年產(chǎn)36萬噸合成氨脫硫工段工藝設(shè)計

1、年產(chǎn)36萬噸合成氨脫硫工段工藝設(shè)計（畢業(yè)論文）屆本科生畢業(yè)論文學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計）論文（設(shè)計）題目：年產(chǎn)36萬噸合成氨脫硫工段工藝設(shè)計English Topic: The year produces 36 0,000 tons to synthesize an ammoniato take off sulphur work a segment a technological design 系別：化學(xué)與生物科學(xué)系 專業(yè)：化學(xué)工程與工藝班級：學(xué)生：指導(dǎo)老師：20年5月20日刖 言本設(shè)計是年產(chǎn)36萬噸合成氨脫硫工段的工藝設(shè)計。對合成氨和脫硫工藝 的發(fā)展概況進(jìn)行了概述。著重詳細(xì)介紹了脫硫工段的工藝流程

2、、工藝條件、生產(chǎn) 流程、技術(shù)指標(biāo)、熱量衡算及物料衡算以及設(shè)備計算和選型等內(nèi)容。就脫硫車間 的工藝生產(chǎn)流程，著重介紹化工設(shè)計的基本原理、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、技巧和經(jīng)驗(yàn)。本 書內(nèi)容是根據(jù)化工股份有限公司脫硫車間的生產(chǎn)實(shí)際情況而編著的，一些工藝參 數(shù)都是以工廠實(shí)際生產(chǎn)為準(zhǔn)。編寫本設(shè)計總的指導(dǎo)思想是:理論聯(lián)系實(shí)際、簡明易懂、經(jīng)濟(jì)實(shí)用。本書在編寫過程中得到老師的指導(dǎo)，在此表示衷心感謝。由于編者自身的知識水平和認(rèn)識水平的有限，書中錯誤與不妥之處，懇請 讀者批評指正。編者20年5月于目錄前言2摘要5Abstract 6總論71.1概述 71.1.1栲膠的組成及性質(zhì)81.1.2栲膠脫硫的反應(yīng)機(jī)理8 TOC o 1-5

3、 h z 1.1.3生產(chǎn)中副產(chǎn)品硫磺的應(yīng)用91.2文獻(xiàn)綜述91.3設(shè)計任務(wù)的依據(jù)10流程方案的確定112.1各脫硫方法對比112.2栲膠脫硫法的理論依據(jù)122.3工藝流程方框圖 13生產(chǎn)流程的簡述143.1簡述物料流程14 TOC o 1-5 h z 3.1.1氣體流程143.1.2溶液流程143.1.3硫磺回收流程 143.2工藝的化學(xué)過程 143.3反應(yīng)條件對反應(yīng)的影響153.3.1影響栲膠溶液吸收的因素153.3.2影響溶液再生的因素173.4工藝條件的確定183.4. 1溶液的組成183.4.2噴淋密度和液氣比的控制183.4.3 溫度 193.4.4再生空氣量194物料衡算和熱量衡算

4、204.1物料衡算204.2 熱量衡算 235設(shè)備計算及選型275.1脫硫塔的設(shè)計計算27 TOC o 1-5 h z 5.1.1塔徑計算275.1.2填料高度計算285.2噴射再生槽的計算295.2.1槽體計算295.2.2噴射器計算316.車間布置說明347三廢治理及利用357.1廢水的處理 357.1.1廢水的來源及特點(diǎn)357.1.2廢水處理工藝 357.2廢渣的處理 357.2.1廢渣的來源357.2.2廢渣的處理工藝35參考文獻(xiàn)36附錄37工藝流程圖 37脫硫塔裝配圖37車間平面布置圖37致謝38年產(chǎn)36萬噸合成氨脫硫工段工藝設(shè)計學(xué)生姓名：指導(dǎo)老師：摘要：年產(chǎn)36萬噸合成氨脫硫工段工

5、藝設(shè)計是由指導(dǎo)老師指定產(chǎn)量確定的生產(chǎn)規(guī) 模，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)習(xí)中收集的各類生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)而設(shè)計的。本設(shè)計所采用的是栲膠 脫硫法，其主要原料是半水煤氣和脫硫液。本設(shè)計詳細(xì)的介紹了合成氨脫硫工段 的生產(chǎn)原理、工藝流程、工藝參數(shù)、熱量衡算、物料衡算，以及設(shè)備選型、廠房 布置和三廢處理。本設(shè)計在脫硫效率和再生率方面的研究有所突破。關(guān)鍵詞:栲膠脫硫法脫硫液脫硫塔The year produces 360,000 tons to synthesize an ammonia to take off sulphur work a segment a technological designName of stende

6、nt:Director:AbstractWith an annual output of 360,000 tons of synthetic ammonia Desulfurization Process design is specified by the teacher determine the scale of production output, with production internship in the collection of various production technologies designed to target.This design is used b

7、y the desulfurization extract, its main raw materials and semi-water gas desulfurization liquid.The detailed design of the Section on the production of ammonia desulfurization principle, process, technology parameters, the heat balance, the material balance and the selection of equipment, plant layo

8、ut and waste treatment.The design of the desulfurization efficiency and renewable rate of a breakthrough.Keyword: tannin extract to take off a sulphur methodtake off asulphur liquidtake off sulphur tower1總論1.1概述1氨是重要的化工產(chǎn)品之一，用途很廣。在農(nóng)業(yè)方面，以氨為主要原料可以 生產(chǎn)各種氮素肥料，如尿素、硝酸銨、碳酸氫氨、氯化銨等，以及各種含氮復(fù)合肥 料。液氨本身就是一種高效氮素肥料，可

