього та верхнього, розділених між собою горизонтальною тарілкою.
Рисунок 4.1 Технологічна схема одержання сульфату амонію по без- сатураторному методу.
У нижньому ступеню абсорберу циркулює розчин 2, що містить близько 40% сульфату амонію і 1-1,5% вільної сірчаної кислоти. У верхньому ступеню абсорберу циркулює розчин 2.1 що містить від 20 до 30% сульфату амонію і 10-12% вільної сірчаної кислоти.
Після проходження нижнього і верхнього ступенів абсорбера коксовий газ проходить кислотну ловушку Л, що призначена для видалення бризок маткового розчину.
Кожен ступінь абсорбера має свою самостійну систему зрошування.
Так, з нижнього ступеня абсорбера розчин через гідрозатвір поступає в циркуляційний збірник слабкого розчину Зб1, звідки насосом Н6 подається на зрошування цього ж ступеня. Розчин же з верхнього ступеня абсорбера поступає в циркуляційний збірник міцного розчину Зб2, звідки насосом Н5 подається на зрошування верхнього ступеня абсорбера.
Подача розчину як в нижній, так і у верхній ступені абсорбера робиться на двох рівнях.
Сірчана кислота 3 і вода 4, необхідні для поповнення циркулюючих розчинів, подаються з напірних баків Нб в циркуляційні збірники першого і другого ступенів Зб1 і Зб2.
Частина маткового розчину з нижнього ступеня абсорбера безперервно відводиться в смоловідділювач Св, а звідти у збірник Зб3, з якого насосом Н4 подається вниз конічної частини трубчастого випарника В.
У смоловідділювачі виділяється велика частина смоли яка випливає на поверхню розчину і безперервно видаляється скребковим транспортером у смоляний ящик Зб4. Це забезпечує мінімальне попадання смолянистих речовин у збірник Зб3 і, отже, запобігає забрудненню сульфату амонію.
У випарнику В відбувається випарювання води з розчину і кристалізація сульфату амонію. Завдяки вакууму (тиск дорівнює 75 мм рт. ст.), що створюється двоступінчатим паровим ежектором, температура кипіння розчину дорівнює 50-60° С. Випарник обігрівається парою низького тиску 9.1, близько 2 кгс/см2. У випарнику є внутрішня циркуляційна труба більшого діаметру, ніж трубки, внаслідок чого створюється термічна циркуляція розчину усередині апарату, яка сприяє росту кристалів.
Пульпа 6, що утворюється в нижній частині випарника, є сумішшю кристалів сульфату амонію (приблизно 50-60% від маси пульпи) і насиченого маткового розчину, подається в центрифугу безперервної дії Ц. Матковий розчин після центрифуги повертається в циркуляційний збірник Зб1 нижнього ступеня абсорбера. Туди ж поступає промивна вода з центрифуги.
Вологий сульфат амонію 8 з центрифуги поступає в сушарну установку С і далі в яму на склад.
Вакуум у випарнику створюється за допомогою парових ежекторів Пе1, Пе2, в які подається пара високого тиску 9. Між випарником і першим ступенем ежектора Пе1 встановлений поверхневий трубчастий конденсатор Пк, охолоджуваний водою . Між ступенями ежектора є також конденсатор П, охолоджуваний водою.
Конденсат гріючої пари 10, що утворюється у випарнику, поступає у збірник конденсату , а конденсати, що утворюються в конденсаторах Пк і П поступають у збірник брудного конденсату Зб5. З цього збірника конденсат передається на поповнення циклів або може використовуватися для інших цілей.
Таким чином, в циркуляційний збірник нижнього ступеня абсорбції Зб 1 поступають: розчин з нижнього ступеня абсорбера, вода для поповнення циклу, сірчана кислота з напірного баку Нб, матковий розчин з центрифуги Ц, а також надмірний розчин з циклу циркуляції верхнього ступеня абсорбера, зі збірника Зб2; у циркуляційний збірник верхнього ступеня абсорбера поступають: розчин з верхнього ступеня абсорбера, вода для поповнення циклу, сірчана кислота з напірного баку Нб, матковий розчин з ловушки Л .
В умовах постійної економічної нестабільності у світі попит на кокс Дніпродзержинського КХЗ також являється нестабільним. У періоди зниження попиту на кокс завод вимушений для зниження виробництва збільшувати періоди коксування , що негативно впливає на якість хімічних продуктів коксування. Це в свою чергу негативно впливає на роботу сульфатного відділення. Разом з порушенням технологічного режиму сульфатного відділення постійно порушується робота піридинового відділення, в результаті чого піридинові основи не отримуються. Одночасно з тим, при виведенні піридинового відділення на режим, порушується робота сатуратора.
Виробництво піридинових основ зв’язано з витратами сірчаної кислоти, енергетичними витратами, витратами на ремонт устаткування. А при низькому виробництві коксу кількість піридинових основ, які знаходяться в коксовому газі невелика.
Враховуючи все вище сказане керівництво Дніпродзержинського КХЗ прийшло до висновку ,що виробництво піридинових основ економічно недоцільно. Тому на ПАО ЕВРАЗ «Днепродзержинський КХЗ»піридинові основи не виробляються.
5. Матеріальний та тепловий баланси виробництва
5.1 Матеріальний розрахунок безсатураторного методу отримання сульфату амонію
Вихідні дані:
Склад прямого коксового газу:
Водяні пари 30,0 г/м3
Бензольні вуглеводні 36,0 г/м3
Аміак 7,0 г/м3
Сірководень 16,0 г/м3
Піридинові основи 0,4 г/м3
Склад сухого коксового газу:
H2 –60,0%
CO – 7,0%
CO2 –2,7 %
CnHm – 2,3 %
N2 –4,0%
O2 –1,0%
CH4 – 22,0%
Вміст аміаку у очищеному коксовому газі – 0,03 г/м3
Проектна потужність заводу по газу – 52000 м3/год
Перераховую кількість компонентів, які містяться у 52000 м3/год коксового газу за формулою:
Gкомп.=
,(5.1)де Vк.г.- кількість коксового газу - 52000 м3/год
gкомп.- кількість компоненту г, у 1 м3
Gв.п.= 52000×30/1000=1560 кг/год.
Gб.в.= 52000×36/1000=1872 кг/год.
Gам.= 52000×7/1000=365 кг/год.
Gс=52000×16/1000=832 кг/год.
Gп.о.= 52000×0,4/1000=20,8 кг/год.
Об’єм складових коксового газу розраховую за формулою:
Vi=Gi×22,4/M(5.2)
де Gi-кількість компонента
Mi-молекулярна масса компонента
Vв= Gв×22,4/Мв=1560×22,4/18=1941,3м3/год
Vб= Gб×22,4/Мб=1872×22,4/83=505,2м3/год
Vс= Gс×22,4/Мс= 832×22,4/34=548,1м3/год
Vа= Gа×22,4/Ма=365×22,4/17=480,9м3/год
Vп= Gп×22,4/Мп=20,8×22,4/80=6м3/год
Об’єм сухого коксового газу розраховую за формулою:
(5.3)де Vк.г.- об’єм коксового газу, м3/год,
- сума кількості компонентів коксового газу.