焦爐煤氣濕法脫硫工藝設計(初稿)

1、河南城建學院畢業(yè)設計題目焦爐煤氣濕法脫硫工藝設計學生姓名：張炳麒年級：101209127專業(yè)：化學工程與工藝申報學位：學士學位院系:化學與化學工程系指導教師：李霞完成日期：2011-05-152011年05月15日目錄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 設計任務的依據(jù)82. 生產(chǎn)流程及方案的確定3. 生產(chǎn)流程說明3.1 反應機理3.2 主要操作條件3.3 工藝流程3.4 主要設備介紹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. 主要設備的工藝計算和設備選型5.1 主要設備的工藝尺寸5.2 輔助設備的選型6

2、設備穩(wěn)定性及機械強度校核計算6.1 壁厚的計算機械強度的校核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（CS2）,硫氧化碳（COS,硫醇（C2H5SH ）和噻吩（C4H4S） 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（SO

3、2）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用較廣， 而濕法脫硫以砷堿法、ADA改良ADA和栲膠法頗具代

4、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 NaVO 2為氧化劑?；诖?，在焦爐煤氣脫硫工藝的設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，

5、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)NaVOs及NaHCOs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2033g/l ,NqCQ38

6、0133g/l的栲膠誰溶液直接通蒸汽與空氣，在8090° C的條件下氧化1024h,破壞其膠性。然后加NaVO3及軟水或稀氨水，配制成含栲膠1.0 2.6g/l , NqCO 22.3g/l , NaHCO33.24 g/l,NaVOn 2 2.5g/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

7、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f r.、用NaCO配制溶液栲膠濃度/ (g L-1)1030堿度/N1.0 2.5氧化溫度/C70 90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8090C,恒溫10h以上，讓丹寧物質(zhì)發(fā)生降解反應，大分子變小，表

8、面活性物質(zhì)變成非表面活性物質(zhì)，達到預處理 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HS，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

9、寧)物質(zhì)，可替代 ADA乍為載氧體，價格低廉，栲膠本身還是良好的絡合劑，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。

10、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。1.4.2 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）設備較多，工藝操作也較復雜，設備投資較大。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，

11、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

12、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，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

13、）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

14、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??；（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；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

15、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 設計任務的依據(jù)工藝參數(shù)：粗煤氣入吸收塔時H2S的含量，C=10 g/m3凈化氣中HHS的含量，C2=0.15 g/m 3 入吸收塔焦爐煤氣量， G0 = 24000m3/h 入冷卻塔焦爐煤氣溫度，ti=50 C出冷卻塔入吸收塔焦爐煤氣溫度，t2=35 C入吸收塔焦爐煤氣壓力， 1

16、.39atm（ 表）設計目標：凈化煤氣中HS濃度w 0.15 g/m2 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 HS,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)?，F(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

17、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。3 生產(chǎn)流程說明3.1 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。3.1.1 堿性水溶液吸收 H2SNaCG+HS NaHS+NaHCO3.1.2五價釩絡合物離子氧化HS折出硫磺，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)）+f+2HOTHQ（酚態(tài)）+L+2OH2THQ+2O2TQ+H2O23.1.

18、4 H2O2 氧化四價釩和 HS-H2O2+V4+V5+2OH-H2O2+HSH2O+S+OH3.1.5當被處理氣體中有C02 HCN 02時產(chǎn)生如下副反應：NaC(3+CO+H0 2NaHC0NctCG+2HCN> 2NaCN+2O+CONaCN£NaCNS2NaCNS+5O NaSO+CO+SO+N2NaHS+2O> NqSQ+HO3.2 主要操作條件3.2.1 溶液組分溶液的主要組分是堿度、NaVO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

19、原料氣則采用 0.8N 的總堿度。PH值再8.59.0。堿度過高，副反應加劇。3.2.1.2 NaVO3 含量NaVO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(guān)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。3.2.1.3 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(guān)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 1.1 1.3 左右。工業(yè)生產(chǎn)

