第一講 硫的基礎(chǔ)知識(shí)

從天然氣中脫除的H?S

不能直接放入大氣中去，其原因有：污染環(huán)境對(duì)生產(chǎn)和利用都有不利影響生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)硫磺對(duì)環(huán)境保護(hù)要求的日益嚴(yán)格，出于環(huán)境保護(hù)的需要從H?S

生產(chǎn)硫磺的方法克勞斯

(Claus)

法

(以生產(chǎn)硫磺為目的)直接轉(zhuǎn)化法

(以脫除天然氣中的H?S

為目的)

(

如Lo-Cat

法)克勞斯法尾氣處理反應(yīng)是可逆反應(yīng)有其他硫損失等原因常規(guī)克勞斯法的硫收率只能達(dá)到92%-95%

(max97%)需配備尾氣處理裝置處理難獲經(jīng)濟(jì)效益，有非常顯著的的環(huán)境效益和社會(huì)效益第四章硫磺回收及尾氣處理國(guó)

家裝置規(guī)模/(t/d)<0.30.3～22～55～1010～2020～5050～20002000～10000美國(guó)得克薩斯州新建裝置焚燒96.097.5～98.598.5～99.899.8已建裝置焚燒96.096.0～98.598.5～99.899.899.8加拿大709096.398.5～98.899.8意大利959697.5德國(guó)979898.5日本99.9法國(guó)97.5荷蘭99.8英國(guó)98一、硫磺回收裝置尾氣SO?

排放標(biāo)準(zhǔn)(一)國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)表

4

-

1

一些國(guó)家對(duì)硫磺回收裝置硫收率的要求第

一

節(jié)

尾

氣S02

排

放

標(biāo)

準(zhǔn)

及

工

業(yè)

硫

磺

質(zhì)

量

指

標(biāo)%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))由表4-1可以看出：1.

一些國(guó)家尤其是美國(guó)根據(jù)裝置規(guī)模不同而有不同的硫收率要求，規(guī)模愈大要

求愈嚴(yán)；2.

各國(guó)從自身國(guó)情出發(fā)，其標(biāo)準(zhǔn)差別很大。例如，加拿大因地廣人稀故其標(biāo)準(zhǔn)

較美國(guó)要寬，而日本由于是人口密集島國(guó)，故其標(biāo)準(zhǔn)最嚴(yán)；3.

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，這些國(guó)家所要求的硫收率也在不斷提高。(二)我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)我國(guó)在2019年執(zhí)行的GB16297—2019

《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中對(duì)SO?的排放不僅有嚴(yán)格的總量控制(即最高允許排放速率),而且同時(shí)有非常嚴(yán)

格的SO,排放濃度控制(即最高允許排放濃度),見(jiàn)表4-2。最高允許排放濃度①/(mg/m3)排氣筒高度/m最高允許排放速率①/(kg/h)一

級(jí)二級(jí)三

級(jí)1200(960)151.63.0(2.6)4.1(3.5)202.65.1(4.3)7.7(6.6)308.817(15)26(22)401530(25)45(38)502345(39)69(58)603364(55)98(83)704791(77)140(120)8063120(110)190(160)9082160(130)240(200)100100200(170)310(270)①

括號(hào)外為對(duì)1997年1月1日前已建裝置要求，括號(hào)內(nèi)為對(duì)1997年1月1日起新建裝置要求。表

4

-

2

我國(guó)《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中對(duì)硫磺生產(chǎn)裝置

SO?

排放限值二、

硫的物理性質(zhì)與質(zhì)量指標(biāo)(一)硫的主要物理性質(zhì)硫的主要形態(tài)有四種：斜方晶硫：

由八原子環(huán)

(S?

環(huán))組成的結(jié)晶形式，由常溫直到95.6℃是處于穩(wěn)定形式的斜方晶硫，又稱正交晶硫或硫；單斜晶硫：

也由八原子環(huán)

(S&環(huán))組成的結(jié)晶形式，但排列方式和間距與斜方晶硫不同，斜方晶硫溫度超過(guò)95.6℃即可轉(zhuǎn)變?yōu)閱涡本Я颍址Qβ硫。

由95.6℃直到熔點(diǎn)為止，單斜晶硫是固硫的穩(wěn)定形式。無(wú)定性硫：

將液硫加熱到接近沸點(diǎn)時(shí)傾入冷水迅速冷卻得到的固硫，由于具有彈性，故又稱之為彈性硫。不溶硫：

不溶于CS?

