焦?fàn)t煤氣制甲醇脫硫工段初步設(shè)計(jì)

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告 題 目：10萬t/a焦?fàn)t煤氣制甲醇脫硫工段初步設(shè)計(jì)院 （系）： 資源與環(huán)境學(xué)院 班 級(jí)： 煤炭深加工與利用 姓 名： XXX 學(xué) 號(hào)： 13 指導(dǎo)教師： XXX 教師職稱： 教授 黑龍江科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告 題 目10萬t/a焦?fàn)t煤氣制甲醇脫硫工段初步設(shè)計(jì) 來源工程實(shí)踐1、研究目的和意義甲醇是重要的化工合成原料，廣泛用于有機(jī)合成、染料、醫(yī)藥、涂料和國防等工業(yè)，是僅次于烯烴和芳烴的重要基礎(chǔ)有機(jī)原料。甲醇同時(shí)也是環(huán)保型發(fā)動(dòng)機(jī)燃料，可以單獨(dú)或與汽油混合作為汽車燃料。大力發(fā)展甲醇技術(shù)，可以改善中國富煤貧油的能源格局，緩和中國石油過分依賴進(jìn)口的壓力，保障能源安全

2、，促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。脫硫是甲醇合成原料氣凈化的重要環(huán)節(jié).。其目的是運(yùn)用不同的方法清洗煤氣中的灰塵和焦油，除去煤氣中的各種硫化物。因?yàn)槊簹庵械牧蚧飳?duì)甲醇合成十分有害，它們抑制甲醇合成催化劑的活性，并使催化劑中毒。意義：(a)防止硫化氫酸性氣體對(duì)材質(zhì)的腐蝕和對(duì)大氣的污染。(b).降低硫化氫對(duì)人體健康的損害。(c).滿足化學(xué)工業(yè)，冶金等工業(yè)對(duì)煤氣的特殊要求。脫硫貫穿甲醇生產(chǎn)的整個(gè)工藝過程。是甲醇生產(chǎn)的關(guān)鍵。2、國內(nèi)外發(fā)展情況(文獻(xiàn)綜述)據(jù)世界衛(wèi)生組織和聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署統(tǒng)計(jì)，目前每年含硫燃料燃燒排放到大氣中的二氧化硫超過2億噸，已成為大氣環(huán)境的首要污染物。我國是燃煤大國，隨著燃煤量的增加，二

3、氧化硫的排放量也不斷增加。消減二氧化硫的排放量，防治大氣二氧化硫污染已迫在眉睫，成為我國現(xiàn)在及未來相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)的主要社會(huì)問題之一。目前國內(nèi)外的煙氣脫硫方法種類繁多，主要分為干法（或半干法）和濕法兩大類。濕法脫硫工藝絕大多數(shù)采用堿性漿液或溶液作為吸收劑，技術(shù)比較成熟，是目前使用最廣泛的脫硫技術(shù)，濕法脫硫處理量大,操作連續(xù),投資和操作費(fèi)用低,因此工業(yè)上主要采用濕法脫硫來處理含H2S 的氣體,是最早出現(xiàn)的脫硫技術(shù),目前仍有廣泛應(yīng)用。一般采用溶劑進(jìn)行物理或化學(xué)吸收。近幾年來，。現(xiàn)在工藝上應(yīng)用較多的栲膠法脫硫。20世紀(jì)70年代。我國中氮肥廠脫硫大都采用有劇毒的改良砷堿(GV)法及原料難得的改良ADA法，

4、小氮肥廠脫硫以氨水液相催化法為主。此方法均為外國發(fā)明的。廣西的小氮肥廠造氣因區(qū)內(nèi)缺乏低硫無煙煤。為采用本地產(chǎn)高硫煤造氣，急需尋找一種適用于脫除高硫的新方法。1976年10月開始對(duì)栲膠法脫硫進(jìn)行研究。迄今。它已成為氮肥廠脫硫的主要方法之一；用于焦?fàn)t氣等脫硫也有其明顯的優(yōu)越性。脫硫液中的栲膠濃度開始時(shí)采用測(cè)定其中單寧含量的方法，比較麻煩，且慮及栲膠經(jīng)降解處理后，起到脫硫催化氧化作用的主要是非單寧(包括原有的部分非單寧成分)。日本人曾申請(qǐng)了單寧酸脫硫?qū)＠?，但始終沒有工業(yè)化。雖然橡梳栲膠的成分70為單寧但它用作脫硫催化氧化劑則非經(jīng)降解處理、使之大部分變成分子量較小的非單寧物質(zhì)不可；此外，橡槐栲膠中有3

