全国赛文件提交-石油大学北京碣石观沧海团队1设计集3创新性说明

2017年“东华科技-陕鼓杯”第十一届大学生化工设计竞赛创新性说明团队名称： 团队成员：叶阳曾伟邵青楠崔怡洲王奥诚指导老师：黄星亮邓春孟祥海杜巍徐建20172017年“东华科技-陕鼓杯”第十一届大学生化工设计竞赛创新性说明团队名称： 团队成员：叶阳曾伟邵青楠崔怡洲王奥诚指导老师：黄星亮邓春孟祥海杜巍徐建2017年8月目录一、工艺创新 11.11.21.31.41.5硫化氢的资源化利用 1的捕集与利用 1硫化氢循环处理工艺 1赤泥-氧化锌联合脱硫工艺 2废气中硫化物的近零排放 3二、反应与分离技术创新 42.1目录一、工艺创新 11.11.21.31.41.5硫化氢的资源化利用 1的捕集与利用 1硫化氢循环处理工艺 1赤泥-氧化锌联合脱硫工艺 2废气中硫化物的近零排放 3二、反应与分离技术创新 42.1硫化氢-甲醇一步法甲硫醇 4MDEA-SF混合吸收剂的运用 4反应产物水作第三组分萃取精馏 5反应分离集成技术 6三、节能技术创新 7反应气二级冷凝与汽提塔双股进料 7甲醇-水双效精馏 8四、设备创新 9新型环流式气体分布器 9列管式固定床反应器 10FSV浮动筛片塔板 114.44.54.64.7新型带文氏棒吸收段的填料塔 12新型泵 13新型板翅式空冷器 14高通量再沸器 14五、安全技术创新 155.1有害气体无线监测系统 155.2新型硫化氢捕消剂和捕消器 161.1硫化氢的资源化利用，还可作为和-甲醇一步法生产甲硫醇并副产二甲硫醚，充分利用了 加值的化学品，具有良好的发展前景。1.2的捕集与利用原料废气中的含量超过了55.0mol%，每年排量近5万吨，经过MDEA-SF选择性吸收硫化氢后，塔顶排出的气体中含量进一步上升，氧化碳标准1.1硫化氢的资源化利用，还可作为和-甲醇一步法生产甲硫醇并副产二甲硫醚，充分利用了 加值的化学品，具有良好的发展前景。1.2的捕集与利用原料废气中的含量超过了55.0mol%，每年排量近5万吨，经过MDEA-SF选择性吸收硫化氢后，塔顶排出的气体中含量进一步上升，氧化碳标准资源的充分利用。1.3硫化氢循环处理工艺对于反应后硫化氢的循环以及排空的方式，美国专利US005866721A1-1所示。1-1双甲醇洗涤塔工艺1/16B2创新性说明B2，吸收残余的硫化氢气体，处理后的气体进入食品级生产工段，B225AspenPlus模拟并不佳。专利的回收，气体进入食品级1-2所示。气体循环回提浓工段气体循环回反应器回收1-2改进工艺方案US005866721A且提升了对硫化氢吸收效果。1.4创新性说明B2，吸收残余的硫化氢气体，处理后的气体进入食品级生产工段，B225AspenPlus模拟并不佳。专利的回收，气体进入食品级1-2所示。气体循环回提浓工段气体循环回反应器回收1-2改进工艺方案US005866721A且提升了对硫化氢吸收效果。1.4赤泥-氧化锌联合脱硫工艺进入食品级生产工段的气体中硫化氢含量为0.14mol%，含硫总量59.9吨/年，如果选择去回收这部分硫，经济效益不明显。所以本项目选择干法脱硫将这部分硫化氢直接固定。260.43吨/（23%计442.7万元。2/1612%1-3所示。1-3赤泥-氧化锌联合脱硫流程简图本项目消耗赤泥505.9吨12%1-3所示。1-3赤泥-氧化锌联合脱硫流程简图本项目消耗赤泥505.9吨/年，氧化锌硫剂13.9吨/年，脱硫费用为99.5万元/343.2万元/年。使用后的赤泥碱性减弱，对运往云南文山铝业赤泥堆场堆放。降低，1.5废气中硫化物的近零排放MDEA-SF吸收和赤泥–氧化锌联合脱硫工艺，实现了深度脱硫2.07×10-7mol%3.14×10-3mg/Nm3，甲硫醇含量低至1.27×10-5mg/Nm3，实现了生产过程中硫化物的近零排放。3/16创新性说明2.1硫化氢-甲醇一步法甲硫醇目前国内外甲硫醇 方法中，硫化氢-甲醇法甲硫醇工艺具有反应物转化率大，目标产物收率高，产品质量好等优点。反应方程式如下：主反应：CH3OHH2S→CH3SHH2O副反应：2CH3OH创新性说明2.1硫化氢-甲醇一步法甲硫醇目前国内外甲硫醇 方法中，硫化氢-甲醇法甲硫醇工艺具有反应物转化率大，目标产物收率高，产品质量好等优点。