的硫磺，也稱聚合硫、白硫或

硫，主要用作橡膠制品，特別是子午胎的硫化劑。硫磺的物理性質(zhì)見(jiàn)表4-3。項(xiàng)

目數(shù)

值項(xiàng)

目數(shù)

值原子體積/(mL/mol)正交晶單斜晶沸點(diǎn)(101.3kPa)/℃相對(duì)密度(d40)正交晶單斜晶著火溫度/℃1516.4444.62.071.96248～261折射率(n2)正交晶單斜晶臨界溫度/℃臨界壓力/MPa臨界密度/(g/cm3)臨界體積/(mL/g)1.9572.038104011.7540.4032.48表

4

-

3

硫磺的主要物理性質(zhì)(二)工業(yè)硫磺質(zhì)量指標(biāo)工業(yè)硫磺產(chǎn)品呈黃色或淡黃色，有塊狀、粉狀、粒狀及片狀。我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《工業(yè)硫磺》

(GB2449-1992)

中對(duì)工業(yè)硫磺的質(zhì)量指標(biāo)見(jiàn)表4-4。表中的優(yōu)等品已可滿足我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《食品添加劑硫磺》

(GB3150-2019)

的要求。表4-4

我國(guó)工業(yè)硫磺質(zhì)量指標(biāo)項(xiàng)

目硫(S)/%(≤)水分/%(≤)灰分/%(≤)酸度(以

H?SO?計(jì))/

%(≤)有機(jī)物/%(≤)砷(As)/%(≤)鐵(Fe)/%(≤)篩余物21%粒度大于150μm粒度為75150μm優(yōu)等品99.902.0/0.10③0.030.0030.030.00010.003無(wú)0.5一等品99.502.0/0.5030.100.0050.300.010.005無(wú)1.0合格品99.002.0/1.00③0.200.020.800.053.04.0①表中的質(zhì)量指標(biāo)均為質(zhì)量分?jǐn)?shù)；②篩余物指標(biāo)僅用于粉狀硫磺；③固體硫磺、液體硫磺第二節(jié)

克勞斯法硫磺回收原理與工藝一

、克勞斯法反應(yīng)與平衡轉(zhuǎn)化率(

一

)

克

勞

斯

法

反

應(yīng)克勞斯法是將H?S的氧化分為兩個(gè)階段：①熱反應(yīng)段或燃燒反應(yīng)段，即在反應(yīng)爐(也稱燃燒爐)中將1/3體積的H?S燃燒生成S0,,

并放出大量熱量，酸氣中的烴類也全部在此階段燃燒；②催化反應(yīng)段或催化轉(zhuǎn)化段，即將熱反應(yīng)段中燃燒生成的S0,與酸氣中其余2/3體積的H,S在催化劑上反應(yīng)生成元素硫，放出的熱量較少。反應(yīng)段

△H(298K)=-518.9kJ/mol

(4-2)催化反應(yīng)段

△H(298K)=-96.

1kJ/mol

(4-3)總反應(yīng)

：

△H(298K)=-615.0kJ/mol

(4-4)

式中

Kp——

氣相克勞斯反應(yīng)(4-3)在某一給定溫度下的平衡常數(shù)；p;——反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)體系中i組分(即Sr、H?O、H?S

及

SO?)

的分壓，kPa

(絕)或atm

(絕);π——體系總壓，

kPa

(絕)或atm

(絕)。(二)克勞斯法平衡轉(zhuǎn)化率Mp以反應(yīng)(4-3)為例，該反應(yīng)是可逆反應(yīng)，低壓下此氣相反應(yīng)的平衡常數(shù)kp可表示為由H?S轉(zhuǎn)化為硫的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系圖可知：①平衡轉(zhuǎn)化率在550℃時(shí)出現(xiàn)最低點(diǎn)右側(cè)-火焰反應(yīng)區(qū)(熱反應(yīng)區(qū))

T個(gè)

n<70%左側(cè)

-

催化反應(yīng)區(qū)

T個(gè)η個(gè)②

T

和P對(duì)H?Sη

影響可用不同形態(tài)硫分子來(lái)解釋?；鹧娣磻?yīng)區(qū)，S?

,吸熱，個(gè)TPJ

有利于反應(yīng)進(jìn)行。催化反應(yīng)區(qū)，

S?

