一种硫酸铵溶液制备氨水和硫酸的工艺方法与流程

本发明属于化工废弃物处理领域，涉及一种硫酸铵溶液制备氨水和硫酸的工艺方法。

背景技术：

硫酸铵工业废弃物主要来源于湿法冶金、锅炉烟气脱硫和工业废水处理等工艺的副产物，而且其产量相当大；据统计，我国硫酸铵工业废弃物的年产量约1000万吨以上。尤其在电解锰行业中，由于工艺特点，在生产过程中会生成大量的硫酸铵复盐结晶；具体为，每生产1吨金属锰，约产生硫酸铵复盐结晶2.1吨，而随着生产的持续进行，硫酸铵复盐结晶的产生量也逐渐增多，造成了严重的堆存现象。锰渣中的硫酸盐分为两类，一类是微溶性的硫酸盐(二水石膏)，另一类是可溶性硫酸盐(如硫酸锰、硫酸镁、硫酸铵等)。

现有针对硫酸铵复盐结晶的处理主要集中在农用肥料方面，但由于其产量较大，同时有相当一部分是以复盐结晶的形式存在(如湿法冶金等产生的硫酸铵)，不能作为农用肥料使用，然而长期堆存此类含有金属、铵氮、硫化物的工业废渣，不但会对环境造成严重的污染，也会造成硫酸和氨水的白白浪费。

因此，需要开发一种能将锰渣中可溶性硫酸铵里的硫、氨进行低温分解的工艺，实现资源的循环利用，并使行业向清洁生产不断迈进，才能促进产业的长足发展。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种硫酸铵溶液制备氨水和硫酸的工艺方法，实现硫酸铵在低温下分解，使硫和氨得以循环，工艺过程简单、可操作性强。

本发明解决上述技术问题的技术方案为：

一种硫酸铵溶液制备氨水和硫酸的工艺方法，包括如下工艺步骤：

(1)将固体硫酸铵溶解为硫酸铵溶液，并加热至95℃～97℃；

(2)在反应釜内装入催化剂，并加热至350℃～360℃，在搅拌的状态下，将硫酸铵溶液喷入反应釜内；

(3)当硫酸铵溶液的反应温度达到100℃～130℃时，反应釜内放出水蒸汽和氨气，再将水蒸汽和氨气经过热交换处理，获得氨水；

(4)当反应釜的温度降至130℃以下时，停止喷入硫酸铵溶液，继续将反应釜内的硫酸铵溶液加热至300℃～350℃并放出三氧化硫气体，再将三氧化硫气体依次经过初步冷凝、用稀硫酸吸收的处理，获得硫酸。

该硫酸铵溶液制备氨水和硫酸的工艺方法中，催化剂的制备方法为：

(1)将硫酸亚铁溶解并加热至70℃，再配制成硫酸亚铁饱和溶液；

(2)将硫酸亚铁饱和溶液和硫酸铵溶液混合并搅拌，将反应后出现的结晶物滤出，即得催化剂。

另外，步骤(1)中硫酸铵溶液的加热过程、步骤(3)中水蒸汽和氨气的热交换过程以及步骤(4)中三氧化硫气体的初步冷凝过程，均在同一个热交换器内进行；步骤(4)中，将初步冷凝的三氧化硫气体通过冷凝器进行二次冷凝，再用稀硫酸吸收，获得硫酸；或者，将经过冷凝器进行二次冷凝的三氧化硫气体，再用电除雾装置进行除雾处理后，用稀硫酸吸收，获得硫酸；反应釜的内部竖直安装有不锈钢材质的钢管，钢管内安装有搅拌装置，钢管的直径为反应釜直径的1/3～2/3，优选为1/2，钢管的外侧安装有夹套，且该夹套与反应釜的夹套连通。

