【正文】 他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。對(duì)本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。 就脫硫車間的工藝生產(chǎn)流程，著重介紹化工設(shè)計(jì)的基本原理、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、技巧和經(jīng)驗(yàn)。 由于編者自身的知識(shí)水平和認(rèn)識(shí)水平的有限，書中錯(cuò)誤與不妥之處，懇請(qǐng)讀者批評(píng)指正。本設(shè)計(jì)在脫硫效率和再生率方面的研究有所突破。目前，世界上氨產(chǎn)量的 85%— 90%用于生產(chǎn)各和氮肥。將氨氧化可以制成硝酸，而硝酸又是生產(chǎn)炸藥、染料等產(chǎn)品的重要原料。同時(shí)尿素的甲醇的合成、石油加氫、高壓聚合等工業(yè)，也是在合成氨工業(yè)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。其中硫化氫屬于無機(jī)化合物，常稱為“無機(jī)硫”。含有 H2S 的原料氣，在水分存在時(shí)，就形成硫氫酸（ HSH），腐蝕金屬設(shè)備。 9 包括轉(zhuǎn)化催化劑、高溫變換催化劑、低溫變換催化劑、合成氨催化劑等。栲膠的 主要成分是丹寧，丹寧是化學(xué)結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜的化合物組成的混合物。 雖然丹寧各組分的分子結(jié)構(gòu)相當(dāng)懸珠，但它們都是具有酚式結(jié)構(gòu)的多羥基化合物，有的還含有醌式結(jié)構(gòu)，這就是栲膠能用于脫硫過程的原因。 332942 )(242)(2 OHTN a V ON a O HOOHTOVNa ???? 4) 還原態(tài)栲膠的氧化： 酚態(tài)栲膠被氧化獲得再生，同時(shí)生成 H2O2。原料氣中硫化物的含量取決于氣化所用燃料中硫的含量。 原料氣中的硫化物，對(duì)合成氨生產(chǎn)危害很大，不僅 能腐蝕設(shè)備和管道，而且能使合成氨生產(chǎn)過程所用的催化劑中毒而失去活性。脫除原料氣中硫化物的過程 ，稱為脫硫。 干法脫硫又分為吸附法 —— 以活性炭、分子篩為脫硫劑；接觸反應(yīng)法 —— 以氧化鋅、氧化鐵等為脫硫劑；加氫轉(zhuǎn)化法 —— 以鈷鉬為催化劑，先將有機(jī)硫轉(zhuǎn)化為 H2S， 11 再脫除。 濕法脫硫又分為化學(xué)吸收法（按脫硫溶液與 H2S 發(fā)生的反應(yīng)，又分為中和法如乙醇胺法和氧化法如 ADA 法、氨水催化法等）、物理吸收法（如低溫甲醇洗滌法等）和物理化學(xué)吸收法（如環(huán)丁砜法等）。 這么多濕式氧化法的脫硫方法，如果對(duì)它們 之 間的優(yōu)缺點(diǎn)都進(jìn)行比較，是很困難的。 設(shè)計(jì)任務(wù)的依據(jù) 本課題是指導(dǎo)老師為提高畢業(yè)生設(shè)計(jì)能力而選定的。根據(jù)脫硫溶液吸收過程性質(zhì)的不同，濕法脫硫又可分為化學(xué)吸收法，物理吸收法和物理化學(xué)吸收法三種。吸收了硫化氫的溶液，在減壓、加熱的條件下，使硫氫化物分解放出硫化氫，溶液再生后循環(huán)使用。 與中和法相比，濕式氧化法脫硫的優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)速度快，凈化度高，能直接回收硫磺。吸收劑一般為有機(jī)溶劑，如甲醇 、聚乙二醇二甲醚、碳酸丙烯酯等。溶液中的環(huán)丁砜是物理吸收劑，烷基醇胺為 13 化學(xué)吸收劑。缺點(diǎn)是再生比較麻煩或者難以再生， 回收硫磺比較困難，設(shè)備體積較大，有些為間歇操作，一般只作為脫除有機(jī)硫和精細(xì)脫硫的手段。以煤和重油為原料的大型氨廠，用甲醇 洗法脫除原料氣中的硫化物和二氧化碳等酸性氣體。該法主要有矸性栲膠脫硫（以栲膠和偏釩酸鈉作催化劑）和氨法栲膠（以氨代替矸）兩種。（ 2）基本上無硫堵塔的問題。 栲膠脫硫 法的理論依據(jù) 栲膠脫硫是利用堿性栲膠水溶液從氣體中脫除硫化氫 ,屬于二元氧化還原過程。 332942 )(242)(2 OHTN a V ON a O HOOHTOVNa ???? 4) 還原態(tài)栲膠的氧化 ： 酚態(tài)栲膠被氧化獲得再生，同時(shí)生成 H2O2。