完整版)年產(chǎn)量30萬噸液氨脫硫工段工藝設計畢業(yè)設計

1、年產(chǎn)量 30 萬噸液氨脫硫工段工藝設計The Process Design of Ammonia DesulfurizationSection For 300000 tons per year目錄摘要： Abstract 引 言 第一章 概 述 1.1 半水煤氣凈化的現(xiàn)狀 1.2 栲膠的認識 1.3 栲膠法脫硫的優(yōu)缺點 1.3.1優(yōu)點 1.3.2缺點 1.3.3 硫化物對作為原料氣生產(chǎn)工藝過程的危害 1.3.4 半水煤氣脫硫系統(tǒng)的正常開車操作要點 1.3.5 脫硫后硫化氫含量高的主要原因 1.3.6 脫硫后硫化氫含量高的處理方法 第二章 生產(chǎn)流程說明 2.1 反應機理 2.2 主要操作條件 2

2、.3 工藝流程 2.4 主要設備介紹 2.4.1 脫硫塔 2.4.2 氧化槽 2.4.3 反應槽 2.4.4 貧液泵 2.4.5 硫泡沫槽 2.4.6 過濾器 2.4.7 熔硫釜 第三章 工藝計算 3.1 物料衡算 3.1.1 基礎數(shù)據(jù) 3.1.2 計算原料氣的體積及流量 3.2 熱量衡算（以 0C為計算基準） 3.2.1 基礎數(shù)據(jù) 3.2.2 換熱器熱量衡算 3.2.3 熔硫釜熱量衡算 第四章 主要設備的工藝尺寸和選型 4.1 填料脫硫塔設計計算 4.1.1 塔徑的確定 4.1.2填料層高度計算 4.1.3 壓降的計算 4.2 輔助設備的計算選型 4.2.1 液體分布裝置（噴淋裝置） 4.2

3、.2 液體再分布器 4.2.3 填料支承板 4.2.4封頭 4.2.5裙座 4.2.6 人孔，手孔 第五章 機械強度校核計算 5.1 壁厚的計算 5.1.1 塔體壁厚 5.1.2 封頭壁厚 5.2 機械強度的校核 5.2.1 質(zhì)量載荷 第六章 設計結果 致 謝 參考文獻 附錄年產(chǎn)量 30 萬噸液氨脫硫工段工藝設計摘要 ：本設計對半水煤氣凈化脫硫工藝進行了設計計算，著重設計計算了 脫硫過程的物料衡算，熱量衡算，脫硫塔尺寸的計算及輔助設備的選取， 并對主要設備進行了機械強度校核。本設計采用栲膠法脫除半水煤氣中的 硫化氫，設計中進入脫硫塔氣體中的 H2S含量為2.4gm3,凈化后H2S含量為0.05

4、 gm3。在進行物料衡算時，由ii5463.685nf of AmmoniaDesulfurization Section For 300000 tons per yearAbstract： The design calculation in design of coke oven gas purification desulfurization technology, focus on design calculation of the desulfurization process of key equipment, including material balance, and sele

5、ction of ancillary equipment, and probes into the main equipment mechanical intensity. The material balance the extract method, removing the sulfide in coke oven gas desulfurization tower in the design of 2HS in33the gas content is 2.4 gm, after purifying H 2S content is 0.05 gm. When3carries on the

6、 material balance, by 115463.685m tower, the calculated amount of desulfurization is 271.35kg liquid circulation volume of32420.04m the ; The is 2420.04 Kg.Intensity tower body wall thickness is 12 mm, the is to draw two pictures, were packed tower equipment, process flow diagram.Keywords: extract m

7、ethod; coke oven gas; process calculation引言半水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， 半水煤氣中含硫化氫815gm3,此外還 含0.51.5gm3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 1.539kgm3。 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.

8、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。第一章 概 述1.1 半水煤氣凈化的現(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，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

9、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， 從而構成一個連續(xù)脫硫循環(huán)系統(tǒng)。 現(xiàn)在工藝上應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。基于此，在半水煤氣脫硫工藝的設計中我采用 濕式栲膠法脫硫工藝。1.2 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

10、脫硫液效果最佳。栲膠的主要成分為多種 水解丹寧，是有許多結構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 液進行熟化預處理。即將含栲膠2033gl, Na2CO3380133gl的栲膠誰溶 液直

11、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 1.02.6gl, Na2CO3 22.3gl, 3.24 gl, 2 2.5gl 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）形成水溶性絡合物； 在堿性溶液中丹寧能用與鐵、銅反應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 行預處理，以消除共膠體性和發(fā)泡

12、性， 并使其由酚態(tài)結構氧化成醌態(tài)結構， 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。 將純堿溶液用蒸汽加熱， 通入空氣氧化，并維持溫度 80 90C,恒溫10h以上，讓丹寧物質(zhì)發(fā)生降解反應，大分子變小，表面活性 物質(zhì)變成非表面活性物質(zhì)，達到預處理目的。1.3 栲膠法脫硫的優(yōu)缺點1.3.1 優(yōu)點栲膠法脫硫是目前工業(yè)化生產(chǎn)中應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合劑，

13、不需要添加酒石酸鉀鈉的絡合劑。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 是釩的絡合劑，脫硫溶液的組成比改

