水煤气使用NHD法脱硫初步设计

1、水煤气使用NHD法脱硫初步设计目 录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc264728412 第一章 绪 论 PAGEREF _Toc264728412 h 1 HYPERLINK l _Toc264728413 1.1 煤炭的洁净利用 PAGEREF _Toc264728413 h 1 HYPERLINK l _Toc264728414 1.2 脱硫简介 PAGEREF _Toc264728414 h 1 HYPERLINK l _Toc264728415 1.3 硫及硫化物 PAGEREF _Toc264728415 h 2 HYPERLINK l _Toc26

2、4728416 1.4 硫化物的生成 PAGEREF _Toc264728416 h 2 HYPERLINK l _Toc264728417 1.5 煤气净化脱硫的意义和要求 PAGEREF _Toc264728417 h 3 HYPERLINK l _Toc264728418 消除硫化氢对人体的毒害 PAGEREF _Toc264728418 h 4 HYPERLINK l _Toc264728419 防止含硫化氢的煤气作燃料时生成SOX 后严重污染大气 PAGEREF _Toc264728419 h 4 HYPERLINK l _Toc264728420 PAGEREF _Toc26472

3、8420 h 4 HYPERLINK l _Toc264728421 满足冶金工业，化学工业对煤气的特殊要求 PAGEREF _Toc264728421 h 5 HYPERLINK l _Toc264728422 变废为宝 PAGEREF _Toc264728422 h 5 HYPERLINK l _Toc264728423 1.6 脱硫方法简介 PAGEREF _Toc264728423 h 5 HYPERLINK l _Toc264728424 PAGEREF _Toc264728424 h 5 HYPERLINK l _Toc264728425 PAGEREF _Toc264728425

4、 h 7 HYPERLINK l _Toc264728426 PAGEREF _Toc264728426 h 8 HYPERLINK l _Toc264728427 1.7 本设计中脱硫工艺简介 PAGEREF _Toc264728427 h 9 HYPERLINK l _Toc264728428 第二章 化工技术局部 PAGEREF _Toc264728428 h 11 HYPERLINK l _Toc264728429 2.1 各种脱硫方法的论述及选择 PAGEREF _Toc264728429 h 11 HYPERLINK l _Toc264728430 PAGEREF _Toc2647

5、28430 h 11 HYPERLINK l _Toc264728431 PAGEREF _Toc264728431 h 11 HYPERLINK l _Toc264728432 PAGEREF _Toc264728432 h 19 HYPERLINK l _Toc264728433 2.2 设备选择论证 PAGEREF _Toc264728433 h 21 HYPERLINK l _Toc264728434 脱硫塔 PAGEREF _Toc264728434 h 21 HYPERLINK l _Toc264728435 PAGEREF _Toc264728435 h 23 HYPERLINK

6、 l _Toc264728436 PAGEREF _Toc264728436 h 24 HYPERLINK l _Toc264728437 2.3 工段的布置要点 PAGEREF _Toc264728437 h 24 HYPERLINK l _Toc264728438 2.4 其它专业要求 PAGEREF _Toc264728438 h 24 HYPERLINK l _Toc264728439 PAGEREF _Toc264728439 h 24 HYPERLINK l _Toc264728440 PAGEREF _Toc264728440 h 25 HYPERLINK l _Toc26472

7、8441 第三章 工艺计算局部 PAGEREF _Toc264728441 h 26 HYPERLINK l _Toc264728442 3.1 物料衡算 PAGEREF _Toc264728442 h 26 HYPERLINK l _Toc264728443 脱硫塔 PAGEREF _Toc264728443 h 26 HYPERLINK l _Toc264728444 再生塔 PAGEREF _Toc264728444 h 27 HYPERLINK l _Toc264728445 3.2 工艺尺寸计算 PAGEREF _Toc264728445 h 28 HYPERLINK l _Toc2

8、64728446 脱硫塔 PAGEREF _Toc264728446 h 28 HYPERLINK l _Toc264728447 再生塔 PAGEREF _Toc264728447 h 30 HYPERLINK l _Toc264728448 闪蒸槽 PAGEREF _Toc264728448 h 31 HYPERLINK l _Toc264728449 换热器 PAGEREF _Toc264728449 h 31 HYPERLINK l _Toc264728450 泵 PAGEREF _Toc264728450 h 32 HYPERLINK l _Toc264728451 3.3 主要管径

9、尺寸计算 PAGEREF _Toc264728451 h 32 HYPERLINK l _Toc264728452 进塔煤气管径尺寸计算 PAGEREF _Toc264728452 h 32 HYPERLINK l _Toc264728453 出塔煤气管径 PAGEREF _Toc264728453 h 33 HYPERLINK l _Toc264728454 进脱硫塔煤气管径 PAGEREF _Toc264728454 h 33 HYPERLINK l _Toc264728455 溶液管径的计算 PAGEREF _Toc264728455 h 33 HYPERLINK l _Toc26472

10、8456 3.4 热量衡算 PAGEREF _Toc264728456 h 33 HYPERLINK l _Toc264728457 空气带走热量q1 PAGEREF _Toc264728457 h 33 HYPERLINK l _Toc264728458 粗煤气带走热量q2 PAGEREF _Toc264728458 h 34 HYPERLINK l _Toc264728459 粗气含水所带走的热量q3 PAGEREF _Toc264728459 h 34 HYPERLINK l _Toc264728460 设备热损失q4 PAGEREF _Toc264728460 h 34 HYPERLI

11、NK l _Toc264728461 物理吸收热q5 PAGEREF _Toc264728461 h 34 HYPERLINK l _Toc264728462 第四章 综合技术局部 PAGEREF _Toc264728462 h 36 HYPERLINK l _Toc264728463 4.1 厂址方案和建厂条件 PAGEREF _Toc264728463 h 36 HYPERLINK l _Toc264728464 PAGEREF _Toc264728464 h 36 HYPERLINK l _Toc264728465 PAGEREF _Toc264728465 h 37 HYPERLINK

