【正文】 .................................................. 18 槽體 ............................................................................................ 19 噴射器 ......................................................................................... 20 輔助設(shè)備的選型 ................................................................................................. 22 6 設(shè)備穩(wěn)定性及機(jī)械強(qiáng)度校核計(jì)算 ........................................................................ 23 壁厚的計(jì)算 ........................................................................................................ 23 機(jī)械強(qiáng)度的校核 ................................................................................................ 24 風(fēng)載荷的計(jì)算 ................................................................................. 26 風(fēng)彎矩的計(jì)算 .............................................................................. 27 7 設(shè)計(jì)體會(huì)與收獲 .................................................................................................... 28 8 參考文獻(xiàn) ................................................................................................................ 29 9 附錄 ........................................................................................................................ 30 10 附圖 ...................................................................................................................... 34 1 1 總論 概述 我國(guó)合成氨工業(yè)的生產(chǎn)始于 20 世紀(jì) 50 年代，但生產(chǎn)規(guī)模都很小，合成氨單系列裝置的生產(chǎn)能力最大僅為 4 萬(wàn)噸 /年，氨加工產(chǎn)品主要為碳酸氫銨，產(chǎn)量滿足不了市場(chǎng)的需求。為了滿足市場(chǎng)快速增長(zhǎng)的需求， 70 年代，我國(guó)建設(shè)了一批中型 氮肥 生產(chǎn)裝置，合成氨單系列裝置的生產(chǎn)能力達(dá)到 612 萬(wàn)噸 /年，主要 氨加工產(chǎn)品為 尿素 或硝酸銨，大部分裝置采用我國(guó)開(kāi)發(fā)的以無(wú)煙煤為原料的固定層氣化技術(shù)。隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，高濃度化肥的市場(chǎng)需求不斷增加，為了滿足需求，增加生產(chǎn)能力，我國(guó)先后引進(jìn)了 30 套以油、天然氣和煤為原料的 30 萬(wàn)噸/年合成氨裝置。除此之外，我國(guó)還自行研究設(shè)計(jì)制造了以輕油為原料的生產(chǎn)能力為 30 萬(wàn)噸 /年的合成氨生產(chǎn)裝置。 隨著合成氨工業(yè)的發(fā) 展，氨的生產(chǎn)要求越來(lái)越嚴(yán)格，比如氨原料的提取，氨原料氣的凈化，氨后續(xù)工藝的要求等等。 各種原料制取的粗原料氣，都含有一些硫和碳的氧化物，為了防止合成氨生產(chǎn)過(guò)程催化劑的中毒，必須在氨合成工序前加以脫除，以天然氣為原料的蒸汽轉(zhuǎn)化法，第一道工序是脫硫，用以保護(hù)轉(zhuǎn)化催化劑，以重油和煤為原料的部分氧化法，根據(jù)一氧化碳變換是否采用耐硫的催化劑而確定脫硫的位置。工業(yè)脫硫方法種類很多，通常是采用物理或化學(xué)吸收的方法，常用的有低溫甲醇洗法 (Rectisol)、聚乙二醇二甲醚法 (Selexol)等。 在此我們主要研究合成氨原料氣的 脫硫。 合成氨原料氣中的硫是以不同形式的硫化物存在的，其中大部分是以硫化氫形式存在的無(wú)機(jī)硫化物，還有少量的有機(jī)硫化物。具體來(lái)說(shuō)作為原料氣的半水煤氣中都含有一定數(shù)量的硫化氫和有機(jī)硫化物 (主要有羰基硫、二硫化碳、硫醇、硫醚等 )，能導(dǎo)致甲醇、合成氨生產(chǎn)中催化劑中毒，增加液態(tài)溶劑的黏度，腐蝕、堵塞設(shè)備和管道 ,影響產(chǎn)品質(zhì)量。硫化物對(duì)合成氨的生產(chǎn)是十分有害的，燃燒物和工業(yè)裝置排放的氣體進(jìn)入大氣，造成環(huán)境污染，危害人體健康。硫也是工業(yè)生產(chǎn)的一種重要原料。因此為了保持人們優(yōu)良的生存環(huán)境和提高企業(yè)最終產(chǎn)品質(zhì)量，對(duì)半水煤 氣進(jìn)行 脫硫回收是非常必要的2 文獻(xiàn)綜述 合成氨原料氣凈化的現(xiàn)狀 合成氨原料氣 (半水煤氣 )的凈化就是清除原料氣中對(duì)合成氨無(wú)用或有害的物質(zhì)的過(guò)程，原料氣的凈化大致可以分為 “熱法凈化 ”和 “冷法凈化 ”兩種類型，原料氣的凈化有脫硫，脫碳，銅洗和甲烷化除雜質(zhì)等，在此進(jìn)行的氣體凈化主要是半水煤氣的脫硫的凈化。煤氣的脫硫方法從總體上來(lái)分有兩種：熱煤氣脫硫和冷煤氣脫硫。在我國(guó)，熱煤氣脫硫現(xiàn)在仍處于試驗(yàn)研究階段，還有待于進(jìn)一步完善，而冷煤氣脫硫是比較成熟的技術(shù)，其脫硫方法也很多。冷煤氣脫硫大體上可分為干法脫硫和濕法脫硫 兩種方法，干法脫硫以氧化鐵法和活性炭法應(yīng)用較廣，而濕法脫硫以砷堿法、 ADA、改良 ADA 和栲膠法頗具代表性。 煤氣干法脫硫技術(shù)應(yīng)用較早，最早應(yīng)用于煤氣的干法脫硫技術(shù)是以沼鐵礦為脫硫劑的氧化鐵脫硫技術(shù)，之后，隨著煤氣脫硫活性炭的研究成功及其生產(chǎn)成本的相對(duì)降低，活性炭脫硫技術(shù)也開(kāi)始被廣泛應(yīng)用。 干法脫硫既可以脫除無(wú)機(jī)硫，又可以脫除有機(jī)硫，而且能脫至極精細(xì)的程度，但脫硫劑再生較困難，需周期性生產(chǎn)，設(shè)備龐大，不宜用于含硫較高的煤氣，一般與濕法脫硫相配合，作為第二級(jí)脫硫使用。 濕法脫硫可以處理含硫量高的煤氣，脫硫劑是便于 輸送的液體物料，可以再生，且可以回收有價(jià)值的元素硫，從而構(gòu)成一個(gè)連續(xù)脫硫循環(huán)系統(tǒng)?