煤气中氨的回收不仅避免了污染，保护了环境，还使废弃物得到了二次利用。焦化厂就是利用硫酸吸收焦炉煤气和蒸氨塔中的氨来生产硫酸铵以达到净化煤气和生成产品的目的，并得到副产品硫酸铵。由于我国是农业大国，需要大量的农用化肥，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。所以，焦炉煤气中氨的回收具有重要意义[3]。 1.1.3 硫酸铵的性质和用途

纯态的硫酸铵为无色长菱形晶体，密度为1766kgm3，分子量为132，化学纯的硫酸铵含氮量为21.2%，含氨为25.78%。含一定水分的硫酸铵的堆积密度随结晶颗粒的大小而波动于780~830kgm3范围内。焦化厂用饱和器生产的硫酸铵，由于杂质的影响往往带有绿色、蓝色、灰色、或暗黑色，结晶多为针状、片状或粉末状，成型的颗粒很小，其线性尺寸平均不超过0.5mm。硫酸铵的水溶液为弱酸性，1%溶液的pH值为5.7。硫酸铵溶于水时要吸收热量，每溶解1kg硫酸铵约吸收热量63kJ。

硫酸铵结晶能吸收空气中的水分而胶结成块，在空气湿度大、结晶颗粒小和含水量高

时较为严重。硫酸铵结块给运输、贮存和施用都带来许多不便，且潮湿的硫酸铵对钢铁、水泥和包装袋等均有腐蚀性。因此储存运输注意防潮，储存于通风干燥处[4]。

硫酸铵长期以来，在农业上是重要的氮肥，适用于各种土壤和作物。对多种农作物，如小麦、棉花、马铃薯、水稻、大头菜等均有良好的肥效。硫酸铵在工业上可作为印染剂、食品催化剂、缓冲剂、皮革脱灰剂，是化工、印染、医药、皮革等工业原料。食用硫酸铵由工业硫酸铵加入蒸馏水溶解后，加入除砷剂和除重金属剂进行溶液净化，过滤，蒸发浓缩，冷却结晶，离心分离，干燥制得。用作食品添加剂，作面团调节剂、酵母养料

[5]

。

1.2 硫酸铵生产方法

生产硫铵是焦炉煤气净化工艺流程中回收氨的传统方法。目前，国内外对硫铵工艺已经有了比较成熟的研究。各研究机构和公司都根据各自需求研究出了相应的工艺流程。市场上生产硫铵工艺有以下4种:老式饱和器法、酸洗法、喷淋式饱和器法和间接饱和器法[6]。

1、老式饱和器法

老式的饱和器法也称半直接饱和器法生产硫铵，我国20世纪60年代以前建成的大中型焦化厂均采用半直接法鼓泡型饱和器生产硫铵，这种饱和器既是吸收设备，又是结晶设备，吸收与结晶都在饱和器内，不能分别控制，因此不能得到大颗粒结晶。该工艺的主要缺点是设备腐蚀严重，并且煤气要经过分配伞从母液层鼓泡而出。因此煤气系统阻力大，使得煤气鼓风机要提供较大的压头，硫铵的质量也差。已经不适合现在的市场发展。

2、酸洗法

为了进一步提高硫酸铵的质量，我们引进了酸洗法生产硫铵工艺，酸洗法制硫铵即无饱和器法生产硫铵，它是由酸洗、真空蒸发结晶以及硫铵离心、干燥、包装等三部分组成。与饱和器法相比，由于实现了氨的吸收与硫铵结晶分离的操作，以获得优质大颗粒硫铵结晶。酸洗塔结构为空喷塔，煤气系统阻力仅为饱和器的14，煤气鼓风机的电耗可大幅度下降。采用干燥冷却机将干燥后的硫铵进一步冷却，防止结块，有利于自动包装。酸洗法的特点：吸收和结晶在不同设备中进行，操作条件可以分别控制，能够得到大颗粒的硫铵结晶，且提高了硫铵的质量。但酸洗法工艺流程长，占地多，投资也大。因此这种方法虽提高了硫酸铵的质量但不太经济。