和Sg,

放熱，n↓T

|P個(gè)有利于反

應(yīng)進(jìn)行。圖4

-

3

H?S

轉(zhuǎn)化為硫的平衡轉(zhuǎn)化率\o轉(zhuǎn)化率/9溫度/℃③隨反應(yīng)溫度降低，反應(yīng)速度變慢。須cat

加速反應(yīng)，低溫達(dá)到高軒

七率。④熱反應(yīng)區(qū)的反應(yīng)爐和催化反應(yīng)區(qū)各級(jí)轉(zhuǎn)化器出口過(guò)程氣中含有雜質(zhì)，硫分壓降低

有利于反應(yīng)進(jìn)行，且硫蒸氣易冷凝，在反應(yīng)爐和各級(jí)轉(zhuǎn)化器后設(shè)置硫冷凝器，將反

應(yīng)生成的元素硫分離出來(lái)，以提高平衡轉(zhuǎn)化率。分出硫蒸氣也可相應(yīng)降低下一級(jí)轉(zhuǎn)

化器出口過(guò)程氣的硫露點(diǎn)，使下一級(jí)轉(zhuǎn)化器可在更低溫度下操作。⑤雖然在催化反應(yīng)區(qū)中溫度較低對(duì)反應(yīng)有利，為有較高的反應(yīng)速度，并確保過(guò)程氣

的溫度高于硫露點(diǎn)，過(guò)程氣在進(jìn)入各級(jí)轉(zhuǎn)化器之前必須進(jìn)行再熱。⑥氧氣用量過(guò)剩并不能增加轉(zhuǎn)化率(多余的氧將和H?S反應(yīng)生成SO?,

非元素硫)。但

提高空氣O?

含量(富氧空氣)和酸氣中的H?S

含量則有利于增加轉(zhuǎn)化率。這已在富

氧克勞斯法(COPE

法)等中得到應(yīng)用。還含有N?

、CO?

、H?O、H?

以及未反應(yīng)的H?S

和SO?

、COS、CS?

等硫化物(a)直流法

(b)分流法

(c)硫循環(huán)法

(d)

直接氧化法圖

4

-

4

克勞斯法主要工藝原理流程圖二、

克勞斯法工藝流程、設(shè)備和影響硫收率的因素(一)工藝流程酸氣中H?S體積分?jǐn)?shù)/%55～10030～55①15～3010~155~10<5推薦的工藝流程直流法預(yù)熱酸氣及空氣的直流法，或非常規(guī)分流法分流法預(yù)熱酸氣及空氣的分流法摻入燃料氣的分流法，或硫循環(huán)法直接氧化法表

4

-

7

各種克勞斯法工藝流程安排①

文獻(xiàn)[3]認(rèn)為大于50%即可采用直流法。1.直流法①反應(yīng)爐內(nèi)H?S轉(zhuǎn)化率一般可達(dá)60%～70%;②原料氣中的H?S

含量應(yīng)大于50%其原因是應(yīng)保證酸氣與空氣燃燒的反

應(yīng)熱足以維持反應(yīng)爐內(nèi)溫度不低于980℃;③設(shè)置了三級(jí)或四級(jí)催化反應(yīng)器，其主要目的是：

a.由轉(zhuǎn)化器出來(lái)的過(guò)

程氣溫度應(yīng)高于其硫露點(diǎn)溫度，以防

液硫凝結(jié)在催化劑上而使之失去活性；

b較低的溫度可獲得較高的轉(zhuǎn)化率。鍋爐上水分液罐冷凝器空

氣鼓風(fēng)機(jī)熱鍋爐

上

水鍋爐上水尾氣冷凝器低壓獲汽

低壓燕汽

低壓燕汽余熱鍋爐反應(yīng)爐

高壓蒸汽液

硫液硫泵圖

4

-

5

直流法三級(jí)硫磺回收工藝流程圖鍋爐上水

冷凝器鍋爐上水

冷凝器轉(zhuǎn)化器

轉(zhuǎn)化器酸性氣體鍋爐」

水再熱器再熱器液硫槽再熱器轉(zhuǎn)化器2.分流法當(dāng)H?S含量15～30%時(shí)，用直流法難以使反應(yīng)爐內(nèi)燃燒穩(wěn)定，應(yīng)用分流法。常規(guī)分流法的特點(diǎn)是將原料氣(酸氣)分為兩股，其中1/3原料氣與按照化學(xué)計(jì)量配給的空氣進(jìn)入反應(yīng)爐內(nèi)，使原料氣中H2S及全部烴類、硫醇燃燒，

H?S按反應(yīng)

(4-2)生成SO?

,

然后與剩余原料氣混合進(jìn)入催化轉(zhuǎn)化段。因此，常規(guī)分流法中生

成的元素硫完全是在催化反應(yīng)段中獲得的。當(dāng)原料氣H?S含量在30～55%,采用直流法則反應(yīng)爐內(nèi)火焰難以穩(wěn)定，采用常規(guī)分流法將1/3的H?S燃燒生成SO?

