干法脫硫氧化鋅脫硫

合成氨脫硫干法脫硫采用的是氧化鋅脫硫，針對(duì)的是處理天然氣經(jīng)過(guò)濕法后含硫量的還是超過(guò)了國(guó)標(biāo)后的處理方法，以達(dá)到國(guó)家生產(chǎn)含硫的標(biāo)準(zhǔn)。目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"基本原理31.1基本原理3\o"CurrentDocument"1.2氧化鋅脫硫劑3\o"CurrentDocument"1.3工藝條件5\o"CurrentDocument"合成氨工藝氧化鋅脫硫槽計(jì)算工段設(shè)計(jì)5\o"CurrentDocument"2.1脫硫劑的選擇6\o"CurrentDocument"2.2選擇條件7\o"CurrentDocument"3』脫硫劑填裝量的計(jì)算7\o"CurrentDocument"3.1填料層高度計(jì)算7\o"CurrentDocument"3.2床層壓降計(jì)算8\o"CurrentDocument"3.3器壁厚度計(jì)算8\o"CurrentDocument"3.4管口設(shè)計(jì)9\o"CurrentDocument"3.5封頭設(shè)計(jì)9\o"CurrentDocument"3.6物料衡算9\o"CurrentDocument"3.7熱量衡算10干法脫硫氧化鋅脫硫1.基本原理氧化鋅脫硫劑是以活性氧化鋅為主要成分、內(nèi)表面積較大、硫容較高的一種無(wú)機(jī)固體脫硫劑，不僅能快速脫除硫化氫，也能快速脫除除噻吩之外的有機(jī)硫。凈化后的氣體中總硫含量一般小于3X106,最低可達(dá)0.1X10.6以下，因此無(wú)論從工藝的合理性還是經(jīng)濟(jì)性考慮，氧化鋅脫硫法是原料氣精細(xì)脫硫的首選方法。1.1基本原理化鋅脫硫劑可直接脫除硫化氫和硫醇，反應(yīng)式為nZnO+H2STZnS+H2SAH——76.62kJ/molZRO+C2H5SHTZnS+C2H6+H2OAH——137.83kJ/tool對(duì)于硫氧化碳和二硫化碳等有機(jī)硫，則部分先轉(zhuǎn)化為硫化氫，然后再被氧化鋅吸收；部分有機(jī)硫可直接被氧化鋅吸收，反應(yīng)過(guò)程為CS2+4H2TCH4+2H2SCO2+H2TCO+H2SZnO+CO2TZnS+CO2AH——126.40Kj/molZnO+CS2T2ZnS+CO2AH——283.45kJ/mol氧化鋅脫硫劑對(duì)噻吩的轉(zhuǎn)化能力很弱，又不能直接吸收，因此單獨(dú)使用氧化鋅脫硫劑是不能把有機(jī)硫完全脫除的。氧化鋅脫硫的化學(xué)反應(yīng)速率很快，硫化物從脫硫劑外表面通過(guò)毛細(xì)也到達(dá)其內(nèi)表面，內(nèi)擴(kuò)散速度較慢，無(wú)疑是脫硫過(guò)程的控制步驟。因此氧化鋅脫硫劑粒度小，孔隙率大，有利于脫硫反應(yīng)的講行.同樣壓力高也有利于提高脫硫反應(yīng)速度和脫硫劑利用率。1.2氧化鋅脫硫劑氧化鋅脫硫劑是以氧化鋅為主體，約占95%左右，并添加少量氧化錳、氧化銅或氧化鎂為助劑。根據(jù)脫硫溫度的不同又可分高溫脫硫氧化鋅脫硫劑和常溫脫硫氧化鋅脫硫劑。T301型氧化鋅脫硫劑高溫型，其主要性能為堆密度為1?1.39/mL；強(qiáng)度N70N/cm；適宜溫度為200?400°C；出口氣體硫含量忍O.1X10—。