年产68万吨焦化厂硫铵工段的初步设计

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专业班级 设计名称 年产68万吨焦化厂硫铵工段的初步设计 学生姓名 设计周数 课程名称 指导教师 化工设计 剩余氨水含氨量 g/L 3.5 焦炉湿煤装入量 t/h 102（68万吨时为102） 配煤水分 % 8.0 化合水 % 2.0 煤气发生量 Nm3/t干煤 330 初冷器后煤气温度 ℃ 30 剩余氨水含氨量 g/L 3.5 氨的产率（挥发氨） % 0.29 （按部分混合氨水系统计） 饱和器后煤气含氨量 g/Nm3 0.03 设计 任务 主要 设计 参数 硫酸浓度 % 92.5 预热器前煤气温度 ℃ 55 预热器后煤气温度 ℃ 67 预热器内煤气平均压力 mmHg 872 饱和器前煤气压力 ㎜H2O 1800 饱和器阻力 ㎜H2O 600 饱和器后煤气露点温度 ℃ 45 饱和器煤气温度 ℃ 55 每天操作时间 h/d 15 进干燥器的硫铵含水 % 2 0.1 出干燥器的硫铵含水 % 进干燥器的硫铵温度 ℃ 15 出干燥器的硫铵温度 ℃ 68 大气温度 ℃ 5 相对湿度 % 84 出干燥器的空气温度 ℃ 70 空气加热器后空气温度 ℃ 104 I

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1. 绪论。其中包括：煤炭的洁净利用、脱氨简介、硫铵方法概述、硫铵方法的选择标准等。文献综述 包括课题来源、项目名称、本课题研究领域的历史及现状、前沿发展情况分析、已有研究成果及文献清单。 设计内容 设计要求 2. 化工技术部分。主要包括：硫铵工艺的比较与选择、设备的选择、设备的平立面布置、整个工段的平面布置、有关专业要求等。 3. 计算部分。主要包括物料衡算、热量衡算、主要设备的计算等。 4. 综合技术部分 5. 经济技术部分 6. 其它 1.煤化工工艺学 化学工业出版社 1992.5 2.化工原理（上、下册） 天津科学出版社 1983.11 3.煤气设计手册（中） 中国建筑工业出版社 1986.12 主要参考 资 料 4.煤炭气化工程 机械工业出版社 1992. 7 5.化工工艺设计手册（上） 化学工业出版社 1989.12 6.焦化厂化产生产问答 冶金工业出版社 1992.5 7.贵州化肥厂技术可行性报告 贵州省化工设计院编 1992.12 8.化工设备机械基础 华东化工学院出版社 1991.12 9.化工过程设计与经济 上海科学技术出版社 1989.4 年产68万吨焦化厂硫铵工段的初步设计课程设计说明书一本 学生提交 归档文件 硫铵工段生产工艺流程图一套（手工绘制）2#图纸 主要设备结构图喷淋式饱和器装配图一套（CAD绘制）2#图纸 课程设计任务书

