设计版4创新点说明书

1、50000Nm³/h 煤制氢废气深度脱硫及化利用-创新点说明-2017 年“东华科技陕鼓杯”第十一届大学生化工设计竞赛50000Nm3/h 煤制氢废气深度脱硫及化利用项目设计创新性说明书参赛学校：石油化工学院参赛团队：Chemical Man参赛队员：、吴秉权、指导：/完成时间：2017.3-2017.7250000Nm³/h 煤制氢废气深度脱硫及化利用-创新点说明-目录深度脱硫技术1采用 Claus+LT-Scot 组合工艺脱硫11.11.2废气脱硫及化利用31.3碳排放减少4反应技术创新5脱硫剂（CT8-26）的应用52.1复合型Claus 段燃烧炉采用富氧空气72.2

2、分离技术创新93.1急流线形规整波纹填料的应用9膜喷射无返混塔板（MP）在再生3.2的应用12工艺创新144.1增加汽提塔，最大限度减少废水排放量144.2CO2 冷凝提纯段多级压缩冷凝工艺创新 .15过程节能技术创新175.1换热集成优化175.2采用新型多热泵精馏系统195.3余热锅炉的应用21新型过程应用技术创新226.1新型制硫燃烧炉衬里结构的应用226.2新型吸收塔除雾器的应用266.3输送系统的创新286.4换热结构创新30系统的创新337.1精确反应炉进空气量337.2APC 和 DCS系统的应用34350000Nm³/h 煤制氢废气深度脱硫及化利用-创新点说明-环境保

3、护技术的创新348.1 废气处理.348.1.1 工艺废气处理 .358.2 废水处理.358.2.1脱硫废水处理 .368.2.2含油污水处理 .378.3 废固处理.398.3.1制硫催化剂和抗氧保护制硫催化剂 .398.3.2加氢催化剂废固处理 .408.3.3活性炭废固处理 .438.4噪声防治.46参考文献47450000Nm3/h 煤制氢尾气深度脱硫及化利用-创新点说明深度脱硫技术1.1 采用Claus+LT-Scot 组合工艺脱硫本项目为处理 50000Nm3/h 煤制氢尾气深度脱硫项目，我们主要选取了煤制氢废气脱硫常用几种工艺并进行综合对比如下：表 1.1-1 煤制氢废气脱硫工

4、艺投资对比表表 1.1-2 煤制氢废气脱硫工艺对比表1项目双碱法氨法离子液吸收法Claus+LT-Scot 法脱硫 率， 高硫煤适应性副产物防腐三废排放应用业绩90%95%98%99.4%差差好好脱硫石膏硫酸铵度 SO2 或硫酸少量含硫化合物以及CO2，N2防腐要求相对较高防腐要求高防腐要求很高防腐要求较高少量废水排出大量废水排出少量废水排出无废水，无废气，催化剂定期更换少量使用，技术成熟有业绩，可进一步优化目前十余套装置业绩，可进一步优化国内外都有使用，技术成熟项目双碱法氨法离子液吸收法Claus+LT-Scot 法投资成本运行费用占地面积投资回收期 建厂规模略高，200250 元较高，30

5、0400 元投资，119. 3 万较高/kW/kW元/kt,高高低低运行成本相对较低偏大费适中，造价昂贵，但运投资费用较高，行成本运行成本相对较相对较低运行成本低高偏大适中偏大长长较长较长大中型中小型中小型大中型硫酸厂50000Nm3/h 煤制氢尾气深度脱硫及化利用-创新点说明表1.1-3 煤制氢废气脱硫工艺采用吸收剂对比表通过表 1.1-1，表1.1-2，表 1.1-3 的综合对比，我们最终决定采取的脱硫工艺为Claus+LT-Scot 组合工艺。本项目厂址选在茂名工业园区，主要处理的废气来自茂名的煤制氢车间。下图为废气的组成表：表 1.1-4 处理前尾气组成2组成 kmoL/h原料气流量

6、m³/hH286.29Ar0.00CO127.59CO223808.40N23436.14H2S22421.52COS41.68CH3OH78.38合计50000.00Claus+LT-Scot氨法脱硫双碱法脱硫离子溶液脱硫选用的吸收剂组成吸收能力吸收温 度（） 吸收液PH液气比l/m3 吸收方式吸收剂利用率腐蚀性CT8-26氨水NaOH、Ca(OH)2离子液92%8%添加剂20%的氨水溶液石灰粉（纯度85%，90%过 200 目）钠碱粉（纯度90%）以有机阳离子、无机阴离子为主,添加少量活化剂、抗氧化剂和缓蚀剂高较高高极强4045427050701051109.015.56.512