9、以直接施用。目前，世界上氨產(chǎn)量的 85%?90%用于生產(chǎn)各種氮肥。因此，合成氨工業(yè)是氮肥工業(yè)的基礎(chǔ),對農(nóng)業(yè)增產(chǎn)起 著重要的作用。合成氨工業(yè)對農(nóng)業(yè)的作用實(shí)質(zhì)是將空氣中游離氮轉(zhuǎn)化為能被植物 吸收利用的化合態(tài)氮，這一過程稱為固定氮。氨也是重要的工業(yè)原料，廣泛用于制藥、煉油、純堿、合成纖維、合成樹 脂、含氮無機(jī)鹽等工業(yè)。將氨氧化可以制成硝酸,而硝酸又是生產(chǎn)炸藥、染料等 產(chǎn)品的重要原料。生產(chǎn)火箭的推進(jìn)劑和氧化劑，同樣也離不開氨。此外，氨還是常 用的冷凍劑。合成氨的工業(yè)的迅速發(fā)展，也促進(jìn)了高壓、催化、特殊金屬材料、固體燃 料氣化、低溫等科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。同時尿素的甲醇的合成、石油加氫、高壓聚合 等工業(yè)，也是

10、在合成氨工業(yè)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。所以合成氨工業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中 占有十分重要的地位，氨及氨加工工業(yè)已成為現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的一個重要部門。在合成氨工業(yè)中，脫硫倍受重視。合成氨所需的原料氣，無論是天然氣、 油田氣還是焦?fàn)t氣、半水煤氣都人含有硫化物，這些硫化物主要是硫化氫(H2S)、 二硫化碳(CS2)、硫氧化碳(COS)、硫醇(R?SH)和噻吩(C4H4S)等。其中硫化氫屬 于無機(jī)化合物，常稱為“無機(jī)硫”。天然氣中硫經(jīng)物的含量（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)）一般在0.5?15g/ m3的范圍內(nèi)，有機(jī)硫 以硫醇為主，在氣田經(jīng)過粗脫磙處理后的天然氣，硫化物的含量（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)）在 20?100mg/ m3 左右。合成氨在生產(chǎn)原料氣中

11、硫化物雖含量不高，但對生產(chǎn)的危害極大。腐蝕設(shè)備、管道。含有H2S的原料氣，在水分存在時，就形成硫氫酸 （HSH）,腐蝕金屬設(shè)備。其腐蝕程度隨原料氣中H2S的含量增高而加劇。使催化劑中毒、失活。當(dāng)原料氣中的硫化物含量超過一定指標(biāo)時，硫化 物與催化劑活性中心結(jié)合，就能使以金屬原子或金屬氧化物為活性中心的催化劑 中毒、失活。包括轉(zhuǎn)化催化劑、高溫變換催化劑、低溫變換催化劑、合成氨催化 劑等。脫硫的任務(wù)是除去原料氣中的各種硫化物，同時硫是一種重要的資源，應(yīng) 加以回收和利用。因此，無論原料來源如何，合成氨原料必須首先脫硫。1.1.1栲膠的組成及性質(zhì)栲膠是由植物的皮（如栲樹，落葉松）、果（如橡?）、葉（如漆

12、樹）和干（如堅 木、栗木）的水淬液熬制而成。栲膠的主要成分是丹寧，丹寧是化學(xué)結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜 的化合物組成的混合物。含有大量鄰二或鄰三羥基酚。多元酚的羥基受電子云的 影響，間位羥基比較穩(wěn)定，而連位或鄰位羥基則很活潑，容易被空氣中的氧氧化。 用于脫硫的栲膠屬于水解類熱溶栲膠，在堿性溶液中更容易氧化成醍類；已氧化 的栲膠在還原過程中氧取代基又被還原為羥基。雖然丹寧各組分的分子結(jié)構(gòu)相當(dāng)懸珠，但它們都是具有酚式結(jié)構(gòu)的多羥 基化合物,有的還含有醍式結(jié)構(gòu)，這就是栲膠能用于脫硫過程的原因。1.1.2栲膠脫硫的反應(yīng)機(jī)理栲膠法脫硫?qū)儆跐穹摿?，是利用堿性栲膠TOHO2的水溶液吸收半水煤氣中的H2S,然后借助栲膠和磯

13、作為載體和催化劑將吸收的H2S轉(zhuǎn)化為單質(zhì)硫, 發(fā)生吸收反應(yīng)后的栲膠溶液利用空氣在溶液再生槽中進(jìn)行再生，然后進(jìn)入溶液循 環(huán)槽重復(fù)循環(huán)使用。其脫硫反應(yīng)機(jī)理如下：1堿性溶液吸收H2S的反應(yīng)：Na2CO3 + H2S NaHS + NaHCO3NaHCO3+H2S=NaHS+CO2+H2O2 NaHS與偏釩酸鈉反應(yīng)生成焦釩酸鈉:硫氫化鈉與偏釩酸鈉反應(yīng)生成焦釩酸 鈉,析出單質(zhì)硫。2NaHS + 4NaVO3 + H2O Na2V4O9 + 4NaOH + 2S3將Na2V4O9氧化成偏釩酸鈉：醍態(tài)栲膠氧化四價釩絡(luò)離子為五價釩絡(luò)離 子使釩絡(luò)離子恢復(fù)活性而醍態(tài)栲膠被還原為酚態(tài)栲膠失去活性。4還原態(tài)栲膠的氧化

14、:酚態(tài)栲膠被氧化獲得再生，同時生成H2O2。H2O2+NaHS=H2O+S+NaOH1.1.3生產(chǎn)中副產(chǎn)品硫磺的應(yīng)用硫磺是一種重要的化工原料，肥料工業(yè)是硫的最大用戶，硫磺的其它用 途包括炸藥、鋼鐵酸洗、醫(yī)藥食品工業(yè)、安全剝離、水處理、橡膠、電解工業(yè)、 催化劑、顏料、化學(xué)品、硫磺膠泥、硫磺混凝土、醇類、黏合劑、農(nóng)藥、黑色火 藥、鞭炮等。作為易燃固體，硫磺主要用于制造硫酸、染料和橡膠制品，也應(yīng)用于 醫(yī)藥、農(nóng)藥、火柴、火藥和工業(yè)陶瓷、建材制品輔助材料等工業(yè)部門。1.2文獻(xiàn)綜述由于生產(chǎn)合成氨的各種燃料中含有一定的硫，因此所制備出來的合成氨 原料氣中，都含有硫化物，其中大部分是無機(jī)硫化物硫化氫(H2S)