注：1.课程设计完成后，学生提交的归档文件应按照：封面—任务书—说明书—图纸的顺序进行装订上交（大张图纸不必装订）

2.可根据实际内容需要续表，但应保持原格式不变。

指导教师签名： 日期：

II

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目 录

任务说明书-----------------------------------------------------------------------Ⅰ- 一、绪 论 ---------------------------------------------------------- - 1 - 1、关于产品硫酸铵 --------------------------------------------------- - 1 - 1.1；硫酸铵 ------------------------------------------------------- - 1 - 1.2、产品用途 ----------------------------------------------------- - 1 - 1.3、储存运输注意事项 --------------------------------------------- - 1 - 2、回收氨简介及氨的危害 ---------------------------------------------- - 2 - 3、焦化厂氨回收工艺 -------------------------------------------------- - 2 - 3.1、水洗氨法 ----------------------------------------------------- - 2 - 3.2硫酸吸氨法 ---------------------------------------------------- - 2 - 3.3磷酸吸氨法 ---------------------------------------------------- - 3 - 二、化 工 技 术 部 分 ---------------------------------------------------- - 3 - 1、硫铵工段流程简介 -------------------------------------------------- - 3 - 3、饱和器的物料平衡和热平衡 ------------------------------------------ - 3 - 三、硫铵工段的设备计算及选型 --------------------------------------------- - 5 - 四、硫铵工段的设备计算及选型 -------------------------------------------- - 13 - 五、硫铵工段工艺布置 ---------------------------------------------------- - 21 - 六、对其他专业要求 ------------------------------------------------------ - 22 - 七、经 济 技 术 部 分 --------------------------------------------------- - 22 - 八、综 合 技 术 部 分 --------------------------------------------------- - 23 - 1、厂址选择 --------------------------------------------------------- - 23 - 2、外部条件 --------------------------------------------------------- - 25 - 2.1、交通运输现状 ------------------------------------------------ - 25 - 2.2、水、电、汽设施 ---------------------------------------------- - 25 - 2.3、地理地形 ---------------------------------------------------- - 26 - 2.4、环境保护 ---------------------------------------------------- - 26 - 九、硫铵工段设备一览表 -------------------------------------------------- - 27 - 十、结 束 语 ---------------------------------------------------------- - 28 - 十一、主要参考资料 ------------------------------------------------------ - 29 -

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一、绪 论

炼焦化学品种类很多，如来自炼焦车间的荒煤气，经冷却和用各种吸收剂处理，可以提取出焦油、氨、萘、硫化氢及粗苯等产品，并得到净炉煤气。

其中，焦炉煤气中所含的氨可用于制取硫酸铵、无水氨或浓氨水；其中含的氢可用于制造合成氨，进一步制造尿素、硝酸铵和碳酸氢铵等化肥。

由于硫酸铵是重要的农用化肥，在市场上具有较大的需求量，所以现今大部分焦化厂都采用硫胺工段来回收煤气中的氨。氨的用途、质量标准及各类生产方法

1、关于产品硫酸铵 1.1；；硫酸铵

硫酸铵俗称肥田粉，分子式为（NH4）2SO4，相对分子质量：132.141（根据1989年国际相对原子质量），白色粉状结晶，密度1.769（20℃），熔点为531±2℃，235℃分解。硫铵的水溶液为酸性，1%溶液的PH值为5.7。硫酸铵的结晶热为82.5KJ/Kg，溶解热为62.8KJ/Kg。

硫酸铵与碱类（烧碱、石灰）作用放出氨，通常不稳定，在100℃时开始分解。纯品是无色斜方晶体，水溶液带有辛辣的碱味。工业用硫酸铵为白色结晶。农业用硫酸铵晶体因生产中带入杂质的原因带黄色或棕色，硫酸铵带有碱味。易溶于水，是酸性肥料。

纯态硫酸铵为无色菱形晶体，含一定水分的硫酸铵堆积重度随结晶颗粒的大小波动于780～830kg/m3之间。化学纯的硫酸铵含氮量为21.2%。

硫酸铵结晶能吸收空气中的水分而结成块状，在空气湿度大，结晶颗粒小和含水量高时尤甚。潮湿的硫酸铵对钢铁水泥和麻袋等有腐蚀性。

焦化厂生产的硫酸铵，由于杂质的影响往往带有绿色、蓝色或灰色，结晶多为针状、片状或粉末状，成型的颗粒小。

1.2、产品用途：农业作为化肥，工业可作印染剂、食品催化剂、缓冲剂，皮革脱灰剂，是化工、印染、医药工业的原料。

1.3、储存运输注意事项：防潮，储存于通风、干燥处。

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1.4、硫酸铵是一种比较常用的农用化肥，由于我国是农业大国，需用大量的农用化肥，因此硫酸铵作为一种有效的氮肥以及化工生产原料具有很大的市场空间。

2、回收氨简介及氨的危害

炼焦煤料在焦炉中干馏时，煤中所含的一部分氮转化为含氮化合物进入粗煤气中，其中最主要的是氨。粗煤气含氨量为6～9g/m3。氨既是化工原料，又是腐蚀性介质，因此必须从粗煤气中回收氨。焦炉煤气回收氨主要有水洗氨法、硫酸吸氨法和磷酸吸氨法三种。