12、 l _Toc264728466 PAGEREF _Toc264728466 h 38 HYPERLINK l _Toc264728467 4.2 环境保护 PAGEREF _Toc264728467 h 38 HYPERLINK l _Toc264728471 第五章 经济及利弊分析 PAGEREF _Toc264728471 h 40 HYPERLINK l _Toc264728472 参考文献 PAGEREF _Toc264728472 h 41 HYPERLINK l _Toc264728473 致 谢 PAGEREF _Toc264728473 h 42第二章 化工技术局部 各种脱硫

13、方法的论述及选择干法脱硫 煤气的干法脱硫早已得到应用，最初用固态消石灰作为脱硫剂，后改用天然藻铁矿及用铁矾土生产氧化铝时产生的铁泥等制备脱硫剂。我国焦化厂大多采用氧化铁法。脱硫剂碎藻铁矿铁屑+锯木屑+熟石灰+水 %，使其呈碱性，调水分3040 %，使用前要置于大气中充分氧化。脱硫剂含有占风干物50 %以上的氧化铁，其中活性氢氧化铁含量应占70 %以上。在装入脱硫箱时，不应含有腐殖酸及其盐，PH值应大于7，否那么将引起脱硫剂的氧化，从而降低其硫容量和反响速度，进而可能发生由于硫磺菌的作用是的硫从已形成的硫化物中以硫化氢形态分解出来。此外，为使脱硫剂在使用中不固硫的积聚而过于增大体积和变得密实，脱

14、硫剂在自然状态下应是疏松的，湿料堆比重不宜大于 g/L。生产中当脱硫剂上含有3040 %质量的硫磺时，即需要更换新的脱硫剂。煤气中含氧时，氧将铁的硫化物转化为氢氧化铁和单质硫，脱硫和再生可同时进行。生产过程原理：在碱性环境下，硫化氢的脱除按下述反响进行：Fe2O3H2O+3H2S=Fe2S3H2O+3H2O在有氧存在的条件下，析出硫磺，发生再生反响：Fe2S3H2O+3/2O2=Fe2O3H2O+3S湿法脱硫一NHD法1NHD法简介2聚乙二醇二甲醚是一种物理吸收溶剂，广泛用于天然气、燃料气、合成气等混合气体中H2S、CO2、COS、烃、硫醇等组分的吸收，在国外称之为Selexol工艺。该工艺是

15、“低能耗大型氨厂的重要组成局部，是国际公认的节能工艺。国内南化集团研究院成功开发了类似的NHD净化工艺。NHD溶剂的物化性质与Selexol接近，但其组分含量与分子量都不同。该技术通过化工部鉴定，并被列入“九五 国家级科技成果重点推广方案。专家认为，NHD法用于脱硫具有能耗低、净化度高、操作稳定、设备及流程比拟简单的优点， 目前已在河北藁城市化肥总厂、山东都城化肥厂等多家中小化肥厂应用，并且取得了较好的经济效益。该技术属国内首创，具有国际先进水平，特别适用于以煤为原料，酸性气含量高的氨合成气、甲醇合成气和羰基合成气的净化，以及天然气、油田气、炼厂气、城市煤气中酸性气体的脱除，适合我国国情。2N

16、HD脱硫吸收机理及设计思路NHD净化技术属物理吸收过程。COS、H2S在NHD溶剂中的溶解度能较好地甩亨利定律来描述。当CO2分压小于1 MPa时。气相压力与液枉浓度的关系也根本符合亨利定律。因此，H2S和COS在NHD溶剂中的溶解度随压力升高，温度降低而增六，这时进行气体吸收过程，降低压力，升高温度即可实现溶剂的再生。根据以上机理，NHD脱硫的根本流程为吸收塔闪蒸槽再生塔。在吸收塔高压(相对)低温工况下，NHD贫液中溶解气体的对应平衡分压小于气相中此类气体的分压，这些气体就溶于NHD溶液中，完成了吸收过程。然后NHD富液减压，进入闪蒸槽，闪蒸出所溶(溶解度较小)的有效气体及局部二氧化碳等，闪

17、蒸气返回系统，减小有效气体损失。闪蒸后的溶液，再进入再生塔，再生塔底有惰性气体(通常是空气)鼓入，减低了气相CO2分压，增强了传质推动力，实现了溶解气体的解析过程。在脱硫过程中，为了防止硫化氢的氧化而析出单质硫，以及获得较高的净化度，再生常为热再生。此时可利用变换气的热量，提高溶液温度，蒸发出的水蒸气又可作为气提介质，保证了再生贫液有较高的贫度。3NHD脱硫工艺流程3变换气进入脱硫塔底，与自上而下的NHD贫液逆流接触 其中的硫化氢、硫氧化碳和一小局部二氧化碳被脱除掉，脱硫气从塔顶离开系统。NHD富液减压，进入闪蒸槽，闪蒸出所溶氢、氮气和局部二氧化碳。闪蒸气返回系统，闪蒸液流入再生塔顶部，在塔内

18、自上而下地喷淋，塔底溶液由变煮器加热，产生水蒸气进一步使溶液得到再生，再生后的贫液经水冷后，返回脱硫塔顶循环使用。4NHD脱硫优点吸收CO2、H2S、COS等气体的能力强，溶液循环量小。根据广义酸破理论，在聚乙二醇二甲醚分子结构中，醚基团内的氧为硬碱性中心，而CH3和CH2CH2基团那么为软酸局部。因此，该溶剂对硬酸性气体(如H2S，CO )和软碱性气体(如硫醇、CS2和COS)均有较大的溶解能力。表3是NHD与其他物理溶剂溶解能力的相比照拟(以碳丙为基准100)。 表2-1 溶解能力的相比照拟 碳酸丙烯酯 聚乙二醇二甲醚 N甲基吡咯烷酮 PC NHD NMPCO2 1.00 1.10 H2S