15、,其次還含有少 量的的機(jī)硫化物，如二硫化碳(CS2)、硫氧化碳(COS)、硫醇(R?SH)和噻吩(C4H4S) 等。原料氣中硫化物的含量取決于氣化所用燃料中硫的含量。以煤為原料制得的 煤氣中一般含硫化氫1?6g/ m3 ,有機(jī)硫化物0.1?0.8g/ m3。用高硫煤作原料時， 硫化氫高達(dá)20?30g/ m3。天然氣、輕油及重油中硫化物含量，因產(chǎn)地不同，差別 很大。原料氣中的硫化物，對合成氨生產(chǎn)危害很大，不僅能腐蝕設(shè)備和管道，而 且能使合成氨生產(chǎn)過程所用的催化劑中毒而失去活性。例如，天然氣蒸汽所用鎳 催化劑，要求原料烴中總硫含量小于0.5cm3 / m3，銅鋅系低變催化劑要求原料 氣中總硫含量小

16、于1mg/ m3，若硫含量超過上述標(biāo)準(zhǔn),催化劑將中毒而失去活性。 此外，硫是一種很重要的化工原料，應(yīng)予以回收。因此，原料氣中的梳化物，必須脫 除干凈。脫除原料氣中硫化物的過程，稱為脫硫。目前原料氣脫硫的方法很多，據(jù)統(tǒng)計達(dá)四五十種。隨著石油化工的發(fā)展， 還會開發(fā)出新的脫硫方法。按脫硫劑的物理形態(tài)分為干法(脫硫劑為固態(tài))和濕法 (脫硫劑為液態(tài))兩大類。干法脫硫又分為吸附法?？以活性炭、分子篩為脫硫劑;接觸反應(yīng)法?？以氧 化鋅、氧化鐵等為脫硫劑;加氫轉(zhuǎn)化法?？以鉆鉬為催化劑，先將有機(jī)硫轉(zhuǎn)化為H2S, 再脫除。干法脫硫具有郊率高、設(shè)備簡單、操作簡單、維修方便等優(yōu)點(diǎn)。但脫硫 反應(yīng)速度慢，脫硫過程是間歇操

17、作，設(shè)備龐大;在脫硫劑使用后期，脫硫效率和阻力變大，脫硫劑阻力變大，脫硫劑再行困難。因此，大型合成廠廣泛將此法用于業(yè) 精細(xì)脫硫。濕法脫硫又分為化學(xué)吸收法（按脫硫溶液與H2S發(fā)生的反應(yīng)，又分為中和 法如乙醇胺法和氧化法如ADA法、氨水催化法等）、物理吸收法（如低溫甲醇洗滌 法等）和物理化學(xué)吸收法（如環(huán)丁砜法等）。濕法脫硫有著明顯的優(yōu)點(diǎn)，即脫硫劑是 便于輸送的液體、可以再生并能回收硫磺，構(gòu)成一個連續(xù)的脫硫系統(tǒng)。但此法凈 化度不高，出口含硫量在20?100 cm3 / m3。當(dāng)原料氣含硫較高時，宜先采用濕 法脫去大量的硫,然后串聯(lián)干法精脫，以達(dá)到工藝上和經(jīng)濟(jì)上都合理的要求。這么多濕式氧化法的脫硫方法

18、，如果對它們之間的優(yōu)缺點(diǎn)都進(jìn)行比較，是 很困難的。傳統(tǒng)的中型氮肥廠，以前對改良ADA法和栲膠法用的比較多;對小型氮 肥廠，以前對苯二酚法用得較多。對氮肥廠來說,采用什么方法，它有多種因素決 定，有半水煤氣硫含量高低的問題，有操作費(fèi)用的問題，有習(xí)慣性的問題，有改造 資金的問題等等。因此即便有一種方法有明顯的優(yōu)勢，他也不一定就很快采用。1.3設(shè)計任務(wù)的依據(jù)本課題是指導(dǎo)老師為提高畢業(yè)生設(shè)計能力而選定的。2流程方案的確定2.1各脫硫方法對比25脫硫方法很多，按脫硫劑物理形態(tài)可分為干法和濕法兩大類，前者所用脫 硫劑為固體，后者為溶液。當(dāng)含硫氣體通過這些脫硫劑時，硫化物被固體脫硫劑所 吸附，或被脫硫溶液所

19、吸收而除去。濕法脫硫主要用于脫除原料氣中硫化氫。根據(jù)脫硫溶液吸收過程性質(zhì)的不 同，濕法脫硫又可分為化學(xué)吸收法，物理吸收法和物理化學(xué)吸收法三種?；瘜W(xué)聽收法 在化學(xué)吸收法中，脫硫溶液與硫化氫發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)。按反 應(yīng)不同，化學(xué)吸收法分為中和法和濕式氧化法。中合法，用弱堿性溶液為吸收濟(jì), 與原料氣中的酸性氣體硫化氫進(jìn)行中和反應(yīng),生成硫氫化物而除去。吸收了硫化 氫的溶液,在減壓、加熱的條件下,使硫氫化物分解放出硫化氫，溶液再生后循環(huán) 使用。中和法主要有烷基醇胺法、氨水法和碳酸法等。濕式氧化法，用弱堿性溶 液吸收原料氣中的硫化氫，生成硫氫化物，再借助溶液中載氧體（催化劑）的氧化 作用，將硫氫化物氧化成元素