時(shí)，爐溫又過(guò)高使?fàn)t壁耐火材料難以適應(yīng)?？?/p>

采用非常規(guī)分流法，即將進(jìn)入反應(yīng)爐的原料氣量提高至1/3以上來(lái)控制爐溫。以

后的工藝流程則與直流法相同。非常規(guī)分流法會(huì)在反應(yīng)爐內(nèi)生成一部分元素硫。

一方面可減輕催化轉(zhuǎn)化器的反應(yīng)負(fù)荷，另一方面也因硫蒸氣進(jìn)入轉(zhuǎn)化器而對(duì)轉(zhuǎn)化率帶來(lái)不利影響，但其總硫

收率高于常規(guī)分流法。因進(jìn)反應(yīng)爐酸氣帶入的烴類增多，故供風(fēng)量比常規(guī)分流法

要多。由于分流法中有部分原料氣不經(jīng)過(guò)反應(yīng)爐即進(jìn)入催化反應(yīng)段，當(dāng)原料氣中

含有重?zé)N尤其是芳香烴時(shí)，會(huì)在催化劑上結(jié)焦，影響催化劑的活性和壽命，并使

硫磺顏色欠佳甚至變黑。3.硫循環(huán)法H?S=5～10%

用。將部分硫產(chǎn)品噴入反應(yīng)爐燃燒生成SO2→維持爐溫。由于已有多種處理低H,S含量酸氣的方法，此法已很少采用。4.直接氧化法(克勞斯法原型工藝的新發(fā)展)當(dāng)原料氣中H,S<5%

用直接氧化法。按照所用cat不同分為兩類。①將H?S選擇性催化氧化為元素硫，反應(yīng)不可逆，在克勞斯法尾氣處理領(lǐng)域獲得了很好應(yīng)用。②將H?S催化氧化為S及SO?,

后為常規(guī)克勞斯催化反應(yīng)段。有美國(guó)UOP

公司和Parsons公司開(kāi)發(fā)的Selectox工藝。4.直接氧化法(1)Selectox

工藝有一次通過(guò)和循環(huán)法兩種。H?S含量<5%時(shí)可采用一次通過(guò)法，H?S

含量>5%時(shí)為控制過(guò)程氣出口溫度不高于371℃,則需將過(guò)程氣進(jìn)行循環(huán)。預(yù)熱酸氣與空氣一起進(jìn)入裝有Selectox

cat的氧化段反應(yīng)，硫收率約80%,后去克勞斯催化反應(yīng)段進(jìn)一步反

應(yīng)，再經(jīng)Seleotox

催化劑催化焚燒后

放空。

Selectox

催化劑系SiO?-Al?O?

。

可將H?S氧化為硫或SO?

,

但不氧化烴類、

氫和氨等化合物，具有良好的穩(wěn)定性。

芳香烴可在其上裂解結(jié)炭，故要求酸氣

中芳香烴含量小于1000ml/m3。由于Selectox

催化氧化段內(nèi)同時(shí)存在H?S直接氧化和H?S與S0?

反應(yīng)，故其轉(zhuǎn)化率高于克勞斯法平衡轉(zhuǎn)化率。圖

4

-

6

Selectox

循環(huán)工藝流程示意圖(2)Clinsulf-D0

工藝(選擇性催化氧化工藝)核心設(shè)備是內(nèi)冷管式催化反應(yīng)器，內(nèi)裝Ti02基Cat。H?S與02在Cat床層上反應(yīng)生產(chǎn)硫，不發(fā)生H?

、CO及低碳烷烴氧化反應(yīng)。原料氣范圍為500～50000m3/h,

并對(duì)原

料氣中的H?S含量無(wú)下限要求，

H?S允許含量為1～20%。

Clinsulf-DO工藝既可用于

加氫尾氣的直接氧化，又可用于低H,S含量酸氣的硫磺回收。長(zhǎng)慶氣區(qū)第1天然氣凈化廠脫硫脫碳裝置酸氣H?S含量低(1.3～3.4%),

CO?

含量高(90~95%),無(wú)法采用常規(guī)克勞斯法處理，故選用Clinsulf-DO法硫磺回收裝置。原

料氣來(lái)自脫硫脫碳裝置的酸氣，處理量(10～27)×10m3/d,

溫度34℃,壓力39.5kPa。表4-8

長(zhǎng)慶第一天然氣凈化廠酸氣組成組

分C?H?H?SCO?H?O合計(jì)CO?/H?S組成/%(體積分?jǐn)?shù))0.951.5692.894.60100.0059.541冷凝水回汽包825794冷凝水回汽包空

氣圖

4

-

7

長(zhǎng)慶第一天然氣凈化廠硫磺回收工藝流程圖1—酸氣分離器；2—羅茨鼓風(fēng)機(jī)；3一空氣預(yù)熱器；4一酸氣預(yù)熱器；5—反應(yīng)器；6—汽包；7一硫冷凝器；8—蒸汽冷凝器；9—硫分離器酸氣中壓蒸汽

