宣钢焦化厂硫酸铵质量影响因素的判定及解决对策

孙海峰

目前，我国大部分钢铁企业的焦化厂均采用饱和器法工艺生产硫酸铵以回收煤气中的氨。饱和器法生产硫酸铵的工艺根据进入饱和器氨的来源不同，分为直接法、间接法和半直接法三种，河钢集团宣钢公司焦化厂硫酸铵生产采用的是间接法饱和器生产工艺。

近一段时期我厂生产的硫酸铵结晶颗粒小、外观质量差，颜色为灰色或暗黑色，严重影响了产品的销售。为解决这一问题，对影响硫铵成品颜色的因素进行了分析，制定了相应的改进措施。

1 硫酸铵生产工艺

宣钢公司焦化厂生产硫酸铵生产工艺，首先用蒸氨废水、剩余氨水吸收荒煤气中的氨，形成洗氨富液；然后洗氨富液经蒸氨脱酸后，形成蒸氨废水和酸汽；最后酸汽进入饱和器，在饱和器中硫酸吸收酸汽中氨，形成硫酸铵，硫酸铵经离心机脱水、干燥机干燥后成为产品。硫酸铵生产工艺流程见图1，主要反应式如下：NH3+H2SO4→NH4HSO4；2NH3+H2SO4→（NH4）2SO4。

图1 硫酸铵生产工艺流程示意图

生产工艺流程如下。

2 影响硫酸铵产品外观质量因素的判定

影响硫酸铵产品外观质量的原因。宣钢公司焦化厂硫酸铵外观质量差主要是因为硫酸铵晶体表面带有一定量的有害物质。这些有害物质主要是铁盐（Fe2+和Fe3+）、各种砷化合物、硫氰酸盐和焦油有机化合物，杂质盐主要由硫酸带入，有机化合物主要是酸汽带入的焦油组分。母液中含有的这些杂质，浓度超出一定范围对硫酸铵颗粒和外观质量均会产生不利影响。硫酸铵晶体表层有一些含杂质盐类的离子，晶体表层能够活动的范围被覆盖了，导致硫酸铵晶体增长延缓，因杂质物质在硫酸铵晶体表面表现出较强的吸附性，影响硫酸铵产品外观质量，表层畸形细小颗粒明显。另外，在环境适宜的情况下，焦油雾可通过酸气带进饱和器内，母液中产生一定数量乳浊液覆盖于晶体表层，硫酸铵产品外观及颜色受到影响。

（1）影响硫酸铵外观质量的因素的判定。如何较方便地判断影响硫酸铵外观质量的是由杂质盐还是焦油有机物引起的？一般采取原料分析的办法，分析浓硫酸含铁、砷、铅等离子含量是否超标。如果浓硫酸质量合格，就可排除硫酸质量的影响。化验硫酸含杂质情况虽然可以判断硫酸是否对硫酸铵外观质量产生影响，但也存在一些不足：一是化验精度要求高，化验离子种类多，化验时间偏长；二是只代表现有硫酸质量，不能反映硫酸铵母液含杂质情况。

为了能方便地对硫酸铵外观质量影响因素进行快速判断，利用杂质盐溶于水、有机物不溶于水的现象，我们采取了一种简便的判断方法。具体方法是：将适量带颜色的硫酸铵产品放置到无色、透明的玻璃杯或塑料瓶中，加入适量纯净水，快速搅拌（晃动）几下，静置，如果看到容器底部硫酸铵晶体为白色结晶，溶液无色，溶液表面漂有黑色颗粒（硫酸铵晶体表面被干燥的焦油等有机物）和零星油渍，就可初步判断硫酸铵颜色主要由焦油等有机物造成；如果溶液带有颜色，溶液表面基本没有黑色颗粒物，就可初步判断硫酸铵颜色主要由杂质盐造成；如果溶液带色，溶液表面也有黑色颗粒物，就可初步判断杂质盐和有机物对硫酸铵的外观质量均有影响。

通过这种方法，我们判定，形成硫酸铵外观颜色的是焦油有机物。

（2）造成硫酸铵结晶表面带焦油有机物的原因分析。通过对硫酸铵生产工艺进行分析，造成硫酸铵产品表面覆盖焦油有机物的原因主要由以下几个方面：一是进入饱和器的酸汽带焦油雾偏多，母液中含焦油乳浊液量偏大；二操作不规范，硫酸铵结晶颗粒小，产品呈粉状，离心机脱水效果差，残留的焦油乳浊液包裹在硫酸铵表面。