5、0的非單寧中，有11-13為多元酚類（如黃烷醇、羥基芪、投食子酸、兒茶素等)也同樣可作為脫硫催化氧化劑和釩絡(luò)合劑。目前，僅有少數(shù)焦化廠使用栲膠法脫硫，長(zhǎng)期正常運(yùn)行。但大部分焦化廠仍采用HPF等方法。據(jù)了解，主要的缺點(diǎn)是副反應(yīng)嚴(yán)重，除生成NaCNS外，Na2S2O3，Na2SO4副鹽生成率30。為此，不少廠為降低脫硫液中的副鹽濃度，只好將部分脫硫液送去配煤或定期更換、排放。既浪費(fèi)又污染環(huán)境；有少數(shù)廠有副鹽回收裝置，但Na2S2O3， Na2SO4價(jià)廉，并不合算。許多焦化廠脫硫液中副鹽濃度為300g/L，導(dǎo)致脫硫活性下降電耗增加，且對(duì)碳鋼腐蝕嚴(yán)重(為此，部分設(shè)備、管道、閥門得采用不銹鋼材質(zhì))；如副

6、鹽結(jié)晶析出，還會(huì)堵塔。若采用栲膠法，由于富液中的Hs-富液槽中絕大部分被V5+熟化為單質(zhì)硫，其中Na2S2O3、Na2SO4的副反應(yīng)生成率可控制在3。即栲膠法總的副反應(yīng)率可比HPF法降低35。因此，栲膠法用于焦?fàn)t氣脫硫顯然有其優(yōu)越性。越南北江復(fù)肥廠早已采用栲膠法脫硫。近期朝鮮有一從德國進(jìn)口的大化肥廠由油改煤為造氣原料理所當(dāng)然采用改良栲膠(KCA)法。國家政策的引導(dǎo)與扶持是脫硫國產(chǎn)化的重要保證。沒有相關(guān)政策的制定，我國企業(yè)的脫硫意識(shí)就很提高，有了技術(shù)也很難在全國推廣。控制火電廠的SO2排放，不能僅僅依靠輿論加強(qiáng)環(huán)保宣傳，這還需要國家通過政策法規(guī)制定出統(tǒng)一的排放標(biāo)準(zhǔn)，“誰違規(guī)，誰付費(fèi)”，通過“經(jīng)濟(jì)

7、杠桿”達(dá)到推廣脫硫技術(shù)，推動(dòng)脫硫技術(shù)的國產(chǎn)化的目的，從而更好保護(hù)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。3、研究/設(shè)計(jì)的目標(biāo)：設(shè)計(jì)采用當(dāng)前焦?fàn)t煤氣制甲醇脫硫工段較為廣泛的技術(shù)栲膠法脫硫，對(duì)焦?fàn)t煤氣脫硫技術(shù)和脫硫工藝流程進(jìn)行詳細(xì)的論述，對(duì)焦?fàn)t煤氣脫硫流程進(jìn)行深入剖析。4、設(shè)計(jì)方案（研究/設(shè)計(jì)方法、理論分析、計(jì)算、實(shí)驗(yàn)方法和步驟等）：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，冷煤氣脫硫是比較成熟的技術(shù)。焦?fàn)t煤氣的凈化主要是要脫除煤氣中的H2S，脫硫的方法有兩種：干法脫硫和濕法脫硫。5 M' K3 p+ 1 n3 s- 干法脫硫主要有活性炭法、氧化鐵法、水分解轉(zhuǎn)化法和加氫轉(zhuǎn)化法等方法。

8、干法脫硫既可以脫除無機(jī)硫，又可以脫除有機(jī)硫，而且能脫至極精細(xì)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(jí)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(jià)值的元素硫，從而構(gòu)成一個(gè)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、改良砷堿法、改良有機(jī)胺法、ADA法、改良ADA法和栲膠法等。其中改良ADA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(jià)格昂貴，近幾年來，在改良ADA法基礎(chǔ)上開發(fā)的栲膠法克服了這兩項(xiàng)缺點(diǎn)。（1）、 栲膠的化學(xué)性質(zhì)3 V) $