，F(xiàn)在工藝上應(yīng)用較多的濕法脫硫有氨水催化法、蒽醌二磺酸法（ 法）及有機(jī)胺法。其中蒽醌二磺酸法的脫除效率高，應(yīng)用更為廣泛。改良 ADA 法相比以前合成氨生產(chǎn)中采用毒性很大的三氧化二砷脫硫，它徹底的消除了砷的危害。 基于此，在合成氨脫硫工藝的設(shè)計(jì)中我采用改良 ADA 法工藝。 改良 ADA 的簡(jiǎn)述 ADA 法是英國(guó)西北煤公司與克萊頓胺公司共同開(kāi)發(fā)的 , 于 1959 年在英國(guó)建立了第一套處理焦?fàn)t氣的中間試驗(yàn)裝置 , 1961 年初用 于工業(yè)生產(chǎn)。但由于此方法析硫的反應(yīng)速度慢 , 需要龐大的反應(yīng)槽 , 并且為防止 HS 進(jìn)入再生塔引起副反應(yīng) , 溶液中 HS 的濃度必須控制在 (50～ 100) 10 6之間 , 溶液的硫容量很低 , 因而使 ADA 法的應(yīng)用受到限制。為此 , 研究者對(duì) ADA 法進(jìn)行了改進(jìn) , 在 ADA 溶液中添加了適量的偏釩酸鈉、酒石酸鉀鈉。偏釩酸鈉在五價(jià)釩還原成四價(jià)釩的過(guò)程中提供氧 , 使吸收及再生的反應(yīng)速度大大加快 , 提高了溶液的硫容量 , 使反應(yīng)槽容積和溶液循環(huán)量大大減少。酒石酸鉀鈉的作用是防止釩形成 “釩 氧 硫 ”態(tài)復(fù)合物 , 沉淀析出 , 導(dǎo)致脫硫液活性下降 , 這樣使 ADA 法脫硫工藝更趨于完3 善 , 從而提高氣體的凈化度和硫的回收率 , 經(jīng)改進(jìn)的 ADA 法被稱為改良 ADA 法。 ADA 的理化性質(zhì) ADA 是蒽醌二磺酸 (Anthraqinone Disulphonic Acid)的縮寫(xiě)。作為染料中間體，它有幾種主要的異構(gòu)體。 ADA 的這幾種異構(gòu)體中，在產(chǎn)品中一般含量較高的是 , , , 。其中 與 的脫硫活性較好 , 而 又優(yōu)于 , 特別在溶解度上 , 在 100 克水中的溶解度為 : 20 ℃ 時(shí) 3015 g, 100 ℃ 時(shí) 10 g。 在 100 克水中的溶解度 3 g (20 ℃ )。兩者在水中溶解度相差約一個(gè)數(shù)量級(jí) , 實(shí)際溶液中由于 H2S 反應(yīng)不徹底和伴生的副反應(yīng) , 溶液中存在 Na2SO NaCNS 和 Na2S2O3 等副產(chǎn)品 , 這些副反應(yīng)產(chǎn)物隨著脫硫生產(chǎn)操作的運(yùn)行 , 在脫硫液中逐漸積累 , 當(dāng)達(dá)到相當(dāng)含量時(shí) , 會(huì)使 和 溶解度快速下降 , 影響脫硫效果 , 而且析出的ADA 伴隨硫磺夾帶出脫硫系統(tǒng) , 增加 ADA 消耗。 ADA 脫硫的優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn) (1) ADA 作為染料中間體，它有多種主要的異構(gòu)體。 ADA 的這幾種異構(gòu)體中，在產(chǎn)品中一般含量較高，便于提取。 (2) 脫硫溶液的活性好、性能穩(wěn)定、腐蝕性小。 (3) 脫硫效率很高，所析出的硫容易浮選和分離。 (4) ADA 脫硫整個(gè)脫硫和再生過(guò)程為連續(xù)在線過(guò)程，脫硫與再生同時(shí)進(jìn)行，不需要設(shè)置備用脫硫塔。 (5) 煤氣脫硫凈化程度可以根據(jù)企業(yè)需要，通過(guò)調(diào)整溶液配比調(diào)整，適時(shí)加以控制，凈化后煤氣中 H2S 含量穩(wěn)定。 缺點(diǎn) 蒽醌二磺酸法脫硫在生產(chǎn)過(guò)程中存在一點(diǎn)問(wèn)題。反應(yīng)速度太慢，需時(shí) 30min以上，這就需要龐大的反應(yīng)槽并使副反應(yīng)加重，同時(shí)此法在操作中易發(fā)生堵塞，而且藥品價(jià)格有些昂貴。 