脱硫塔设计 2

1、 目 录1. 设计任务书21.1 设计题目21.2 设计内容21.3 主要设计参数32.脱硫工艺的选择与工艺流程简介32.1 脱硫工艺的选择32.2 工艺流程简介43. 工艺流程中主要发生的化学反应54. 脱硫塔设计64.1 物料衡算6 4.1.1 入塔的煤气质量6 4.1.2 出塔煤气的变化量8 4.1.3 m3的计算12 4.1.4 m4的计算12 4.1.5 脱硫塔的液气比124.2 热量衡算12 4.2.1 入塔脱硫煤气带入的热量12 4.2.2 出脱硫塔的煤气带走的热量13 4.2.3 脱硫过程中发生的熔解热和反应热14 4.2.4 总的热量衡算154.3 设备计算15 4.3.1

2、选择填料15 4.3.2 塔径的计算16 4.3.3 传质面积和填料高度175.脱硫塔工艺设计结果表185.1 总表185.2 煤气入塔物质汇总表195.3 出塔物质汇总表205.4 其他数据206.设计小结207.参考文献231. 设计任务书 1.1 设计题目 干煤气量为40000Nm³/h的炼焦煤气的脱硫的工艺计算。入口煤气出口煤气温度/3436压力（表压）/Pa1700015000煤气中含量/g/Nm³ 入口煤气中杂质的含量：组分焦油苯HCN萘水汽含量/g/Nm³微量28.455.991.578.370.423.97 剩余氨水：12470Kg/h，t=75，

3、P=0.45MPa，氨的质量分数10%。 HCN挥发氨24Kg/h97% 0.18g/L1.3g/L0.04g/L固定氨18Kg/h90% 1.2 设计内容（1） 脱硫工艺的选择与工艺流程介绍；（2） 脱硫塔的物料衡算；（3） 脱硫塔的工艺尺寸计算；（4） 对设计过程的评述和有关问题的讨论。 1.3 主要设计参数 脱硫塔空塔气速 脱硫效率：98 脱硫液硫容量：0.180.22（）/m³ 脱硫塔传质系数K：1520kg/（·h·atm） 脱硫塔液气比：16L/m³ 脱硫塔溶液喷淋密度：27.5m³/（·h） 转化为盐的转化率：34 HC

4、N吸收率：90 干煤气组成：煤气成分CO摩尔质量/g/mol2162828443032 V%54.7286532.50.8 2.脱硫工艺的选择与工艺流程简介 2.1脱硫工艺的选择HPF法脱硫属液相催化氧化法脱硫，HPF催化剂在脱硫和再生全过程中均由催化作用，是利用焦炉煤气中的氨做吸收剂，以HPF为催化剂的湿式氧化脱硫，煤气中的H2S等酸性组分由气相进入液相与氨反应，转化为硫氢化铵等酸性铵盐，再在空气中氧的氧化下转化为元素硫。HPF法脱硫选择使用HPF（醌钴铁类）复合型催化剂，可使焦炉煤气的脱硫效率达到99%左右。HPF法脱硫工艺特点：以氨为碱源、HPF为催化剂的焦炉煤气脱硫脱氰新工艺，具有较高

5、的脱硫脱氰效率（脱硫率99%，脱氰效率80%），而且流程短，不需外加碱，催化剂用量少，脱硫废液处理简单，操作费用低。一次性投资省。脱硫塔中可填充聚丙烯填料（或波纹钢板网填料），不易堵塞，脱硫塔操作阻力较小。脱硫塔、再生塔、反应槽、泡沫槽、废液槽、事故槽等易腐蚀设备材质可用碳钢，内壁涂防腐涂料；输送脱硫液的泵类、管道、管件及阀门为耐腐蚀不锈钢。脱硫废液送往配煤，工艺简单，对周边环境无污染。再生塔采用空气与脱硫液预混再生，节省压缩空气，从而使再生过程排放的尾气量少，排放的尾气含氮量远远低于国家有关标准。 2.2工艺流程简介 焦炉煤气经捕除焦油雾后，先进入中间煤气冷却器由约50冷却到36。中间煤气冷

