硫銨變色原因探究及工藝優(yōu)化措施

徐德躍， 趙云東，周 斌，任 梵

(1.云南大為制焦有限公司,云南 曲靖 655338；2.云南煤化工集團(tuán)有限公司，云南 昆明 650231)

云南大為制焦有限公司現(xiàn)有4×55孔側(cè)裝搗固焦?fàn)t，年產(chǎn)焦炭200萬(wàn)t，同時(shí)還副產(chǎn)焦?fàn)t煤氣約11萬(wàn)m3/h，其氨質(zhì)量濃度為5～8 g/m3。煤氣凈化單元氨的脫除采用噴淋式飽和器工藝，氨的脫除效率有著嚴(yán)格要求，若不徹底脫除會(huì)造成后續(xù)甲醇生產(chǎn)中鐵鉬觸媒失活，增加焦?fàn)t煙氣NOx的生成量，同時(shí)增加管道腐蝕。使用硫酸噴淋脫除氨，同時(shí)會(huì)生成具有一定經(jīng)濟(jì)價(jià)值的硫銨副產(chǎn)品。由于在生產(chǎn)過(guò)程中，受焦?fàn)t煤氣中雜質(zhì)等的影響，致使硫銨產(chǎn)品出現(xiàn)淺藍(lán)色，影響嚴(yán)重時(shí)藍(lán)色會(huì)很深，回收的硫銨不能達(dá)到GB/T535-2020的要求，影響了銷(xiāo)售。針對(duì)上述問(wèn)題，本文開(kāi)展了硫銨顏色變藍(lán)的分析和探究，并提出了可行的工藝優(yōu)化措施。

1 焦?fàn)t煤氣氨回收工藝簡(jiǎn)介

煤焦化生產(chǎn)過(guò)程中，同時(shí)產(chǎn)生了副產(chǎn)物——焦?fàn)t煤氣，它含有5～8 g/m3的氨，這會(huì)對(duì)后續(xù)焦?fàn)t煤氣的使用帶來(lái)不利影響：①使粗苯回收的洗油乳化變質(zhì)，增加洗油能耗和降低粗苯的回收率，同時(shí)，洗苯后富油含氨高，在高溫狀態(tài)下，會(huì)造成脫苯系統(tǒng)設(shè)備和管道的腐蝕，影響裝置運(yùn)行周期和存在一定的安全隱患。②焦?fàn)t煤氣的氨含量過(guò)高，會(huì)堵塞甲醇精脫硫系統(tǒng)，造成系統(tǒng)阻力升高，進(jìn)而降低了甲醇生產(chǎn)能力并影響甲醇生產(chǎn)裝置的長(zhǎng)周期運(yùn)行。

因此，必須對(duì)焦?fàn)t煤氣中的氨進(jìn)行回收。通過(guò)用硫酸作吸收劑，脫除煤氣中的氨，生成硫銨并將其分離、洗滌、干燥后得到合格的硫銨產(chǎn)品，不但解決了焦?fàn)t煤氣中氨對(duì)系統(tǒng)的危害問(wèn)題，還可增加一定的經(jīng)濟(jì)效益，也能為后系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。焦?fàn)t煤氣凈化流程如圖1。

圖1 焦?fàn)t煤氣凈化流程方框圖

如圖1所示，焦?fàn)t煤氣經(jīng)脫硫后，進(jìn)入硫銨回收裝置，用硫酸作吸收劑，脫除煤氣中的氨，蒸氨廢水作為硫銨新母液補(bǔ)充水。如果焦?fàn)t煤氣中雜質(zhì)較多，會(huì)造成吸收后的硫銨產(chǎn)品顏色變藍(lán)，影響硫銨產(chǎn)品外觀質(zhì)量要求。

2 硫銨變藍(lán)原因分析

經(jīng)樣品分析和查閱有關(guān)資料可知，使硫銨變藍(lán)的物質(zhì)是亞鐵氰化鐵[1]，俗稱(chēng)普魯士藍(lán)(Fe4[Fe(CN)6]3)或滕氏藍(lán)(Fe3[Fe(CN)6]2)，商品名為顏料藍(lán)27。造成硫銨變藍(lán)的最大可能是氨氣中含有鐵鹽等雜質(zhì)，在一定條件下與氰化物發(fā)生反應(yīng)，生成亞鐵氰化鐵。