7、93-4452345气-液气-液气-液气-液高较高高高无低无无50000Nm3/h 煤制氢尾气深度脱硫及化利用-创新点说明表 1.1-5 处理后尾气组成小结：经过处理，本项目工艺流程最终排放尾气 SO2 浓度为 28mg/m3，根据最新的石油化学工业污染物排放标准GB31571-2015 大气污染物排放标准，特殊地区的二氧化硫排放浓度不得超过 50mg/m3，所以本项目工艺尾气处理达标。1.2 废气脱硫及化利用本项目为处理 50000Nm3/h 煤制氢含硫废气并化利用的生产项目，经过深度脱硫工艺，为硫磺，生成的硫磺可以作为下游生产硫酸的原料，另外可以作为橡胶制品的添加剂，所产硫磺主要销往东南亚

8、，有较好的市场利用价值。在处理废气的同时，变废为宝，实现废气的化利用。下表项目硫磺的相关指标：表 1.2-1 本项目硫磺指标小结：本项目通过采用 Claus+LT-Scot 组合工艺，年产 18 万吨硫磺的项目带来了较好的效益，变废为宝，完全符合的“可持续发展”战略。3项目产量 万吨/年纯度，%净万元/年硫磺1899.98%19800项目尾气炉尾气温度/kpa质量流量 /（kg/hr） 体积流量/（m3/hr） Mass Flow /（kg/hr） SO2CO2 N2 H2OO2700100168180.5449714.15.05330764.261110002792.812320050000

9、Nm3/h 煤制氢尾气深度脱硫及化利用-创新点说明1.3 碳排放减少本项目 LT-Scot 尾气处理单元经过再生塔排出的尾气主要组成为 CO2，N2，根据物的流量为 24857kg/h，在原处理工艺中是将尾气中的处理料衡算表得到尾气中达标后直接排空，但 CO2 作为温室气体会加剧温室效益，按照每年开工 8000 小时换算，排放量达到了 19.9 万吨/年。在环保方面不符合每年的“超低排放”的理念。现将再生塔含碳尾气在经过脱硫，脱水和低温提纯工艺等工艺后，将尾气中的 CO2制成纯度为 99.99%的食品级液态。下表项目的指标。表 1.3-1 本项目技术指标小结：本项目通过增加脱碳单元一方面减少了

10、大量 CO2 温室气体对大气的影响，另一方面变废为宝，年产 14 万吨/a 食品级液态 CO2 也项目带来了每年 1.12 亿的效益，符合可持续发展的科学理念。4项目原工艺新工艺改进程度再生塔 CO2 排放量 万吨/年净万元/年19.95.9-14198003100050000Nm3/h 煤制氢尾气深度脱硫及化利用-创新点说明反应技术创新脱硫剂（CT8-26）的应用2.1 复合型在本项目的 LT-Scot 单元的吸收，需要采用吸收剂来吸收酸性气中的 H2S 工业中常用的硫化氢气体吸收剂为甲基二乙醇胺（）溶液，但在本项目中的吸收，原料气的 CO2/H2S 比值要高于常规值。这种条件下且抗发泡性能

11、也较差。水溶液的脱硫选择性能较差，CT8-26 是西南油气田天然气将溶液改进后的硫化氢吸收剂。下表是脱硫剂（CT8-26）理化性质的比较。CT8-26 主要有以纯脱硫剂与复合型下特点:(1) CT8-26 水溶液有更好的脱硫选择性，在相同操作条件下，虽然 CO2 吸收率比水溶液低 5%，但酸气中 H2S 浓度有明显大幅度提高。(2) 随着脱硫选择性的，溶液对 CO2 的吸收量降低，所需再生蒸气量减少，过程能耗进一步降低。(3)CT8-26 新型选择性脱硫溶剂再生比水溶液容易，贫液 H2S、CO2 含量更低，新型选择性脱硫溶剂使用方便，如果装置原使用醇胺溶液脱硫，无需改动，可直接使用。与 CT8

12、-26 性质对比表 2.1-15项目原溶液CT8-26对比是否含添加剂CO2 共吸率抗发泡能力平均腐蚀速率无有-%23.0414-9.04%较小大mm/a0.02810.0221-0.00650000Nm3/h 煤制氢尾气深度脱硫及化利用-创新点说明与 CT8-26 性能对比表 2.1-2CT8-26优点：高适用浓度、高酸气负荷、低脱硫选择性、抗发泡能力；化学无化学降解和热降解，无需溶剂碱性理；性好，处腐蚀、抗降解能力强、高脱硫选择性、低能耗；缺点：碱性弱，与 CO2 反应速度较慢，在低压下容易出现净化器 H2S 含量超标性能特点腐蚀性小；添加剂的使用，使其再生比水溶液更容易，贫液 H2S、C

