焦爐煤氣濕法脫硫工藝設(shè)計(初稿).doc

河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 緒論河南城建學(xué)院畢業(yè)設(shè)計題 目：焦爐煤氣濕法脫硫工藝設(shè)計學(xué)生姓名： 張炳麒 年 級： 101209127 專 業(yè)： 化學(xué)工程與工藝 申報學(xué)位： 學(xué)士學(xué)位 院 系： 化學(xué)與化學(xué)工程系 指導(dǎo)教師： 李 霞 完成日期： 2011-05-15 2011年05月15日摘 要目 錄1緒論11.1概述11.2焦爐煤氣凈化的現(xiàn)狀11.3栲膠的認識21.4栲膠法脫硫的缺點31.5設(shè)計任務(wù)的依據(jù)82.生產(chǎn)流程及方案的確定3.生產(chǎn)流程說明3.1反應(yīng)機理3.2主要操作條件3.3工藝流程3.4主要設(shè)備介紹4.工藝計算4.1原始數(shù)據(jù)4.2物料衡算4.3熱量衡算5.主要設(shè)備的工藝計算和設(shè)備選型5.1主要設(shè)備的工藝尺寸5.2輔助設(shè)備的選型6 設(shè)備穩(wěn)定性及機械強度校核計算6.1壁厚的計算6.2 機械強度的校核1 緒 論1.1概述 焦爐煤氣粗煤氣中硫化物按其化合態(tài)可分為兩類：無機硫化物，主要是硫化氫（H2S），有機硫化物，如二硫化碳（），硫氧化碳（COS），硫醇（）和噻吩（）等。有機硫化物在溫度下進行變換時，幾乎全部轉(zhuǎn)化為硫化氫。所以煤氣中硫化氫所含的硫約占煤氣中硫總量的90%以上，因此，煤氣脫硫主要是指脫除煤氣中的硫化氫，焦爐煤氣中含硫化氫815g/m3，此外還含0.51.5g/m3氰化氫。 硫化氫在常溫下是一種帶刺鼻臭味的無色氣體，其密度為1.539kg/nm3。硫化氫及其燃燒產(chǎn)物二氧化硫（）對人體均有毒性，在空氣中含有0.1%的硫化氫就能致命。煤氣中硫化氫的存在會嚴重腐蝕輸氣管道和設(shè)備，如果將煤氣用做各種化工原料氣，如合成氨原料氣時，往往硫化物會使催化劑中毒，增加液態(tài)溶劑的黏度，影響產(chǎn)品的質(zhì)量等。因此，必須進行煤氣的脫硫。1.2焦爐煤氣凈化的現(xiàn)狀煤氣的脫硫方法從總體上來分有兩種：熱煤氣脫硫和冷煤氣脫硫。在我國，熱煤氣脫硫現(xiàn)在仍處于試驗研究階段，還有待于進一步完善，而冷煤氣脫硫是比較成熟的技術(shù)，其脫硫方法也很多。冷煤氣脫硫大體上可分為干法脫硫和濕法脫硫兩種方法，干法脫硫以氧化鐵法和活性炭法應(yīng)用較廣，而濕法脫硫以砷堿法、ADA、改良ADA和栲膠法頗具代表性。濕法脫硫可以處理含硫量高的煤氣，脫硫劑是便于輸送的液體物料，可以再生，且可以回收有價值的元素硫，從而構(gòu)成一個連續(xù)脫硫循環(huán)系統(tǒng)?，F(xiàn)在工藝上應(yīng)用較多的濕法脫硫有氨水催化法、改良蒽醌二磺酸法（A.D.A法）及有機胺法。其中改良蒽醌二磺酸法的脫除效率高，應(yīng)用更為廣泛。但此法在操作中易發(fā)生堵塞，而且藥品價格昂貴，近幾年來，在改良A.D.A的基礎(chǔ)上開發(fā)的栲膠法克服了這兩項缺點。它是以純堿作為吸收劑，以栲膠為載氧體，以為氧化劑?；诖?，在焦爐煤氣脫硫工藝的設(shè)計中我采用濕式栲膠法脫硫工藝。1.3栲膠的認識 栲膠是由植物的皮，果，莖及葉的萃取液熬制而成的。其主要成分為丹寧，約占66%，以栲膠來配制脫硫液效果最佳。栲膠的主要成分為多種水解丹寧，是有許多結(jié)構(gòu)相似的酚類衍生物所組成的多酚基化合物，由于其含有許多活潑的烴基，所以具有很強的吸氧能力，在脫硫過程中起著載氧的作用。堿性栲膠脫硫液是由栲膠，碳酸鈉及偏釩酸鈉等主要成分構(gòu)成的水溶液。栲膠水溶液在空氣中易被氧化，即丹寧中較活潑的羥基易被空氣中的氧氧化，生成醌態(tài)化合物。特別是當溶液的PH值大于9的時候，丹寧的氧化特別顯著。由于栲膠水溶液在較高濃度時成為典型的膠體溶液，并且在較低溫度時容易出現(xiàn)及沉淀，因此在配制脫硫液前必須對栲膠水溶液進行熟化預(yù)處理。即將含栲膠2033g/l，Na2CO3380133g/l的栲膠誰溶液直接通蒸汽與空氣，在8090C的條件下氧化1024h，破壞其膠性。然后加及軟水或稀氨水，配制成含栲膠1.02.6g/l，Na2CO3 22.3g/l，3.24 g/l, 22.5g/l 脫硫液，送入脫硫液儲存槽，稀釋后使用。脫硫過程中，酚類物質(zhì)經(jīng)空氣再生氧化成醌態(tài)，因其具有較高電位，故能將低價釩氧化成高價釩，進而使吸收在溶液中的硫氫根氧化、析出單質(zhì)硫。同時丹寧能與多種金屬離子（如釩、鉻、鋁等）形成水溶性絡(luò)合物；在堿性溶液中丹寧能用與鐵、銅反應(yīng)并在其材料表面形成丹寧酸性薄膜，因而具有防腐蝕作用。