9、 K( q! 栲膠是由植物的稈、葉、皮及果的水萃取液熬制而成，其主要成分為單寧。由于來源不同，單寧的成分也不一樣，大體上可分為水解型和縮合型兩種，它們大都是具有酚式結(jié)構(gòu)的多羥基化合物，有的還含有醌式結(jié)構(gòu)。大多數(shù)栲膠都可用來配制脫硫液，而以橡碗膠最好，其主要成分是多種水解型單寧。) G# p% F9 o6 o7 t2 x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(jià)釩氧化成高價(jià)釩，進(jìn)而使吸收在溶液中的硫氫根氧化、析出單質(zhì)硫。同時(shí)單寧能與多種金屬離子（如釩、鉻、鋁等）形成水溶性絡(luò)合物；在堿性溶液中單寧能用與鐵、銅反應(yīng)并在其材料表面形成單寧酸性薄膜，因而具有防腐蝕作用。（2）

10、、將栲膠水溶液配制成脫硫液  m5 8 a9 D% h) g0 r" |: u9 X% _9 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(duì)其進(jìn)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(dāng)溶液充分氧化后，其消光值則會(huì)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?xiàng)l件列舉在表1中：表1：制備栲膠溶液的與處理?xiàng)l件用Na2CO3配制溶液項(xiàng)目方法栲膠濃度(gL-1)10309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

11、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，讓單寧物質(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(dá)到預(yù)處理目的。/ S1 P5 P, ?: E/ a5 q  C7 D/ 8 i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(jìn)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(jìn)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(jìn)入變脫溶液再生塔，再生好的溶液由變脫再生塔出來，進(jìn)入變脫溶液循環(huán)槽，再經(jīng)過濾加

12、壓，如此循環(huán)使用。（3）、 反應(yīng)機(jī)理根據(jù)栲膠主組分的分子結(jié)構(gòu)，按醌（酚）類物質(zhì)，變價(jià)金屬絡(luò)合物兩元氧化還原體系的反應(yīng)模式，栲膠法脫硫的反應(yīng)過程如下：、性水溶液吸收H2S;Na2CO3+H2SNaHS+NaHCO3、4 v/ S# u6 j8 S4 C  z" W 五價(jià)釩絡(luò)合物離子氧化HS-析出硫磺，五價(jià)釩被還原成四價(jià)2V5+HS1-2V4+S+H1+   、醌態(tài)栲膠氧化四價(jià)釩成五價(jià)釩，空氣中的氧氧化酚態(tài)栲膠使其再生，同時(shí)生成H2O2。) # W  g- E: C$ S% jTQ（醌態(tài)）+V4+2H2OTHQ（酚態(tài)）

13、+V5+2OH-2THQ+O22TQ+H2O2、H2O2氧化四價(jià)釩和HS-H2O2+V4+V5+2OH-) H2O2+HS-H2O+S+OH-、當(dāng)被處理氣體中有CO2、HCN、O2時(shí)產(chǎn)生如下副反應(yīng)。9 e! X) d' t- ) ?8 w6 ?NaCO3+CO2+H2O2NaHCO3Na2CO3+2HCN2NaCN+H2O+CO2NaCN+SNaCNS  2NaCNS+5O2Na2SO4+CO2+SO2+N2; 2NaHS+2O2Na2S2O3+H2O（4）、主要操作條件、溶液組分溶液的主要組分是堿度、NaVO3、栲膠。、5 L: v3 s6 m, L/ L4 w堿

14、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(shí)，采用的溶液總堿度為0.4N，而對(duì)高硫含量的原料氣則采用0.8N的總堿度。  、NaVO3含量* M0 0 2 i8 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(jì)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(dāng)，但在配制溶液時(shí)往往要過量，控制過量系數(shù)在1.31.5左右。、栲膠濃度* M/ a# s8   W5 k* I6 f7 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(jì)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

15、，同時(shí)還應(yīng)滿足栲膠對(duì)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(jì)算所需的栲膠濃度，根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，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0.8688.47.0、溫度常溫范圍內(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(shí)則急劇升高。通常吸收與再生在同一溫度下進(jìn)行，約為3040。、 CO2的影響栲膠脫硫液具有相當(dāng)高的選擇性。