除去煤气中的氨有三方面的原因：氨是一种较好的肥料；氨对吸收煤气中粗苯的洗油质量有严重影响，易使洗油乳化变质；氨对生产设备及煤气管道有腐蚀作用。

3、焦化厂氨回收工艺

焦化厂炼焦生成的煤气中的氨是一种较好的农业肥料。氨存在于煤气之中，不仅对吸收煤气中粗苯的洗油质量有严重影响，易使洗油乳化变质，而且对粗苯的生产设备、煤气管道及后续设备有严重的腐蚀作用，并且煤气中的氨在燃烧时会生成有毒有腐蚀性的氨氧化物，大量的氨进入洗油中，还会使油和水形成稳定的乳化液妨碍油水分离，为此煤气中的氨必须进行脱除，一般出厂煤气中的氨含量规定在0.03g/m3以下。

3.1、水洗氨法

是以软水为吸收液回收煤气中的氨，同时使焦炉气得到净化。回收的氨合成氮肥或进行分解。这类方法有：制浓氨水法、间接法、联碱法和氨分解法。制浓氨水法以软水为吸收液回收焦炉气中的氨，氨水经蒸馏得到浓氨水。间接法以软水为吸收液回收煤气中的氨，氨再经蒸氨制取硫铵。联碱法是以焦化厂生产的浓氨水为原料，用氯化铵与碱的联合生产的方法将浓氨水加工成氯化铵。氨分解法是以软水为吸收液回收煤气中的氨，并在高温和催化剂等作用下将氨分解为氮和氢。水洗氨法的优点是产品可按市场需要调整，适应性大；缺点是，流程长，设备多，占地面积大。

3.2硫酸吸氨法

以硫酸为吸收液回收煤气中的氨，同时制成硫酸铵。硫酸吸氨法回收氨

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输 入 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 合 计 648579.7＋11437.027t 5229.63 15335.649 268076.16 1787174.4 329312.833 3053708.422+11437.027t 合 计 Q1* Q2* Q3* Q4* 输 出 1461439.27 360413.50 1965891.84 44679.36 3832423.97 输出热量Q出总计为：

Q出= Q1*＋ Q2 *＋Q3*＋Q4*=3832423.97 kcal/h 饱和器的热平衡，列表如下： 根据热平衡关系，则Q入= Q出

3053708.422＋11437.027t=3832423.97

t=68℃

与我们厂操作温度比较接近。

四、硫铵工段的设备计算及选型

设备选用原则

1、饱和器机组设置备机，备用率10%～100%。

2、饱和器内的泡沸伞分左、右两种导流形式，应根据回流母液在器内有较长的流动路线而定。

3、满流槽内液封的高度应大于鼓风机全压。

4、为了维持生产及检修饱和器，设置两个母液贮槽。 5、除酸器宜用旋流板除酸器，也可选用旋风除酸器。 6、硫铵结晶槽应采用选择分离式，也可用重力沉降式。 7、硫铵结晶的分离应采用耐腐蚀的连续离心机，并设置备机。 8、硫铵干燥宜采用沸腾干燥器。 9、预热器宜采用立式，以利于焦油流动。

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10、应设置除尘、粉尘捕集装置。 1、饱和器

饱和器是硫铵工段的主体设备，大型焦化常用

的是外部除酸式饱和器。对饱和器的计算主要是针对一定的煤气处理量确定其直径。

原始数据：

煤气流量 Nm3/h 饱和器前煤气压力 mmH2O 饱和器阻力

mmH2O

℃

30967.2 1800 600 67 45 55 30

预热器后煤气温度 饱和器后煤气露点温度 ℃

饱和器煤气温度 ℃ 初冷器后煤气温度

℃

1.1、预热器后煤气实际体积

V?30967.2?1.158?760273?67??33965.32m3/h1800273?30760?13.6

式中 30967.2——煤气流量（Nm3/h）

1.158——1Nm3煤气在30℃时水汽饱和后的体积。 760——1标准大气压的毫米汞柱 1800——饱和器前煤气压力（mmH2O） 13.6——毫米汞柱与毫米水柱的换算系数 273——冰水混合物的绝对温度（K） 67——预热器后煤气温度（℃） 30——初冷器后煤气温度（℃） 1.2、中央煤气管断面积

取中央煤气管道内煤气流速7.0m/s，则其断面为：

S?30967.236007.0?1.23m2

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1.3、饱和器后煤气的实际体积 ：

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1200?273?55?V?30967.2?1.286??760???36803.31m3/h?13.6?273?45?