由于栲膠水溶液是膠體溶液，在將其配制成脫硫液之前，必須對其進行預(yù)處理，以消除共膠體性和發(fā)泡性，并使其由酚態(tài)結(jié)構(gòu)氧化成醌態(tài)結(jié)構(gòu)，這樣脫硫溶液才具有活性。在栲膠溶液氧化過程中，伴隨著吸光性能的變化。當溶液充分氧化后，其消光值則會穩(wěn)定在某一數(shù)值附近，這種溶液就能滿足脫硫要求。通常制備栲膠溶液的預(yù)處理條件列舉在表1中：表1 制備栲膠溶液的與處理條件方法項目用Na2CO3配制溶液栲膠濃度(gL-1)1030堿度N1.02.5氧化溫度7090空氣量溶液不翻出器外消光值穩(wěn)定在0.45將純堿溶液用蒸汽加熱，通入空氣氧化，并維持溫度8090，恒溫10h以上，讓丹寧物質(zhì)發(fā)生降解反應(yīng)，大分子變小，表面活性物質(zhì)變成非表面活性物質(zhì)，達到預(yù)處理目的。栲膠法脫硫工藝，將堿性栲膠溶液打入溶液循環(huán)槽，自循環(huán)槽出來，經(jīng)過濾加壓后進入系統(tǒng)的裂脫塔，吸收氣體中的H2S，由裂脫塔出來的溶液進入裂脫再生塔，再生好的溶液由塔底流到溶液循環(huán)槽，經(jīng)過濾加壓循環(huán)使用。脫硫溶液從循環(huán)槽出來后經(jīng)過濾加壓送到變脫塔，吸收氣體中的H2S，由變脫塔出來的溶液進入變脫溶液再生塔，再生好的溶液由變脫再生塔出來，進入變脫溶液循環(huán)槽，再經(jīng)過濾加壓，如此循環(huán)使用。1.4 栲膠法脫硫的優(yōu)缺點1.4.1優(yōu)點栲膠法脫硫是目前工業(yè)化生產(chǎn)中應(yīng)用較多的濕式脫硫方法，它本身有許多優(yōu)越之處，但是與此同時，也存在著許多的不足。栲膠是聚酚類（丹寧）物質(zhì)，可替代ADA作為載氧體，價格低廉，栲膠本身還是良好的絡(luò)合劑，不需要添加酒石酸鉀鈉的絡(luò)合劑。此法的吸收效果與ADA相近，且具有不容易堵塞脫硫塔填料，栲膠資源豐富，價格便宜以及脫硫液活性好，性能穩(wěn)定，腐蝕性小等優(yōu)點。此外，脫硫效率大于98，所析出的硫容易浮選和分離。栲膠法脫硫整個脫硫和再生過程為連續(xù)在線過程，脫硫與再生同時進行，不需要設(shè)置備用脫硫塔。煤氣脫硫凈化程度可以根據(jù)企業(yè)需要，通過調(diào)整溶液配比調(diào)整，適時加以控制，凈化后煤氣中H2S含量穩(wěn)定。（1）栲膠資源豐富、價格低廉、無毒性、脫硫溶液成本低，因而操作費用要改良ADA法低。（2）脫硫溶液的活性好、性能穩(wěn)定、腐蝕性小。栲膠本身既是氧化劑，又是釩的絡(luò)合劑，脫硫溶液的組成比改良ADA法簡單，且脫硫過程沒有硫磺堵塔問題。（3）脫硫效率大于98，所析出的硫容易浮選和分離。（4）栲膠法脫硫整個脫硫和再生過程為連續(xù)在線過程，脫硫與再生同時進行，不需要設(shè)置備用脫硫塔。（5）煤氣脫硫凈化程度可以根據(jù)企業(yè)需要，通過調(diào)整溶液配比調(diào)整，適時加以控制，凈化后煤氣中H2S含量穩(wěn)定。1.4.2缺點（1）配制脫硫液和往系統(tǒng)中補加時都要經(jīng)過加熱溶化制備過程。（2）設(shè)備較多，工藝操作也較復(fù)雜，設(shè)備投資較大。1.4.3硫化物對作為原料氣生產(chǎn)工藝過程有何危害（1）對催化劑的危害 硫使甲烷化催化劑，高（中）溫變換催化劑，甲醇合成催化劑何氨合成催化劑的主要毒物之一，能使它們的活性和壽命降低；（2）對產(chǎn)品質(zhì)量的危害 碳銨生產(chǎn)過程中，當變換氣中硫化氫含量高時，在碳化母液中積累增高。使母液粘度增大，碳銨結(jié)晶變油，不僅造成分離困難，同時，由于生成FeS沉淀致使碳銨顏色變黑；（3）在尿素生產(chǎn)過程中，硫化氫進入尿素合成塔時會生成硫脲，污染尿素產(chǎn)品，降低產(chǎn)品質(zhì)量；（4）對銅洗操作的危害 銅氨液吸收硫化氫生成C uS沉淀，這種沉淀物顆粒很細，懸浮在溶液中導(dǎo)致溶液粘度增大，發(fā)泡性增強，銅耗上升，破壞銅洗系統(tǒng)的正常運行；（5）對金屬腐蝕 硫化氫能使碳鋼設(shè)備及管線發(fā)生失重腐蝕，應(yīng)力腐蝕，氫脆和氫鼓泡，使設(shè)備及管線壽命減短；（6）對人體的毒害 硫化氫是強烈的神經(jīng)毒物，接觸人的呼吸道粘膜后，即分解成Na2S，加之本身的酸性對人體的呼吸道粘膜有明顯的刺激作用。 硫化氫經(jīng)呼吸系統(tǒng)進入血液中來不及氧化時就會引起會全身中毒反應(yīng)，隨硫化氫濃度的增加會造成呼吸麻痹，窒息以致停止呼吸而死亡。因此，為了提高企業(yè)最終產(chǎn)品質(zhì)量和保持人們優(yōu)良的生存環(huán)境，對粗煤氣進行脫硫是非常必要的。