LYT一310C常溫氧化鋅脫硫劑的使用條件為凈化體中H2S含量^100X10—6；壓力為常壓?8。0MPa；溫度為常溫?120C；氣空速為500?3000h-1；液空速l?5h叫；原料氣中氧含量應(yīng)不大于0.5%。在較長(zhǎng)時(shí)間里，采用氧化鋅法進(jìn)行精脫硫的最大障礙是氧化鋅脫硫溫度要求高。因?yàn)檠趸\對(duì)硫化氫的吸收即使在常溫下也很容易吸收.生成性質(zhì)穩(wěn)定的硫化鋅，但對(duì)有機(jī)硫的分解吸收卻需要較高的溫度（有機(jī)硫的分解溫度因其形態(tài)不同而不同，一般在200?400。C）。在聯(lián)醇生產(chǎn)中，要獲得如此之高的熱源用于加熱原料氣達(dá)到有機(jī)硫分解吸收的溫度是很難的，或者其能耗和成本會(huì)很大，因此氧化鋅法用于聯(lián)醇生產(chǎn)的精脫硫方面長(zhǎng)期得不到推廣的主要原因。中溫乃至常溫氧化鋅脫硫劑的問(wèn)世與常溫活性炭脫硫劑配套使用，即可達(dá)到節(jié)能降耗的目的。又能有效地脫除其中的有機(jī)硫化物，為聯(lián)醇生產(chǎn)精脫硫開辟了廣闊的前景。必須注意的是，常溫氧化鋅脫硫劑為一次性使用，吸收硫飽和后不能再生，但可用于金屬鋅的回收。在需用脫氯劑的條件下.脫硫塔應(yīng)放在脫氯塔之后，因氯化氫可與脫硫劑中已生成的ZnS反應(yīng)生成ZnCl2而放出H2S，導(dǎo)致脫硫效果的下降。常溫氧化鋅脫硫劑的硫容也隨反應(yīng)溫度的升高而增大，如T306氧化鋅脫硫劑在350C時(shí)，其穿透硫容達(dá)25%以上，在200C時(shí)其穿透硫容只有10%以上，因此，在有余熱可供利用的情況下盡量將原料氣溫度提高一些；此外當(dāng)原料氣中含適量的水汽時(shí)，其硫容量反而明顯增大，這一點(diǎn)與一般的高溫脫硫劑正好相反。氧化鋅脫硫劑一個(gè)顯著特點(diǎn)是裝填后無(wú)需還原，升溫后便可直接使用。T305型氧化鋅脫硫劑是一種適應(yīng)性較強(qiáng)的新型脫硫劑，具有較高的催化活性和較大的硫容量，并具有耐高水汽的特性。氧化鋅脫硫劑裝入設(shè)備后，先用氮?dú)庵脫Q至氧氣含量＜o(jì).5%，再用氮?dú)饣蛟蠚膺M(jìn)行升溫。升溫速率見表3-6。表3-6氧化鋅脫硫劑升溫步驟升溫范圍常溫?120C120C恒溫120?220C220C恒溫輕負(fù)荷生產(chǎn)升溫速度30?50C/h2h50C/hlh4h升壓速度恒溫過(guò)程即為升壓過(guò)程，升壓速度一般為0.5MPa/lOmin，直

全操作壓力。在溫度和壓力達(dá)到要求后先維持4h的輕負(fù)荷生產(chǎn)，然后再逐步轉(zhuǎn)入正常生產(chǎn)。目前國(guó)內(nèi)研制和生產(chǎn)的氧化鋅脫硫劑有數(shù)十種之多，其中適用于聯(lián)醇生產(chǎn)精脫硫的氧化鋅脫硫1.3工藝條件操作溫度脫除硫化氫時(shí)，操作溫度在200°C左右即可，脫除有機(jī)硫時(shí)，操作溫度必須在350?400。C。一般溫度升高，脫硫反應(yīng)速度加快，硫容量增加，但溫度高于400。C時(shí)，能耗顯著增大，脫硫能力反而隨之降低。因此工業(yè)生產(chǎn)中操作溫度一般為350?400C。操作壓力氧化鋅脫硫反應(yīng)屬于內(nèi)擴(kuò)散控制過(guò)程，因此提高壓力有利于加快反應(yīng)速率。