16、在適宜的操作條件下，它能從含99的CO2原料氣中將200mg/m3（標(biāo)）的H2S脫除至45mg/m3（標(biāo)）以下。但由于溶液吸收CO2后會(huì)使溶液的PH值下降，使脫硫效率稍有降低。!（5）、脫硫工藝流程、半水煤氣由氣柜進(jìn)入靜電除焦塔經(jīng)過電離除去大量焦油及其他雜質(zhì)后送蘿茨鼓風(fēng)機(jī)，經(jīng)過加壓后送冷卻塔底部與上部循環(huán)水逆流接觸冷卻后送脫硫塔底部，半水煤氣從脫硫塔底部向上與脫硫塔頂部加入的栲膠液逆流接觸進(jìn)行脫硫。經(jīng)過脫硫的半水煤氣進(jìn)入清洗塔底部與清洗塔上部加入的循環(huán)水逆流接觸，清洗半水煤氣中夾帶的雜質(zhì)與栲膠液，從清洗塔上部出來后送后工段使用。, A# # o9 K+ y栲膠液自貧液槽被脫硫貧液泵打入脫硫塔頂

17、部與半水煤氣逆流接觸后，自底部經(jīng)液封流入富液槽，通過脫硫富液泵打入再生槽再生，栲膠再生液通過再生槽液位調(diào)節(jié)器后進(jìn)入貧液槽。 ( f! b% e" m! o  9 E部分栲膠再生液隨再生槽內(nèi)硫泡沫溢流至泡沫槽，經(jīng)過泡沫泵后打入熔硫釜，經(jīng)過蒸汽加熱將其中硫磺回收，清液通過釜內(nèi)壓力壓至沉降槽后送清液槽，通過清液泵打入高位槽后，溢流回貧液槽。: - i' f- c0 H在地缸處加蒸汽制液，制得合格栲膠液后，通過地缸泵打入高位槽，與清液槽來清液混合溢流至貧液槽。、焦?fàn)t氣進(jìn)入脫硫塔下部，通過塔內(nèi)填料與塔頂噴灑下來的栲膠逆流接觸，吸收氣體里的硫化氫。脫硫后的氣體由塔頂排

18、出的送往后續(xù)工序。吸收液（由稱富液）經(jīng)脫硫塔底部流入反應(yīng)槽，送至噴射再生器，經(jīng)噴射嘴高速噴射后，形成真空，空氣從吸入室吸入與栲膠液充分接觸進(jìn)行再生反應(yīng)。再生后的液體（貧液）流入受液槽，借水泵送至脫硫塔進(jìn)行循環(huán)吸收。再生后的栲膠液中析出硫泡沫，懸浮于噴射再生器上部，經(jīng)流槽流入泡沫缸，然后借泵送往泡沫槽，并加熱至70%左右，在由真空過濾機(jī)過濾，成為含水50%的硫膏，由離心機(jī)分離后，得到含水25%的硫膏。5、方案的可行性分析：通過對(duì)焦?fàn)t煤氣栲膠法脫硫工藝的深入剖析，進(jìn)而驗(yàn)證焦?fàn)t煤氣栲膠法脫硫工藝與改良ADA法脫硫相比的優(yōu)越性:、栲膠資源豐富、價(jià)格低廉、無毒性、脫硫溶液成本低，因而操作費(fèi)用要比改良AD

19、A法低。、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(jiǎn)單，且脫硫過程沒有硫黃堵塔問題。、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(gè)脫硫和再生過程為連續(xù)在線過程，脫硫與再生同時(shí)進(jìn)行，不需要設(shè)置備用脫硫。、9 Y4 w9 U9 w3 C  : " 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(shí)加以控制，凈化后煤氣中H2S含量穩(wěn)定。6、該設(shè)計(jì)的創(chuàng)新之處栲膠法變換氣脫硫，該工藝流程簡(jiǎn)單，投資小，且操作方便，運(yùn)行穩(wěn)定，物料消耗低，脫硫效率高。栲膠法脫硫用在硫化氫含量高的變換氣脫硫效果很好。7、設(shè)計(jì)產(chǎn)品的主要用途和應(yīng)用領(lǐng)域：  栲膠是制革工業(yè)不可少的化工材料，也是石油、建材、化工、冶金等