1.4.4粗煤氣脫硫系統(tǒng)的正常開車操作要點（1）檢查各設(shè)備，管道，閥門，分析取樣及電器，儀表等，必須正常完好。（2）檢查系統(tǒng)內(nèi)所有閥門的開關(guān)位置，應(yīng)符合開車要求；（3）與供水，供電，供氣部門及造氣，壓縮工段聯(lián)系，作好開車準備；（4）將脫硫液成分調(diào)整在工藝指標范圍內(nèi)；（5）氨規(guī)程進行系統(tǒng)吹凈，清洗，試漏和置換工作（系統(tǒng)未經(jīng)檢修處于保壓狀況下對的開車，不進行該項工作）；（6）調(diào)凈氣柜出口水封積水；（7）開啟各氣體冷卻塔和清洗塔進水閥，并調(diào)節(jié)好水量及各塔液位；（8）開啟貧液泵進口閥，啟動貧液泵，向脫硫塔打入脫硫液，并調(diào)節(jié)好液位；（9）開啟富液泵進口閥，啟動富液泵，向再生槽送液；（10）根據(jù)脫硫液循環(huán)量和再生液槽液位，調(diào)節(jié)好貧液泵，富液泵的打液量，并控制好貧液槽，富液槽液位計流量；（11）開啟羅茨鼓風機，并調(diào)節(jié)好粗煤氣流量；（12）根據(jù)粗煤氣流量大小，調(diào)節(jié)好液氣比。適當開啟清洗塔，放空閥，焦爐煤氣脫硫合格后，與壓縮工段聯(lián)系，并關(guān)閉放空閥，向壓縮機一段送氣；（13）根據(jù)再生槽的硫泡沫形成情況，調(diào)節(jié)液位調(diào)節(jié)器，保持硫泡沫的正常溢流；（14）分析粗煤氣中氧含量合格后，開啟靜電除焦油塔。1.4.5脫硫后硫化氫含量高的主要原因（1）進入系統(tǒng)的粗煤氣中硫化氫含量過高，或進塔粗煤氣氣量過大；（2）脫硫液循環(huán)量小；（3）脫硫液成分不當；（4）脫硫液再生效率低或懸浮硫含量高；（5）進脫硫塔的粗煤氣或貧液溫度高；（6）脫硫塔內(nèi)氣液偏流，影響脫硫效率；1.4.6脫硫后硫化氫含量高的處理方法（1）聯(lián)系造氣工段更換含硫量低的煤炭，降低進脫硫系統(tǒng)粗煤氣中的硫化氫含量或適當減少粗煤氣氣量；（2）適當加大脫硫液循環(huán)量；（3）把脫硫液成分調(diào)整掃工藝指標要求范圍內(nèi)；（4）檢修噴射再生器或適當提高溶液進再生器的壓力，增加自吸空氣量，提高溶液的再生兇案綠；檢修離心機濾網(wǎng)，減少漏泡沫量，增加再生槽硫泡沫的溢流量，減少溶液中懸浮硫含量；（5）加大氣體冷卻器的冷卻水，降低進系統(tǒng)粗煤氣溫度；（6）檢查清理脫硫塔噴頭及填料，確定氣液分布均勻。1.5 設(shè)計任務(wù)的依據(jù)工藝參數(shù)：粗煤氣入吸收塔時H2S的含量，C1=10 g/m3凈化氣中H2S的含量，C2=0.15 g/m3入吸收塔焦爐煤氣量，G0 = 24000m3/h入冷卻塔焦爐煤氣溫度，t1=50 出冷卻塔入吸收塔焦爐煤氣溫度，t2=35 入吸收塔焦爐煤氣壓力，1.39atm(表)設(shè)計目標：凈化煤氣中H2S濃度0.15 g/m32 生產(chǎn)流程及方案的確定焦爐煤氣的凈化主要是要脫除煤氣中的H2S，脫硫的方法有兩種：干法脫硫、濕法脫硫。干法脫硫既可以脫除無機硫，又可以脫除有機硫，而且能脫至極精細的程度，但脫硫劑再生較困難，需周期性生產(chǎn)，設(shè)備龐大，不宜用于含硫較高的煤氣，一般與濕法脫硫相配合，作為第二級脫硫使用。濕法脫硫可以處理含硫量高的煤氣，脫硫劑是便于輸送的液體物料，可以再生，且可以回收有價值的元素硫，從而構(gòu)成一個連續(xù)脫硫循環(huán)系統(tǒng)。現(xiàn)在工藝上應(yīng)用較多的濕法脫硫有氨水催化法、改良蒽醌二磺酸法（A.D.A法）及有機胺法。其中改良蒽醌二磺酸法的脫除效率高，應(yīng)用更為廣泛。但此法在操作中易發(fā)生堵塞，而且藥品價格昂貴，近幾年來，在改良A.D.A的基礎(chǔ)上開發(fā)的栲膠法克服了這兩項缺點。3 生產(chǎn)流程說明3.1反應(yīng)機理反應(yīng)機理是脫硫的根本，也是整個脫硫過程中的核心部分。以下是栲膠法脫硫的反應(yīng)機理。3.1.1堿性水溶液吸收H2SNa2CO3+H2SNaHS+NaHCO33.1.2五價釩絡(luò)合物離子氧化HS-析出硫磺，五價釩被還原成四價釩2V5+HS1-2V4+S+H1+ 3.1.3 醌態(tài)栲膠氧化四價釩成五價釩，空氣中的氧氧化酚態(tài)栲膠使其再生，同時生成H2O2TQ（醌態(tài)）+V4+2H2OTHQ（酚態(tài)）+V5+2OH-2THQ+O22TQ+H2O23.1.4 H2O2氧化四價釩和HS-H2O2+V4+V5+2OH-H2O2+HS-H2O+S+OH-3.1.5 當被處理氣體中有CO2、HCN、O2時產(chǎn)生如下副反應(yīng)：NaCO3+CO2+H2O2NaHCO3Na2CO3+2HCN2NaCN+H2O+CO2NaCN+SNaCNS2NaCNS+5O2Na2SO4+CO2+SO2+N22NaHS+2O2Na2S2O3+H2O3.2主要操作條件3.2.1溶液組分溶液的主要組分是堿度、NaVO3、栲膠。