20、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/NNqCO/ (g L-1)栲膠 / (g L-1)NaVO/ (g L-1)稀溶液0.4341.81.5濃溶液0.8688.47.0322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)，HS CO脫除率及NqSO生成率與溫度關(guān)系不敏感。再生溫度在45C以下, NSO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。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CO原料 氣中將200mg/m

21、（標）的F2S脫除至45mg/nn （標）以下。但由于溶液吸收 CO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。 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，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

22、。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水圭寸；4

23、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??；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

24、，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，我選用的是聚丙烯階梯環(huán)(© 50mM 25 mrnK 1.5mn)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HS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

25、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，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

26、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。空氣流量正比于硫的產(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2530nV(min m2)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

27、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 反應槽內(nèi)有隔板以塊。主要作用是增加脫硫液的反應時間。3.4.4 貧液泵完成對貧液的升壓與輸送任務。 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，

28、 所需過濾面積可按每1吊過濾面積于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 10吊時，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

29、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

30、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備，其操作壓力通常為0.4MP&其容積按能充滿70%-75%+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

31、以滿足 使用的要求。為了防止設備被腐蝕，除選擇適當?shù)哪透g材料制造設備外，還可以采用 防腐措施對設備進行防腐。如在吸收塔，再生器的內(nèi)表面可適當?shù)耐扛脖Ｗo層?；蛱砑?緩蝕劑等。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，被廣泛地應用于各個技術(shù)領域中。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 的涂料涂刷。4工藝計算4.1原始數(shù)據(jù)4.1.1焦爐煤氣組分：組分COCOQCHAr體積/%26.9710.1339.8220.930.391.30.494.1.2脫硫液組分:組分NaCONaHCQ栲膠N

32、aVO濃度/ g/L22.33.242.12.34.1.3設計工藝參數(shù)焦爐煤氣中HS初始含量C = 10g/m3凈化氣中HS含量C2= 0.15g/m3入吸收塔焦爐煤氣氣量G0 = 24000m/h入吸收塔焦爐煤氣壓力P。= 1.39atm出吸收塔焦爐煤氣壓力P = 1.37atm入冷卻塔焦爐煤氣溫度，t1=50 C出冷卻塔入吸收塔焦爐煤氣溫度，t2=35 C硫容量 S = 0.2 Kg(I4S) /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 S = 30 Kg/m 3硫膏含量S2=20%煤氣平均等壓比熱容 Cp =30.44 KJ/kmol 硫泡沫槽溶液終溫13 =

33、80 °C;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t 6 = 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p s = 1500 Kg/m 3 硫泡沫密度p f =1100Kg/m3 硫泡沫比熱容，Cf =3.68 KJ/(Kg 匕);常用熔硫釜全容積為Vr = 1.6m 3熔硫釜裝填系數(shù)為70%75%硫膏的比熱容 G = 1.8 KJ/(Kg °C)硫膏的熔融熱G=38.69 KJ/Kg熔硫釜周圍空間的散熱系數(shù) 入=12.56 KJ/(m h °C)0.2MPa蒸汽的汽化熱 ri = 220

34、2.26 KJ/Kg0.4MPa蒸汽的汽化熱 r2 = 2135.2 KJ/Kg HS 氣體密度 p g = 1.05 Kg/m 3 ;脫硫液液體密度p l = 1050 Kg/m熔硫釜表面積F = 9.2 m噴射再生槽溶液流速 W = 25 m/s 通常 W= 1828 m/s噴射再生槽噴嘴入口收縮角 a 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a 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a 3 = 7 °尾管中流體速we = 1 m/s焊接接頭系數(shù)二1由于焦爐煤氣氣量大及H?S含量多

35、，因此采用兩個吸收塔并聯(lián)，則:G。= G°/2=24000/2=12000 m3/h4.2物料衡算：14.2.1 H2S 脫除，G1, kg/hG = = Go' X (10 - 0.15)/1000=12 000X( 10-0.15 ) / 1000 = 118.2Kg/h4.2.2溶液循環(huán)量LT, m3/hG3Lt= G1 = 118.2 / 0.2 = 591m3/hS式中 S 溶液硫容量，kg/m3, S = 0.2 Kg (H 2S)/m3423生成Na2S2O；消肖耗H2S的量G2, Kg/h取NSO3的生成率為脫除量的8%,貝G2 = GiX 8% =118.2