反应方程式如下：主反应：CH3OHH2S→CH3SHH2O副反应：2CH3OHH2S→(CH3)2SH2O2W43上制得的钨系催化剂K31是甲硫醇反应得以高效进行。2.2MDEA-SF混合吸收剂的运用传统的脱硫脱碳工艺使用MDEA吸收剂对气体中硫化氢进行选择性吸收，由于本工艺中MDEA吸收剂的吸收选择性较难满足本工艺的需要。MDEA:SF:H2O=50:10:40）来提高吸收剂的吸收选择性，以吸收剂吸收H2S/CO21.7atmAspenPlus模拟两种吸收剂的吸收选2-1。2-1两种吸收剂吸收选择性对比4/1610wt%环丁砜相比于不添加环丁砜，在低压情况下吸收选择性能够提升1倍，而对硫化氢的吸收效果影响较小。但是随着环丁砜的继续增加，吸收剂MDEA:SF:H2O=50:10:40的吸收剂对废气中的硫化10wt%环丁砜相比于不添加环丁砜，在低压情况下吸收选择性能够提升1倍，而对硫化氢的吸收效果影响较小。但是随着环丁砜的继续增加，吸收剂MDEA:SF:H2O=50:10:40的吸收剂对废气中的硫化氢进行提纯，虽然增加了质量吸收剂的费用，但是减少了吸收剂的循环量，2.3反应产物水作第三组分萃取精馏硫化氢汽提塔塔底出来的液相主要成分为水（32.85mol%）、甲醇（41.25（19.98（5.93t-x-y2-2所示。2-2甲醇-二甲硫醚常压t-x-y相图--二甲硫醚可以在不添加外来萃取剂的情况下通过精馏得到分离。AspenPlus2.5×10-4mol%-二甲硫醚混合物，达到分离要求。5/16创新性说明2.4反应分离集成技术MDEA-SF混合吸收剂用以分离硫化氢和1atm环境下发生化学解吸成为贫液循环2-1所示。2-1MDEA-SF-H2O-H创新性说明2.4反应分离集成技术MDEA-SF混合吸收剂用以分离硫化氢和1atm环境下发生化学解吸成为贫液循环2-1所示。2-1MDEA-SF-H2O-H2S-CO2反应体系6/16化学反应反应方程式H2O⇌H++OH-MDEA的质子化反应AmH+⇌Am(aq)+H+H2S的离解反应（1）H2S(aq)⇌HS-+H+H2S的离解反应（2）HS-⇌S2-+H+CO2的水解反应（1）CO2(aq)+H2O⇌HCO3-+H+CO2的水解反应（2）- 2- +HCO3⇌CO3+H3.1反应气二级冷凝与汽提塔双股进料3-1、3-2所示。3-1一级冷凝单股进料3-2二级冷凝双股进料20℃，V0302T0302进行H23.1反应气二级冷凝与汽提塔双股进料3-1、3-2所示。3-1一级冷凝单股进料3-2二级冷凝双股进料20℃，V0302T0302进行H2S汽提。一次冷凝的液相包含甲醇、水、甲硫醇、二甲硫醚。二甲硫醚，第二次冷凝至20℃，冷凝液相大部分为甲硫醇、二甲硫醚和甲醇。T0302汽提塔不同位置进料。T03023-1。3-1两种工艺能耗效果对比19.40%22.25%的再沸器能耗，同时减少了高品质冷量的消耗，达到了节能的效果。7/16一级冷凝单股进料二级冷凝双股进料节能效率冷凝器耗能（kW）3762.263034.0319.40%T0302（kW）993.82770.4122.25%创新性说明3.2甲醇-水双效精馏-水双效精馏替代单塔精馏，同时3-3所示：创新性说明3.2甲醇-水双效精馏-水双效精馏替代单塔精馏，同时3-3所示：3-3顺流结构甲醇-水双效精馏29.70%热能和33.10%冷量，通过使3-4。3-4双效精馏与简单精馏能耗对比8/164.1新型环流式气体分布器本项目中的甲硫醇区域的温度过高，催化剂失活加快，进而将影响反应的高效进行。4-1，分布器由上下环板、气体导管和中间环形通道组成，结构简单。新型环流式分布器环板内径4.1新型环流式气体分布器本项目中的甲硫醇区域的温度过高，催化剂失活加快，进而将影响反应的高效进行。4-1，分布器由上下环板、气体导管和中间环形通道组成，结构简单。新型环流式分布器环板内径40mm4-2。4-1新型环流式气体分布器4-2反应器切向进料管（1027根本项目对添加气体分布器的反应器4-34-4分别是顶部速度分布云图和顶部流线图：4-3速度分布云图4-4顶部流线图9/16创新性说明分发展，为了更好的体现气体进入各管子的分布情况，导出各管入口气体流量，管入口的空间内气速分布较为均匀。