3.2.1.1 堿度溶液的總堿度與其硫容量成線性關(guān)系，因而提高總堿度是提高硫容量的有效途徑，一般處理低硫原料氣時，采用的溶液總堿度為0.4N，而對高硫含量的原料氣則采用0.8N的總堿度。PH值再8.59.0。堿度過高，副反應(yīng)加劇。3.2.1.2 NaVO3含量NaVO3的含量取決于脫硫液的操作硫容，即與富液中的HS-濃度符合化學(xué)計量關(guān)系。應(yīng)添加的理論濃度可與液相中HS-的摩爾濃度相當，但在配制溶液時往往要過量，控制過量系數(shù)在1.31.5左右。3.2.1.3栲膠濃度作為氧載體，栲膠濃度應(yīng)與溶液中釩含量存在著化學(xué)反應(yīng)的計量關(guān)系。從絡(luò)合作用考慮，要求栲膠濃度與釩濃度保持一定的比例，同時還應(yīng)滿足栲膠對碳鋼表面緩蝕作用的含量要求。目前還無法有化學(xué)反應(yīng)方程計算所需的栲膠濃度，根據(jù)實踐經(jīng)驗，比較適宜的栲膠與釩的比例為1.11.3左右。工業(yè)生產(chǎn)中使用的溶液組成見下表2：表2 工業(yè)生產(chǎn)使用的栲膠溶液組成溶液類別總堿度NNa2CO3(gL-1)栲膠(gL-1)NaVO3(gL-1)稀溶液0.4341.81.5濃溶液0.8688.47.03.2.2溫度操作溫度低，再生效果差；溫度過高，副反應(yīng)加劇，生成大量硫代硫酸鈉燈鹽類，常溫范圍內(nèi)，H2S、CO2脫除率及Na2S2O3生成率與溫度關(guān)系不敏感。再生溫度在45以下，Na2S2O3的生成率很低，超過45時則急劇升高。通常吸收與再生在同一溫度下進行，約為3040。3.2.3 CO2的影響栲膠脫硫液具有相當高的選擇性。在適宜的操作條件下，它能從含99的CO2原料氣中將200mg/m3（標）的H2S脫除至45mg/m3（標）以下。但由于溶液吸收CO2后會使溶液的PH值下降，使脫硫效率稍有降低。3.3 工藝流程來自除塵工段的焦爐煤氣從脫硫塔底部進入，與塔頂上噴淋下來的栲膠脫硫液逆流接觸，在極短時間內(nèi)完成吸收硫化氫的反應(yīng)。脫除硫化氫的煤氣由塔頂出來，經(jīng)旋流板，分離器分離掉所夾帶的液滴后去壓縮工段。脫硫后的富液由塔底出來去脫硫塔液封槽，液封槽出來進入富液槽，然后又再生泵加壓送到噴射器，在噴射器內(nèi)自吸空氣并在喉管及擴散管內(nèi)進行反應(yīng)，然后液氣一起進入在再生槽，由底部經(jīng)篩板上翻，進行栲膠溶液的氧化再生和硫泡沫浮選，再生后的貧液流入貧液槽，再生脫硫泵分別送往脫硫塔，循環(huán)使用。 噴射再生槽頂浮選出來的硫泡沫自動溢流入中間泡沫槽，再由泡沫泵抽硫泡沫到上泡沫槽，經(jīng)加溫，攪拌，靜止分層后，排去上清液，該上清液流入富液槽內(nèi)，硫泡沫經(jīng)真空過濾機過濾，濾液流入地下槽，硫膏進入熔硫釜進行熔硫，熔融硫流入鑄模，待冷卻成型后即成為副產(chǎn)品，硫膏。擬設(shè)計栲膠法脫硫及再生反應(yīng)過程如下：（1） 吸收：在吸收塔內(nèi)原料氣與脫硫液逆流接觸硫化氫與溶液中堿作用被吸收；（2） 析硫：在反應(yīng)槽內(nèi)硫氫根被高價金屬離子氧化生成單質(zhì)硫；（3）再生氧化：在噴射再生槽內(nèi)空氣將酚態(tài)物氧化為醌態(tài)；以上過程按順序連續(xù)進行從而完成氣體脫硫凈化，濕法脫硫和再生工藝流程如下(見圖)：1分離器；2脫硫塔；3水封；4循環(huán)槽；5溶液泵；6液位調(diào)節(jié)器； 7再生槽；8硫泡沫槽；9真空過濾機；10熔硫釜；11空氣壓縮機；圖1 濕法栲膠脫硫工藝流程簡圖3.4主要設(shè)備介紹3.4.1填料塔填料塔用于要求高的H2S脫除效率。用作脫硫的填料塔每段填料間設(shè)有人孔，以供檢查用。填料塔結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉，制造方便。這種塔體，噴淋裝置，填料再分布器，柵板以及氣，液的進出口等部件組成。而填料是填料塔的核心部作分，填料塔操作性能的好壞與所選的填料有很大的關(guān)系，選擇填料應(yīng)當遵循一下原則：單位體積填料的表面積大，氣液相接觸的自由體積大；填料空隙率要大，氣相阻力小；重量輕，機械強度高；耐介質(zhì)腐蝕，經(jīng)久耐用，價格低廉。而填料的類型，尺寸和堆積方式?jīng)Q定于所處理的介質(zhì)的性質(zhì)。氣液流量的大小和允許的壓力降。