3、间接饱和器法

后来，我们又引进了间接法饱和器生产硫铵工艺，间接饱和器法生产硫铵的工艺是与AS流程相结合的工艺,但类似于半直接法饱和器。用洗涤液蒸出的气体生产硫铵，故称间接法。该工艺是从酸性气体中回收氨，其硫铵的质量比饱和器法好，但因在较高温度（100℃左右）下操作，对设备和管道材质的要求高，加之饱和器尺寸并不比半直接法小，因此投资高于半直接法。该法回收氨是经过洗氨)))蒸氨)))硫，流程长，能耗大。如果仅从生产硫铵的角度来讲，用此方法生产硫铵值得进一步探讨。 4、喷淋式饱和器法

为了满足市场需求，我们从法国引进喷淋式饱和器，以代替半直接法的鼓泡型饱和器。喷淋式饱和器的特点是煤气系统阻力较小，设备尺寸可相对减小，硫铵质量有所提高。国内已有不少厂家用其代替老式的鼓泡型饱和器。喷淋饱和器分为上下两段，上段为吸收室，下段为结晶室。是目前中国普遍采用的工艺。喷淋式饱和器生产硫铵工艺，具有煤气系统阻力小、结晶颗粒较大、硫铵质量好、工艺流程短、易操作、设备使用寿命长等特点。

综上所述，喷淋式饱和器工艺综合了旧式饱和器法流程简单，酸洗法有大流量母液循环搅拌，结晶颗粒大的优点，又解决了旧式饱和器法煤气系统阻力大，酸洗法工艺流程长，设备多的缺点。其工艺流程和操作条件与现有的鼓泡型饱和器相接近，易于掌握，设备材料国内能够解决。不但可以在新建厂采用，而且更适于老厂的大修改造。因此喷淋式饱和器法生产硫酸铵发展前景大好。

1.3 喷淋式饱和器法生产硫酸铵

1.3.1 硫酸铵生产和结晶原理 1）硫酸铵生产的原理[7]

氨与硫酸发生的中和反应：

2NH3+H2S04→ (NH4)2S04 △H=-275kJmol

反应是放热反应，实际的热效应较小。

用适量的硫酸和氨进行反应时，生成的是中式盐(NH4)2SO4，当硫酸过量时，则生成酸式盐 NH4HSO4，其反应为：

NH3+H2S04→ NH4HS04 △H = - 165kJmol

随溶液被氨饱和的程度，酸式盐又可转变为中式盐 NH4HS04+ NH3→ (NH4)2SO4

溶液中酸式盐和中式盐的比例则由母液中游离硫酸的含量决定，即酸度。

当酸度为 1%～2%时，产物主要为中式盐。酸度升高时，将提高酸式盐的含量。饱和器中实际上同时存在两种盐，由于酸式盐较中式盐易溶于水或稀硫酸中，一般酸度不大的时，析出的主要是硫酸铵结晶。

通常情况下，母液的密度是随母液的酸度增加而增大的。饱和器中的母液大致规格为：

密度 (kgL) 1.26 ～1.30；w [ (NH4)2S04] 40～50%；游离酸含量4～5%；w (NH4HS04) 12～15%；NH3含量160～180(gL)

2）硫酸铵生成的结晶原理

在饱和器内硫酸铵形成晶体需经过两个阶段：第一阶段是母液中细小的结晶中心----晶核的形成。第二阶段是晶核（或小晶体）的长大。通常晶核的形成和长大是同时进行的。在一定的结晶条件下，若晶核形成速率大于晶体成长速率，当达到固液平衡时，得到的硫酸铵晶体粒度较小；反之，则可得到大颗粒结晶体。显然，如能控制这两种速率，便可控制产品硫酸铵的粒度。

溶液的过饱和度既是硫酸铵分子由液相向结晶表面扩散的推动力，也