36、 X 8% = 9.46 Kg/h4.2.4Na2S2O3 生成量，G3, Kg/hG = GMnz =9.46 X 158/2 X 34 =21.98 Kg/h2MH2S式中M Na2S2O3 NazSQ分子量Mh2S H2S分子量4.2.5理論硫回收量 G4, kg/hG =(G G) M/ M H2S =(118.2-9.46 ) X 32/34 = 102.34 Kg/h式中Ms 硫的分子量4.2.6理論硫回收率©,%© = G4/ G 1 =102.34/118.2 X 100% =86.58 %4.2.7生成Na2S2O；消肖耗純堿的量 G5, Kg/hG5 =

37、 GaMNa2CO：/ M Na2S2O3=21.98 X 106 / 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/hG = G4/S1 =102.34/30 =4.41m 3/h式中S 1 硫泡沫中硫含量，此處取 S=30 kg/m3;4.2.9入熔硫釜硫膏量 G7G = GdS 2 = 102.34/0.2=511.7 Kg/h式中S 2硫膏含量，此處取 S=20%4.2.10回收率n,%C1 - C2Cl(10-0.15 ) / 10 X 100% =98.5%4.2.11硫膏的理論產(chǎn)量W 理論=32V O1 n /34=32

38、X 24000X 10X 0.985/34=222.49 Kg/h式中 W理論 硫化氫的原子量v 焦爐煤氣氣量，m (標)/ hO1 脫硫前半水煤氣中硫化氫含量，g/m3 (標)n 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，Q1，KJ - nV kmol hQ1 - G I Op t -12 ' WJh - Wi2 i式中G。一入冷卻塔焦爐煤氣量，Kmol/(tNH 3);Op 焦爐煤氣平均等壓比熱容，KJ/( kmol. °C),CP=30.44 KJ/kmol ;t1,t2 入、出冷卻塔焦爐煤氣溫度；W,W2入、出冷卻塔焦

39、爐煤氣溫含水量，Kg/Kmol.查得w 二 0.784 Kg / Kmol ,W2 二 0.784 Kg / Kmoli1,i2 -入，出冷卻塔條件下水蒸氣的焓，Kcal/Kg,查表知h =619Kcal / Kg =2591.63kJ / Kg ,i2 =619.6Kcal /Kg =2564.83kJ /Kg 代入公式計算得Qj=24000X 30.44 X( 50-35) +0.784 X( 2591.63-2564.83 )=11462640 KJ mV kmol h4.3.1.2冷卻水消耗量，W3, m / hQ11000.11式中選 冷卻水溫升，°C ,此處取 選=5&#

40、176;CW4 二004； =11462640/1000 X 5=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Q，KJ/hQ = Vf PfCf (t 3-t 4)= 3.41 X 1100X 3.68 X( 80-40)=552147.2KJ/h式中Vf 硫泡沫體積，m, v=g；P f 硫泡沫密度，Kg/m3 , P f = 1100Kg/m3;Cf 硫泡沫比熱容，KJ/(Kg K),Cf=3.68 KJ/(Kg K);t 3 槽中硫泡沫終溫，t 3 = 80 °C;t4 槽中硫泡沫初溫，t4 = 40°C;4.3.2.2蒸汽消耗量

41、，WKg/hW= Q2/r 1 =552147.21/2202.26 =250.72 Kg/h 3式中r 1 0.2MPa蒸汽的汽化熱，n = 2202.26 KJ/Kg4.3.3熔硫釜熱量衡算4.3.3.1熔硫釜熱負荷Q,KJ/釜Q=GC P s(t 5-t 6)+ 0.5G 8 P sCh +4 入 F(t 5-t 6)=1.2 X 1.8 X 1500X ( 135-15 )+0.5 X 1.2 X 1500X 38.694X 12.56 X9.2X( 135-15)=49085.96 KJ/ 釜式中 G8 每一釜硫膏量，mm/ 熔硫釜，G8=0.75Vr = 0.75 X 1.6 ,