13、02 含量更低表 2.1-3 采用 CT8-26 配方型溶剂后改进效果由上表对比可知，当吸收塔采用 CT8-26 新型吸收剂后，原料气中的硫化氢含量大大降低，且再生阶段的能耗从 160GcaL/h 降至 132.77GcaL/h，大大降低了生产能耗：并且吸收塔尾气中硫化氢出口质量浓度从 43mgm-3 降至 25 mgm-3，也大大降低了后续尾气段的气消耗，减少了项目的生产成本。6项目水溶液CT8-26改进效果溶液循环量/t·h-1溶液质量分数，%820777-433030吸收前 H2S/（kg/h）吸收后 H2S/（kg/h）485448541500.01084+416再生能耗/（

14、GcaL/h）吸收塔尾气中 H2S 质量浓度/mg·m-3160.0132.7727.234325-1850000Nm3/h 煤制氢尾气深度脱硫及化利用-创新点说明2.2 Claus 段燃烧炉采用富氧空气本项目Claus 单元的燃烧炉需要氧气来把H2S 反应为 SO2，原工艺方案采用鼓入空气，但以这种燃烧方式助燃空气仅有 21%的氧气参与燃烧过程，而空气中将近 79%的氮气不但不帮助燃烧，反而吸收了大量的燃烧反应放出的热量，并作为烟气排出炉体，造成燃料的很大浪费。下图为燃烧炉中氧气浓度与装置处理量的图，结论如下:图 2.2-1 氧气浓度度与装置处理量图在采用一定量的富氧后，对于 H2

15、S 含量越高的酸性气，生产能力就越强。在生产能力确定的情况下，氧气浓度越高，燃烧炉的燃烧效率就越好。表 2.2-1 富氧工艺优缺点分析7项目富氧工艺备注优点缺点降低过程气量、提高效率和装置生产能力进入系统的氮气量相对减少，节约大量能耗增加 H2S 在燃烧炉内直接转化成硫的转化率通过高温来来增加 H2S 的含量有利于降低过程气中有机硫的含量通过高温来减少 COS，CS2 的含量节约投资至少减少一半总投资节约 35%以上炉内的温度可达到 1650°C 甚至更高，超过目前所使用的耐火材料所能够承受的极限现有解决主要有：分段燃烧法多级燃烧嘴法急冷火焰法50000Nm3/h 煤制氢尾气深度脱硫

16、及化利用-创新点说明经过综合分析，虽然富氧空气的价格略高于空气，但考虑到本项目的处理综合能耗以及相对投资，我们决定采用氧气浓度为 39%的富氧空气代替空气作为燃烧原料，这样不仅减少了相对总投资，也大幅度提高装置处理能力。另外制硫装置投入运行后负荷处于设计上线，采用富氧空气后能够以最大限度提高单套硫磺装置负荷同时降低能耗。下表过 Aspen Plus 流程模拟分别对采用空气和富氧空气燃烧的结果分析。表 2.2-2 改进前后结果小结：可以从上表看到，Claus 燃烧炉在采用富氧空气燃烧后，气（天然气）的消耗量从 1432kg/h 减少到了 742kg/h，按照天然气购入价格 2820 元/吨计算，

17、每年可以减少天然气成本 1556.6 万元。大大减少了生产成本。另外由于燃烧效率的提高，废热锅炉的冷却水量也减少了 6994kg/h，达到了节能环保的目的。考虑到富氧空气的成本，本项目中采用从厂区外购入工业氧气并与空气按比例混合鼓入生产区（混合后氧气浓度为 39%，其余为氮气）作为燃烧器的助燃空气，可以起到节约能源、提高加热质量、环境的良好效果。8类型空气燃烧富氧（39%）燃烧改进结果消耗量，kg/h 废热锅炉冷却水量，kg/h1432742-6904345036156-6994相对投资费用，%10060减少30%-35%总硫转化率，%85.3288.69+3.37相对出料率，%100110+

18、1050000Nm3/h 煤制氢尾气深度脱硫及化利用-创新点说明分离技术创新3.1 急流线形规整波纹填料的应用本项目急工作原理是将高温酸性气从急塔底通入，从塔顶喷入急冷水，装填陶瓷散堆填料。经液对流实现酸性气降温效果。在现代工业的处理酸性气的填料，为了避免酸性气的腐蚀，大都采用耐酸碱性能好的陶瓷散堆填料。传统的填料塔基本上都采用散堆填料，但是由于散堆填料呈无序的堆积，在运行过程中散堆填料之间相互撞击或摩擦产生的大量粉末，堵塞填料空隙，造成空气阻力降较大，特别是运行一段时间后，阻力降继续慢慢升高，影响装置的生产能力。采用散堆填料的填料塔，压降一般都在 2KPa 左右，有的甚至更高，对装置的生产能