出富液槽的溶液用再生泵加壓后，打入再生槽頂部，經(jīng)噴射器 高速 噴射 進(jìn)入 再 生槽，同時(shí)吸入足夠的空氣，以達(dá)到氧化栲膠和浮選硫膏之目的。 工藝的化學(xué)過程 水煤氣經(jīng)過 洗 滌 塔進(jìn)入脫硫塔，脫硫液從塔頂噴淋下來，氣液兩相在塔里充分接觸后 ,硫化氫被脫硫液吸收，吸 收硫化氫的脫硫液在再生槽中氧化再生后解析出單質(zhì)硫。 (1) 溶液中 Na2CO3：若 Na2CO3 過低則吸收 H2S 不完全，脫硫效果差 。其濃度一般控制在 ～ 。 (5) 總堿度：溶液中的堿度較高時(shí)，可提高溶液吸氧能力，有利于再生氧化； 但 過量的堿不僅增加副 反應(yīng)的發(fā)生，同時(shí)會(huì)使硫的回收困難，硫磺產(chǎn)量下降。 Ⅱ 、吸收塔噴淋密度的影響 噴淋密度是指吸收塔內(nèi)單位 截面積的溶液循環(huán)量。一般液氣比控制稍大些即可。若循環(huán)系統(tǒng)溫度低則 H2S 的吸收和析硫反應(yīng)速度降低，脫硫效率差，因此，溶液溫度應(yīng)控制在 38～ 50℃ 為宜。 影響溶液再生的因素 溶液的再生是將富液 (吸收 H2S 后的栲膠溶液 )變成貧液 (再生后的栲膠溶液 ) 的過程，主要是 T(OH)3 被 O2 氧化成 T(OH)O2 過程。 Ⅱ 、再生壓力的影響 再生槽溶液噴射壓力是根據(jù)再生槽內(nèi)硫泡沫的形成和栲膠的氧化情況進(jìn)行控制的。若液位過高 ,則會(huì)出現(xiàn)溶液溢流過多，跑液嚴(yán)重，影響正常生產(chǎn) ； 若液位調(diào)節(jié)過低 ,則硫泡沫無法溢流 ,隨溶液一起進(jìn)入脫硫塔內(nèi)，使塔阻升高，不能正常生產(chǎn)。 工藝條件的確定 溶液的組成 根據(jù)反應(yīng)機(jī)理、吸收速度以及硫負(fù)荷來看，主要由堿液濃度和釩酸鹽濃度決定，也就是由栲膠濃度決定，一般都是根據(jù)釩酸鹽的變化和硫化氫的脫除效率來調(diào)整溶液組分和 pH 值。過高 PH 值會(huì)加大生成硫代硫酸的反應(yīng)速度。溶液電位除與測(cè)量溶液的標(biāo)準(zhǔn)電極電位有關(guān)外，主要與溶液中各種氧化態(tài)和還原態(tài)物質(zhì)的濃度有關(guān) 。當(dāng)負(fù)荷較低 時(shí)，噴淋密度影響較小，說明液氣比對(duì)吸收效果是有影響的，因此，根據(jù)生產(chǎn)過程的氣量，及時(shí)調(diào)節(jié)溶液循環(huán)量，控制噴淋密度和液氣比在適宜范圍內(nèi)是非常必要的。溫度超過 60℃ 以后，硫代硫酸鹽的生成速度急劇上升。h)。17Kg/Kmol= Kmol 則合成 NH3 所需要 N2 的物質(zhì)的量為 nN2= nNH3247。 VN2= Nm3 VO2=247。98%=表 物料衡算表 （以每小時(shí)計(jì)）： 入 脫 硫 塔氣體流量 出 脫硫 塔氣體流量 脫硫液循環(huán)量 硫泡沫生成量 m3 硫化氫吸收量 硫膏量 消耗的純堿量 硫代硫酸鈉生成量 熱量衡算 （以 0℃為計(jì)算基準(zhǔn)） 1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù) ① 半 水煤 氣的 平均 式量 M=(28 %)+(44 %)+(28 %)+(2 %)+(32 %)=半水煤氣的密度： ρg=PM / TR= 102/[(+40) ]=半水煤氣的 質(zhì)量流量 G0=V0ρg =② 脫硫液密度計(jì)算 用公式： ρL=－ （ g/cm3） 脫硫液入脫硫塔時(shí)的溫度 T入 =45℃ ， 則 ρ入L =－ 45=入脫硫塔脫 硫液的質(zhì)量流量 W入L = =脫硫液出脫硫塔是的溫度 T出 ≈ 45℃ ，則 ρ出L ≈ ρ入L 出脫硫塔脫硫液的質(zhì)量流量 W出L ≈ W入L 25 ③ 平均比熱容的計(jì)算 根據(jù)比熱容的計(jì)算式 Cp=a+bT+cT2， J/(molK) N2: CP=+103(+60)106(+60)2= KJ/(kmolK) 半水煤氣在 41 攝氏度的比熱容 C41 P =(kmolΔt） 式中 Δt——冷卻水溫升，取 Δt=5℃ , CH2O=(Kg℃ ), ρ=1000Kg/m3 W3=106/（ 10005） =3 硫泡沫槽熱量衡算 ① 硫泡沫槽熱負(fù)荷 ， KJ Q2=VFρFCF（ t3－ t4） 式中 