20、硫，同時獲得副產(chǎn)品硫磺，然后還原載氧體，再被空 氣氧化成氧化態(tài)的載氧體，使脫硫溶液得到再生后循環(huán)使用。根據(jù)所用載氧體的 不同,濕式氧化法主要有蒽醍二磺酸鈉法（簡稱ADA法）、氨水對苯二酚催化法、 鐵氨法、硫酸錳-水楊法、硫酸錳-水楊酸-對苯二酚法（簡稱MSQ法）、改良砷堿 法和栲膠法等。與中和法相比，濕式氧化法脫硫的優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)速度快，凈化度高, 能直接回收硫磺。目前國內(nèi)中、小氨廠絕大部分采用濕式氧化法脫硫，因此原料 氣中有機(jī)硫含量高時，變換后氣體中硫化氫含量增加，需要經(jīng)過二次脫硫。物理吸收法是依靠吸收劑對硫化物的物理溶解作用進(jìn)行脫硫的。當(dāng)溫度 升高、壓力降低時，硫化物解吸出來,使吸收劑再生，循

21、環(huán)使用。吸收劑一般為有 機(jī)溶劑，如甲醇、聚乙二醇二甲醚、碳酸丙烯酯等。這類方法除了能脫硫化氫外， 還能脫除有機(jī)硫和二氧化碳。生產(chǎn)中往往用這些溶劑，同時脫除原料氣中的酸性 氣體硫化物和二氧化碳。物理化學(xué)吸附法 用環(huán)丁砜的烷基醇的混合溶液，脫除原料氣中硫化物 的過程，屬于物理化學(xué)吸收過程，稱為環(huán)丁砜法。溶液中的環(huán)丁砜是物理吸收劑， 烷基醇胺為化學(xué)吸收劑。我國有少數(shù)中型氨廠采這種方法脫硫。干法脫硫是用固體脫硫劑,脫除原料氣中硫化物。優(yōu)點(diǎn)是既能脫除硫化氫, 又能脫除在機(jī)硫，凈化度高，可將氣體中硫化物脫除至1cm3/m3以下。缺點(diǎn)是再生 比較麻煩或者難以再生，回收硫磺比較困難，設(shè)備體積較大，有些為間歇操

22、作，一 般只作為脫除有機(jī)硫和精細(xì)脫硫的手段。在氣體中含硫量高的情況下，應(yīng)先采用 濕法除去絕大部分的硫化氫，再采用干法脫除有機(jī)硫的殘余硫化氫。常用的干法 脫硫有氧化鋅法、鉆鉬加氫法、活性炭法、分子篩法等。目前我國以天然氣的輕油為原料的大型氨廠，通常先采用烷基醇胺等濕法， 除去天然氣或輕油中大部分硫化物。以煤和重油為原料的大型氨廠，用甲醇洗法 脫除原料氣中的硫化物和二氧化碳等酸性氣體。絕大部分中小型氨廠，均采用濕 式氧化法脫除原料氣中的硫化物，部分廠采用氧化鋅等干法脫除殘余的硫化物， 有銅洗的氨廠，經(jīng)過濕式氧化法脫硫后不再設(shè)置干法脫硫，因?yàn)殂~洗過程可以除 去殘余的硫化氫。但近年來,有銅洗的氨廠，在

23、濕法脫硫之后，也串接了干法脫硫， 這樣可以降低銅洗過程中的銅消耗和防止氨合成催化劑中毒。本課題是采用濕法對水氣煤脫硫，主要是采用栲膠脫硫法,栲膠法是我國 特有的脫硫技術(shù)，是目前國內(nèi)使用較多的脫硫方法之一。該法主要有砰性栲膠脫 硫（以栲膠和偏釩酸鈉作催化劑）和氨法栲膠（以氨代替砰）兩種。栲膠是由植物的 果皮、葉和干的水淬液熬制而成。主要成分是丹寧，由于來源不同，丹寧組分也不 同，但都是化學(xué)結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜的多羥基芳香烴化合物組成，具有酚式或醍式結(jié)構(gòu)。栲膠法有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）栲膠資源豐富，價廉易得，運(yùn)行費(fèi)用比改良ADA 低。（2）基本上無硫堵塔的問題。（3）栲膠既是氧化劑又是釩的配合劑，溶液的組 成比

24、改良ADA法簡單。（4）栲膠脫硫液腐蝕性小。（5）栲膠需要熟化預(yù)處理，栲膠 質(zhì)量及其配制方法得當(dāng)與否是決定栲膠法使用效果的主要因素。2.2栲膠脫硫法的理論依據(jù)栲膠脫硫是利用堿性栲膠水溶液從氣體中脫除硫化氫，屬于二元氧化還 原過程。栲膠是有酚式結(jié)構(gòu)的多羥基化合物，是一種良好的載氧體,又能對多種重 金屬離子起絡(luò)合作用。其脫硫反應(yīng)機(jī)理如下：1堿性溶液吸收H2S的反應(yīng)：Na2CO3 + H2S NaHS + NaHCO3NaHCO3+H2S=NaHS+CO2+H2O2 NaHS與偏釩酸鈉反應(yīng)生成焦釩酸鈉:硫氫化鈉與偏釩酸鈉反應(yīng)生成焦釩酸 鈉,析出單質(zhì)硫。2NaHS + 4NaVO3 + H2O Na2

25、V4O9 + 4NaOH + 2S3將Na2V4O9氧化成偏釩酸鈉：醍態(tài)栲膠氧化四價釩絡(luò)離子為五價釩絡(luò)離 子使釩絡(luò)離子恢復(fù)活性而醍態(tài)栲膠被還原為酚態(tài)栲膠失去活性。4還原態(tài)栲膠的氧化:酚態(tài)栲膠被氧化獲得再生，同時生成H2O2。H2O2+NaHS=H2O+S+NaOH此外，在生產(chǎn)中還有生成硫代硫酸鈉的副反應(yīng)：2NaHS + 2O2 Na2S2O3+ H2O2Na2S2O3 + 3O2 2Na2SO4 + 2SO24H2O2+2NaHS=5H2O+Na2S2O32NaOH+Na2S2O3+4H2O2=2Na2SO4+5H2O2.3工藝流程方框圖3生產(chǎn)流程的簡述3.1簡述物料流程3.1.1氣體流程半水