6、却器由预冷段、洗气由约50被冷却到不析出萘的温度。即约38。在塔中部的洗萘段，用含萘约5%的洗油喷洒，使煤气中萘段，终冷段三段空喷塔组成。在塔下部的预冷段，煤的含萘量降至约0.36g/m³，这一含量可保证煤气在终冷段无奈析出。洗萘富油的一部分送往粗苯工序处理。煤气最后在塔上部的终冷段被冷却至36，然后进入脱硫塔。因中间煤气冷却器循环喷洒的氨水中含有萘、焦油雾及渣子等，所以需将其中一部分送至氨水澄清槽，再从氨水储槽送来补充氨水。脱硫塔为填料塔，焦炉煤气从塔的下部进入，与从塔顶喷洒的吸收液对流接触，煤气中的即被吸收液吸收。出塔的焦炉煤气送往硫酸铵工序。从塔底排出的吸收液用循环泵送入再生塔

7、底部。再生塔为鼓泡塔、吸收液与空气并流流动，液中的硫氢根离子在催化剂作用下氧化而生成前述的各种铵盐和硫磺。经过氧化再生的溶液具有吸收的能力，使之从再生塔顶部自流返回脱硫塔顶部循环使用。为了保持各种铵盐及硫磺在吸收液中不大于一定的浓度，部分吸收液需自再生塔顶部自流至希罗哈克斯装置，将硫磺及含硫胺盐湿式氧化为硫酸铵。从再生塔顶部排出的空气送入第一洗净塔，用硫胺工序来的硫酸铵母液洗涤以吸收废气中的氨，吸氨后的母液再送回硫酸铵工序。自第一洗净塔出来的废气再进入第二洗净塔，以此用来过滤水喷洒除去母液酸雾，放入大气中。洗涤水自塔底排出送往活性污泥装置进行处理。3. 工艺流程中主要发生的化学反应在脱硫塔内的

8、主要反应 在再生塔内的主要反应 4. 脱硫塔设计 4.1 物料衡算 4.1.1入塔的煤气质量（1） 干煤气量干煤气组成表煤气成分CO摩尔质量/g/mol2162828443032 V%54.7286532.50.8其中因为煤气中烃类的分子量一般都比较小，所以把CmHn当成C2H6来计算。干煤气的平均分子质量为：入口干煤气量为，其质量流量为（2） 煤气中杂质的质量 焦油：微量，忽略不计。 苯： 查表得 H2S： 查表得 HCN: 萘： 水汽： 列表如下：组分含量g/Nm3质量kg/h体积Nm3/h干煤气47819607.140000焦油微量00 苯28.451138297.13 5.99239.

9、6157.63HCN1.5762.851.908.37334.8440.53萘0.4162.80水蒸气23.97958.81198.5(3) 入塔煤气的总质量 在34，压力得实际煤气体积： 密度 4.1.2出塔煤气的变化量（1） 干煤气量 保持不变， （2） 煤气中杂质的质量 焦油：微量，忽略不计。 苯：保持不变 ， H2S： 脱硫效率： HCN：HCN的吸收率为90%，所以 S产率及耗氨量 a. S产率 反应方程式： 设的消耗量为吸收量的3.7%（转化为盐的转化率：34%） NH4CN完全参加反应，消耗生成的S，相当于消耗了H2S质量流量为： 实际生成S S产率 b.耗氨量： 除H2S和HC

10、N的反应为： H2S和NH4OH反应按1:1的物质的量比来反应，消耗的量： 按质量流量算为 HCN和NH4OH反应按1:1的物质的量比来反应，消耗的量： 因此消耗的氨量为 c. 补氨量： 萘：保持不变， 水汽：出塔时煤气中的水达到饱和，查表得30时水的饱和蒸 汽压 40时水的饱和蒸汽压 36时 出塔后除水蒸气外气体总体积V 计算结果列表如下：组分含量g/Nm3质量kg/h体积Nm3/h干煤气47819607.140000焦油微量00苯28.451138297.13 H2S0.142.63HCN0.1576.285.21NH36.97220.88291.04萘0.4162.80水汽50.2893