通过查看饱和器硫酸高置槽液位趋势（见图2），发现饱和器班中加酸不稳定，存在硫酸铵提料过程中，短时间增加大酸量，提高硫酸铵母液酸度（酸度在3%～5%）的问题。

图2 硫酸高置槽液位趋

通过向职工了解情况，这样操作就是为了减小硫酸铵粒度，增加提料速度。用压缩空气将饱和器中底部的硫酸铵结晶提到近二十米的高度处理，颗粒越小，提料越容易，提料时间越短。

通过加酸改变硫酸铵结晶粒度，从下图3 可以说明。

图3 液体浓度、温度和结晶过程的关系

饱和器正常生产时，可以认为温度是不变的，由于酸和氨的反应是连续的，母液浓度由E＇逐步增加到F＇和G，母液浓度由饱和区逐步到达过饱和区，最后形成大量晶核。

增大饱和器加酸量，可使母液局部硫酸过量，硫酸除吸收氨形成硫酸氢铵外，与硫酸铵晶体接触，可溶解硫酸铵结晶，使硫酸铵变成硫酸氢铵，溶到溶液中，大量硫酸氢铵与氨接触、反应，硫酸铵溶液浓度快速到达G 点，短时间内形成大量硫酸铵晶核。原来长大的硫酸铵晶体被溶解、变小，新形成的小硫酸铵晶体因成长时间不足，颗粒较小，所以从饱和器中提出的硫酸铵晶体偏小，多数时候呈粉状。在离心机进料不变的情况下，硫酸铵结晶颗粒越小，脱水越困难，含水越高，带焦油有机物越多，干燥后硫酸铵结晶表面形成一层焦油膜，造成硫酸铵产品带色明显。

3 宣钢焦化厂对硫酸铵质量影响因素采取的主要措施

3.1 降低进入饱和器酸汽焦油雾含量

酸汽含焦油雾是由洗氨富液带入，而洗氨富液中焦油是由剩余氨水和煤气洗氨的过程中带入。为了降低操作过程中进入富液中的焦油含量，采取的主要措施有：

（1）保证电捕焦油器运行效果。按时对电捕焦油器电流、电压进行检查、调整，保证电捕焦油器运行效果，煤气含焦油雾≤20mg/Nm3。

（2）控制焦油氨水分离效果。将焦油氨水槽焦油氨水混合液控制在2#～3#检查口之间，确保焦油、氨水分离效果，降低剩余氨水含油量。

（3）降低洗氨富液含油量。每2h 检查一次洗氨富液气浮除油设备运行效果，及时调整气浮除油器堰板高度，确保富液含油顺利排出，减少富液含油量。

（4）增加相关贮槽、塔设备的排油频次。剩余氨水槽、富液槽、蒸氨脱酸塔每班增加一次排油操作，进一步降低酸汽焦油雾含量。

3.2 控制工艺操作，提高硫酸铵粒度和离心机脱水效果

3.2.1 稳定加酸制度，增大硫酸铵结晶颗粒

宣钢焦化厂硫酸铵正常生产饱和器酸度要求稳定控制在2%～3%范围内，这样有利于得到大颗粒硫酸铵结晶。为了保证饱和器加酸稳定，将硫酸高置槽液位趋势图作为监督饱和器加酸操作的手段，发现操作不规范，及时制止，确保母液酸度控制平稳，提高硫酸铵结晶粒度。

3.2.2 根据硫酸铵脱水效果，及时调整离心机进料量

在离心机推料频次不变的情况下，每次提料时，岗位职工要根据硫酸铵在离心机中的脱水情况（可参考硫酸铵干燥颜色），及时调节离心机进料量，控制脱水效果，减少焦油乳浊液在硫铵产品中的残留，提高产品外观质量。

3.3 母液酸度和加酸制度

根据硫酸铵结晶原理，母液的酸度对硫核结晶的质量起关键作用。其酸度一般控制在2%～3%。母液的酸度波动对大颗粒硫酸铵的生产非常不利。有时结晶停止，有时结晶继续快速，结果形成了大量的晶核，大颗粒的硫酸铵不能被吸收。为使母液的酸度保持恒定间隔，必须根据进入饱和器的氨量，不断稳定地向饱和器中加入酸。酸度波动很大，会破坏结晶的正常生产条件。因此，要生产大颗粒硫酸铵，必须控制饱和器中的酸度波动，以延长稳定运行时间。

3.4 饱和器内的水平衡

如果水平衡失控，就会出现液位的损失或阻力，影响饱和器内的饱和硫酸铵结晶颗粒的稳定运行。在严重的情况下，电阻也会很高，使酸性气体无法进入饱和器，导致生产停止。因此，必须严格控制提升系统、搅拌系统和离心机运行各部分的洗涤量，以保持水分平衡。水必须返回蒸汽，取出饱和度；用增压空气量来调节从酸性气体中提取的水量来调节饱和平衡中的水分，当前输出的增压空气量应控制在280m2/h ～400m2/h。