本工艺方法实施的理论依据如下：

feso4·7h2o+(nh4)2so4·h2o＝fe(nh4)2·(so4)2·6h2o+2h2o

feo+(nh4)2so4＝feso4+2nh3↑+h2o

so3+h2o＝h2so4

nh3+h2o＝nh4oh

本发明硫酸铵溶液制备氨水和硫酸的工艺方法的有益效果为，采用固液催化法，将工业副产物锰渣中的可溶性硫酸铵溶液与催化剂在固液反应釜中进行充分的传质传热，在不同的温度下分解产生氨水和硫酸，实现硫酸铵的多元化利用，以及工业废物的清洁化处理、资源化利用；通过硫酸亚铁饱和溶液和硫酸铵溶液复配生成的结晶物作为催化剂，实现硫酸铵在400℃以下的低温分解；本方法工艺过程简单、可操作性强、可自动化控制，在一定程度上实现硫和氨的不断循环利用，节能环保，同时，可为其它行业可溶性硫酸铵的综合利用提供技术支持。

附图说明

图1为本发明硫酸铵溶液分解制氨水和硫酸的工艺方法的流程结构图。

附图中的编码分别为：硫酸铵溶液储槽1、热交换器2、反应釜3、加热装置4、氨水储槽5、冷凝器6、电除雾装置7、硫酸储罐8。

具体实施方式

如图1所示，一种硫酸铵溶液分解制氨水和硫酸的工艺方法为：

(1)将固体硫酸铵溶解后在硫酸铵溶液储槽1内暂存，再输送至热交换器2的换热管间并加热至95℃；

(2)反应釜3内加入固体的催化剂，并通过反应釜3内安装的搅拌装置不断搅拌；通过加热装置4对导热液进行加热，并将导热液在反应釜3的夹套以及反应釜3内置的钢管的夹套内进行循环，对反应釜3进行加热，并将催化剂加热至350℃；

(3)将步骤(1)加热的硫酸铵溶液间歇式的喷入步骤(2)中已装入催化剂的反应釜3内，使硫酸铵溶液与350℃的催化剂在搅拌条件下进行固液反应；当反应温度达到100℃～130℃时放出水蒸汽与氨气，通过管道将水蒸汽和氨气引入至热交换器2的换热管内，使其与换热管间的冷硫酸铵溶液进行热交换，冷凝水与氨气生成氨水并直接流入热交换器2底部，并打入氨水储槽5；

(4)当反应釜3的温度降至130℃以下时，停止硫酸铵溶液喷入，继续加热反应釜3至300℃～350℃放出三氧化硫气体，此三氧化硫气体经过热交换器2的换热管进行初步冷凝后，通过热交换器2顶部的气体出口逸出；

(5)将逸出的三氧化硫气体经过冷凝器6进行二次冷凝，获得干燥的三氧化硫气体，再通过电除雾装置7进行除雾处理、用稀硫酸吸收，制备的硫酸储存在硫酸储罐8内。

另外，步骤(4)中伴随着三氧化硫气体逸出的氨气在冷凝器6内冷凝后，再通过管道进入至氨水储槽5，使硫酸铵溶液分解产生的氨得以完全循环。

上述工艺方法中催化剂的制备过程为：(1)将硫酸亚铁溶解后加热至70℃，再配制成硫酸亚铁饱和溶液；(2)将硫酸亚铁饱和溶液和硫酸铵溶倒入容器内混合并搅拌反应，出现结晶后滤出结晶物，即得催化剂。

技术特征：

技术总结
本发明属于化工废弃物处理领域，涉及一种硫酸铵溶液制备氨水和硫酸的工艺方法。该工艺方法，包括：(1)将固体硫酸铵溶解为硫酸铵溶液；(2)在反应釜内装入催化剂并加热，将硫酸铵溶液喷入反应釜内；(3)当反应温度达到100℃～130℃时，将放出的水蒸汽和氨气经过热交换，获得氨水；(4)当反应釜的温度降至130℃以下时，停止喷入硫酸铵溶液，继续加热至300℃～350℃并放出三氧化硫气体，再依次经过初步冷凝、用稀硫酸吸收的处理，获得硫酸。利用本方法，采用固液催化法，实现硫酸铵在400℃以下的低温分解，实现工业废物的资源化利用，工艺简单、可操作性强、节能环保。

技术研发人员：贾天将;段锋;宋正平;张志华;刘宁;董伏华
受保护的技术使用者：宁夏天元锰业集团有限公司
技术研发日：2018.09.11
技术公布日：2018.12.21