19、 1.00 2.82 COS 1.00 1.24 选择胜吸收H2S和COS等气体。以CO2的溶解度为l00，各种气体在NHD溶剂中的相对溶解度如表2。从表2-2可见，NHD溶剂对H2S和COS的选择吸收性好。表2-2 各种气体在NHD溶剂中的相对溶解度 组分 H2 CO CH4 CO2 COS H2S相对溶解度 1.3 2.8 6.7 100 233 893净化度高。在一个吸收塔内，NHD溶剂可将H2S脱除到ll 0-6 ，COS也脱除到l1 0-5，CO2脱除到 %以下，而其他有些物理吸收溶剂达不到这样高的净化度。蒸汽压低。NHD溶剂的蒸汽压极低，约为碳丙的ll50，因此，挥发损失很小。在工

20、艺流程上，可不设溶剂洗涤回收装置，流程短。无腐蚀性。NHD溶剂无腐蚀性。因此，NHD净化装置可用碳钢制作，节省投资费用。化学稳定性和热稳定性好。NHD溶剂不氧化、不降解、不水解、不热解。不起泡。溶剂本身不起泡。操作时，不需添加消泡剂。无毒性。NHD溶剂无毒、无臭、无味。假设进入大气，可被周围环境中生物分解，对人和生物无毒害，也不会污染环境。能耗低。NHD溶剂系物理吸收溶剂。再生时，只需空气气提，可节约大量再生能耗。5与其它方法技术性能比拟 NHD脱硫与ADA脱硫相比1NHD脱硫为物理吸收，ADA法为化学吸收；NHD脱硫适应于高硫气的净化，原设计入脱硫塔变换气中含H2S：7 g/ m，现运行一般

21、在10 g/ m12 g/ m，出脱硫塔的脱硫气含H2S5 mg/ m;而ADA法入半脱塔的半水煤气含H2S约1 g/ m，气体经半脱、变脱两级脱硫后，脱硫气中H2S含量仍在5 mg/ m左右。NHD溶剂对金属无腐蚀，系统自原始开车至今，通过对设备及管道厚度测定，未发现有腐蚀现象，且NHD本身是一种高分子溶剂，具有一定的润滑性，可使运转泵的磨损显著减轻；而ADA法所用溶液的腐蚀性强，尤其对碳钢设备，常引起阀体、泵体、叶轮、管道、设备的腐蚀，导致穿孔、泄漏，引起停车，造成不平安隐患，既损失了溶液又影响了系统的长周期运行。NHD法所用溶液的再生采用两级闪蒸加一级热再生，再生度较高为3 mgL6 m

22、gL，再生酸性气中硫以H2S形式存在，酸性气中H2S体积分数 25 %送克劳斯硫回收；ADA法采用氧化再生，在整个吸收及再生过程中，硫在溶液中都是以单质硫存在，单质硫在塔体内尤其是在填料外表沉积，会引起阻塞，导致局部设备压差增大，常发生滞液事故，不得不停车清理，一般34个月需要清理一次，增加了系统停车次数。NHD法脱碳与改进热钾碱法改进热钾碱法复合(双活化)的吸收液的组成比拟复杂，除钾碱液外，还有氨基乙酸、二乙醇胺、硼酸等，组分配比不易控制，且发泡性能较强，易引起液泛发生滞液事故，需定时添加消泡剂。NHD法吸收剂是由单醚聚台而成的有机高分子化台物，通过对其溶剂的测定，其成分组成相对较稳定，几乎

23、没有降解反响发生。其次，热钾碱法的吸收液中虽然参加缓蚀剂，但仍对金属设备存在一定程度的腐蚀。改进催化热钾碱法，脱除过程采用两次吸收，其溶液再生采用的是加热再生；而NHD法采用一次吸收，溶液再生采用两级闪蒸加气提再生不需要外供热量。NHD脱硫与低温甲醇洗低温甲醇洗法属于物理吸收，在低温-50 -60 下，溶剂吸收能力大，溶液循环量小，气体净化度高，再生热耗少，操作费用低，能综合脱除气体中的H2S、COS、CO2，溶液不起泡、不腐蚀，H2S浓缩简单，在原料煤硫含量波动较大的情况下，H2S的浓度也可满足硫回收的要求。上述工艺虽然存在局部设备和工艺管道需要采用低温钢材，需要引进欧洲或日本的材料，同时专

24、利费、根底设计费较高，所以基建投资高，但其最大优点是溶剂价格廉价，消耗指标和能耗均低于其它净化工艺，在大型合成氨厂中采用。 NHD法是中国南化公司研究院和天辰化学工程公司等单位联合开发成功的新技术，属于物理吸收净化技术，该工艺在常温条件下操作，溶剂无毒，饱和蒸汽压低，溶剂损失小，再生热耗低，设备材质大局部为碳钢，取材范围广，价格也廉价，相对低温甲醇洗而言，溶液循环量大，消耗高，另外，NHD溶剂对有机硫的吸收能力较差。该工艺的主要优点是投资少，能耗低于除低温甲醇洗以外的其它净化方法。对于20万吨/年的甲醇生产，从工程规模、工艺先进性、降低能耗等方面考虑，酸性气脱除采用NHD工艺较好。NHD脱硫脱

25、碳是八十年代后期开发的新净化工艺，该工艺在常温下操作-524 ，尤其是在 MPa压力下，对H2S、CO2选择吸收能力较强，适用于对H2S、CO2含量高的变换气净化，溶液挥发性小，无毒、无腐蚀，该工艺具有能耗低、消耗低、本钱低的优点，近年来在许多中小型化肥厂中得到成功的应用。1脱硫剂组成碳酸钠 纯度 98 % 蒽醌二磺酸 纯度 80 %五氧化二钒 纯度 70 % 酒石酸钾钠 纯度 95 %工艺流程半水煤气经煤气鼓风机加压后，从脱硫塔下部进入，与塔上部喷淋下来的溶液逆流接触，半水煤气中硫化氢被脱硫液吸收后从塔顶引出，经气液别离器出夹带的液滴之后出工段送入工序。吸收了硫化氢的富液从塔底排出，进入反响