基于上述分析，本文從可能進(jìn)入硫銨母液或進(jìn)入硫銨飽和器的物質(zhì)進(jìn)行排查，從硫酸噴淋吸收氨的源頭進(jìn)行全面分析，尋找造成硫銨產(chǎn)品變藍(lán)的相關(guān)工藝因素，可能有以下幾個(gè)原因：

1)蒸氨塔釜廢水

蒸氨廢水作為硫銨新母液補(bǔ)充水，在蒸餾過(guò)程會(huì)流過(guò)碳鋼設(shè)備和管道，因此廢水中含有鐵離子。進(jìn)入蒸氨塔的原料——剩余氨水來(lái)自機(jī)氨槽，其廢水中含有大量可溶性氰化物，會(huì)生成亞鐵氯化鐵。

從表1看出，蒸氨廢水中HCN質(zhì)量濃度為 3.2 mg/L，鐵質(zhì)量濃度為 914 mg/L，所以為硫銨產(chǎn)品的顏色變藍(lán)提供了條件。

表1 蒸氨廢水的組成

2)煤氣冷凝液

煤氣冷凝液經(jīng)水封槽收集后送至硫銨地下放空槽，然后送至母液槽使用。其中，煤氣管道為碳鋼材質(zhì)，且脫硫催化劑為絡(luò)合鐵，使得煤氣冷凝液中含有鐵離子；煤氣雖經(jīng)脫硫凈化，但煤氣中依然有少量的氰化氫(表2)，存在生成亞鐵氯化鐵可能。

表2 脫硫后焦?fàn)t煤氣中雜質(zhì)組成

從表2看出，焦?fàn)t煤氣雖經(jīng)脫硫凈化，煤氣中依然有 1.26 mg/m3氰化氫，且焦?fàn)t煤氣經(jīng)絡(luò)合鐵脫硫后，鐵質(zhì)量濃度為 935.2 mg/L，為生成亞鐵氯化鐵提供了條件。

3)蒸氨生產(chǎn)的氨水

蒸氨氣相中含有氨水，經(jīng)分縮器冷卻后一部分用于蒸氨塔回流，一部分采出。蒸氨系統(tǒng)在蒸餾過(guò)程會(huì)通過(guò)碳鋼設(shè)備和管道，廢水中含有鐵離子；進(jìn)入蒸氨塔的原料——剩余氨水來(lái)自機(jī)氨槽，其廢水中含有大量可溶性氰化物。

4)蒸氨塔頂氣相

蒸氨塔頂氣相中含氨量較高，可直接使用硫酸進(jìn)行吸收，生產(chǎn)硫銨產(chǎn)品。蒸氨系統(tǒng)在蒸餾過(guò)程會(huì)通過(guò)碳鋼設(shè)備和管道，氣相中含有鐵離子；進(jìn)入蒸氨塔的原料——剩余氨水來(lái)自機(jī)氨槽，其廢水中含有大量可溶性氰化物，在蒸餾過(guò)程中，會(huì)把類(lèi)似氰化氫、硫化氫酸性氣體蒸發(fā)至氣相[2]，存在生成亞鐵氯化鐵的可能。

5)母液槽長(zhǎng)期儲(chǔ)存的母液

母液槽由于使用多年，加上加熱盤(pán)管泄露停用，致使槽底存有一定量的硫銨結(jié)晶，在生產(chǎn)過(guò)程中，部分結(jié)晶會(huì)被母液帶出，使得母液質(zhì)量變差，為硫銨變色提供條件。

3 工藝優(yōu)化的研究對(duì)比

分別取硫銨母液 50 mL(正常母液顏色為淡黃色)，在不同酸度下分別加入 10 mL 的蒸氨廢水、煤氣冷凝液、氨水和蒸氨塔頂氣相冷凝液，攪拌后觀察母液變化情況。

表3 不同酸度下母液顏色變化情況

從表3看出，蒸氨氣相冷凝液在酸度低于3.5后，母液藍(lán)顏色逐步加深，這是硫銨產(chǎn)品變藍(lán)的直接原因。雖然母液為淡灰色時(shí)，生產(chǎn)的硫銨產(chǎn)品能滿足GB/T535-2020的要求，但如不及時(shí)處置，也會(huì)給系統(tǒng)的正常、穩(wěn)定運(yùn)行埋下隱患。