26、煤氣從造氣車間出來后，經(jīng)過洗滌塔除塵、降溫，水封后，從脫硫塔的 底部進(jìn)入塔內(nèi)，脫硫液從塔頂噴淋而下,水煤氣與堿性栲膠溶液在塔內(nèi)逆向接觸, 其中的大部分硫化氫氣體被溶液吸收,脫硫后的氣體從塔頂出來至氣柜。3.1.2溶液流程從脫硫塔頂噴淋下來的溶液，吸收硫化氫后，稱為富液，經(jīng)脫硫塔液封槽 引出至富液槽（又稱緩沖槽）。在富液槽內(nèi)未被氧化的硫氫化鈉被進(jìn)一步氧化，并 析出單質(zhì)硫，此時，溶液中吸收的硫以單質(zhì)懸浮狀態(tài)存在。出富液槽的溶液用再生 泵加壓后，打入再生槽頂部，經(jīng)噴射器高速噴射進(jìn)入再生槽，同時吸入足夠的空氣, 以達(dá)到氧化栲膠和浮選硫膏之目的。再生后的溶液稱為貧液，貧液經(jīng)液位調(diào)節(jié)器 進(jìn)入貧液槽，出貧液

27、槽的貧液用脫硫泵打入脫硫塔頂部，經(jīng)噴頭在塔內(nèi)噴淋，溶液 循環(huán)使用。再生槽浮選出的單質(zhì)硫呈泡沫懸浮于液面上，溢流至硫泡沫槽內(nèi)，上部 清液回貧液槽循環(huán)使用，沉淀出的硫膏入熔硫釜生成副產(chǎn)品硫磺。3.1.3硫磺回收流程再生槽中溢出的硫泡沫經(jīng)泡沫槽后在離心機(jī)分離，得到硫膏，硫膏放入熔 硫釜,用夾套蒸汽加熱精制，放出做成98%純度的硫磺錠，離心分離出的母液至富 液槽回系統(tǒng)中使用。3.2工藝的化學(xué)過程水煤氣經(jīng)過洗滌塔進(jìn)入脫硫塔，脫硫液從塔頂噴淋下來，氣液兩相在塔里 充分接觸后，硫化氫被脫硫液吸收，吸收硫化氫的脫硫液在再生槽中氧化再生后 解析出單質(zhì)硫。栲膠脫硫的反應(yīng)過程如下：堿性水溶液吸收氣相中的H2S,生成

28、HS-Na2CO3+H2S=NaHS+NaHCO3 2?1NaHCO3+H2S=NaHS+CO2+H2O 2?2硫氫化鈉與偏釩酸鈉反應(yīng)生成焦釩酸鈉，析出單質(zhì)硫2NaHS +4NaVO3 +H2O Na2V4O9 + 4NaOH +2S I 2?3此反應(yīng)過程中五價釩被還原成四價釩，但是這個反應(yīng)不能用吹空氣的方法倒 轉(zhuǎn)回去使釩再生，必須靠氧化態(tài)栲膠將四價釩氧化成五價釩，而還原態(tài)栲膠則可 利用吹空氣再生，這便是栲膠脫硫的根本所在。醍態(tài)栲膠氧化四價釩絡(luò)離子為五價釩絡(luò)離子使釩絡(luò)離子恢復(fù)活性而 醍態(tài)栲膠被還原為酚態(tài)栲膠失去活性。2?4酚態(tài)栲膠被氧化獲得再生，同時生成H2O22?52H2O2+2NaOH+N

29、a2V4O9=4NaVO3+3H2O 2?6H2O2+NaHS=H2O+S+NaOH 2?7式中？?醌態(tài)栲膠?酚態(tài)栲膠氣體中含CO2、O2及溶液中的H2O2引起的副反應(yīng)Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3 2?82NaHS+2O2=Na2S2O3+H2O 2?94H2O2+2NaHS=5H2O+Na2S2O3 2?102NaOH+Na2S2O3+4H2O22Na2SO4+5H2O 2?113.3反應(yīng)條件對反應(yīng)的影響3.3.1影響栲膠溶液吸收的因素I、溶液組分濃度的影響 栲膠法中含有Na2CO3、NaVO3、TOHO2 ,此外 還有生成物S、NaHCO3、Na2S2O3等，上述組分均影響

30、溶液的吸收。1溶液中Na2CO3:若Na2CO3過低則吸收H2S不完全，脫硫效果差;若過高則 副反應(yīng)加劇、堿耗大、浪費(fèi)嚴(yán)重，一般Na2CO3濃度控制在35g/L。2溶液中NaVO3:若溶液中NaVO3濃度高，析硫快、顆粒小、難分離，且堿耗 增大;若濃度低,則副反應(yīng)加劇,Na2S2O3的生成速度加快，易析出磯-氧-硫沉淀。其濃度一般控制在0.751.0g/ L。3溶液中TOHO2:若TOHO2過少，則脫硫效率低、膠性差、硫顆粒易沉淀、堿 磯消耗大、副反應(yīng)快;TOHO2過多，溶液膠性過強(qiáng)硫粒細(xì)、出硫差，一般控制在52.0g/L。4溶液的pH值:溶液的pH值過低，不利H2S的吸收和栲膠的氧化，并降低