11、4.942361.98（3） 出塔煤气的总质量 体积 其密度为 4.1.3 的计算 脱硫液的硫容取0.20 4.1.4 的计算 由全塔物料衡算得： 4.1.5脱硫塔的液气比 ，符合液气比要求。 其中，为入塔煤气的体积，。 为入塔脱硫液的体积，L。4.2热量衡算 4.2.1入塔脱硫煤气带入的热量（1）干煤气带入的热量：干煤气的比热。 (2）苯带入的热量：苯的比热。 (3)带入的热量:的比热。 (4)HCN带入的热量:HCN的比热 (5)带入的热量：的比热。 （6）萘带入的热量：萘的比热。 （7）水汽带入的热量：34的水蒸气的焓。 （8）所以煤气带入的总热量： 4.2.2出脱硫塔的煤气带走的热量（

12、1） 干煤气带走的热量：干煤气的比热。 （2） 苯带走的热量：苯的比热。 （3） 带走的热量:的比热。 （4） HCN带走的热量:HCN的比热。 （5） 带走的热量:的比热。 （6） 萘带走的热量：萘的比热。 （7） 水汽带走的热量：36时水蒸气的焓。 （8） 所以煤气带走的总热量： 4.2.3脱硫过程中发生的熔解热和反应热 1. 溶解热（1） 的溶解热，查表得它的溶解热为 （2） 的溶解热，查表得它的溶解热为 （3） HCN的溶解热，查表得它的溶解热为 （4） 总的溶解热为： 2. 反应热（1）的反应热，查表得他的反应热为 （2）HCN的反应热，查表得他的反应热为 （3） 总的反应热为： 4

13、.2.4总的热量衡算 由于在整个过程中脱硫液质量变化不大，温度基本不变，所以可近似认为 所以 即4.3设备计算 4.3.1选择填料 选择散装填料，聚丙烯鲍尔环50填料能满足生产要求。此填料比表面积a=100，空隙率。出塔时为。 4.3.2塔径的计算 平均密度 平均温度 平均表压为，（绝压112.4kpa） 故 由贝恩-霍根公式即可计算泛点气速： 其中，为泛点气速，m/s 为重力加速度，取 a为填料比表面积，取 为填料空隙率，取 为脱硫液密度， 为脱硫液黏度， L-为脱硫液流量 G-为煤气流量， 解得 对于填料塔，操作气速为泛点气速的0.50.7倍，（1） 当操作气速为泛点气速的0.5倍时 空塔

14、气速为： 塔径：。（2） 当操作气速为泛点气速的0.7倍时 空塔气速为： 塔径：。 所以塔径圆整到D=4m。 塔截面积为 实际空塔气速： 则脱硫塔脱硫液的喷淋密度为 因此设计符合实际生产要求。 4.3.3传质面积和填料高度（1） 吸收推动力 式中为入塔前吸收推动力（atm） 为出塔后吸收推动力（atm） （2） 总传质系数K在1520 取K=17（3） 传热面积的计算 式中A-为吸收面积（） 为吸收推动力（atm） G为吸收的质量（kg/h) K为总传质系数（）（4） 填料高度 填料层体积： 填料高度： 圆整后 因此应设计两座吸收塔来吸收硫化氢即可满足生产要求，平时生产是两座塔都开，当一座塔发

15、生故障时另一座足以满足生产任务。5.脱硫塔工艺设计结果表5.1总表项目数值及说明备注塔径/m空塔气速u，m/s填料填料高度，m脱硫效率，%脱硫液流容量脱硫塔传质系数K脱硫塔液气比脱硫塔溶液喷淋密度转化为盐的转化率，%HCN的吸收率，%40.937聚丙烯鲍尔环501298.330.201727.9593.793.790整齐堆放5.2煤气入塔物质汇总表入塔干煤气40000，温度为34，压力为17000Pa组分含量g/Nm3质量kg/h体积Nm3/h干煤气47819607.140000焦油微量00 苯28.451138297.13 5.99239.6157.63HCN1.5762.851.908.3