本次設(shè)計，我選用的是聚丙烯階梯環(huán)（50mm25 mm1.5mm）的亂堆填料，這種填料塑料的表面較光滑，所以不易被硫堵塞，用這種填料同時有很高的脫硫效率。填料的作用是完成對脫硫液及氣體的再分布，同時為氣液分布提供較大的相界面。脫硫液從塔頂經(jīng)分布器均勻噴淋在填料上，再填料表面形成液膜，并向下流動，與經(jīng)填料空隙上升的氣體接觸，完成對H2S的吸收。3.4.2氧化槽 世界上使用最多的是有空氣分布板的垂直槽，圓形多孔板安裝于氧化槽的底部，孔徑一般為2mm，空氣壓力必須克服氧化槽內(nèi)溶液的壓頭與分布板的阻力，空氣在氧化器的截面均勻的鼓泡，液體與空氣并流向上流動，硫泡沫在槽頂部的溢流堰分離，分離硫后的清液在氧化槽頂部下面一點引出。這種形式的氧化槽需要鼓風機將空氣壓入。中國很多工廠使用一種自吸空氣噴射型的氧化槽，不需要空氣鼓風機。液體加壓從噴嘴進入，空氣從文丘里的喉管吸入。氧化槽是一大直徑的圓槽，槽內(nèi)放置多支噴射器。氧化槽目前使用最佳的是雙套筒二級擴大式，脫硫液通過噴射再生管道反應(yīng)，氧化再生后，經(jīng)過尾管流進浮選筒，在浮選筒進一步氧化再生，并起到硫的浮選作用。由于再生槽采用雙套筒，內(nèi)筒的吹風強度較大，不僅有利于氧化再生，而且有利于浮選。內(nèi)筒上下各有一塊篩板，板上有正方形排列的篩孔，直徑15mm，孔間距20mm，開孔率44%。內(nèi)筒吹風強度大，氣液混合物的重度小，而內(nèi)外筒的環(huán)形區(qū)基本上無空氣泡，因此液體重度大。在內(nèi)筒和環(huán)形空間由于重度不同形成循環(huán)。氧化槽的設(shè)計有如下三個基本參數(shù)要求的空氣流量；氧化器的直徑；有效的液體容積?？諝饬髁空扔诹虻漠a(chǎn)量、反比于液體在氧化器內(nèi)的有效高度，比值可按氧化器內(nèi)每米有效液面高度氧利用率為0.6%0.7%來計算。氧化器直徑正比于空氣流量與空氣比重的平方，為了得到良好的硫浮選，空氣流速一般選2530m3/(minm2)截面。液體在氧化器的停留時間正比于液體流量，要求的停留時間與氧化器數(shù)量有關(guān)，當用一個氧化器時，停留時間約45min，用兩個氧化器停留時間不超過30min，多級氧化器有較高的氣液傳質(zhì)效率，第一個氧化器出來的液體供給第二個氧化器，硫泡沫從第二個氧化器頂部分離，第一個氧化器的空氣流量大，增大湍流使傳質(zhì)加快。第二個氧化器空氣流量較小，使硫浮選。3.4.3反應(yīng)槽內(nèi)有隔板以塊。主要作用是增加脫硫液的反應(yīng)時間。3.4.4貧液泵完成對貧液的升壓與輸送任務(wù)。H=54m,10SH-6A,Q=468 m3/h。3.4.5硫泡沫槽硫泡沫槽是一錐形底的鋼制圓筒，槽頂設(shè)有1525轉(zhuǎn)/min的攪拌機一個，以保持槽內(nèi)硫泡沫經(jīng)常呈懸浮狀態(tài)。此槽容積可按存放36h的硫泡沫存量計算。3.4.6 過濾器工業(yè)上常用連續(xù)作業(yè)的鼓形真空過濾機，所需過濾面積可按每1m2過濾面積于1h內(nèi)能濾過干燥硫磺6080kg計算。通常采用的真空過濾機，當過濾面積為10m2時，其直徑為2.6m，長為1.3m。中國最近使用戈爾膜過濾器來過濾硫泡沫。該過濾元件是由多振過濾薄膜袋組成，多孔膜的材料是聚四氟乙烯薄膜，可根據(jù)工作負荷的大小調(diào)整過濾薄膜袋的數(shù)量和膜的孔徑，以達到良好的過濾效果，單臺過濾器的膜面積為22.550m2。戈爾薄膜濾料由于表面有一層致密而多孔的薄膜，不需要傳統(tǒng)濾料的初始濾餅層，一開始過濾就是有效過濾，當經(jīng)過一段時間后濾餅層積累到一定厚度，同樣也影響過濾流量，這時可以給濾料一個以秒計的反向推動力，將濾料表面全部的濾餅迅速而輕松地從濾料表面推卸下來，稱為反清洗。由于聚四氟乙烯自身的化學(xué)特性，它與任何物質(zhì)均不粘連，因而所有的濾餅均可被清洗下來，濾料又恢復(fù)新濾料的過濾能力，這樣過濾，反清洗，再過濾，再反清洗，一次又一次循環(huán)。這一工藝可在同樣的時間內(nèi)達到傳統(tǒng)過濾器520倍的過濾流量，而用傳統(tǒng)的過濾材料是無法實現(xiàn)這種頻繁的反清洗工藝的。戈爾過濾器是由罐體、管路、花板、濾芯、氣動撓性閥、自動控制系統(tǒng)等組成。戈爾膜過濾器一般安裝在硫泡沫槽后。泡沫液經(jīng)1#閥進入過濾器，空氣經(jīng)3#閥排放后關(guān)閉3#閥，溶液經(jīng)上腔進入貯槽。過濾一段時間后濾餅達到定值時，控制系統(tǒng)進入反沖狀態(tài)，1#、2#、4#閥自動切換，反沖清膜，濾餅脫離袋沉降到錐底部，系統(tǒng)重新進入過濾狀態(tài)。濾餅達到一定量時，開6#閥排硫膏，去熔硫釜熔成硫磺或脫水生成硫膏出售。