4-5反应器管子入口流量分布4.2创新性说明分发展，为了更好的体现气体进入各管子的分布情况，导出各管入口气体流量，管入口的空间内气速分布较为均匀。4-5反应器管子入口流量分布4.2列管式固定床反应器4-6Aspen模拟本项目中最主要的反应器设备为甲硫醇连续冷却区，反应物加热至370℃后进入绝热区，通过反应自身的放热继续升温至450℃后进入连续冷却区。这种设计方法巧妙地利用了反应热，同时降低了高品质热能的消耗，减少了公用工程用量。连续冷却区通过冷却介质进行取热，防止反应温度过高产生“飞温”或者热量较大，本项目使用的冷却介质为中压水（2.6MPa），主要利用水的汽化潜热来进行取热。蒸汽离开反应器后可用于公用工程。中压水取热充分利用了水的汽化潜热，同时将反应热进行了充分4-7所示。10/162.6MPa中压水4-7甲硫醇反应器示意图4.3FSV浮动筛片塔板FSV浮动筛片塔板，该塔板由中国洛阳4-8。2.6MPa中压水4-7甲硫醇反应器示意图4.3FSV浮动筛片塔板FSV浮动筛片塔板，该塔板由中国洛阳4-8。4-9。4-8FSV浮动筛片阀件结构4-9FSV浮动筛片阀件的三种工作状态相比于一般浮阀塔板，FSV浮动筛片塔板具有以下几点性能的提高：11/16创新性说明FSV200~300Pa。FSV10%左右。。FSV塔板雾沫夹带上限与浮阀大致相当。损，大大减少安装和维修工作量。创新性说明FSV200~300Pa。FSV10%左右。。FSV塔板雾沫夹带上限与浮阀大致相当。损，大大减少安装和维修工作量。持较高的分离效率。4.4新型带文氏棒吸收段的填料塔受大学（北京）孙国刚教授关于一种文氏棒喷淋空塔专利MDEA-SF吸收塔，可进一步提高脱硫率。4-11的薄层并造成H2S出的新鲜胺液传质效果不佳。在设置文氏棒层后，错位布置的文氏棒形成无数个渐缩渐扩的文丘里上方形成鼓泡传质的高速向上的气流击碎，产生新的传质表面，如图4-12面，使填料层上段的气液传质得以强化。4-10文氏棒填料塔示意图12/164-11文氏棒层示意图4-12文氏棒原理示意图4.5新型泵为了保证装置运行的安全性、输送机械的低能耗以及维修的低成本少人力，本项目所用泵采用上海奥一泵业制造所生产的新型卧式4-13所示。贵的易泄漏的液体。该型泵相比于一般泵具有以下几点优势：（1）该型泵叶轮采用先进的水力模型，具有效率高，性能好等特点。关闭，不会使介质流出泵外，能确保泵的正常运行。本与人力。4-11文氏棒层示意图4-12文氏棒原理示意图4.5新型泵为了保证装置运行的安全性、输送机械的低能耗以及维修的低成本少人力，本项目所用泵采用上海奥一泵业制造所生产的新型卧式4-13所示。贵的易泄漏的液体。该型泵相比于一般泵具有以下几点优势：（1）该型泵叶轮采用先进的水力模型，具有效率高，性能好等特点。关闭，不会使介质流出泵外，能确保泵的正常运行。本与人力。4-13WPB卧式不锈钢泵示意图13/16创新性说明4.6新型板翅式空冷器过时将使空冷式空冷器具有结构紧凑、传热效率高、节水效果好的特点。4.7高通量再沸器再沸器有效传热面积大大增加，单管沸腾传热系数可为光管的3.5倍以上。了气4-14创新性说明4.6新型板翅式空冷器过时将使空冷式空冷器具有结构紧凑、传热效率高、节水效果好的特点。4.7高通量再沸器再沸器有效传热面积大大增加，单管沸腾传热系数可为光管的3.5倍以上。了气4-14，由无锡化工装备生产。4-14多孔高通量管14/165.1有害气体无线监测系统本项目硫化氢气体检测系统采用中国青岛安全工程开发的有害气体无线监测系统，分布点由两类检测点组成。15m，15m，830~60cm。监测仪分布密度高，足以满足要求。需要及入无线检测系统中。青岛安全工程5.1有害气体无线监测系统本项目硫化氢气体检测系统采用中国青岛安全工程开发的有害气体无线监测系统，分布点由两类检测点组成。15m，15m，830~60cm。监测仪分布密度高，足以满足要求。需要及入无线检测系统中。青岛安全工程立体定位，定位精度≤5m。可实现状态、位置监测、轨迹回放，仪器与平信息双向传输，多方式推送。 有害气体无线监测5-1。5-1安工院有害气体无线监测系统15/16创