19、力造成很大影响。下图为原填料塔采用的陶瓷散堆填料实物图：图 3.1-1 原填料塔采用陶瓷散堆填料实物图经过文献查找及对比分析我们发现萍乡市车田工业瓷厂研发的 S 流线型规整波纹填料具有比表面积大、压降低的特点，能有效解决急压降高的，适用于新装置采用和老装置提能改造。950000Nm3/h 煤制氢尾气深度脱硫及化利用-创新点说明一.流线型规整波纹填料特点流线型规整波纹填料具有以下特点：一是填料上端和下端的通道垂直设置，并与倾斜状的通道圆滑过渡连接，当介质流经填料时，能垂直地从上到下进行，方向发生变化，阻力小，更畅通，分而更均匀，从而可提燥效果；二是该填料在干燥呈有序堆积，填料之间相互撞击或摩擦，

20、填料之间的空隙不容易堵塞，填料孔隙率大，因而可大大降低了阻力，提高介质速度，减少阻力降，可延长干燥塔运行周期，降低运行成本。图 3.1-2 流线型规整波纹填料实物图流线型规整波纹填料与普通规整波纹填料、散堆填料相比，具有比表面积大、压降低的特点，其性能参数如下：表 3.1-1 填料效率对比表（体积传质系数 Kxa， ）：10液体喷淋密度m³/.h 100L/h（12.74m3/m2/h）200L/h（25.48m3/m2/h）300L/h（38.22m3/m2/h）F 因子流线型规整普通规整波纹填料波纹填料1.72375838311.923876无法操作1.53442456761.7

21、25287无法操作1.537763无法操作50000Nm3/h 煤制氢尾气深度脱硫及化利用-创新点说明表 3.1-2 塔压降对比表（mm 水柱/米填料）：从以上数据对比可以看出，流线形填料相对于普通填料具有较低的降，说明这种填料可以在较高的气液负荷下运行。当液量是 200L/h 和 300L/h 时候，普通规整波纹填料的极限动能因子 FV 为 1.15-1.34 之间，流线形规整波纹填料的极限动能因子FV 为 1.51.92。在较高的气液负荷下（FV>1.5），流线形填料因降比较小，可正常操作，并表现出了较好的传质性能，降低了能源的损耗，提高了企业和的效益。另外填料使用可达 10 年以上

22、，且每年检修无须掏出，无须添加填料。二、改造后的效益分析小结：改造后急冷水泵流量下降 11.7m3/h，节约了电耗。以本工艺 5 万 Nm3/h 酸性气的处理量考虑，按年运行 8000 小时计算，可减少急冷水流量为：8000h×11.7m3/h=9.36万 m3×1.0（水密度，g/m3）=9.36 万吨。仅此一给企业带来可观的效益，并且改造后，填料塔压降大大降低，能使装置产能和性有一定提升。考虑到流线型规整波纹填料的优良性能，我们决定在LT-Scot 单元的吸收塔也采用同种塔板，一定程度上也可以提高吸收塔工作的提高装置产能。性，11项目改造前改造后改进结果喷淋量 m3/h

23、塔板压降 Pa2614.3-11.74000900-3100液体喷淋密度m³/.h 100L/（12.74m3/m2/h）200L/h（25.48m3/m2/h）300L/h（38.22m3/m2/h）F 因子流线型规整普通规整波纹填料波纹填料1.7247741.92621601.5353621.72681481.1528641.534824050000Nm3/h 煤制氢尾气深度脱硫及化利用-创新点说明3.2 膜喷射无返混塔板（MP）在再生的应用一、LT-Scot 单元中再生塔属于加热汽提塔，胺液在蒸汽加热的情况下蒸发反应分解， 酸性气体从胺液中分解出来，达到再生的目的。原工艺中再生

24、塔采用的是传统浮阀塔板，其实物图如下图所示：图 3.2-1 再生塔原浮阀塔板但是随着运行时间的增加，再生塔出现了拦液及带液现象，使得塔板效率及整塔效率均大幅降低，导致一系列的产生：富胺液再生效果变差，即再生后的贫胺液不达标，进而直接影响脱硫效果及脱硫指标。胺液被夹带到气体中，进入后续工段，既加大了胺液的损耗，又影响了后部硫磺装置的操作。塔底再沸器蒸汽消耗加大，能耗增加。处理能力及生产能力受限。可能的，决定将原浮阀塔板全部更换为膜喷射无返混塔板。二.改造方案这些将原有浮阀塔板全部更换，采用市创举科技提供的新型膜喷射无返混塔板（MP），膜喷射无返混塔板通过液膜喷射、V 型分离等技术，新型塔板具有以