31、 了氧的溶解度，溶液再生差;pH值過高，則析硫較慢，副反應(yīng)加快，一般控制在 8.159.12。5總堿度：溶液中的堿度較高時，可提高溶液吸氧能力，有利于再生氧化；但 過量的堿不僅增加副反應(yīng)的發(fā)生，同時會使硫的回收困難,硫磺產(chǎn)量下降。故堿度 應(yīng)控制在 21.331.8g/L。6溶液中NaHCO3:若溶液中NaHCO3濃度高，將使pH值升高，對再生吸氧和析 硫都不利。7懸浮硫的影響溶液中懸浮硫濃度越低越好，若過高則易發(fā)生沉淀從而堵 塞管道設(shè)備,還會影響吸收再生，同時伴有副反應(yīng)發(fā)生。II、吸收塔噴淋密度的影響 噴淋密度是指吸收塔內(nèi)單位截面積的溶液循環(huán) 量。適當(dāng)提高噴淋密度，不但利于提高氣體凈化度，還有

32、利于對填料表面和空隙中 硫的沖刷;但噴淋密度過高,則會使溶液質(zhì)量下降，還會導(dǎo)致系統(tǒng)阻力上升。III、液氣比的影響 液氣比增加，溶液的循環(huán)量增加，可提高氣體的凈化度, 防止H2S過高，易產(chǎn)生磯-氧-硫沉淀;如液氣比小，溶液的循環(huán)量小，對氣體的凈 化度有影響，同時產(chǎn)生的硫顆粒易沉積在填料環(huán)、管道、設(shè)備中，時間長易造成脫 硫塔塔阻上漲。但液氣比過高則溶液在反應(yīng)罐和再生槽內(nèi)的停留時間短，不利于 析硫和溶液再生。一般液氣比控制稍大些即可。W、溫度的影響1半水煤氣入塔溫度的影響：若半水煤氣入塔溫度偏低，則煤氣中夾帶水分 分離得好;對栲膠溶液各組分濃度影響小，但溫度過低，加劇了氣體與溶液的熱量 交換，會使溶

33、液濃度急劇下降。若半水煤氣入塔溫度過高，則會使煤氣中夾帶水分 混入溶液，溶液稀釋，且易產(chǎn)生溶液夾帶，因此，半水煤氣的入塔溫度應(yīng)嚴(yán)格控制 在3035 C之間。2循環(huán)系統(tǒng)溶液溫度的影響:若循環(huán)系統(tǒng)溶液的溫度過高，則氣體的溶解度 降低，不利于吸氧和栲膠液的再生，且副反應(yīng)加?。蝗粞h(huán)系統(tǒng)溫度低則H2S的 吸收和析硫反應(yīng)速度降低，脫硫效率差，因此，溶液溫度應(yīng)控制在3850C為宜。V、液位的影響1脫硫塔底部液位的影響脫硫塔底部液位應(yīng)以系統(tǒng)中的溶液量及循環(huán)量 為依據(jù)，若脫硫塔底液位過低，則易造成氣泡夾帶，使富液泵不打量；若塔底液位 過高，則塔底部空間過小，影響脫硫效果,且易造成滿液，因此，應(yīng)將塔底部液位控

34、制在液位顯示的50 %60 %為宜。2循環(huán)槽液位的影響循環(huán)槽液位可根據(jù)循環(huán)系統(tǒng)中的溶液量及再生槽和 脫硫塔等設(shè)備內(nèi)的液位，溶液循環(huán)量進(jìn)行控制，一般情況下以不低于液位顯示的 50 %及不高于循環(huán)槽放空管口為宜，以保證貧液泵正常工作及避免循環(huán)槽內(nèi)形成 真空。3.3.2影響溶液再生的因素溶液的再生是將富液吸收H2S后的栲膠溶液變成貧液再生后的栲膠溶 液的過程，主要是TOH3被O2氧化成TOHO2過程。影響栲膠再生的主要因素有再 生溫度，再生壓力，再生槽液位，再生空氣量及再生時間。I、溫度的影響 溫度高再生速度加快，但副產(chǎn)物增多，硫泡沫發(fā)粘，不易分 離，且氧溶解度降低，所以應(yīng)控制溶液溫度在35 5 C

35、。II、再生壓力的影響 再生槽溶液噴射壓力是根據(jù)再生槽內(nèi)硫泡沫的形成和 栲膠的氧化情況進(jìn)行控制的。噴頭的開關(guān)個數(shù)決定了噴射壓力的高低，噴射壓力 越高則空氣吸入越多，栲膠再生效果越好，泡沫越易形成，一般不應(yīng)低于 0.13MPa。另外要注意將所開噴頭分散開,盡量保證噴射均勻，以增大反應(yīng)面積。III、再生槽液位的影響再生槽液位是根據(jù)再生槽硫泡沫層的厚度和循環(huán)系 統(tǒng)的液位來進(jìn)行控制的，通過調(diào)節(jié)再生槽上液位調(diào)節(jié)器平衡管的高度調(diào)節(jié)液位高 低。若液位過高，則會出現(xiàn)溶液溢流過多，跑液嚴(yán)重，影響正常生產(chǎn);若液位調(diào)節(jié) 過低，則硫泡沫無法溢流，隨溶液一起進(jìn)入脫硫塔內(nèi)，使塔阻升高，不能正常生 產(chǎn)。通常以硫泡沫能均勻溢

36、流、泡沫層厚度適宜為基準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)節(jié)。W、再生時間與再生空氣量 再生時間長，則再生空氣量大，有利于將還原態(tài) 栲膠氧化成氧化態(tài)栲膠。但是再生時間過長，溶液循環(huán)量要減小，有可能導(dǎo)致吸收 不好，使脫硫塔出口氣體H2S超標(biāo)H2S W2mg/m3，同時再生空氣多，副反應(yīng)加快, 一般可根據(jù)煤氣量相應(yīng)地調(diào)節(jié)再生時間與空氣量。3.4工藝條件的確定3.4. 1溶液的組成根據(jù)反應(yīng)機(jī)理、吸收速度以及硫負(fù)荷來看，主要由堿液濃度和釩酸鹽濃度 決定，也就是由栲膠濃度決定，一般都是根據(jù)釩酸鹽的變化和硫化氫的脫除效率 來調(diào)整溶液組分和pH值。堿度過高吸收硫化氫過多,釩可能會過度還原。實(shí)際上 V4+不可能被栲膠降解及時氧化成V5+