26、槽，在氧化槽内与槽底进入的压缩空气接触氧化再生。再生后的溶液从氧化槽一侧引出到溶液循环槽，与新配补充液再此混合为脱硫剂，经循环泵送入脱硫塔继续循环使用。气液别离器别离出的少量液体间断性地进入溶液反响槽。再生过程生成的硫泡沫浮于氧化槽顶部扩大局部，利用位差溢流至硫泡沫中间槽，利用空气压送至硫泡沫槽，在硫泡沫槽内通蒸汽间接加热搅拌，使温度到达80时沉淀，稀溶液排入溶液回收槽，硫膏送入熔硫釜，在140熔融成液态硫磺，放入冷却池冷却，清夜送至溶液回收槽，然后补入系统。生产原理脱硫过程主要反响如下：a.PH值为的稀碱液吸收半水煤气中的硫化氢。b.在碱溶液中硫化氢钠与偏钒酸钠反响生成复原性焦钒酸钠并析出元

27、素硫。c.复原性焦钒酸钠被氧化态的氧化成偏钒酸钠。d.复原态的被空气氧化再生。反响过程中还伴随有如下副反响：a.碳酸氢钠与氢氧化钠反响生成碳酸钠。b.半水煤气中含有的二氧化碳与碱液反响。c.煤气中含有的HCN、O2与碱液反响。为防止反响过程中形成钒氧硫化合物的黑色沉淀，于溶液中添加少量的酒石酸钾钠，以减少钒的消耗。改进法优缺点优点： a.改进法技术成熟，过程标准化程度高，溶液性能稳定。b.对被处理的气体中H2S含量适应性极广，从 g/m至50 g/m，脱硫后的气体中H2S含量都能保证在1PPm左右。c.操作压力、操作温度的适应范围广，060，压力最高达 MPa。d.溶液对人和生物无毒害作用，对

28、碳钢无腐蚀作用。e.硫磺回收率高，回收的硫磺纯度高。f. 溶液硫容量高，一般可达 kg/ m。缺点：a.悬浮的硫颗粒回收困难 ,易造成过滤器堵塞; b.副产物使化学药品耗量增大; c.脱有机硫和 HCN的效率较低; d.有害废液处理困难,可能造成二次污染。2萘醌法Takahax塔卡哈克斯法此法为一种高效湿式氧化脱硫法，在许多国家和我国个别焦化厂已得到采用。本法是由湿法脱硫萘醌法及脱硫废液处理两局部组成，经过处理后的脱硫液送往硫铵母液系统以智取硫铵。生产原理本法使用的脱硫液为含1,4萘醌2磺酸铵作为催化剂以符号NQ表示的碱性溶液，碱源为煤气中的氨。由于要利用煤气中的氨，所以有鼓风机送来的煤气经由

29、捕焦油器捕除焦油雾后，即进入本装置中的吸收塔。吸收塔中，粗煤气与吸收液接触后，煤气中的氨首先溶解生成氨水。然后氨水吸收粗煤气中的硫化氢生成硫氢化铵，又在NQ作用下析出硫。 将含有硫氢化铵的吸收液送入再生塔底部，同时吹入大量空气，在催化剂的作用下氧化再生。此时硫化铵与氧气在NQ作用下生成氢氧化铵并析出硫。NQ也进行再生反响，从复原态再生为氧化态。再生时，还发生生成硫代硫酸铵的副反响。工艺要点此法的脱硫效率除与设备构造，吸收液的循环量，吸收塔内煤气的停留时间等有关外，主要与煤气中的氨含量有很大关系。根据生产实际资料，入塔煤气中NH3/H2O 质量比时脱硫效率有下降趋势，为使脱硫效率保持在90 %以

30、上，此比值需要保持在以上。再生反响速度同催化剂浓度的平方根值及再生气体中氧的浓度成正比关系。假设采用填料再生塔提高空气和吸收液的接触程度，将有助于再生反响速度的提高。再生后的吸收液返回吸收塔的循环使用，在循环过程中吸收液里逐渐积累了上述反响生成的硫磺、硫氰化铵、硫代硫酸铵和硫酸铵等物质。为使这些化合物在吸收液中的浓度保持一定，就需要提取局部吸收液提取量为 m/1万m煤气，作为脱硫废液送往废液处理装置予以处理。优缺点优点：脱硫效率高，一般可达99 %以上，催化剂来源充足，制备方便，与法比拟反响停留时间短，可用燃烧法制取硫酸或硫铵。缺点：回收硫需要压滤法，必须不断地从循环吸收液中抽出溶液加以处理，

31、并补充新鲜碱液，才能保持吸收液的吸收能力。3砷碱法与改进砷碱法GV法两者都属于氧化脱硫法，以碳酸钾碳酸钠的水溶液中添加白砒活化剂作为吸收剂，但它们的吸收机理却有着本质区别。砷碱法脱硫机理主要依靠多硫代砷酸盐对硫化氢的吸收作用，主要反响为:吸收反响：M4As2S5O2+H2S=M4As2S6O+H2OM4As2S6O+H2S=M4As2S7+H2O 再生反响： M4As2S7+1/2O2=M4As2S6O+S M4As2S6O+1/2O2=M4As2S5O2+S上述吸收反响速度慢，产物为硫代砷酸盐，在溶液中容易离解成硫氰根离子，它不易被氧化成硫代硫酸盐，又增加了页面上的硫化氢分压，从而影响了煤气