使用戈爾膜過濾器，可將硫泡沫高度凈化，如進過濾器前懸浮硫含量為8g/L，出膜過濾器清液懸浮硫含量8mg/L，取出的硫是硫膏，水分含量低，縮短了熔硫釜的熔硫時間，并節(jié)省蒸汽。3.4.7 熔硫釜熔硫釜是一個裝有直接蒸汽和間接蒸汽加熱的設(shè)備，其操作壓力通常為0.4MPa。其容積按能充滿70%75%計算，而放入的硫泡沫含有40%50%的水分。對于直徑1.2m，有效高度2.5m的熔硫釜，每次熔化所需的時間約為34h。脫硫主要設(shè)備都用碳鋼制作，因為其價格低廉，同時在許多的場合其性能可以滿足使用的要求。為了防止設(shè)備被腐蝕，除選擇適當?shù)哪透g材料制造設(shè)備外，還可以采用防腐措施對設(shè)備進行防腐。如在吸收塔，再生器的內(nèi)表面可適當?shù)耐扛脖Ｗo層?；蛱砑泳徫g劑等。而泵的密封采用機械密封，以減少溶液的漏損。機械密封是一種功耗小，泄漏率低，密封性能可靠，使用壽命長的轉(zhuǎn)軸密封，被廣泛地應(yīng)用于各個技術(shù)領(lǐng)域中。以減少溶液的漏損。機械用適當?shù)耐苛贤克榱朔栏?，在吸收塔、再生器的表面可用適當?shù)耐苛贤克ⅰ? 工藝計算4.1原始數(shù)據(jù)4.1.1焦爐煤氣組分：組分COCO2H2N2O2CH4Ar體積/%26.9710.1339.8220.930.391.30.494.1.2脫硫液組分：組分Na2CO3NaHCO3栲膠NaVO3濃度g/L22.33.242.12.34.1.3設(shè)計工藝參數(shù)焦爐煤氣中H2S初始含量C1 = 10g/m3凈化氣中 H2S含量C2 = 0.15g/m3入吸收塔焦爐煤氣氣量G0 = 24000m3/h 入吸收塔焦爐煤氣壓力P0 = 1.39atm 出吸收塔焦爐煤氣壓力Pi = 1.37atm 入冷卻塔焦爐煤氣溫度，t1=50 出冷卻塔入吸收塔焦爐煤氣溫度，t2=35 硫容量 S = 0.2 Kg（H2S）/m3熔硫釜的工作周期4h熔硫釜的操作壓力0.4Mpa硫泡沫中硫含量S1 = 30 Kg/m3硫膏含量 S2=20%煤氣平均等壓比熱容 =30.44 KJ/kmol硫泡沫槽溶液終溫t3 = 800C；硫泡沫槽溶液初溫t4 = 400C；熔硫釜硫膏終溫t5 = 15 0C熔硫釜加熱初溫t6 = 135 0C入熔硫釜硫膏初始含水率80出熔硫釜硫膏含水率50硫膏密度S = 1500 Kg/m3硫泡沫密度f =1100Kg/m3硫泡沫比熱容,Cf =3.68 KJ/(Kg0C)；常用熔硫釜全容積為Vr = 1.6m3熔硫釜裝填系數(shù)為7075%硫膏的比熱容Cs = 1.8 KJ/(Kg0C) 硫膏的熔融熱Ch=38.69 KJ/Kg熔硫釜周圍空間的散熱系數(shù)= 12.56 KJ/(mh0C)0.2MPa蒸汽的汽化熱r1 = 2202.26 KJ/Kg0.4MPa蒸汽的汽化熱r2 = 2135.2 KJ/KgH2S氣體密度G = 1.05 Kg/m3 ；脫硫液液體密度L = 1050 Kg/m3熔硫釜表面積F = 9.2 m2噴射再生槽溶液流速Wi = 25 m/s通常Wi = 1828 m/s噴射再生槽噴嘴入口收縮角1 = 14噴射再生槽噴嘴喉管長度L6 = 3mm噴射再生槽吸氣室收縮角2 = 30噴射再生槽管內(nèi)空氣流速取WA =3.5 m/s ；噴射再生槽尾管直徑擴張角取3 = 7尾管中流體速We = 1 m/s焊接接頭系數(shù) 由于焦爐煤氣氣量大及H2S含量多，因此采用兩個吸收塔并聯(lián)，則： G0= G0/2=24000/2=12000 m3/h4.2物料衡算14.2.1 H2S脫除，G1，kg/hG1 = = G0(100.15)/1000=12000（10-0.15）/ 1000 = 118.2Kg/h4.2.2溶液循環(huán)量LT，m3/h LT = = 118.2 / 0.2 = 591m3/h式中 S 溶液硫容量，kg/m3，S = 0.2 Kg (H2S)/m34.2.3生成Na2S2O3消耗H2S的量G2, Kg/h取Na2S2O3的生成率為脫除量的8，則：G2 = G18=118.28 = 9.46 Kg/h4.2.4Na2S2O3生成量，G3，Kg/hG3 = =9.46158/234 = 21.98 Kg/h式中M Na2S2O3 Na2S2O3分子量 M H2S H2S分子量4.2.5理論硫回收量G4，kg/h G4 =（G1G2）MS/ M H2S = （118.2-9.46）32/34 =102.34 Kg/h式中 MS 硫的分子量 4.2.6理論硫回收率，= G4/ G1 =102.34/118.2100=86.584.2.7生成Na2S2O3消耗純堿的量G5，Kg/hG5 = G3M Na2CO3/ M Na2S2O3 =21.98106 / 158 = 