3.5 饱和器内热平衡

饱和器要达到水平衡状态需要依靠温度系统调节。水平衡与热平衡相互作用，饱和器内充入一定数量酸性气体时饱和器内原液增加对热平衡产生巨大影响。为饱和器提供热源物质包括：搅拌空气产生的热量、结晶垫、硫酸稀释所产生的热量、硫酸铵结晶反应。所以，让饱和器达到水平衡的标准要调节母液酸度，确保酸性气体内的部分氨吸收充分，通常情况下母液酸度占比为2%～3%；另外还要严格控制饱和器冲洗水温度及冲洗水量，使饱和器达到热平衡状态。

3.6 加强离心机操作

离心机运转可直接影响硫铵游离酸及水份。冲洗水温度和洗水量也直接影响硫酸铵产品质量。一般洗水量为硫铵产量的10%～12%，当洗水量在12%以下时，硫铵游离酸随洗量增加而直线下降，之后则下降缓慢。当水分超过12%以上，离心机后硫酸水分会急剧增加，同时，洗水量过多也会破坏饱和器内的水平衡。与此同时，洗涤时选用热水，可将硫铵表层的含油杂质有效去除，避免离心筛网被杂质物质阻塞。水温升至60℃时，结晶数值明显上升。所以，保持水温在60℃以上更能保证硫铵质量。

3.7 控制品比

悬浮于母液中的硫铵结晶的体积对母液与结晶总体积的百分比，称为晶比。饱和器的作用主要有两个：a 氨吸收反应：氨气进入饱和器中和母液中的硫酸发生反应生成硫铵。h.起结晶槽作用：在饱和器内硫铵的生成过程要经过两个阶段：晶粒的形成→晶粒的成长。在搅拌风的作用下使硫铵结晶在饱和器内反应区均匀有充足成长空间和时间，使小颗粒的晶粒就会逐渐长成大颗粒。饱和器中晶比的大小对硫铵粘度，母液中氨饱和量和氨损失量都有直接影响。晶比太大.相应减少氨与硫酸反应所需的容积，不利于氨的吸收，并使母液搅拌阻力加大，导致搅拌不良：同时晶比过大，结晶间摩擦的机会增多、大颗粒结品破裂成小粒结品，晶比太小则不利于结晶的长大。因此，母液中必须移制一定的品比 以利干得到大颗粒硫铵，一般比保栋在40%～60%对生产大颗粒硫铵是有利的。

3.8 母液杂质的控制

母液中含有大量的杂质物质，可将其分为两类即不可溶性和可溶性。具有代表性的不可溶性杂质为饱和器中的焦油，杂质物质会阻碍硫铵结晶形成，提升着色度。可溶性杂质物质内有铬、铁、铝、铈元素，含有以上元素的杂质物质大部分源于H，含SO 具有腐蚀性能的工业水，产生杂质物质会聚集在硫铵结晶表层，影响硫铵结晶速度。要提升硫铵结晶效率及质量，在符合生产流程前提下做到以下几点：①按规定要求对饱和器进行洗涤，确保过滤器件可以正常使用，蒸铵过程中达到少带油或不带油；②严格执行蒸铵工序。序蒸铵塔根据规定排油方案进行排油，蒸铵作业中达到少带油或不带油；③运用优良的硫酸；④更换离心机洗水；⑥定期检查设备，发现有被液体腐蚀情况，要进行更换。

3.9 保证工业风压力

为了使饱和母液的酸度和温度均匀，使晶体颗粒悬浮在母液中，最有效的措施是搅拌母液。混合母液不仅会加速晶核的形成，还会加速晶体的生长，尤其是母液过量时。此外，母液的不均匀速度运动会导致新产品晶核的形成，而匀速的平稳运动会导致产品体的增长。因此，饱和母液必须以恒定的速度混合，以克服产品表面液膜的阻力，增加产品核心的生长速度。我厂的饱和器是用工业空气（氮气）混合萃取物料，所以工业气压必须稳定充足。为保证工业空气压力，工厂空压站新增风机，为硫酸铵供应工业空气。

4 结语

通过厂作业区、科室有关技术人员的共同努力，找出影响硫酸铵外观质量的因素，采取了相应措施，硫酸铵产品颗粒明显增大，颜色逐步变白。提高了用户的满意度，稳定了市场占有率，同时也创造了较好的经济效益。