32、的脱硫程度。当煤气中含有HCN时，更会产生生成硫氰化物的副反响，为此，砷碱法已被淘汰。改进砷碱法脱硫机理：吸收反响：M3AsO3+3H2S=M3AsS3+3H2O熟化反响：M3AsS3+3M3AsO4=3M3AsO3S+M3AsO3酸化反响： 3M3AsO3S=3M3AsO3+S氧化反响： M3AsO3+1/2O2=M3AsO4吸收反响生成的硫代亚砷酸盐具有低的硫化氢蒸汽分压，从而可以使煤气的脱硫净化度提高。所生成的硫代砷酸盐经熟化反响，缓慢地转化成硫代砷酸盐和亚砷酸盐，硫代砷酸盐的形成具有更低的硫化氢蒸汽分压。熟化反响在氧化塔中进行，在氧化塔中，硫代砷酸盐分解成亚砷酸盐和元素硫，亚砷酸盐氧化

33、成砷酸盐，又重新建立原来的溶液组分的平衡。元素硫以泡沫形式浮于塔上部，溢流至硫泡沫槽，与法相同可制取熔融硫。改进砷碱法虽然也用极毒的物质白砒作活化剂，影响了劳动条件和环境保护，但它具有脱硫净化度高出口煤气中硫化氢可达1ppm以下，副反响少，溶液硫容量高，操作范围广温度38150，压力170105Pa，至今仍有使用。4氨水法和氨水液相催化法氨水法目前，我国小化肥厂广泛采用氨水脱硫法。由于硫化氢是酸性气体，可用碱性的氨水来吸收，产生中和反响。首先是气体中的硫化氢溶解于氨水，然后溶解的硫化氢与氢氧化铵起中和反响。因此氨水法是一化学吸收过程。反响式：H2S气相=H2S液相H2S液相+NH4OH=NH4

34、HS+H2O当氨水吸收一定量的硫化氢后必须进行再生，使硫化氢气体解析出来。解析后的氢氧化铵液经补充新鲜氨水后，继续用于吸收，再生时产生的硫化氢必须进行二次加工，以免引起环境污染。氨水液相催化法：此法是在吸收液中参加对苯二酚，从而使硫化氢氧化成元素硫，可以回收硫磺，从而克服了氨水中和法的缺点。优缺点：氨水中和法脱硫率为7090 %，而氨水液相催化法为9599 %。虽后者脱硫率高，但仍具有一定局限性，主要是对煤气中的CO2含量有比拟严格的限制，通常该法适用于CO2含量不高于10 %的情况，如水煤气脱硫。5低温甲醇法该法是以甲醇作为吸收剂，在低温高压条件下进行物理吸收。在低温下，粗煤气中的轻质油蒸汽

35、和一局部水汽首先溶解在甲醇中，其次是硫化氢、有机硫化合物和一局部二氧化碳，再次是二氧化碳的最终脱除。所以一般采用三段洗涤，即预洗、主洗和精洗。酸性气体在甲醇中的溶解度随温度的降低和压力的增加而升高。温度从-30降到-60以下时，溶解度急剧增加，而与压力几乎成直线的正比关系，硫化氢在甲醇中的溶解度比二氧化碳还要大，吸收的速度快，因此可采用分段吸收和再生的方法来得到高浓度的硫化氢和二氧化碳。该法优点很多，它将煤气净化的几个工序都集中在一起，从而大大简化了工艺流程。可同时脱除煤气中的轻质油、HCN、NO、H2S、COS、CO2等。在低温条件下甲醇黏度不大，甲醇的喷淋和流动都很好。甲醇的吸收能力大，从

36、而可减少吸收剂用量，降低再生时的耗热量，节省操作费用。该法净化程度很高。当处理由煤气化的含有1 % H2S和COS、35 % CO2的煤气时，可得到H2S和COS小于 ppm，CO2小于1 ppm的净化气。但该法也存在一些缺点：甲醇有毒，对设备、管道、阀门等的密封性要求较严；由于在-30 至-60 的低温下操作，需用耐低温的钢材；甲醇极易挥发，故溶剂蒸发损失量较大；脱硫过程中解析出来的硫化氢需要专门装置，进行回收以生产硫磺。6聚乙二醇二甲醚法聚乙二醇二甲醚法是采用聚乙二醇二甲醚作为溶剂，用物理吸收的方法从煤气中脱除H2S、CO2及其他酸性组分，这种溶剂对硫及其化合物，包括H2S、COS、硫醇及

37、CO2具有很高物理吸收能力。在再生塔中用蒸汽或惰性气体很容易使溶剂再生。溶剂的蒸汽压低，因此溶剂的损失很小。此法装置能在常温下操作，但为了提高其经济性，可以采用适当的冷冻，由于提高压力有利于物理吸收，故吸收塔操作压力通常为 MPa,再生塔压力约为3500 Pa。7环丁矾法此法可用于脱除煤气中的H2S、COS、CO2和有机硫化物。该法是采用环丁矾1，1二氧四氢噻吩和烷基醇胺乙醇胺或二异丙醇胺的混合液作吸收剂。硫化氢等酸性气体通过物理作用溶解于环丁矾中，在一定温度下，溶解度随着酸性气体分压得升高而增加，在相同的条件下，硫化氢在环丁矾中的溶解度比在水中的高7倍。 环丁矾溶液吸收酸性气体是物理和化学作

38、用的总和，当酸性气体分压较低时，溶液的平衡吸收量随分压变化不明显，这说明化学吸收是主要的。当酸性气体分压较高时，物理吸收作用增大。二异丙醇胺用R2NH表示与H2S和CO2的吸收与再生反响可表示为：R2NH+H2S=R2NH2HS该法中吸收塔操作压力从常压至70105 Pa或更高，在较高压力下操作有利于吸收，再生塔一般在接近常压条件下操作。总之，各种脱硫方法很多，应根据原料气的性质、对硫磺要求的脱硫剂的来源等因素，经过技术经济比拟落后，选择适宜的脱硫方法。下面将详细论述如何选择脱硫方法。脱硫方法的选择从以上各种脱硫方法的论述中可以看出，各种方法均有其优缺点，如何选择最适宜的脱硫方法，主要从以下三