2 生產(chǎn)流程或生產(chǎn)方案的確定 焦?fàn)t煤氣的凈化主要是要脫除煤氣中的 H2S，脫硫的方法有兩種：干法脫硫、濕法脫硫。 干法脫硫既可以脫除無(wú)機(jī)硫，又可以脫除有機(jī)硫，而且能脫至極精細(xì)的程度，但脫硫劑再生較困難，需周期性生產(chǎn)，設(shè)備龐大，不宜用于含硫較高的煤氣，一4 般與濕法脫硫相配合，作為第二級(jí)脫硫使用。 濕法脫硫可以處理含硫量高的煤氣，脫硫 劑是便于輸送的液體物料，可以再生，且可以回收有價(jià)值的元素硫，從而構(gòu)成一個(gè)連續(xù)脫硫循環(huán)系統(tǒng)?，F(xiàn)在工藝上應(yīng)用較多的濕法脫硫有氨水催化法、改良蒽醌二磺酸法（ 法）及有機(jī)胺法。其中改良蒽醌二磺酸法的脫除效率高，應(yīng)用更為廣泛。 3 生產(chǎn)流程說(shuō)明 反應(yīng)機(jī)理 改良 ADA 的脫硫反應(yīng)歷程： 最新的研究表明 , 改良 ADA 法反應(yīng)歷程如下。 堿液吸收硫化氫 2Na2CO3+ 2H2S= 2NaHS+ 2NaHCO 3 (1) 氧化析硫 2NaHS+ 4N aVO 3+ H2O = Na2V4O 9+ 4NaOH+ 2S (2) 焦釩酸鈉被氧化 Na2V4O9+ 2H2O2+ 2NaOH+ ADA (氧化態(tài) ) = 4NaVO3+ 3H2O + ADA (還原態(tài) ) (3) 堿液再生 2NaOH+ 2NaHCO 3= 2Na2CO 3+ 2H2O (4) ADA 再生 ADA (還原態(tài) ) + O 2= ADA (氧化態(tài) ) + H2O2 (5) 當(dāng)氣體中有氧、二氧化碳、氰化氫存在時(shí)還產(chǎn)生如下副反應(yīng)： 2NaHS+2O2=Na2S2O3+H2O Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3 Na2CO3+2HCN=2NaCN+H2O+CO2 NaCN+S=NaCNS 2NaCNS+5O2=Na2SO4+2CO+SO2+N2 從上述反應(yīng)歷程來(lái)看 , 要使 H2S 較徹底地還原為單質(zhì) 硫 , 偏釩酸鈉 (NaVO 3) 是否足量是個(gè)重要的因素 , 而要使偏釩酸鈉濃度高 , 焦釩酸鈉較完全轉(zhuǎn)化為偏釩 酸鈉是反應(yīng)的關(guān)鍵。而在這一反應(yīng)中 H2O2 濃度起著決定性的作用 , 如 H2O2 濃度低 , 就容易造成焦釩酸鈉轉(zhuǎn)化不徹底 , 使溶液中有效偏釩酸鈉濃度降低 , 從而使溶液中 HS 含量上升 , Na2S2O NaCNS 等副產(chǎn)物增加 , 加大了堿和釩的消耗 , 而且反應(yīng)所需的 H2O2 是在 ADA 再生過(guò)程中生成的 [反應(yīng)式 (5) ], 故操作中一定要保持 ADA 有一定濃度和足夠的再生空氣。二者不足均會(huì)使溶液中氧 化態(tài)的 ADA 濃度降低 ,H2O2 的生成量減少 , 最終造成物耗上升。 5 主要操作條件 溶液組分 溶液的主要組分是堿度、 NaVO ADA。 堿度 溶液的總堿度與其硫容量成線性關(guān)系，因而提高總堿度是提高硫容量的有效途徑，一般處理低硫原料氣時(shí)，采用的溶液總堿度為 ，而對(duì)高硫含量的原料氣則采用 1N 的總堿度。 NaVO3 含量 NaVO3 的含量取決于脫硫液的操作硫容，即與富液中的 HS濃度符合化學(xué)計(jì)量關(guān)系。應(yīng)添加的理論濃度可與液相中 HS的摩爾濃度相當(dāng)，但在配制 溶液時(shí)往往要過(guò)量。從反應(yīng)機(jī)理可知，硫化氫首先被堿液吸收生成硫化物后再與 ADA 釩酸鹽溶液反應(yīng) 濃度 反應(yīng)式（ 2）在氧的存