14.75Kg/h式中 M Na2CO3 碳酸鈉的分子量；4.2.8硫泡沫生成量G6，m3/h G6 = G4/S1 =102.34/30 =4.41m3/h式中 S1 硫泡沫中硫含量，此處取S1=30/m3；4.2.9入熔硫釜硫膏量G7 G7 = G4/S2 = 102.34/0.2=511.7 Kg/h式中 S2 硫膏含量，此處取S2=20%；4.2.10回收率， = = （10-0.15）/ 10100=98.5%4.2.11硫膏的理論產(chǎn)量 W理論=32V C1/34=3224000100.985/34=222.49 Kg/h 式中 W理論硫化氫的原子量 V 焦爐煤氣氣量，m3 （標）/ h C1 脫硫前半水煤氣中硫化氫含量，g/m3 （標） 脫硫效率， 32 硫的原子量4.3熱量衡算4.3.1冷卻塔熱量衡算4.3.1.1冷卻塔熱負荷，KJm3/ kmolh 式中入冷卻塔焦爐煤氣量，Kmol/(tNH3)； 焦爐煤氣平均等壓比熱容，KJ/( kmol.0C), =30.44 KJ/kmol； 入、出冷卻塔焦爐煤氣溫度； 入、出冷卻塔焦爐煤氣溫含水量，Kg/Kmol. 查得 入，出冷卻塔條件下水蒸氣的焓，Kcal/Kg, 查表知 代入公式計算得=2400030.44（50-35）+0.784（2591.63-2564.83）=11462640 KJm3/ kmolh4.3.1.2冷卻水消耗量，m3 / h 式中 冷卻水溫升，,此處取。 =11462640/10005=2292.52 m3 / h4.3.2硫泡沫槽熱量衡算 4.3.2.1硫泡沫槽熱負荷Q2，KJ/hQ2 = Vf PfCf (t3-t4) = 3.4111003.68（80-40）= 552147.2KJ/h式中 Vf 硫泡沫體積，m3，Vf =G6； f 硫泡沫密度，Kg/m3 , f = 1100Kg/m3； Cf 硫泡沫比熱容，KJ/(KgK),Cf=3.68 KJ/(KgK)；t3 槽中硫泡沫終溫，t3 = 800C； t4 槽中硫泡沫初溫，t4 = 400C；4.3.2.2蒸汽消耗量，W4,Kg/h W4 = Q2/r1 =552147.21/2202.26 =250.72 Kg/h3式中 r1 0.2MPa蒸汽的汽化熱，r1 = 2202.26 KJ/Kg4.3.3熔硫釜熱量衡算4.3.3.1熔硫釜熱負荷Q3,KJ/釜 Q3=G8Css(t5-t6)+0.5G8sCh +4F(t5-t6) = 1.21.81500（135-15）+ 0.51.2150038.69 + 412.569.2（135-15）= 49085.96 KJ/釜式中G8 每一釜硫膏量，m3/熔硫釜，G8=0.75Vr = 0.751.6, G8= 1.2 m3/釜 Vr 常用熔硫釜全容積為1.6m3 0.75 熔硫釜裝填系數(shù)為75%Cs 硫膏的比熱容,KJ/(KgK), Cs =1.8 KJ/(KgK) Ch 硫膏的熔融熱，KJ/Kg ，Ch=38.69 KJ/Kg 熔硫釜周圍空間的散熱系數(shù)，KJ/(mh0C)，= 12.56 KJ/(mh0C)F 熔硫釜表面積，F(xiàn) = 9.2 m2t5 入釜硫膏終溫，oC，t5= 135 0Ct6 釜內(nèi)加熱初溫, oC ，t6 = 15 o C 0.5 硫膏中含硫量504 熔1釜所需時間（工作周期），hS 硫膏密度，Kg/m3，S = 1500 Kg/m34.3.3.2 蒸汽消耗量W2，Kg/釜 W2 = Q3 /r2 =479085.96 /2135.27= 224.37 KJ/釜式中 r2 0.4MPa蒸汽汽化熱，r2 = 2135.27KJ/Kg 5 主要設(shè)備的工藝計算和設(shè)備選型5.1主要設(shè)備的工藝尺寸5.1.1填料吸收塔設(shè)計計算5.1.1.1塔徑的確定塔徑可以采用泛點速度計算關(guān)聯(lián)圖計算2橫坐標為：=查圖得：則 圓整得， 式中 -泛點氣速, L 流體質(zhì)量流速，Kg/(h.L) ，L = LTL G 氣體質(zhì)量流速，Kg/(h.L) ， G = G0G 填料比表面積，m2/m3，選用50mm25 mm1.5mm聚丙烯階梯環(huán)，= 114 m2/m3 ； 填料孔隙率，m3/ m3，= 0.927 m3/ m3；L 溶液粘度，mPas，= 0.8 mPas ；G 氣體密度，Kg/m3，v = 1.05 Kg/m3 ；L 液體密度，Kg/m3，L = 1050 Kg/m3 ； 重力加速度，m/s2 , = 9.81 m/s2 D 吸收塔直徑，m ； 0.7-泛點氣速系數(shù)。