42、G 8= 1.2 m 3/ 釜V r 常用熔硫釜全容積為 1.6m30.75 熔硫釜裝填系數(shù)為 75%Cs 硫膏的比熱容,KJ/(Kg K), C s =1.8 KJ/(Kg K)Ch 硫膏的熔融熱， KJ/Kg ， Ch=38.69 KJ/Kg入熔硫釜周圍空間的散熱系數(shù)，KJ/(m h°C),入=12.56 KJ/(m h °C)F 熔硫釜表面積， F= 9.2 m 2t 5 入釜硫膏終溫， oC， t 5= 135 0Ct6 釜內(nèi)加熱初溫 , oC ， t6 = 15 oC0.5 硫膏中含硫量50%4 熔1釜所需時間(工作周期) ， hP S33硫膏密度， Kg/m，P

43、 S = 1500 Kg/m4.3.3.2 蒸汽消耗量 W2， Kg/ 釜W2 = Q3 /r 2 =479085.96 /2135.27= 224.37 KJ/釜式中 r 2 0.4MPa蒸汽汽化熱，2 = 2135.27KJ/Kg5 主要設備的工藝計算和設備選型5.1 主要設備的工藝尺寸5.1.1 填料吸收塔設計計算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：U.xJ59仆1050一vf1.05 )申丿12000x1.051(1050 丿= 49.25 0.0316 = 1.56LG查圖得:uf2則 uf- 0.014 9.81 0.9271050 =1.o

44、m/s114 1.05 0.80.2u = 0.7uf =0.7 1.0 = 0.7m/s二 UD 二4Vs4 120002.46m3.14 1.001 3600圓整得，D二2.8m式中Uf -泛點氣速,m/s,-流體質(zhì)量流速,Kg/(h.L)0.7-G-氣體質(zhì)量流速,a 填料比表面積，丨23a = 114 m /m& 填料孔隙率，m/ m卩L溶液粘度, p G氣體密度,Kg/(h.L), m/m，選用© 50mM 25 mnrK 1.5mm聚丙烯階梯環(huán),m- Pa -Kg/m,Kg/m,£ = 0.927 m 3/ m3;s,卩=0.8 m - Pa- s ;3p

45、 v = 1.05 Kg/m3p l= 1050 Kg/m ;2P L液體密度，g 重力加速度，m/s2 , g= 9.81 m/s吸收塔直徑，m ；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1.3 0.1 -0.01KG = A?u CNa B式中Kg 傳質(zhì)系數(shù)，kg/m2 h atm；A 經(jīng)驗數(shù)， A = 20 ； u 操作氣速， m/s ；C 溶液中NqCO的含量，C= 22.3 g/L ;B 吸收過程液氣比，B = Lt / Go ' =591/12000=0.049則 Kg = A?u1.3C.a0.1B-0.01=20 X( 0.7) 1.3 X(

46、 22.3) 0.1 X( 0.049) -0.012=17.68 kg/m h atm吸收過程平均推動力 Pm Pm = (P 1-P1*)-(P 2-P2*)/ In (P1-P1*)/ (P 2-P2*)式中P 1 吸收塔入口氣相 "S分壓,atm ;P1 = P0C1X22.4/M H2S=1.39X10X22.4/34X1000 = 0.00 92 atm吸收塔出口氣相 HS分壓,atm；P2 = PiC2X22.4/M H2S= 1.37X0.05X22.4/34X1000 = 0.000 14 atm；P0 吸收塔入口壓力 ， atm， P0 = 1.39 atm ；P

47、i 吸收塔出口壓力 ， atm ， Pi = 1.37 atm ；P1*, P2* 吸收塔入，出口氣相 HS平衡分壓,atm，溶液中H2S含量很 低，可以忽略。 P1*= P2*=0則 Pm = (P 1-P1*)-(P 2-P2*)/ n(P1-P1*)/ (P 2-P2*)= 0.0092-0.00014/n(0.0092/0.00014 )=0.0022 atm ； 所需傳質(zhì)面積的計算A = G1/ K 4 Pm=118.2/17.68 X 0.0022=3038.87 m2填料層高度的計算22HP = A p/0.785D a =3038.87/0.785 X2.8 X 114 = 4