來(lái)自鍋爐至尾氣焚燒爐燃燒至硫磺成型設(shè)備鍋爐給水63該裝置包括硫磺回收(主要設(shè)備為Clinsulf

反應(yīng)器、硫冷凝器、硫分離器和文丘里洗滌器)、硫磺成型和包裝、硫磺倉(cāng)庫(kù)以及相應(yīng)的配套設(shè)施。酸氣經(jīng)氣液分離、預(yù)熱至約200℃,與加熱至約200℃的空氣進(jìn)人管道混合器充分混合后，進(jìn)入Clinsulf反應(yīng)器。酸氣和空氣混合物在反應(yīng)器上部絕熱反應(yīng)段反

應(yīng)，反應(yīng)熱加熱反應(yīng)氣體，以使反應(yīng)快速進(jìn)行。充分反應(yīng)后的氣體進(jìn)入反應(yīng)器下部

等溫反應(yīng)段，通過(guò)冷卻管內(nèi)的冷卻水將溫度控制在硫露點(diǎn)以上，既防止了硫在催化

劑床層上冷凝，又促使反應(yīng)向生成硫磺的方向進(jìn)行。離開(kāi)反應(yīng)器的反應(yīng)氣體直接進(jìn)人硫冷凝器冷卻成為液硫后去硫分離器，分出的液硫至硫磺成型、包裝設(shè)備成為硫磺產(chǎn)品。從硫分離器頂部排出的尾氣，其中的H?S和SO?

含量已滿足國(guó)家現(xiàn)行環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，可經(jīng)煙囪直接排放，但由于其含少量硫蒸氣，長(zhǎng)期生產(chǎn)會(huì)導(dǎo)致固體石磺在煙囪中積累和堵塞，故進(jìn)入脫硫脫碳裝置配套的酸

氣焚燒爐中經(jīng)焚燒后排放。(二)主要設(shè)備及操作條件(以直流法為例)直流法硫磺回收裝置的主要設(shè)備有：反應(yīng)爐、余熱鍋爐、轉(zhuǎn)化器、硫冷凝器、再熱器等，其作用和特點(diǎn)如下：1.反應(yīng)爐(又稱燃燒爐，是克勞斯裝置中最重要的設(shè)備)(1)反應(yīng)爐的主要作用是：①

使原料氣中1/3體積的H2S氧化為S02;②

使原料氣中烴類、硫醇氧化為CO2等惰性組分。(2)反應(yīng)爐形式①

外置式(與余熱鍋爐分開(kāi)設(shè)置),硫磺回收規(guī)模超過(guò)30t/d

比較適用②

內(nèi)置式(與余熱鍋爐組合為一體)(3)正常爐溫(980~1370℃),(4)反應(yīng)物流在爐內(nèi)的停留時(shí)間一般至少為0.5s2.余熱鍋爐(余熱鍋爐舊稱廢熱鍋爐)作用有二：①

回收熱量以產(chǎn)生高壓蒸汽。蒸汽的壓力通常是1.0～3.5MPa;②

降低過(guò)程氣溫度。使過(guò)程氣的溫度降至下游設(shè)備所要求的溫度。3.轉(zhuǎn)化器作用有二：①

是使過(guò)程氣中的H?S與SO?在其催化劑床層上繼續(xù)反應(yīng)生成元素硫；②

使過(guò)程氣中的COS和CS?等有機(jī)化合物水解為H?S與CO?。4.

硫冷凝器作用：

①將反應(yīng)生成的硫蒸氣冷凝除去；

②回收過(guò)程氣的熱量。5.

再熱器作用：①使進(jìn)入轉(zhuǎn)化器的過(guò)程氣在反應(yīng)時(shí)有較高的反應(yīng)速度；

②

確保過(guò)程氣的溫度高于硫露點(diǎn)。過(guò)程氣進(jìn)入轉(zhuǎn)化器的溫度可按下述要求確定：①

比預(yù)計(jì)的出口硫露點(diǎn)高14～17℃;②盡可能低，以使H?S轉(zhuǎn)化率最高，但也應(yīng)高到反應(yīng)速度令人滿意；

③對(duì)一級(jí)轉(zhuǎn)化器溫度應(yīng)高到足以使

COS和CS,充分水解生成H?S和CO?。No.1

冷凝器No.1

轉(zhuǎn)化器酸性氣體No.1

轉(zhuǎn)化器空

氣

鍋

爐No.2

冷凝器No.2

再熱器No.3

冷凝器熱爐余應(yīng)及反蒸汽No.1

轉(zhuǎn)化器蒸汽No.2

轉(zhuǎn)化器空

氣

反應(yīng)爐及

余熱鍋爐No.2

轉(zhuǎn)化器No.3

冷凝器(2)直接再熱法

(3)間接再熱法圖

4

-

8

各

種

再

熱

方

法No.2

冷凝器換熱器

2)No.2

轉(zhuǎn)化器No.1

再熱器反應(yīng)爐及余熱鍋爐酸性氣體尾

氣尾

氣

No.3

冷凝器尾氣(1)熱氣體旁通法空氣No.2

冷凝器換熱器

1No.1

冷凝器No.1

冷凝器酸性氣體6.