25、下几点特点：1250000Nm3/h 煤制氢尾气深度脱硫及化利用-创新点说明（1）无返混、无浓度梯度（2）高传质效率（3）阻力降低（4）抗堵性强（5）适用范围广图 3.2-2 新型膜喷射无返混塔板实体图三、改造结果表 3.2-1 新型塔板应用状况小结：通过采用新型膜喷射无返混塔板（MP），装置的处理量增加了 30t/h，大大提高了生产能力。另外单板压降也降至 440Pa，提高了生产性和安全性，单单蒸汽消耗就减少 13.5t/h（低于设计值），按每年开工 8000 小时计算，每年可以减少蒸汽消耗 10.8 万吨蒸汽，大大降低了生产成本。考虑到膜喷射无返混塔板的优良性能，本项目的汽提塔和提纯塔也都

26、采用该种塔板，这样一定程度上提高了装置性和处理量，从而提高了装置产能。13项目传统浮阀塔板新型膜喷射无返混塔板改进结果处理量压降单板压降贫液含硫质量浓度蒸汽消耗胺液质量分数t/h210240+30k Pa157100-57Pa520440-80g/L51.6-3.4t/h3016.5-13.5%3440+650000Nm3/h 煤制氢尾气深度脱硫及化利用-创新点说明工艺创新4.1 增加汽提塔，最大限度减少废水排放量在 LT-Scot 单元的急产生大量废水，其中含酸性水由于不能直接排放，常用工艺需要进入单元，运行费用昂贵，操作难度大。在本项目中经过分析决定在急后增加汽提单元，将 LT-Scot

27、单元急酸性废水提浓。汽提单元极大的减少了废水的排放量。产生的表4.1-1 汽提塔物料平衡表14ITEMINOUT温度/kpa气相分率Q-INQ-PROQ-G1Q-L19595116.939124.73652001801802300010质量流量 kg/hr体积流量 m3/hr20900.5614533.8816158.0919276.3521.7422215.1262715969.2420.52917Mass Flowkg/hr-H2S1.8878354.35E+006.2707382.55E-20COH20.4470950.8293731.2764681.47E-232.53E-071.62

28、E-082.70E-072.16E-27CO2N25.178064.1736989.4136664.71E-260.0904973.61E-030.094113.00E-26H2OO220892.8714524.4416141.0319276.358.46E-085.59E-099.02E-086.80E-25H3O+2.29E-022.10E-0204.09E-04HS-0.0108650.01896703.54E-26HCO3-0.0533120.0325204.58E-1750000Nm3/h 煤制氢尾气深度脱硫及化利用-创新点说明小结：对于本项目而言，污水处理费平均为 5.0 元/吨(

29、COD<500)，对于处理量20900kg/h 的汽提塔，每年至少节省运行成本 83.6 万，大大降低了运行成本。同时对生产过程中产生的废气和废水循环利用，减少了废气和废水的排放量，积极响应关于节能减排的产业政策。有显著的效益。4.2 CO2 冷凝提纯段多级压缩冷凝工艺创新在脱碳单元原料气经过干燥塔来达到干燥除水的效果，再经过压缩机和冷凝器来使原料气液化，原工艺采用的是直接用压缩机将原料气从常温常压加压至 3.5MPa，然后经过冷凝器用液氨降温至-25来得到液态的。但在设计过程中发现压缩机出口原料气的温度高达 507.8，这对压缩机，间连接管道以及预冷器的耐高温性能要求非常高，而且在原料

30、气的冷凝液化过程中液氨的用量也较高。经过工艺对比，我们决定采用多级压缩多级冷凝的工艺，将第一个压缩机出口设为 1.4MPa，再经过预冷器换热降温，再用第二个压缩机将原料气加压至3.5MPa，最后再用液氨冷凝降温至-25。其 Aspen 模拟流程图分别。图 4.2-1 改进前液化装置15CO3-6.91E-083.20E-0806.42E-2650000Nm3/h 煤制氢尾气深度脱硫及化利用-创新点说明图 4.2-2 改进后分离提纯装置表 4.2-1 原工艺与多级压缩多级冷凝工艺比较由上表数据可得，采用新的多级压缩多级冷凝工艺虽然上较原工艺多增加了一个压缩机，但新工艺中两个压缩机的总能耗却大幅度