5.1.1.2填料層高度計算吸收過程傳質(zhì)系數(shù)KG的計算 3KG = Au1.3CNa0.1B-0.01 式中 KG 傳質(zhì)系數(shù)，kg/m2hatm；A 經(jīng)驗數(shù)，A = 20；u 操作氣速，m/s ；CNa 溶液中Na2CO3的含量，CNa= 22.3 g/L；B 吸收過程液氣比，B = LT / G0 =591/12000=0.049則KG = Au1.3CNa0.1B-0.01 = 20(0.7)1.3(22.3)0.1(0.049)-0.01 =17.68 kg/m2hatm 吸收過程平均推動力PmPm = (P1-P1*)-(P2-P2*)/ (P1-P1*)/ (P2-P2*) 式中 P1 吸收塔入口氣相H2S分壓 ，atm ；P1 = P0C122.4/M H2S =1.391022.4/341000 = 0.0092 atmP2 吸收塔出口氣相H2S分壓 ，atm；P2 = PiC222.4/M H2S = 1.370.0522.4/341000 = 0.00014 atm；P0 吸收塔入口壓力 ，atm，P0 = 1.39 atm ；Pi 吸收塔出口壓力 ，atm ，Pi = 1.37 atm ；P1*，P2* 吸收塔入，出口氣相H2S平衡分壓 ，atm ，溶液中H2S含量很低，可以忽略。P1*= P2*=0則 Pm = (P1-P1*)-(P2-P2*)/ (P1-P1*)/ (P2-P2*) = 0.0092-0.00014/（0.0092/0.00014） =0.0022 atm；所需傳質(zhì)面積的計算AP = G1/ KGPm =118.2/17.680.0022=3038.87 m2填料層高度的計算HP = AP/0.785D2=3038.87/0.7852.82114 = 4.3 m考慮到計算公式的偏差實際取填料高度為：HP =5 m對于階梯環(huán)填料，說明：填料高度根據(jù)所需的傳質(zhì)單元理論板數(shù)來推算出。算出的高度太大則分成若干段，每段一般不宜超過6m，或按推薦的倍數(shù)來選定，對于拉西環(huán)，每段填料層高度為它徑的3倍，對于鮑爾環(huán)及鞍形填料為510倍，為3液位分布良好，兩段之間液體再分布裝置。5.1.1.3壓降的計算采用Eckert通用關(guān)聯(lián)圖計算填料層壓降4橫坐標為 = 縱坐標為 空塔氣速，m/s重力加速度，9.81m/s2填料因子，m-1液體密度校正系數(shù)，=/,液體,氣體的密度，液體粘度，,液體，氣體的質(zhì)量流量，查圖得填料層壓降為 塔徑與填料尺寸之比：2800/50=56 10 所以填料選擇正確。查得：液體的噴淋密度 l = 22m3/m 2h 填料的潤濕率LWLW=l/ = 22/114=0.193 m3/m 2h 0.08 m3/m 2.h 所以填料選擇合適。式中 填料的比表面積，m2/m3 ；塔截面積A=0.785D2=0.7852.82=6.15 m2式中 A 塔截面積，m2 D 塔徑，m ；填料個數(shù)N =d-3 = 0.77（0.05）-3= 6160 個/m3式中 N 單位體積內(nèi)填料的個數(shù)，個/m3 ；d 填料尺寸，m ； 常數(shù)， = 0.77 ；持液量的計算：Ht = 0.143(L/de)0.6 = 0.143(591/0.05)0.6 =39.71 m3液體/m3填料式中 Ht 總持液量，m3液體/m3填料 ；L 液相流率，m3/m2h ；de 填料直徑,m ；5.1.2噴射再生槽的計算55.1.2.1槽體再生槽直徑D1的計算 D1 = = = 5.48 m 圓整：D1 = 5.6 m 式中 D1 槽體直徑，mAi 吹風強度，m3 /(hm2)，Ai = 120 m3 /(hm2)GA 空氣量，m3/h ，GA =LtCi = 25912.4 m3/h Ci 噴射器抽吸系數(shù)，m3/m2，設(shè)Ci=2.4m3/m2再生槽擴大部分直徑D2的計算 D2 = 0.4 + D1 = 0.4 +5.6 =6 m再生槽高度計算H1 = = 25918/0.7855.6260 = 6.4 m圓整：H1 = 6.5 m式中 H1 再生槽有效高度，m； 溶液在再生槽內(nèi)的停留時間，min，取 8min；HT = H1 + H2 + H3 = 6.5 + 0.5 + 1.5 =8.5 m式中 HT 再生槽高度，m；H2 噴射器出口到槽底距離，m，H2 取0.5 mH3 擴大部分高度，m，H3 取1.5m；5.1.2.2噴射器(1) 噴嘴的計算 噴嘴個數(shù)，n個 n = LT/Li 式中 Li 每個噴射器溶液量，m3/h，取Li =40 m3/h ； 則：n = LT/Li = 1182/40=29.55個/ m2 圓整：n = 30 個/ m2噴嘴孔徑，di，m = = 0.024 m 式中 Wi 噴射處溶液流速，m/s， Wi = 25 m/s溶液入口管直徑，di ，m=3di = 30.024 =0.0.072m 噴