焚燒爐(灼燒爐)由于H?S

毒性很大不允許放空，故克勞斯裝置的尾氣即使已經(jīng)過(guò)處理也必須焚燒后將其中的H,S

等轉(zhuǎn)化為S0,再排放。尾氣焚燒有熱焚燒和催化焚燒兩類，熱

焚燒較廣。由于尾氣中含有的可燃物，如H?S、COS、CS?

、H?

和元素硫含量太低(一般總計(jì)不超過(guò)3%),故必須在高溫下焚燒，以使硫和硫化物轉(zhuǎn)化成S0,。

熱焚燒是在氧

過(guò)量(通常為20～100%)的條件下進(jìn)行的，焚燒溫度達(dá)到480～815℃。絕大多

數(shù)焚燒爐是在負(fù)壓下自然引風(fēng)操作。焚燒尾氣的大量熱量可通過(guò)將蒸汽過(guò)熱或產(chǎn)

生0.35～3.10MPa

的飽和蒸汽等措施加以回收。在回收余熱時(shí)，應(yīng)注意此時(shí)燃燒

氣出口溫度較低，故必須充分考慮煙囪高度。另外，回收余熱的焚燒爐通常采用

強(qiáng)制通風(fēng)在正壓下操作。催化焚燒可以減少焚燒爐的燃料氣用量，即先將尾氣加熱到316～427℃,然后與一定量的空氣混合后進(jìn)人催化劑床層。催化焚燒采用強(qiáng)制通風(fēng)，在正壓下操

作。(5)重釜器

甘醇脫水裝置是通過(guò)控制重沸器溫度以獲得所需的貧甘醇濃度。溫度越高，

則再生后的貧甘醇濃度越大。例如，當(dāng)重沸器

溫度為204℃時(shí)，貧三甘醇的濃度為99.1%。如

果要求的貧甘醇濃度更高，就要采用汽提法、共沸法或負(fù)壓法。由右圖可知，在相同溫度下離開(kāi)重沸器的貧甘醇濃度比常壓(0.

1MPa)

下沸點(diǎn)曲線估計(jì)

值高，這是因?yàn)楦蚀既芤涸谥胤衅髦性偕鷷r(shí)還

有溶解在其中的烴類解吸與汽提作用。圖

4

-

4

重沸器溫度對(duì)貧甘醇濃度的影響貧

T

E

G

溶

液

質(zhì)

量

分

數(shù)

,

%重沸器的溫度，℃優(yōu)良的設(shè)計(jì)方案和合適的工藝參數(shù)是保證甘醇脫水裝置安全可靠運(yùn)行的關(guān)鍵，吸收和再生系統(tǒng)主要設(shè)備的主要工藝參數(shù)如下。(1)吸收塔吸收塔的脫水負(fù)荷和效果取決于原料氣的流量、溫度、壓力和貧甘醇的濃度、溫度及循環(huán)流率。①

原料氣流量

吸收塔的塔板通常均在低液氣比的"吹液"區(qū)操作，如果原料氣量過(guò)大，將會(huì)使塔板上的"吹液"現(xiàn)象更加惡化，這對(duì)吸收塔的操作極為不利。但

是，對(duì)于填料塔來(lái)講，由于液體以潤(rùn)濕膜的形式流過(guò)填料表面，因而不受"吹液"現(xiàn)

象的影響。②

原料氣溫度、壓力

由于原料氣量遠(yuǎn)大于甘醇溶液量，所以吸收塔內(nèi)的吸收溫度近似等于原料氣溫度。吸收溫度一般在15～48℃,最好在27～38℃。溫度低于15℃甘醇溶液粘度增加，更易起泡；溫度大于48℃,增加裝置脫水負(fù)荷，脫水效果差。3.