39、个方面考虑：一必须满足脱硫的要求净化后的煤气中硫化氢含量必须满足生产需要，以半水煤气为原料的化工厂，对硫化氢含量要求比拟高，应选择脱硫效率较高的脱硫方法。二能取得最好的经济效益a.化工药剂是最重要的局部，消耗量要少，价格要低，并且供给要充足。在脱硫及废液处理中最常用的是碱，碱的消耗量最高，且碱的价格较贵，在生产本钱中占较大比例，因此一定要选择好碱源。各种氧化脱硫方法都需要消耗一定量催化剂，量虽少但其价格较贵，因此催化剂在生产本钱中占优较大比例。b.能源要保证供给，能耗要低，单价要廉价。在脱硫过程中总要有升降温的要求，要消耗一定量的电、蒸汽及冷却水，各种方法所耗不一。这就要进行比拟，电、蒸汽来源

40、是否方便，供给是否充足，价格是否廉价，其他能源如水、压缩空气、燃烧用煤气等均存在价格问题。总之，每处理一定量的煤气，综合能耗一定要低，价格要廉价，供给充足有保证。c.脱硫及溶液处理过程中得到的产品回收率要高，质量要好，销路要好，产品价格要高。在脱硫及溶液处理过程中，可以得到硫磺、硫代硫酸钠等产品。要考虑销路是否广，价格是否高，最好能生产优质产品，提高经济效益。d.脱硫装置必须和整个煤气精制装置一起考虑。脱硫装置是煤气精制过程中的一局部工序设备，前后左右均有联系，特别是与吸氨和氨加工装置有密切关系，因此要和这些工序联系起来考虑设备设置，尽可能设备少而又能到达各工序工艺技术指标要求。e.所选的脱硫

41、及溶液处理装置年运转日应为365天，这样可以长期稳定生产，保证用户不因原料断给而停产，也不因原料性质波动而不断调整工艺设备，从而影响效率。f.应考虑设备维修方法简单方便，维修费用低，备品备件容易采购，价格廉价。g.要选择易自动化，操作人员少，劳动生产率高的脱硫方法，一般在脱硫及废液处理过程中，无需溶解固体物品，产品是液体，这样就容易搞自动化。h.要结合本地区的资源现状、人力等状况，生产资料尽量能满足需要，减少不必要的开支。总之，以上各点均要考虑，但不可能十全十美，最终选择经济效果最正确的脱硫方法。三技术先进，环保措施优越脱硫及废液出路技术在不断开展，新设备、新工艺不断被采用，老工艺经过革新、改

42、造，不断完善，所以选择脱硫方法一定要选择先进的工艺技术，科技含量高，各方面均要有竞争力，符合集约型开展大势，特别还要考虑三废处理，环境保护。因为脱硫本身就死三废处理，如果在实施过程中又产生二次三废，那就不可取了。综合考虑以上三方面内容，逐一比拟前述各种脱硫方法，本设计中选择NHD法脱硫。此法流程简单，设备少，脱酸性气体效率高，具有吸收能力太、选择性好、操作弹性大、溶剂损耗少、工艺流程简单、经济教益显著、节能效果好等优点。 设备选择论证为了使得一套工艺设置合理、经济，必须对设备、管道等作综合评价选择，使得设备投资小，利用率高，又能满足生产要求。脱硫塔塔设备是化工、石油等工业中广泛使用的重要生产设

43、备，用以实现蒸馏和吸收两种别离操作的塔设备称为蒸馏塔和吸收塔。这类塔设备的根本功能在于提供气液两相充分接触的时机，使质、热两种传递过程能迅速有效的进行，还要接触之后的气液两相及时分开，互不夹带。煤气脱硫是一个吸收过程，吸收的机理以双膜理论分析如下：a.相互接触的气、液相间存在着稳定的相界面，界面两侧各有一个很薄的有效滞留膜层。吸收质以分子扩散方式通过此二膜层。b.在相界面处，气液两相到达平衡。c.在膜层以外的气液两相中心区，由于流体充分湍动，吸收质浓度时均匀的，即两相中心区内浓度梯度皆为零，全部浓度变化集中在两个有效膜层内。根据塔内气液相接触部件的结构型式，可将塔设备分为两类：板式塔和填料塔。

44、板式塔沿塔高装有假设干层塔板，液体靠重力作用有塔顶逐板流向塔底，并在各种版面上形成流动的液层，气体那么靠压力差推动，由塔底向上依次穿过各塔板的液层流向塔顶，气液两相在塔内进行逐级接触，两相的组成沿塔高呈阶梯式变化。填料塔内装有各种形式的固体填料，液相由塔顶喷淋装置分布于填料层上，靠重力作用由填料外表流下，气相那么在压强差的推动下，穿过填料的空隙，由塔的底部流向顶部，气、液两相在填料的润湿外表进行接触，其组成沿塔高连续变化。一塔型选择评价塔设备的性能指标主要包括以下几项：生产能力：单位时间内单位塔截面上的物料处理量。别离效率：对板式塔是指每层塔板所到达的别离程度；对填料塔是指单位高度填料层所到达

45、的别离程度。适应能力及操作弹性：指对各种物料性质的适应性以及在负荷波动是维持操作稳定而保持较高别离效率的能力。液体阻力：即气相通过每层塔板式或单位高度填料层的压强降。除上述几项主要性能外，塔的造价、安装、维修，以及长期运转的可靠性等因素，也是必须考虑的实际问题。实际生产中，上述各项指标的重要性常因具体情况而异，不可一概而论。一个塔的操作性能不仅与其结构类型有关，还与设计是否合理、使用是否得当、操作条件等因素有关。因此，评价各种塔的性能时，应针对适当的物系，在各自适宜的操作范围内进行比拟。目前，在工业中，当处理量达时多采用板式塔，如蒸馏操作的规模往往较大，故采用板式塔；当处理量较小时，多采用填料