16、7334.8440.53萘0.4162.80水蒸气23.97958.81198.55.3出塔物质汇总表出塔温度为36，压力为15000Pa 组分含量g/Nm3质量kg/h体积Nm3/h干煤气47819607.140000焦油微量00苯28.451138297.13 H2S0.142.63HCN0.1576.285.21NH36.97220.88291.04萘0.4162.80水汽50.28934.942361.98 5.4其他数据（1） 入塔脱硫液的质量流量为（2） 出塔富液的质量流量由几部分组成，包括入塔脱硫液量，生成盐及补充蒸汽生成水量。（3） 出塔富液的质量流量为 （4） 补入水蒸汽量为

17、。6.设计小结 （1）HPF法是以氨为碱源的脱硫工艺，脱硫液中的氨含量维持在一定水平是很有必要的。脱硫反应是放热反应，氨极易挥发，当脱硫液温度较高时，会增大溶液表面上的氨气分压，使脱硫液中的氨含量降低，脱硫效率随之下降。但脱硫液的温度太低也不利于再生反应的进行，因此，生产脱硫液的温度应控制在3035 ,煤气温度应控制在28，这对系统的正常运行也是十分重要的。 （2）干煤气中的成分不被液体溶解吸收，故当做惰性气体来进行计算。按本题设计条件，已知的是标况下的干煤气进气量40000Nm³/h，在计算煤气杂质含量时，实际上应该是煤气杂质的质量分数乘以煤气的进气量，而在本题设中，将煤气杂质的质

18、量分数换算成为以干煤气的进气量为标准，计算时必须要注意。 （3） 煤气中杂质对脱硫效率的影响：煤气中的焦油和萘等杂质不仅容易堵塔，增大系统阻力，而且对脱硫效率也有较大影响，还会使硫磺颜色发黑。在氨法HPF脱硫工艺中要求煤气中的焦油含量要50mg/m³，萘含量要 0.5g/m³。 （4）在设计过程中，需要查一些物性数据，脱硫段和再生段计算耗氨量时依据也不同，并且选择填料和塔径计算中存在的问题比较多，这都需要我们认真地去解决。该脱硫方法不仅涉及气液相间及液相内部的传热传质过程，而且涉及催化反应过程，从而使设计问题变得十分复杂。为了尽可能的节约成本，必须完善设计过程，提高脱硫效率

19、。 本次脱硫塔的设计，经过几天的学习和研究，终于在自己的努力，还有老师和同学们的指导下完成了本设计。在计算的过程中，需要很认真地去查找数据、计算，若出现错误将会对整个设计产生很大的误差。设计过程有大量的数据需要处理而且是环环相扣的，只要有一个数据出错，那么接下来计算出来的结果也可能是错误的，需要从出错的数据开始，重新再计算，工作量很大。在处理数据过程中，有的数据要进行单位换算，有的要选值，有的要查表等，这都是需要细心和耐心才能顺利算下来，算完之后会让人很有成就感。因此在课设过程中必须保持足够的专注，必须细心去做，这样才能保证设计的准确。通过这次课程设计，我发现自己的很多不足，自己知识存在很多的漏洞， 看到了自己的实践经验还是比较缺乏，理论联系实际的能力还急需提高。经过这几天的设计，使我对本门课程有了更深的认识。在完成此次课程设计的过程存在许多的酸甜苦辣。从开始时满富激情到最后汗水背后的复杂心情，点点滴滴无不令我回味无长。耐心认真和团结协作是我此次课程设计成功的一项非常重要的保证。而这次课程设计也正好锻炼我们这一点， 这也是非常宝贵的。对我而言，知识上的收获重要，但精神上的丰收更加可喜。挫折是一份财富，经历是一份拥有。这次课程设计的经历必将成为我人生旅途上一个非常美好的回