37、,當(dāng)pH9時,可能會造成V4+的沉淀，引起釩 的損失，因此總堿度不宜過高。pH值對硫化氫吸收和其氧化成元素硫有著相反影響。過高PH值會加大 生成硫代硫酸的反應(yīng)速度。實(shí)驗(yàn)證實(shí)，脫硫傳質(zhì)過程中，當(dāng)pH9時,認(rèn)為傳質(zhì)過程為氣膜控制,pH在8.68.9之間時，液膜阻力很明顯,pH8.6時,液膜阻力更加增大, 因此pH值宜控制在8.59.0之間，栲膠脫硫和ADA 一樣，在氧化反應(yīng)中是有氫離 子參加的，氫離子的濃度對氧化反應(yīng)還原電位是有很大影響的,在不同pH條件下, 栲膠的氧化還原性能可能是不相同的，因此必須嚴(yán)格控制溶液的pH值。由于栲膠脫硫溶液是多種氧化還原物質(zhì)的混合體，電位值又是該混合體 氧化還原性的

38、綜合體現(xiàn)。因此測量溶液電位尤為重要。溶液電位除與測量溶液的 標(biāo)準(zhǔn)電極電位有關(guān)外，主要與溶液中各種氧化態(tài)和還原態(tài)物質(zhì)的濃度有關(guān)。溶液 的電位表明溶液的氧化還原能力的大小，反映溶液再生系統(tǒng)溶液再生的好壞，一 般控制溶液的電位值在-180mV左右。3.4.2噴淋密度和液氣比的控制實(shí)驗(yàn)證明在pH較高條件下，加大脫硫塔內(nèi)的氣流速度即增加氣量可提高 傳質(zhì)系數(shù)。而pH值較低時加大溶液量即增大噴淋密度可明顯增加脫除硫化氫量。 當(dāng)負(fù)荷較低時，噴淋密度影響較小，說明液氣比對吸收效果是有影響的，因此，根 據(jù)生產(chǎn)過程的氣量，及時調(diào)節(jié)溶液循環(huán)量，控制噴淋密度和液氣比在適宜范圍內(nèi) 是非常必要的。適當(dāng)?shù)囊簹獗纫环矫婵杀ＷC氣

39、體凈化度，防止溶液中NaHS濃度過 高而產(chǎn)生硫？氧?釩沉淀，另一方面是使其動力消耗不會增得過高，而致提高生產(chǎn) 成本,適宜的液氣比在設(shè)計中已經(jīng)確定。3.4.3溫度提高反應(yīng)溫度可加快反應(yīng)速度,對吸收和再生都有利，冬天溫度過底生成 硫磺的粒子細(xì)，硫泡沫很難捕集，所以在噴射再生槽前設(shè)有溶液加熱器調(diào)節(jié)溶液 溫度。但是溫度過高，大于50C就會加快硫代硫酸鹽的生成，造成溶液對設(shè)備管 道的腐蝕。溫度超過60C以后,硫代硫酸鹽的生成速度急劇上升。為使吸收、再生和析硫三者都能順利進(jìn)行，溶液溫度宜控制在3545C。3.4.4再生空氣量空氣的作用是供氧和形成捕集硫粒的氣泡。按 2H2S+O22H2O+S計算,每公斤硫

40、需要1.67M3空氣，采用噴射再生的空氣量可能要 少一些，主要是在喉管中氣液接觸好，反應(yīng)激烈，接觸時間也少得多，一般再生時 間需要30min以上，由于采用噴射再生，12min就滿足了工藝要求，但吹風(fēng)強(qiáng)度大, 達(dá)到136m3/?h。故空氣量不宜過大，過大會招致空氣中的O2與溶液反應(yīng)，生成 硫代硫酸鹽和硫酸鹽，使堿耗增加，硫酸鹽的積累會造成溶液酸性,導(dǎo)致對設(shè)備及 管道的腐蝕。4物料衡算和熱量衡算4.1物料衡算6-101基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表4.1半水煤氣成分組分 N2 CO2 CO H2 02體積/% 19.558.77 27.82 43.45 0.4 表 4.2 脫硫液成分組分 Na2CO3 NaHCO3總

41、堿 總釩 栲膠濃度(g/L) 5.0 50.626.80.6 1.5 半水煤氣中硫化氫含量C1711 mg/m3 凈化氣中硫化氫含量C21.5mg/m3入洗滌塔的半水煤氣的溫度t160C出洗滌塔入脫硫塔的半水煤氣的溫度t245C出脫硫塔半水煤氣的溫度t341C 入脫硫塔半水煤氣的壓力P0.125MPa（絕壓）2計算原料氣的體積及流量以每年300個工作日，每天工作24小時，則每小時生產(chǎn)合成氨為：180000（300X24）25 t/h考慮到在合成時的損失，則以每小時生產(chǎn)25.5噸計算為基準(zhǔn)，所以nNH325500 Kg：17Kg/Kmol1500Kmol則合成NH3所需要N2的物質(zhì)的量為nN2

42、nNH3：2750 Kmol考慮到半水煤氣經(jīng)過洗滌、脫硫、變換等工序到合成的過程中氮?dú)獾膿p失, 則損失率以1%計，則半水煤氣中氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量為nN2 750 X（1+1%）757.5 Kmol所以原料氣中 N2 的體積為 VN222.4Nm3/KmolX757.5 Kmol16968 Nm3根據(jù)原料氣中各氣體的體積比,則其它氣體的體積為VCO28.77：19.55XVN2 7611.73 Nm3VCO27.82：19.55XVN224145.77 Nm3VH243.45：19.55XVN237711.49 Nm3VO20.4：19.55XVN2347.17 Nm3則總氣體的體積V VN2 +V