46、塔，如吸收操作的规模一般小，多采用填料塔。填料塔的结构简单，在塔体内充填一定高度的填料，其下方有支撑板，上方有填料压板及液体分布装置。气液两相间的传质通常是在填料外表的液相与气相间的界面上进行的。填料塔阻力小，便于用耐腐蚀材料制造，尤其对于直径较小的塔，处理有腐蚀性的物料或要求压强较小的真空蒸馏系统，填料塔都表现出明显的优越性。另外，对于某些液气比很大的蒸馏或吸收操作，假设采用板式塔，那么降液管将占用过多的塔界面积，此时也宜采用填料塔。填料塔安装、维修方便，易操作、而且稳定。因此，本设计中选用填料塔。二填料类型填料是填料塔的核心。填料塔操作性能的好坏与所选用的填料有直接关系。为使填料塔发挥良好

47、的效能，填料应符合以下几项要求：a.要有较大的比外表积。单位体积填料层所具有的外表积称为填料的比外表积，以表示，单位m/m。填料的外表只有被流动的液体所湿润，才能构成有效的传质面积。因此，假设希望有较高的传质速率，除须有大的比外表积之外，还要求填料有良好的润湿性能及有利于液体均匀分布的形状。b.要有较高的空隙率。单位体积填料层所具有的空隙体积称为填料的空隙率，以表示，单位m/m。一般来说，填料的空隙率多在范围内，当填料的空隙率较高时，气液通过能力大且气流阻力小，操作弹性范围宽。c.从经济实用及可靠的角度出发，还要求单位体积填料的重量轻，造价低，坚牢耐用，不易堵塞，有足够的机械强度，对于气、液两

48、相介质有良好的化学稳定性等等。上述各项条件为必要为每种填料所兼备，在实际应用时，可根据具体情况抓住主要矛盾加以选择。填料的种类很多，大体可分为实体填料和网体填料两大类。实体填料包括环形填料如拉西环、鲍尔环、阶梯环、鞍形填料如弧鞍、矩鞍、栅板填料、波纹填料等，由陶瓷、金属、塑料等材质制成的填料。网体填料主要是由金属丝网制成的各种填料，如鞍形网、波纹网等。各种填料的性能如下：拉西环：优点：形状简单，制造容易。缺点：液体的沟流及壁流现象严重，因而效率随塔径及塔高的增加而显著下降；对气速的变化较敏感，操作弹性范围较窄气体阻力较高，通量较低。鲍尔环：优点：气体阻力降和液体分布有所改善。与拉西环相比，在相

49、同压强下的气体通量增大50100 %，在相同的气速的压强降可减少5070 %，其性能优于拉西环，效率也较高。阶梯环：是对鲍尔环加以改进的产物，是环形填料中性能最优越的一种。孔隙率更高，填料之间呈点接触，可使液膜不断更新，具有压强降小和传质效率高的特点，制造上也容易。弧鞍与矩鞍填料鞍形填料是一种敞开型填料。弧鞍填料是两面对称结构，有时在填料层中形成局部的叠加和架空现象，且强度较差，容易破碎，影响传质效率。矩鞍填料装在塔内不易叠合，处于勾联状态，因此有较好的稳定性，填充密度及液体分布都较均匀，效率较高，空隙率也有提高，阻力较小，不易堵塞。矩鞍填料的制造也较简单，也是实体填料中性能较好的一种。波纹填

50、料与波纹网填料波纹填料属于整側结构，流体阻力小，空塔气速高，因结构紧凑，具有较大的比外表积，且相邻两层简板片相互垂直，使上升气体不断变向，下降的液体也不断重新分布，故其效率高于一般乱堆填料。缺点是不适用于有沉淀物、易结疤、聚合或粘度较大的物料。装料清理也较困难。 波纹网填料属于网体填料，因丝网细密，故波纹网填料的空隙率很高，比外表积很大，外表利用率高。其板高度可低于 m，相当于一层理论塔板的填料层仅降为5070 Pa，操作弹性大，气液分布好，放大效应小，特别适合于精密精馏及真空精馏装置，对难别离物系，热敏性物系及高纯度产品的精馏提供了有效的手段。缺点是造价高、易堵塞、不宜用于有沉淀的系统。金属

51、鞍环填料一般来说，环形填料的通量较大而液体再分布性能较差。鞍形填料的液体再分布性能较差。鞍形填料的液体再分布性能较好而通量偏小。鞍环填料综合了两者的优点，其分布性能好，空隙率大，能保证全部外表的有效利用，流体湍动程度大，填充密度均匀，但制造较难，造价高。再生塔在NHD法脱硫过程中，再生塔的作用是将NHD溶剂再生，供生产循环使用。再生塔再生效率高，操作稳定，但体积庞大，耗用钢材多，还需空压机输送大量空气。本设计选用再生塔，整体结构为塔体，塔体上部为排气段，排气段与塔体间装有波纹形式的收水板并且采用法兰连接，塔体底部装有排气风扇，塔体内装满了空心多面体填料球，塔底部空气进入口是沿周围均布的百叶窗式

52、格栅，塔体侧壁上装带有多个加料孔以及出料孔。闪蒸槽一般为钢制槽体，用以闪蒸NHD溶剂中的溶解度较小的气体。 工段的布置要点一、脱硫工段布置于造气车间的后半段，整个脱硫工段尽力缩短流程距离，少占地为原那么来布置安装，同时便于管理、控制。二、闪蒸槽设两台，一开一备，保证闪蒸到达要求。三、硫磺仓库的贮量可根据产品的销售情况的决定，一般按10-15天贮量考虑。四、回收副产品厂房内，冷冻压缩机单独布置。五、粗制产品局部、熔硫和放硫局部应考虑到地坪需要冲洗，故应在适当位置设置冲洗水水管。六、工段应设置化验室，配置日常化验设备。七、仪表与硫回收局部一并考虑，集中设置。 其它专业要求仪表专业仪表工程测量工程测