VF——硫泡沫體積， m3， VF=G6= ρF——硫泡沫密度， kg/m3, ρF =1100kg/m3 CF——硫泡沫比熱容， KJ/（ kg℃ )， λ= KJ/（ m2 塔徑計(jì)算 （ a）利用泛點(diǎn)速度計(jì)算圖求液泛速度 首先根據(jù)液體質(zhì)量流速（ L， Kg/h）、氣體質(zhì)量流速（ G， Kg/h）、氣體密度（ ρg，Kg/m3）、液體密度（ ρL， Kg/m3），用泛點(diǎn)速度計(jì)算圖橫座標(biāo)的式子算出數(shù)據(jù)，以此數(shù)據(jù)查出 ―泛點(diǎn)速度計(jì)算圖 ‖的縱座標(biāo)上的數(shù)據(jù)，再用縱座標(biāo)上的式子，求解出泛點(diǎn)速度W0（ m/s）。 3600247。 KG=20（ 484130/） ﹣ = /（ m2hm2），取 Ai =70 m3/（ h H3 ——擴(kuò)大部分高度 ， 取 H3=。 而空氣量用下式計(jì)算： 31 GA=LTC i 式中 : Ci——噴射器抽吸系數(shù)， m3/ m3； Ci= m3/ m3 LT——溶液循環(huán)量， m3/h。 ΔPM——吸收過程平均推動(dòng)力， atm。atm） （ b） 計(jì)算 吸收過程平均推動(dòng)力 ΔPM, atm ΔPM=[（ P1－ P1*）－（ P2－ P2*） ] / ln[（ P1－ P1*） /（ P2－ P2*） ] 式中： P1——吸收塔入口氣相 H2S 分壓， atm； 30 P2——吸收塔出口氣相 H2S 分壓， atm； P1 =（ ） /（ ） =104 atm P2 =（ ） /（ ） =106 atm P1*， P2*——吸收塔入、出口 H2S 分壓， atm，溶 液中 H2S 含量很低，可以忽略， P1* = P2* =0。hS， μ= mPa℃ ） F6——熔硫釜表面積， m2， F6=10m2 4——熔 一 釜所需時(shí)間， h ——硫膏中含硫膏 98% G8CSρS(t5－ t6)表示硫膏升溫吸收熱量； 表示硫膏熔融吸收熱量；4λF6(t5－ t6)表示向環(huán)境散熱量。℃ ） t3——槽中硫泡沫 末 溫， ℃ ， t3=℃ t4——槽中硫泡沫 初 溫， ℃ ， t4=41℃ Q2=1100（ － 41） =105KJ ② 蒸汽消耗量 W4， kg/h W4=Q2/r1 式中 r1——130℃ 蒸汽的 液 化熱， KJ/kg， r1=W4=Q2/r1=105/= 4 熔硫釜熱量衡算 ① 熔硫釜熱負(fù)荷 Q3， KJ/釜 Q3=G8CSρS(t5－ t6)++4λF6(t5－ t6) 式中 G8——每一釜硫膏量， m3/釜，設(shè)全容積為 3m3，熔硫釜裝填系數(shù)為 75%，則G8=3= CS——硫膏比熱容， KJ/（ kg﹒ ℃ ）， CS=（ kg﹒ ℃ ） ρS——硫膏密度， kg/m3， ρS=1770kg/m3 t5——加熱終溫， ℃ ， t5=150℃ 27 t6——入釜溫度， ℃ ， t6=℃ Ch——硫膏的熔融熱， KJ/kg， Ch= KJ/kg λ——熔硫釜向周圍空間的散熱系數(shù)， KJ/（ m2℃ )= KJ/(kgK) 平均比熱容 Cpm=ΣYiCpi 式中 Yi——各氣體的體積分?jǐn)?shù) Cpi——各氣體的比熱容 故 半水煤氣在 60 攝氏度的比熱容 C60 P =(kmolK) H2: CP=+103(+60)106(+60)2= KJ/(kmol158=9 硫泡沫生成量 G6， Kg/m3 G6=G4/S1 式中 S1——硫泡沫中硫含量， kg/m3,取 S1=30kg/m3 G6=247。 VN2= Nm3 VCO=247。 21 4. 物料衡算和熱量衡算 物料 衡算 [610] 1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 表 半水煤氣 成分 組分 N2 CO2 CO H2 O2 體積 /％ 表 脫硫液成分 組分 Na2CO3 NaHCO3 總堿 總釩 栲膠 濃度（ g/L） ⑶ 半水煤氣中硫化氫含量 C1=711 mg/m3 ⑷ 凈化氣中硫化氫含量 C2=⑸ 入 洗滌 塔的半水煤氣的溫度 t1=60℃ ⑹ 出 洗滌 塔入 脫硫 塔的半水煤氣的溫度 t2=45℃ ⑺ 出 脫硫 塔半水煤氣的溫度 t3=41℃ ⑻ 入 脫硫 塔半水煤氣的壓力 P=（絕壓） 2 計(jì)算 原料氣的體積 及流量 以每年 300 個(gè) 工作日，每天工作 24 小時(shí)，則每小時(shí)生產(chǎn)合成氨為： 60000247。