31、降低了，压缩机总能耗从4.5075MW 降低到 3.6439MW，按年开工 8000 小时计算，每年可节省电能消耗6908800kW·h，可节省年投资 518 万。另外经过第一个压缩机的出口温度大大降低，这对压缩机，预冷器以及间连接管道的耐高温要求大大降低，从而降低了总费。最主要的冷凝器所消耗的液氨量也明显降低，大大降低了食品级的生产成本。16项目原液化工艺多级压缩冷凝工艺改进效果压缩机出口温度/°C507.8147-360.8压缩机能耗/MW 液氨消耗量 kg/hr4.50753.6439-0.867562028140-47480总能耗成本元/吨 CO2264193-71

32、50000Nm3/h 煤制氢尾气深度脱硫及化利用-创新点说明过程节能技术创新5.1 换热集成优化对于我们这套处理量为 50000Nm3/h 煤制氢含硫废气的生产装置，工艺流程比较复杂，运行成本较高。我们通过换热流程的设计和换热的优化尽可能的进行内部热量的集成和最大化利用。在设计换热时，需要考虑工艺流股换热的可能性，最好还要将费用等因素也考虑进去，以便获得最为合理的换热。我们选取换热优化前与换热优化后进行比较。设计方案如图5.1-1 和图5.1-2所示：图 5.1-1 优化前换热表 5.1-1 优化前换热成本指标一览表17Cost index% of TargetHeatingCost/s Co

33、olingCost/s OperatingCost/s CapitalCostTotal CostCost/s0.4021166.44.678×10-326.540.4069156.75.808×10672.040.4662136.350000Nm3/h 煤制氢尾气深度脱硫及化利用-创新点说明图 5.1-2 优化前换热表 5.1-2 优化后换热成本指标一览表表 5.1-3 优化前后换热性能对比18优化前优化后改进结果HeatingkJ/h CoolingkJ/h Number of Units Number of Shells Total Aream2Total CostC

34、ost/s167.0119.9-47.1207.2131.9-75.362.96103.740.7434.3226.04-8.2888.0946.18-41.910.46620.3362-0.13Cost index% of TargetHeatingCost/s CoolingCost/s OperatingCost/s CapitalCostTotal CostCost/s0.2898119.91.193×10-266.370.3017116.23.377×10641.880.336298.3250000Nm3/h 煤制氢尾气深度脱硫及化利用-创新点说明优化后，总的换热

35、面积减少了 41.91m2，小结：通过以上数据对比可以看出，换热另外总投资减少了（0.4662-0.3362）/0.4462=27.9%，节能效果显著。虽然换热单元数有增加，但是减少的公用工程总费远大于增加的总费，因此该换热优化达到了节能降耗的目的。5.2 采用新型多热泵精馏系统热泵装置是一种利用少量位机械能，将低温位热能的温度提高到更高水平的有用能的装置。获得热泵的基本方式是机械压缩。热泵精馏是依据热力学第二定律给系统加入一定的机械功，将温度较低的塔顶蒸汽加压升温作为高温釜的热源。因为回收的潜热用于过程本身，又省去了塔顶冷凝器，冷却能耗和塔釜加热能耗，可使精馏的能耗明显降低。设计过程中 T4

36、02 低温精馏符合使用热泵的条件。釜温度 0.95、塔顶温度-42.25，顶底温差不大，如下图所示，常压恒沸精馏塔热泵精馏是以塔顶采出气体作为工质的热泵精馏，精馏顶气体与塔底采出的釜液换热，冷凝放热使釜液再沸，冷凝液经节流阀减压降温后，一部分作为出料，另一部分作为精馏顶的回流。热泵精馏取消了塔顶冷凝器，以塔底再沸器代替，这实际上是用一个换热器兼作塔顶冷凝器和塔底再沸器。图 5.2-1 常规精馏塔模拟1950000Nm3/h 煤制氢尾气深度脱硫及化利用-创新点说明图 5.2-2 热泵精馏示意图表 5.2-1 常规精馏与热泵精馏模拟结果对比小结：与单塔精馏相比，塔顶蒸汽直接压缩式热泵精馏可节省热耗