53、定点自动化要求温度计如工段煤气温度反响温度加热器后溶液温度真空蒸发器温度如工段煤气管出塔富液管加热器后管道口蒸发器上下部盘口指示盘口指示盘口指示盘口指示压力计入工段煤气压力入工段蒸汽压力脱硫塔阻力真空蒸发器真空度喷射器入口溶液压力入工段煤气管蒸汽总管脱硫塔前后煤气管蒸发器上部喷射溶液入口管盘口指示盘口指示盘口指示盘口指示盘口指示流量计煤气流量入脱硫塔溶液量出脱硫塔煤气管入脱硫塔溶液总管盘口指示盘口指示液位计闪蒸槽液位闪蒸槽液声光指示信号有关专业要求1.根据真空蒸发器要求，进工段饱和蒸汽压0.4MPa。2.脱硫塔、再生塔等主要设备，一般用环氧树脂或大漆等材料作为内壁防腐涂料，并定期进行检修。3.

54、放硫室及氨冷却室有良好通风。4.放硫室硫蒸汽腐蚀严重，土建、电气等设施应有防腐措施。5.保证工段的给排水设施。6.必须保证平安防火措施。7. 室外操作区地坪及主要道路路面应采用混凝土，室内各层地面的排水必须顺畅。8.必须保证工段的供电。9.保证工段的供热及防冻。10.保证工段的采暖通风及空气调节。第三章 工艺计算局部 物料衡算脱硫塔下式及图3-1中符号为： F1：进入脱硫塔的变换气量, kmol/h；F2：经脱硫塔净化后的脱硫气量, kmol/h；F3：进入脱硫塔NHD溶液贫液量, kmol/h；F4：经脱硫塔吸收硫后的NHD溶液富液量, kmol/h；X11、X12、X13：进脱硫塔变换气中

55、COS、H2S、惰性组分各组分所占的体积比；X21、X22、X23：净化后的脱硫气中COS、H2S、惰性组分各组分所占的体积比；X31、X32、X33： NHD溶液贫液中COS、H2S、惰性组分各组分所占的体积比；X41、X42、X43：NHD溶液富液中COS、H2S、惰性组分各组分所占的体积比。观察塔中物料进出，可以根据物料守衡，分别由COS、H2S、惰性组分在塔中的守衡得出以下方程组： COS F1X11+F3X31 = F2X21+F4X41 H2S F1X12+F3X32 = F2X22+F4X42惰性组分 F1X13+F3X33 = F2X23+F4X43 F2 其中：F1 = =1

56、339.3 kmol/h X11= X12= F3 X13 = X21 = 110-5 F1 X22 = 110-6 X23 = 1X21X22 X31、X32、X33 = 0 X41= F4X42 = 图3-1 脱硫塔进出物料示意图所以得到： COS 1339.30.005+0 = H2S 1339.30.7+0 = F2110-6+F41惰性组分 1339.399.295+0 = F2(1-110-6-110-5)+F4X43 解得：F2 = 2.65107 kmol/hF4 = kmol/h 那么：脱硫塔中吸收H2S的量： F4X42 = 1 = kmol/h = kg/h 脱硫塔中吸收

57、COS的量： F4X41 = = 271.83 kmol/h = 16.31 kg/h 脱硫塔溶液喷淋量： 取溶液硫容量为 kg/m3，那么 L = F4X42+ F4X41 = = m3/h 取L = 250 m3/h再生塔 下式及图3-2中个符号为： F5：进入再生塔的NHD溶液富液量；F6：经再生塔处理后的排出的再生气量；F7：再生塔再生的NHD溶液贫液量；X51、X52：进入再生塔的NHD溶液富液中COS、H2S各组分所占的体积比；X61、X62：经再生塔处理后的排出的再生气中COS、H2S各组分所占的体积比； X71、X72：再生塔再生的NHD溶液贫液中COS、H2S各组分所占的体积

58、比；观察塔中物料进出，可以根据物料守衡，分别由COS、H2S在塔中的守衡得出以下方程组： COS F5X51 = F6X61+F7X71H2S F5X52 = F6X62+F7X72 X61+ X62 = 1其中：F5 = F4 = 1580.4 kmol/h X51 = X52 = X71 = X72 = 0所以得到： = F6X61+0 H2 = F6X62+0 F6 X61+ X62 = 1 解得：F6 = 1220.07 kmol/h X61 = F5X62 = 再生塔空气用量： = 875 m3/h 250脱硫塔溶液喷淋量 F7 图3-2 再生塔进出物料示意图 工艺尺寸计算 脱硫塔当

59、进塔温度为30 ，压力为800 mm mmHg柱时，进塔煤气体积为： V = 30000 = m3/h 式中： 31.8煤气在30时饱和水蒸气压力毫米汞柱。 58.8煤气压力毫米汞柱。 30000入工段荒煤气流量。取空塔气速为 m/s,那么塔径为： D = = m进塔煤气体积由计算结果可知，单塔尺寸偏大，故用二塔脱硫，那么： D = = m 取D = 3500 mm填料层高度计算 以下数据均取宇文献4 Z = HOGNOG = HOLNOL 填料层高度=传质单元高度传质单元数HOG = = = mNOG = 其中X1 = 平衡常数m = Y1 = = = Y2 = Y1(1-) = 0.79=

60、 Y1 = Y1-mX1 = = Ym = = = NOG = = Z = HOGNOG = HOLNOL = = m传质面积： 脱硫塔进口推动力P1 P1 = (+1) 5101325 = Pa 脱硫塔进口推动力P2(出口煤气按700mm水柱计) P2 = (+1) 101325 = Pa平均推动力： P = = = Pa = 选取脱硫塔传质系数K = 180 kg/m2hMPa故其传质面积如下： F = = = m2NHD溶液中吸收H2S的量；NHD溶液中吸收COS的量 根据煤气设计手册，选取传质面积7250 m2的二塔 塔高 m 木格填料 1001020 93层 1001030 31层