48、.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，詈= 815,hmax乞6m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 5 10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0.5Pl丿嚴0149.2590316“5612000 1.0510500.229981.050.72 89 -1050 11050丿9.810.80.2-0.004u

49、空塔氣速，m/s2g 重力加速度，9.81m/s填料因子，m1液體密度校正系數(shù)，=5/ '液：l, ?g 液體,氣體的密度，kg/m3%液體粘度，MPa SWl, Wg 液體，氣體的質(zhì)量流量，kg/s查圖得：P / Z - 100 Pa / m填料層壓降為l p = 100 5 = 500 Pa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I = 22m 3/m 2 h填料的潤濕率Lw3232Lw=I/ a = 22/114=0.193 m /m h > 0.08 m /m .h 所以填料選擇合適。式中 a -填料的比表面積，m/m

50、3 ；塔截面積 A=0.785D?=0.785 X 2.82=6.15 m2式中a 塔截面積，mD 塔徑，m ;填料個數(shù) N = a d-3 = 0.77 X( 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 ；a 常數(shù)，a = 0.77;持液量的計算：Ht = 0.143(L/d e)0.6 = 0.143(591/0.05)0.6 =39.71 m 3液體/m3 填料式中Ht 總持液量，m液體/m3填料;L 液相流率，nVm2 h ;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D的計算D1 =GA =

51、空591 2.4 = 5.48 m0.785A0.785 120圓整：D1 = 5.6 m式中D i 槽體直徑，mA 吹風強度，m /(h m2) , A = 120 m3 /(h m2)G 空氣量，nVh , G =LtC = 2 x 591 x2.4 m 3/hC i 噴射器抽吸系數(shù)，nVm2，設C=2.4m3/m2再生槽擴大部分直徑D2的計算D2 = 0.4 + D i = 0.4 +5.6 =6 m再生槽高度計算Hl =Lt .= 2 x 591 x 8/0.785 x 5.6 x 60 = 6.4 m20.785D1圓整：Hi = 6.5 m式中H 1 再生槽有效高度，m；t 溶液在

52、再生槽內(nèi)的停留時間，min，t取8min ；Hr = H 1 + H2 + H 3 = 6.5 + 0.5 + 1.5 =8.5 m式中Hr 再生槽高度，m噴射器出口到槽底距離，m H取0.5 mHb擴大部分高度，m Hb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/L i式中L i 每個噴射器溶液量，nVh，取Li =40 m3/h ;則:n = L r/L i = 1182/40=29.55 個/ m2圓整：n = 30個/ m2噴嘴孔徑，d , mdi 二Li0.785 360CW；r 40 0.785 3600 25=0.024 m式中 Wi 噴射處溶液

53、流速，m/s, W = 25 m/s 溶液入口管直徑，di , md l =3d = 3 X 0.0 24 =0.0.072m噴嘴入口收縮段長度，Ls, mm1dL- di2ta n 20.072 -0.024o0.20m142 tan2式中 a 1 噴嘴入口收縮角，a 1 = 14°噴嘴喉管長度L6 ， ml_6 = 3mm噴嘴總長度L7，mL7 = L 5 + L 6 =0.20+ 0.003= 0.203m(2) 混合管的計算混合管直徑dm，mdm= 1.13 - 0.785mdi2 = 1.13 X、0.785 8.5 0.0242 = 0.07 m式中m 噴射器形狀系數(shù)，取m = 8.5混合管長度La ，mLa = 25d m = 25 X 0. 07=1.75m圓整：L3=1.8 m(3) 吸氣室的計算空氣入口管直徑da，mm廠 G118< 2 4d a = 18.8a_ = 18.8 X97.72mm3.5 30YWV n取 108mm 4.0mm管7WA 管內(nèi)空氣流速，m/s,取 W=3.5 m/s