工藝參數(shù)的選擇③貧甘醇進(jìn)吸收塔的溫度和濃度由圖可知，當(dāng)吸收溫度一定時(shí)，隨著貧甘醇濃度增加，出塔干氣的平衡露點(diǎn)顯著下降；

吸收溫度降低，出塔干氣的平衡露點(diǎn)也下降，

但將使甘醇粘度增加，起泡增多。預(yù)測(cè)的平衡露點(diǎn)比實(shí)際露點(diǎn)低，其差值與甘醇循環(huán)流率、理論塔板數(shù)有關(guān)，

一般為6~

11℃。

貧甘醇進(jìn)吸收塔的溫度應(yīng)比塔內(nèi)氣體

溫度高3～8℃,主要是防止分重?zé)N冷凝，使溶液起泡，但甘醇進(jìn)塔溫度過(guò)高，甘醇汽化損失和出塔干氣露點(diǎn)就會(huì)增加很多。吸收塔操作溫度，℃圖

4

-

5

吸

收

塔

溫

度

、

進(jìn)

塔

TEG

貧

液

濃

度

和出塔干氣平衡露點(diǎn)關(guān)系平衡時(shí)水的露點(diǎn)溫度，℃④甘醇循環(huán)流率原料氣在吸收塔中獲得的露點(diǎn)降隨著貧甘醇濃度、甘醇循環(huán)流率和吸收塔塔板數(shù)(或填料高度)的增加而增加。因此，選擇甘醇循環(huán)流率

時(shí)必須考慮貧甘醇進(jìn)吸收塔時(shí)的濃度、塔板數(shù)(或填料高度)和所要求

的露點(diǎn)降。甘醇循環(huán)流率通常用每吸收原料氣中1kg水分所需的甘醇體積量

(m3)來(lái)表示。三甘醇循環(huán)流率一般選用0.02～0.03

m3/kg水，也有人推薦為

0.015～0.04

m3/kg水。如低于0.012

m3/kg水，就難以使氣體與甘醇保持

良好的接觸。當(dāng)采用二甘醇時(shí)，其循環(huán)流率一般為0.04～0.10m3/kg水。(2)再生塔甘醇溶液的再生深度主要取決于重沸器的溫度，如果需要更高的貧甘醇濃度則應(yīng)采用汽提法等。通常采用控制精餾柱頂部溫度的方法可使柱頂放空

的甘醇損失減少至最低值。①重沸器溫度

離開(kāi)重沸器的貧甘醇濃度與重沸器的溫度和壓力有關(guān)。由于重沸器一般均在接近常壓下操作，所以貧甘醇濃度只是隨著重沸器溫度

增加而增加。三甘醇和二甘醇的理論熱分解溫度分布為206.7℃和164.4℃,

故其重沸器內(nèi)的溫度分別不應(yīng)超過(guò)204℃和162℃。②汽提氣當(dāng)采用汽提法再生時(shí)，可用圖3-9估算汽提氣量。如果汽提氣

直接通入重沸器中，貧三甘醇濃度

可達(dá)99.6%。如果采用貧液汽提柱，

在重沸器和緩沖罐之間的溢流管

(高約0.6～1.2

m)

充填有填料，汽提氣從貧液汽提柱下面通入，與從重沸器來(lái)的貧甘醇逆向流動(dòng)，充

分接觸，不僅可使汽提氣量減少，

而且還使貧甘醇濃度高達(dá)99.9%。圖

3

-

9

汽提氣量對(duì)三甘醇濃度的影響汽提氣/(m3

氣體/m3TEG)TEG質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%③精餾柱溫度柱頂溫度可通過(guò)調(diào)節(jié)柱頂回流量使其保持在99℃左右。柱頂溫度低于93℃時(shí)，由于水蒸氣冷凝量過(guò)多，會(huì)在柱內(nèi)產(chǎn)生液泛，甚至將液體從柱頂吹出；柱頂溫度

超過(guò)104℃時(shí)，甘醇蒸氣會(huì)從柱頂排出。如果采用汽提法，柱頂溫度可降至88℃。部位原料氣

進(jìn)吸收塔貧甘醇進(jìn)吸收塔富甘醇進(jìn)閃蒸罐富甘醇進(jìn)過(guò)濾器富甘醇進(jìn)精餾柱精餾柱頂部重沸器貧甘醇進(jìn)泵溫

度27～383高于氣體3～838～93(宜選65)38～93(宜選65)93～149(宜選149)99(有汽提氣時(shí)為88)177～204

(宜選193)<93(宜選<82)表3-4

三甘醇脫水裝置操作溫度推薦值

℃二、

甘醇脫水工藝計(jì)算進(jìn)行甘醇脫水工藝計(jì)算時(shí)，首先需要知道以下數(shù)據(jù)：①原料氣流量，

m3/h;②原料氣進(jìn)吸收塔的溫度，℃;③吸收塔壓力，

MPa;④原料氣組成及酸性組分

(H?S、CO?)

含量；⑤要求的露點(diǎn)降，或干氣離開(kāi)吸收塔的露點(diǎn)。(

一)吸收塔吸收塔的工藝計(jì)算主要包括：①塔板(填料)型式及塔板數(shù)；②三甘醇溶液循環(huán)量；③塔徑1.