37、：1-0.6181×3.29/2.0848=2.46%与单塔精馏相比，可节省冷耗 1-0.3708/2.6802=86.17%。，优化后换热耗，减小生产成本的同时达到了节能环保的目的。大大减小了冷20序号项目常规精馏顶蒸汽直接压缩式热泵改进效果1塔顶采出/(kmoL/h)487.0921541.1758+54.0923塔顶冷凝器热负荷/MW-2.6802/塔釜再沸器热负荷/MW2.0848/45辅助冷凝器热负荷/MW/-0.3708辅助负荷/MW/0618150000Nm3/h 煤制氢尾气深度脱硫及化利用-创新点说明5.3 余热锅炉的应用一般工艺上的燃烧反应炉的出口尾气可高达 110

38、0，这股热量属于位能量，为了能够更好的将其回收利用，本项目决定通过使用余热锅炉将其回收利用，并转化为中压蒸汽通过蒸汽应用到各个耗能单元中，从而使整个项目达到节能减耗的效果。图 5.3-1 余热锅炉使用示意图通过余热锅炉的使用后，本项目的优化效果表如下：表 5.3-1 优化后效果表21项目使用余热锅炉前使用余热锅炉后效果对比回收中压蒸气回收能量t/h03.6+3.6MW02.73+2.7350000Nm3/h 煤制氢尾气深度脱硫及化利用-创新点说明新型过程应用技术创新6.1 新型制硫燃烧炉衬里结构的应用一.Claus 单元制硫燃烧炉是硫磺回收装置的之一，该反应炉条件比较苛刻。由于制硫燃烧炉炉膛内

39、正常操作温度为 1100，实际生产中燃烧器周边炉膛温度达1400以上，并随轴向方向降低。在燃烧器周边流速很大，最高流速可达 lOm/s 以上， 对周边的耐火衬里具有很大的冲刷力。长时间工作会将炉体部分烧穿。图 6.1-1 制硫燃烧炉示意图2250000Nm3/h 煤制氢尾气深度脱硫及化利用-创新点说明二.原工艺制硫炉衬里结构:图 6.1-2 原工艺制硫炉衬里结构图表 6.1-1 原燃烧炉衬里材料一览表：原制硫燃烧炉前锥段外壁易出现不同程度的超温现象，导致炉体前锥段耐火衬里部分脱落，致使炉壁温度过烧穿。这一对其结构进行改造。23段最外层中间层最内层材料厚度材料（mm）厚度材料（mm）厚度（mm）

40、轻质漂珠浇注料高铝制浇80注料刚玉质高强耐火烧73注料100前锥段 工作段轻质漂珠浇注料高铝制浇80注料刚玉质高强耐火烧150注料150轻质漂珠浇注料高铝制浇80注料150刚玉砖14550000Nm3/h 煤制氢尾气深度脱硫及化利用-创新点说明三.改造后制硫炉衬里结构：图 6.1-3 改造后制硫炉衬里结构表6.1-2 新型制硫燃烧炉衬里结构24段最外层中间层最内层材料厚度材料（mm）厚度（mm）材料厚度（mm）轻质耐火浇注料高铝制浇注80料异形耐火73砖100前锥段 工作段轻质耐火浇注料高铝制浇注80料异形耐火150砖150轻质耐火浇注料高铝制浇注80料150刚玉砖14550000Nm3/h

41、煤制氢尾气深度脱硫及化利用-创新点说明表6.1-3 改造前后衬里结构对比小结：Claus 燃烧炉的前锥段通过采用新型耐火衬里材料后，在正常工作条件下设备大大增加，生产过程也更加。大大减少了维修停工的几率，提高了生产效率。所以我们采用新型耐火衬里复合结构的制硫燃烧炉。25项目原工艺制硫燃烧炉改进后制硫燃烧炉适用范围特点发展期望适用于炉径较小（小于 3400mm） 的炉体，抗热震能力强、耐磨损、耐腐蚀、机械强度高；对于炉体炉径过大（大于 3400mm）的炉体，抗热震能力下降，尤其是炉体前锥段异型部位易脱落适用范围较广，抗热震能力强、耐腐蚀、整体性强1.机械强度高、耐腐蚀、抗冲蚀能力强1、耐腐蚀性强

42、、抗剥落性强、整体性强2.由于砖缝，耐火胶泥品质差，收缩缝，容易穿透炉衬2.综合隔热性能强、热震性好3.炉衬整体性差，如果炉顶单块砖脱落， 会造成顶部大面积塌陷，尤其是锥段异型部位3.施工简便、工期较短，但施工质量及烘炉要求高4.维修难度大，施工工期较长4.可快速升温5.异型砖及施工难度大5.易于修补6.对设计、施工及材料要求较高6.特别适合温度剧变的炉顶或异型部位7.砖与浇注料结合不紧密7.两种浇注料结合紧密耐火品质以及隔热层浇注料材质的收缩系数，使其余耐火砖膨胀系数接近进一步复合材料品质，增强其耐磨损、耐冲蚀能力50000Nm3/h 煤制氢尾气深度脱硫及化利用-创新点说明6.2 新型吸收塔