式中 1.286——1Nm3煤气在35℃水汽饱和后的体积。 1200——饱和器后煤气表压（mmH2O） 55——饱和器煤气温度（℃） 45——饱和器后煤气露点温度（℃） 1.4、饱和器内环形截面积

取饱和器内环形截面上煤气流速为0.75 m/s。

1.5、饱和器直径

S?36803.31?13.63m23600?0.75

饱和器的总截面积 13.63＋1.23=14.86 m2

?14.86?D??4??4.35m?3.14??

12二、除酸器

除酸器的作用是捕集饱和器后煤气中所夹带的酸滴，本硫铵工段用的是旋风式除酸器，本体用钢板焊制，内衬以耐酸砖或辉绿岩砖，中央煤气管内外表面均需做防腐处理。

旋风除酸器的尺寸可按下述计算确定： 原始数据

出饱和器煤气实际体积 36803.31m3/h 煤气中酸雾最小颗粒 16μm

2.1、除酸器进口的尺寸 进口煤气速度不得低于25m/s，现取为26 m/s，则煤气进口截面积为：

煤气进口采用矩形，长边a对短边b之比取为a/b=1.94，则F=1.94b2=0.39 b=0.4502m a=0.87m

2.2、出口管的直径： 出口管的煤气流速可取为4～8m/s，现取为

F?36803.31?0.39m23600?26

4m/s。则出口管内径为：

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???36803.31?D1????1.80m??3600??4?4??

12出口管用厚8mm的钢板制成，内外壁均做5mm厚的防腐层，则外缘直径为：

D1*=1.80＋（0.008＋0.00532）32=1.836m

2.3、除酸器的内径： 除酸器内环形截面宽度与煤气进口宽度相等，则内径为：

D2=1.836＋0.450232=2.7364m Dm= D1*＋D2=1.836+2.7364=4.5724m

2.4、出口管在器内部分高度 出口管在器内部分的高度为有效分离高度。煤气在器内的旋转运动速度为进口煤气线速度的62～70%，现在取70%则

W=26370%=18.2m/s

当煤气中酸雾最小颗粒的直径为16μm，为将其捕集下来，煤气在环形空间停留的时间T应为0.945s，这样煤气流过的长度：

L=W3T=18.230.945=17.2m

煤气在器内的回转周数为：

n?L17.2??2.396Dm4.5724??3.14?24

当环形通道宽b=0.4502m，旋转速度为W=18.2m/s时，则煤气通路的高度为：

h?36803.31?1.248m3600?0.4502?18.2

出口管在器内部分的高度为： H=h3n=1.24832.396=2.99m 3、煤气预热器

煤气预热器为单层列管式换热器，用法兰联接在煤气管道上，煤气

走管程，加热用的低压蒸汽走壳程。其总传热系数为90～100Kcal/m2.h.℃，

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对每1000Nm3/h煤气需加热面积3m2。

原始数据 煤气流量

Nm3/h

℃

30967.2

55

预热器前煤气温度

预热器后煤气温度 ℃ 67 预热器内煤气平均压力 mmHg

872（绝压）

3.1、进入预热器的煤气体积 煤气的平均温度均压力为872 mmHg，故实际体积为：

V?30967.2?55?60?57.5oC2，平

273?57.5760??37446.65m3/h760273760?872

式中 760——1标准大气压的毫米汞柱 273——冰水混合物的绝对温度（K）

依经验得加热面积为：

3S?37446.65??112.34m21000

4、干燥器

经离心机分离出来的硫铵结晶含有约2%的水分，须经干燥降至0.2%

以下。硫铵干燥装置主要有振动式干燥机和沸腾床式干燥器两种。沸腾床式干燥器具有体积小、干燥速度快、生产大、容积干燥强度大、工作环境好、操作简便等优点。本工段用的是沸腾床式干燥器。

4.1、干燥器主要尺寸的确定： 原始数据 硫铵产量（干基） 每天操作时间

㎏/h h/d

930.82 15 2 0.1 15 68

进干燥器的硫铵含水 % 出干燥器的硫铵含水 进干燥器的硫铵温度 出干燥器的硫铵温度

% ℃ ℃

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