吸收塔脫水量式

中qw一吸收塔的脫水量，kg/h;W一進(jìn)料氣水含量，kg/10m3;W

一干氣含水量kg/10'm3;q一進(jìn)料氣量，103m3/d。2.貧甘醇進(jìn)塔的濃度由要求的干氣的含水量，查右圖得到干氣露點(diǎn)，將此露點(diǎn)值減少

3～6℃,查右圖得到貧三甘醇的濃

度。吸收塔操作溫度，℃圖

4

-

5

吸收塔溫度、進(jìn)塔

TEG

貧液濃度和出塔干氣平衡露點(diǎn)關(guān)系平衡時(shí)水的露點(diǎn)溫度，℃3.原料氣在吸收塔中的脫水率原料氣在吸收塔中的脫水深度也可用其脫水率表示，其定義為S(XVN)XYN)式中：

——原料氣進(jìn)吸收塔時(shí)的水含量，

;—

—

干氣離開(kāi)吸收塔時(shí)的水含量，

。不同吸收塔理論板數(shù)時(shí)，貧甘醇濃度、甘醇循環(huán)流率和脫水率的關(guān)系見(jiàn)教材圖3-11至圖3-15。當(dāng)原料氣所要求的露點(diǎn)降、吸收塔溫度、壓力等參數(shù)已知

時(shí)，可由圖3-11至圖3-15選擇合適的貧甘醇濃度、甘醇循環(huán)流率和吸收塔塔板

數(shù)或填料高度。1.00質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%

99.999.50.95H99.068.50.900.850.800.010.0150.020.0250.030.0350.040.0450.050.0550.060.065三甘醇循環(huán)流率/

(m3

三甘醇/kg水)圖3

-

13

不同濃度三甘醇循環(huán)流率與脫水率關(guān)系圖(N=2)人

(用一"時(shí))F當(dāng)采用規(guī)整填料時(shí)，也可由F、值來(lái)確定甘醇吸收塔的直徑，即F=v.√P?F、值一般在3.0～3.7。式

中

v-

允許空塔氣速，A-

甘

醇

在

操

作

條

件

度

密

：P-

氣

體

在

操

作

條

件

度

下

梅

密K一

經(jīng)

驗(yàn)

常

敗

右

表

。4.

吸收塔的直徑先由以下公式求出允許空塔速度，再根據(jù)進(jìn)料氣體流量求出塔徑。板間距，mmK值5000.0436000.0497500.052V?=A(a-p)/pP?5.

閃蒸分離器的計(jì)算閃蒸分離器的尺寸可椐停留時(shí)間來(lái)確定，即V=qit/609L=L9w式中

V-

閃蒸分離器的沉降積，

m3;q

一甘醇溶液循環(huán)量m3/h;t

一停留時(shí)間mim

。對(duì)兩相分離器，t=5～10min;對(duì)三相分離器t=20～30min。L

一甘醇循環(huán)量即每吸收kg

水所需甘醇溶液量，m3/kg

水；9w一吸收塔的脫水量kg/h。(二)再生塔1.精餾柱富甘醇再生過(guò)程實(shí)質(zhì)上是甘醇和水兩組分混合物的蒸餾過(guò)程。甘醇和水的沸點(diǎn)差別很大，又不生成共沸物，故較易分離。因此，精餾柱的理論板數(shù)一般為3

塊，即底部重沸器、填料段和頂部回流冷凝器各1塊。富甘醇中吸收的水分由精

餾柱頂排放大氣，再生后的貧甘醇由重沸器流出。精餾柱一般選用不銹鋼填料，其直徑可根據(jù)柱內(nèi)操作條件下的氣速和噴淋密度計(jì)算，也可按下式來(lái)估算式中

0——精餾柱直徑，

mm;L——

甘醇循環(huán)流率，

m3/kg水；—

—

吸收塔的脫水量，

kg/h。重沸器的熱負(fù)荷Q

可由下式計(jì)算QR=Lr9wQc式中

QR——

重沸器的熱負(fù)荷，

kJ/h;Qc——

循環(huán)1m3

甘醇所需的熱量，

kJ/m3。也可根據(jù)脫水量由下述經(jīng)驗(yàn)公式估算Qx=2171+275L式中

Q——

脫除1kg

水分所需的重沸器熱負(fù)荷，

kJ/kg

水；L?——

甘醇循環(huán)流率，

L/kg。其它符號(hào)意義同上。由公式(3-9)計(jì)算的結(jié)果通常比實(shí)際值偏高。2.

重沸器(3-8)(3-9)三、

提高貧甘醇濃度的方法除最常用的汽提法、負(fù)壓法外，目前還有一些可提高甘醇濃度的專利方法如下。1.DRIZO

法DRIZO法即共沸法，見(jiàn)圖3-16所示