43、除雾器的应用烟气在通过 LT-Scot 装置的吸收塔时，要通过的除雾器来脱除净烟气中的液沫和雾滴，如果液滴除雾全，或运行时吸收塔液面不好，由于重力影响，导致在吸收塔上部附着，造成堵塞无法正常运行。通过比较不同类型除雾器特点，来选取适合本工艺的除雾器来提高吸收塔工作效率，增加效益。脱硫吸收塔常用除雾器从除雾塔板布置形式上，可分为平板式和屋脊式两种。屋脊式除雾器设计流速大，经波纹板碰撞下来的雾滴可集中流下，减轻产生烟气夹现象，除雾面积也比水平式大，因此除雾效率高，出口排放的液滴浓度低于常规浓度标准。图 6.2-1 屋脊式除雾器布置示意图2650000Nm3/h 煤制氢尾气深度脱硫及化利用-创新点说

44、明图 6.2-2 平板式除雾器实物布置图表6.2-1 吸收塔除雾器对比表27除雾器类型平板式折流板屋脊式折流板极限雾滴粒径：m极限流速：m/s32155.57.5适用条件常温低流速烟气高温低流速烟气特点结构特点除雾面积大， 费用低一半结构简单除雾效率较好抗拉伸强度一般除雾面积更大整体刚度大 冲洗效果好 维修费用较低除雾效率高抗拉伸强度高，每平米荷载可达500KG除雾效果不足应用市场出口烟气中的雾滴浓度低于100mg/Nm3出口烟气中的雾滴浓度低于75mg/Nm3除雾效率不高不易不适用于高浓度烟气除雾（不易清洗）广泛应用于烟气脱硫除雾广泛应用于烟气脱硫除雾50000Nm3/h 煤制氢尾气深度脱硫

45、及化利用-创新点说明小结：通过综合对比，屋脊式除雾器除了价格较贵外，其他性能要优越的多，我们决定在吸收用除雾效果相对好的屋脊式除雾器来代替原来的平板式除雾器。在采用屋脊式除雾器后，除雾效率大大提高。另外屋脊式除雾器节省了空间体积，降低了吸收塔的高度。输送系统的创新6.3在本项目的 Claus 单元三级硫冷凝器出口气体中的气态硫磺，进入液硫分离器后，大量单质硫磺不能充分分离脱除，接着随工艺气进入急，与温度较低的急冷水接触后，一方面尾气温度降低，所含的气态硫磺冷凝下来，成为固体，粘结在急塔板上，堵塞，造成急压差上升。另一方面，硫回收尾气在管道输送过程中温度不断下降，气态硫磺会冷却为液态，当温度低于

46、硫磺熔点 119时，就会凝固，在管道和阀门处越积越多，造成堵塞。造成了很大部分的损失。为了避免这种情况，只有将管道中的硫蒸汽保持在 119以上，即另外加一条伴热管来防止液流凝固。可以将 Claus 热反应的余热进行再次利用，保持恒定加热蒸汽(0.4MPa，130)加热。另外减小输送管道的长度，就近回收液流以及固态硫，减少由于长距离造成的温度损失。通过查阅相关文献，本项目伴热管安装采用外伴热形式，具体如下图所示：50000Nm3/h 煤制氢尾气深度脱硫及化利用-创新点说明图6.3-1 外伴热管示意图图6.3-2 蒸汽伴热系统安装示意图图 6.3-3 加设伴热管道后仪表流程图小结：通过加设伴热管后

47、，硫冷凝器避免了硫磺堵塞管道和阀门的现象，另外外伴热管钢材用量很少，整体投资低，施工安装简单，为了尽可能减少投资成本，采用的加热介质为工艺自产的低压蒸汽。在输送液硫的过程中大大减小了硫冷凝过程的损失。2950000Nm3/h 煤制氢尾气深度脱硫及化利用-创新点说明6.4 换热结构创新本项目原采用的换热器均为管壳式换热器，在实际生产中发现有的管壳式换热器换热效率不高，且占地面积较大，经过对比分析，我们决定采用一种新型的箱型管壳式换热器，该管壳式换热器不仅可以实现多流程纯逆流的设计，而且能提高低温差无相变液体间的换热效果。它综合了管式和板式换热器的特点，具有高效的换热效果和广泛的适用性，能够最大限度的满足热网加热器的安全与高效使用。传统管壳式换热器主部件主要由、管板、换热管、壳体等组成。腐蚀性的酸性气走管程的换热管，以便于