在生產(chǎn)中實(shí)際操作壓力取決于原料氣的壓力和脫硫工序在聯(lián)醇工藝中部位，一般操作壓力為1.8?2.8MPa。硫容量硫容量是指單位質(zhì)量新的氧化鋅脫硫劑吸收硫的量。如15%的硫容量是指lOOkg新脫硫劑吸收15kg硫。硫容量與脫硫劑性能有關(guān)，也與操作條件有關(guān)，隨著操作溫度的降低而降低，隨著空速和水蒸氣流量增大而降低。(4)工藝流程工業(yè)上為了提高和充分利用硫容量，采用了雙床串聯(lián)倒換法，即總是將舊脫硫劑作為第一床，新脫硫劑為第二床，當(dāng)?shù)谝淮哺鼡Q新脫硫劑后，則改為第二床，將原來(lái)的第二床改為第一床操作。一般單床操作時(shí)，單位質(zhì)量氧化鋅脫硫劑的硫容僅為13%?18%，而采用雙床操作，第一床飽和質(zhì)量硫容可達(dá)25%，甚至更高。采用脫硫槽出槽氣體來(lái)預(yù)熱進(jìn)槽氣體，同時(shí)還設(shè)置了塔前加熱爐，可用高溫燃燒氣提供熱源。一方面供開車時(shí)加熱用，另一方面，當(dāng)脫硫槽出槽氣體不足以預(yù)熱進(jìn)槽氣體達(dá)到起始反應(yīng)溫度時(shí)，作為補(bǔ)充加熱之用。其工藝流程圖如圖3-9所示。2.合成氨工藝氧化鋅脫硫槽計(jì)算工段設(shè)計(jì)1=進(jìn)口原料總流量：161.3m3/h進(jìn)口原料組成：硫化氫進(jìn)口含量:C1=5.74mg/L出口含量:C2=0.2ppm操作壓力與溫度：p=28bar=2.8MpaT=370°C

2.1脫硫劑的選擇T305氧化鋅脫硫劑主要成分：活性ZnO添加促進(jìn)劑主要理化性能及技術(shù)指標(biāo)：2.合成氨工藝氧化鋅脫硫槽計(jì)算工段設(shè)計(jì)1=表11305型氧化鋅脫硫削物化性能及質(zhì)吊指標(biāo)fableIPJijsicocJianicalpropertiesof1305desulfurizationsoriieiit項(xiàng)目指標(biāo)外觀白或淡灰色條狀物粒度,mtn直徑封x4~15ZnO含倒>95徑向抗壓碎強(qiáng)度均值/N-cm"1>40色磨耗率，％W6穿透硫容，％>3OG5OV)t>20(220V)表2E30S型氧化鋅脫硫劑與國(guó)外同類產(chǎn)品性能lable2PropH*tiesof1305andotJierdeslfurizationsorbent脫硫劑（■英國(guó)）（美國(guó)）C（丹麥）D（德國(guó)）T3O5（中國(guó)）外觀白色球粒淡黃色條狀白色條狀淡黃色條狀白色或淡灰色條狀"miiun直徑何.04x4-8霞徑祗乂5?10育徑舛尺4~8直徑Mx4-10堆密度/kg-L"11.151.L5-L251.3-1.41.101.2-1.25役向抗壓破碎強(qiáng)度均M/N-cm-11U6CN/粒)>10>20>40>40比表面Jn??gT29307.023.7628孔容,廣0.370,300.270.250.40平均孔半徑Aim21.320.077.021.028.4ZnO舍量/%81.38099.96959535OV硫容27.610.2023.531,3表觀活化能/kJ-mor134.6922.9110.62二、反應(yīng)原理ZnO+H2S==ZnS+H2OAH=-76.62KJ/mol2.2選擇條件空速：500?3000h-1（氣）；0.5?3h-1（液）；溫度:200?400°C；壓力：1.8?2.8Mpa。