4 工藝優(yōu)化措施

4.1 控制硫銨母液酸度

酸度過(guò)低會(huì)使得氨吸收不徹底，母液容易發(fā)泡、發(fā)黑，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致硫銨飽和器阻力上升；酸度過(guò)高將加快設(shè)備、管道的腐蝕，以及硫銨產(chǎn)品游離酸上升。目前正常生產(chǎn)時(shí)，母液酸度指標(biāo)為3%～6%，但蒸氨氣相切換至硫銨時(shí)，產(chǎn)品顏色不穩(wěn)定，很大原因是由于酸度是人工測(cè)定，各操作人員素質(zhì)、經(jīng)驗(yàn)是個(gè)不可控的因素。因此，將母液酸度控制在4%～6%較為穩(wěn)妥。

4.2 優(yōu)化蒸氨氣相工藝

在每次蒸氨塔氣相切換至硫銨時(shí)，從導(dǎo)淋管處排出的冷凝液量都較大，如不及時(shí)排出，將進(jìn)入飽和器。在煤氣進(jìn)口處降低母液酸度，促使亞鐵氯化鐵生成，加上現(xiàn)在的導(dǎo)淋管是直接將冷凝液排至母液槽，也會(huì)降低母液酸度，使母液變藍(lán)。[3]因此，需對(duì)蒸氨氣相管線進(jìn)行優(yōu)化，重新改造管道，將冷凝液排至蒸氨廢水槽，并要求每?jī)尚r(shí)打開(kāi)導(dǎo)淋管排液一次。

4.3 增加“大加酸”工藝

飽和器運(yùn)行 24 h 后，增加一次“大加酸”工藝[4]，具體為：飽和器晶比拉至≤8%，單臺(tái)大加酸流量控制在2000～3000 L/h，“大加酸”后母液酸度控制在8%～10%；加酸后循環(huán) 0.5 h，從兩個(gè)結(jié)晶采出處和飽和器中心管處加熱水，充分清洗飽和器；在母液槽液位足夠 1 d 使用的量后，連同母液槽將母液循環(huán) 1 h，轉(zhuǎn)入正常生產(chǎn)。

4.4 建立酸焦油打撈制度

每個(gè)早班落實(shí)及時(shí)打撈酸焦油，要求滿流槽邊緣酸焦油寬度不超過(guò) 20 cm，母液槽液面無(wú)明顯浮油。

4.5 制定滿流槽至母液槽溢流制度

硫銨裝置已運(yùn)行十多年，母液槽內(nèi)底部結(jié)晶物雜質(zhì)較多，母液質(zhì)量惡化[5]。加上目前結(jié)晶已接近儲(chǔ)槽的一半，影響了正常生產(chǎn)時(shí)的母液需求量。為保證生產(chǎn)的穩(wěn)定運(yùn)行和母液質(zhì)量，對(duì)母液槽進(jìn)行清洗。同時(shí)要求在正常生產(chǎn)時(shí)，控制滿流槽液位，禁止溢流(做母液時(shí)除外)，避免晶比高時(shí)溢流至母液槽，導(dǎo)致母液槽底部積存結(jié)晶。

5 優(yōu)化工藝后的運(yùn)行效果

通過(guò)蒸氨氣相管線的工藝優(yōu)化，控制硫銨母液酸度，增加“大加酸”工藝，嚴(yán)格執(zhí)行酸焦油打撈制度和滿流槽溢流制度。在生產(chǎn)工況條件不變的情況下，通過(guò)質(zhì)檢分析檢測(cè)，硫銨產(chǎn)品外觀質(zhì)量有了顯著的改善，如表4所示。

表4 硫銨質(zhì)量統(tǒng)計(jì)

通過(guò)嚴(yán)格執(zhí)行以上制定的工藝優(yōu)化措施，顏色變藍(lán)的問(wèn)題得以順利解決，且提高了產(chǎn)品質(zhì)量，硫銨產(chǎn)品質(zhì)量滿足GB/T535-2020要求，基本穩(wěn)定在Ⅰ型；而且煤氣后氨質(zhì)量濃度<25 mg/m3，飽和器阻力<2 kPa，為裝置的長(zhǎng)周期，穩(wěn)定運(yùn)行提供了強(qiáng)有力的保障。