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年產(chǎn)6萬噸合成氨脫硫工段工藝設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)-wenkub

2023-07-04 19:32:45 本頁面
 

【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。
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