由表2可以看出，T305型脫硫劑活性氧化鋅含量較高，C脫硫劑雖最高，但屬非活性氧化鋅，而且T305型脫硫劑比表面和孔容都較大，具有優(yōu)良的微孔結(jié)構(gòu)，加之較高的強(qiáng)度和硫容，綜合上述優(yōu)點(diǎn)，選T305為最優(yōu)脫硫劑。3.脫硫劑填裝量的計(jì)算=_*1——^s2t'x10-6RarsV/脫硫劑裝填量m3Vs0:原料氣體在標(biāo)況下的流量m3/hXs1:標(biāo)況下原料氣的平均含硫量mg/m3Xs2:標(biāo)況下凈化氣的平均含硫量mg/m3「脫硫劑周期ha：硫容30%rs：脫硫劑堆密度1200kg/L=VS0匕-七2）t成10-6=161.3x'740-200）x720x10-6=0.01787m3Rar30x12003.1填料層高度計(jì)算去床層速度為Ua=1.2m/s則床層截面積為V1613A=?==0.037m2RU1.2x3600=0.22mc'0.037=2xV3.14=0.22m吸收劑的床層高度H=匕=0.01787=0.483m氣0.037床層的空隙率為0.3,則實(shí)際的高度H=1.3X0.483=0.6279m每個(gè)塔的床層高度H=0.314m3.2床層壓降計(jì)算1一e~R~edruRe=m公式中：P為壓力Pafb為修正摩擦系數(shù)p為流體密度kg/m3u為空塔線速m/sd為吸收劑的顆粒直徑me為床層空隙率H為床層高度mM為流體的絕對(duì)粘度pa.sRe為雷諾數(shù)a、b系數(shù)采用ERGUN提出的數(shù)值，其中a=1.75b=150取u=1.2m/se=0.3p=0.7kg/m3p=2.32*10-5pa.sd=4mmRe=虹=144.83f=a+b(1—e)=2.47mRe=0.4874kpa3.3器壁厚度計(jì)算溫度為370°C操作壓力為2.8Mpa焊接方式采用雙面焊對(duì)接接頭，100%無(wú)損揮傷，焊接系數(shù)^=1根據(jù)化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)表8-8選用15CrMoR鋼板該溫度下的許用應(yīng)力Ot=118MpaC2=1.5mm（腐蝕裕量）PD2x回一3.72.8x2201仁+1.5=2x118x1-2.82.65mm取整為3mm校核：[a]t=ll8Mpa[a]s=295MpaP=p+0.l=2.8+0.l=2.9MaptP=l.l5p=l.l5X2.8=3.22Mapt,取較大值：P=3.22Mpa校核公式：ts=p—+dd-=淚2x。20+2.65)=54.76Mpa<0.8x295Mpa=236Mpat2d/2x2.65x2.47滿足強(qiáng)度要求，所以填料塔的塔徑為220mm，厚度為3mm，內(nèi)徑為2l7mm氣體分布板采用側(cè)縫式錐帽分布板3.4管口設(shè)計(jì)進(jìn)入管道的速度為u=30m/s：4xV

d=「*°V兀u:4x161.3\3.14x30x3600=0.0019m采用DN=2.0的壓力管口（根據(jù)GB/Tl057-l995）3?5封頭設(shè)計(jì)采用標(biāo)準(zhǔn)的橢圓形封頭，其厚度與塔身厚度一致為3mm，深度h=°=22°=55mm44查化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)表8-12得：直邊高度h=3mm-,0外徑為223m。取人孔2個(gè)，直徑大小為32mm（根據(jù)HG21515-95）。3?6物料衡算Z