14、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。1.3.2 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）設備較多，工藝操作也較復雜，設備投資較大。1.3.3 硫化物對作為原料氣生產(chǎn)工藝過程的危害（ 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

15、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 CuS 沉淀，這種沉淀物 顆粒很細，懸浮在溶液中導致溶液粘度增大， 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 硫化氫能使碳鋼設備及管線發(fā)生失重腐蝕，應力腐蝕， 氫脆和氫鼓泡，使設備及管線壽命減短；（ 6）對人體的

16、毒害 硫化氫是強烈的神經(jīng)毒物， 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， 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， 對半水煤氣進行脫硫是非常必 要的。1.3.4半水煤氣脫硫系統(tǒng)的正常開車操作要點（1）檢查各設備，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)所有閥門的開關位置，應符合開車要求；（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

17、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）開啟各氣體換熱器和清洗塔進水閥，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)好半水煤氣流量；（ 12）根據(jù)半水煤氣流量大小，調(diào)節(jié)好液氣比。 適當開啟清洗塔，放空閥， 半水煤氣脫硫合格后，與壓縮工段聯(lián)系，并關閉放空閥，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

18、位調(diào)節(jié)器，保持硫泡沫的正 常溢流；（14）分析半水煤氣中氧含量合格后，開啟靜電除焦油塔。1.3.5 脫硫后硫化氫含量高的主要原因（1）進入系統(tǒng)的半水煤氣中硫化氫含量過高，或進塔半水煤氣氣量過大；（2）脫硫液循環(huán)量?。唬?）脫硫液成分不當；（4）脫硫液再生效率低或懸浮硫含量高； （ 5）進脫硫塔的半水煤氣或貧液溫度高； （6）脫硫塔內(nèi)氣液偏流，影響脫硫效率；1.3.6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)半水煤氣中的硫 化氫含量或適當減少半水煤氣氣量；（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

19、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)半水煤氣溫度；第二章 生產(chǎn)流程說明2.1 反應機理 反應機理是脫硫的根本，也是整個脫硫過程中的核心部分。以下是栲 膠法脫硫的反應機理。（1）堿性水溶液吸收 H2SNa2CO3+H2S NaHS+NaHCO 3（2）五價釩絡合物離子氧化HS-析出硫磺，五價釩被還原成四價釩（ 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 H2O2。TQ （醌態(tài)）+V4+2H2OTHQ （酚態(tài)）+V5

20、+2OH-2THQ+O 2 2TQ+H 2O2（4）H2O2氧化四價釩和HS-4+5+-H2O2+V4+V5+2OH-H2O2+HS-H2O+S+OH -（5）當被處理氣體中有 CO2、HCN、02時產(chǎn)生如下副反應。NaCO3+CO2+H2O2NaHCO 3Na2CO3+2HCN2NaCN+H 2O+CO2NaCN+SNaCNS2NaCNS+5O2Na2SO4+CO2+SO2+N22NaHS+2O2Na2S2O3+H2O2.2 主要操作條件溶液的主要組分是堿度、NaVO3、栲膠。溶液的總堿度與其硫容量成線性關系，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.

21、4N,而對高 硫含量的原料氣則采用0.8N的總堿度。PH值再&59.0。堿度過高，畐阪 應加劇。NaVO3含量 NaV03的含量取決于脫硫液的操作硫容，即與富液中的 HS-濃度符合化學計量關系。應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。栲膠濃度：作為氧載體，栲膠濃度應與溶液中釩含量存在著化學反應 的計量關系。從絡合作用考慮，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。目前還無法有化學反 應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

22、的溶液組成見表2.2表2.2工業(yè)生產(chǎn)使用的栲膠溶液組成溶液類別總堿度/NNa2CO3 / (g-1)栲膠/ (g-1) LNaVO 3 / (g L稀溶液0.4341.81.5濃溶液0.8688.47.0溫度：操作溫度低，再生效果差；溫度過高，副反應加劇，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 溫度關系不敏感。再生溫度在45C以下，Na2S2O3的生成率很低，超過45C 時則急劇升高。通常吸收與再生在同一溫度下進行，約為 3040C。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200mgm3 （

23、標）的H2S脫除至45mgm3（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。2.3 工藝流程來自除塵工段的半水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，再極短時間內(nèi)完成吸收硫化氫的反應。脫除硫化氫的 半水煤氣由塔頂出來，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，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)

24、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。擬設計栲膠法脫硫及再生反應過程如下：（ 1） 吸收：在脫硫塔內(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 ）：圖 2.3 濕法栲膠

25、脫硫工藝流程簡圖2.4 主要設備介紹2.4.1 脫硫塔脫硫塔用于要求高的H2S脫除效率。用作脫硫的脫硫塔每段填料間設 有人孔，以供檢查用。脫硫塔結構簡單，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 是脫硫塔的核心部作分，脫硫塔操作性能的好壞與所選的填料有很大的關 系，選擇填料應當遵循一下原則：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?。恢亓枯p，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。本次設計，我選 用的是塑料階梯環(huán)的

26、亂堆填料，這種填料使填料再床層中以點接觸為主， 床層均勻，空隙率大，氣流阻力小，利于下流液體的聚集及分散，利于液 膜的表面更新，故傳質(zhì)效率高，通常較鮑爾環(huán)提高 10% ，壓降減少 25% 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。2.4.2 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。