43、CO2 +VCO +VH2 +VO216968Nm3+7611.73Nm3+24145.77Nm3+37711.49Nm3+347.17 Nm3 86784.16Nm3根據(jù)氣體方程，將0C、101.325KPa下的體積換算成125KPa、45C時的體積V0V0101.325X86784.16X273.15+45/125X273.15 m381936.57m3則進(jìn)入脫硫塔的氣體的流量為G81936.57m3/h3根據(jù)氣體中H2S的含量計算H2S的質(zhì)量入脫硫塔中 H2S 的質(zhì)量:m1711mg/m3X81936.57m3 58.26Kg根據(jù)設(shè)計要求，出塔氣體中H2S的含量為1.52mg/m3,取出

44、塔氣中H2S的含 量為 1.5 mg/m3,則塔的脫硫效率是 n (711-1.5)/711X100%99.8.%.由于原料氣中H2S的含量低，故在脫硫的過程中原料氣進(jìn)入脫硫塔和出脫硫 塔的體積流量視為不變，則出塔氣體的流量W081936.57m3/h所以出塔氣中 H2S 的質(zhì)量為 m2 1.5mg/m3X81936.57m3 0.123 Kg故在脫硫塔中吸收的H2S的質(zhì)量為G1 m1-m258.26-0.12358.137Kg4脫硫液循環(huán)量的計算取脫硫液中硫容量為S100g/m3，根據(jù)液氣比L/GC1-C2/S式中:C1為進(jìn)脫硫塔氣體中硫化氫的含量,g/m3C2為出脫硫塔氣體中硫化氫的含量,

45、g/m3S為硫容量,g/m3L為脫硫液的循環(huán)量,m3/hG為進(jìn)脫硫塔氣體的流量,m3/h則液氣比為 L/G0.711-0.0015/1000.0071脫硫液的循環(huán)量 L0.0071X81936.57581.75m3/h因脫硫液在循環(huán)中有損失及再生率為95%,取損失率為10%則液體的循環(huán)量為 LTL(1+10%)581.75X (1+10%)639.93m3/h5生成Na2S2O3消耗的H2S的質(zhì)量G2,Kg/h取Na2S2O3的生成率為H2S脫除量的8%,則G2 58.137X8% 4.65 Kg/h6 Na2S2O3 的生成量 G3,Kg/h2H2S Na2S2O3G3 G2MNa2S2O3

46、/2MH2S式中 MNa2S2O3 ?Na2S2O3 的分子量 MH2S ?H2S 的分子量 G3 4.65X158/(2X34) 10.8 Kg/h7理論硫回收量G4,Kg/hG4(G1-G2)X MS/MH2S式中MS ?硫的分子量G4(58.137-4.65)X 32/3450.34 Kg/h理論硫回收率，WG4/G1 W 50.34/58.137X 100%86.58%8生成Na2S2O3消耗的純堿量G5,Kg/hG5G3MNa2CO3/MNa2S2O3式中MNa2CO3?Na2CO3的分子量G510.8X106：1587.25Kg/h9硫泡沫生成量G6,Kg/m3G6G4/S1式中S

47、1?硫泡沫中硫含量,kg/m3,取S130kg/m3G650.34kg/h：30kg/m31.67m3/h10入熔硫釜硫膏量G7G4/S2式中S2?硫膏含硫量，取S298%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))G750.34：98%51.37Kg/h表4.3物料衡算表（以每小時計）：入脫硫塔氣體流量81936.57m3出脫硫塔氣體流量81936.57m3脫硫液循環(huán)量581.75m3 硫泡沫生成量1.67m3硫化氫吸收量58.137Kg 硫膏量51.37Kg消耗的純堿量7.25Kg硫代硫酸鈉生成量10.8Kg4.2熱量衡算（以0C為計算基準(zhǔn)）1基礎(chǔ)數(shù)據(jù)半水煤氣的平均式量 M28 X 19.55%+44 X 8.77%+2

48、8 X 27.82%+2 X43.45%+32X0.4%18.1kg/kmol半水煤氣的密度：PgPM / TR1.25X 18.1X 102/273.15+40X8.3140.869kg/m3半水煤氣的質(zhì)量流量 G0V0 P g 81936.57 X 0.869kg/h71202.88kg/h脫硫液密度計算用公式：P L1.0641-0.000446T（g/cm3）脫硫液入脫硫塔時的溫度T45C，則P 1.0641-0.000446X451.04403g/cm3104403kg/m3入脫硫塔脫硫液的質(zhì)量流量W581.75P 607364.45kg/h脫硫液出脫硫塔是的溫度T45C，則P 出

49、LP出脫硫塔脫硫液的質(zhì)量流量W出L5平均比熱容的計算根據(jù)比熱容的計算式Cpa+bT+cT2,J/mol?K將半水煤氣中的各組分的a、b、c值列于表中物質(zhì) CO H2 CO2 N2 O2a 26.537 26.88 26.75 27.32 28.17b/10-3 7.6831 4.347 42.258 6.226 6.297c/10-6 -1.172 -0.3265-14.25 -0.9502-0.7494表4例如在60C的比熱容：CO:Cp26.537+7.6831X 10-3X273.15+60-1.172X 10-6X273.15+60228.967KJ/kmol?KH2:CP26.88+4.347X 10-3X273.15+60-0.3265X 10-6X273.15+60228.292KJ/kmol?KCO2:CP26.75+42.258X 10-3X273.15+60-14.25X 10-6X273.15+60240.832KJ/kmol?KN2:CP27.32+6.226X 10-3X273.15+60-0.9502X 10-6X273.15+60229.289KJ/kmol?KO2:CP28.17+6.297X 10-3X273.15+60-0.7494X 10-6X273.15+60230.275K