【正文】 /ρg)/ ]1/2=[（ ） （ ）/]1/2=（ b）利用泛點(diǎn)速度 W0，算出操作氣速 W1， m/s 取 空塔氣 速 為 泛 點(diǎn)速度的 45%，則實(shí)際空速為 u==.（ c）根據(jù)操作態(tài)的每小時(shí)氣體處理量算出塔徑 D， m D = u/ 4Vs ? 式中 ： D——吸收塔直徑， m； VS——?dú)怏w的體積流量， m3/s D=[4247。 ΔPM =（ 104 － 106 ） / ln[（ 104） /（ 106） ] = 105 atm （ c） 計(jì)算 傳質(zhì)面積 FP， m2 FP= G1 /（ KGΔPM） 式中： G1—— H2S 脫除量， Kg/h； KG——傳質(zhì)系數(shù)， Kg /（ m2 GA==1162 m3/h D1=（ 1162/ 70） 1/2= （ b）計(jì)算 再生槽擴(kuò)大部分直徑 D2， m D2=+D1 D2=+= （ c） 計(jì)算 再生槽高度 HT， m HT= H1 + H2 + H3 H1 ——再生槽有效高度， m； H2 ——噴射器出口到槽底距離，取 H2 =。 FP= （ 105） = （ d） 根據(jù)以上數(shù)據(jù)計(jì)算出填料高度 HP= FP / (a ) 式中 a——填料比表面面積 HP= / ()= 取 HP=17m 填料分兩段， 上 段 8㎝下段 9 ㎝ . 噴射再生槽 的 計(jì)算 槽體計(jì)算 （ a）再生槽直徑計(jì)算 再生槽直徑計(jì)算可用下式計(jì)算： D1=（ GA / ） 1/2 式 中 : Ai——吹風(fēng)強(qiáng)度， m3/（ hatm） ； A——經(jīng)驗(yàn)數(shù)，取 A=20； W——吸收塔操作氣速， m/s； Na——溶液中 Na2CO3 含量 ， g/L； B——吸收過(guò)程液氣比 ， L/m3。 Q3=1770(150－ )+1770+410(150－ ) =② 蒸汽消耗量， W5， KJ/釜 W5=Q3/r2 式中 r2——130℃ 蒸汽的 液 化熱， KJ/kg， r2=W5=表 熱量衡算表 ： 收入 KJ/kg 支出 KJ/kg 洗 滌 塔 (/h) 半水煤氣帶入的熱量G0C60 P t1 106 半水煤氣帶出的熱量 106 冷卻水吸收的熱量 106 總 和 106 總和 106 硫泡沫槽 (/h) 脫硫液帶入的熱量 105 脫硫液帶出的熱量 105 蒸汽冷凝放出的熱量 105 總 和 105 總和 105 熔硫釜/（釜） 硫膏帶入的熱量 105 硫膏帶出的熱量 106 蒸汽冷凝放出的熱量 105 環(huán)境吸收的熱量 105 總和 106 總和 106 28 5. 設(shè)備計(jì)算及選型 脫硫塔的設(shè)計(jì)計(jì)算 [1119] 脫硫吸收塔采用填料塔，填料為 ? 76 76 聚丙烯 鮑爾環(huán)，公稱(chēng)直徑為 76cm，空隙率為 ε=， 比表面積為 α=,采用亂堆的方式?！?) 脫硫液的出口溫度 約 為 41℃ ,則出口時(shí)的比熱容 Cp2≈ Cp1 2 洗滌 塔熱量衡算 26 ① 洗滌 塔熱負(fù)荷 Q1， KJ/h Q1=G0(C60 P t1－ C45 P t2) 式中 G0——入 洗滌 塔半水煤氣 量 Q1=（ 60－ 40） =106KJ ② 冷卻水消耗量 W3， m3/h W3=Q1/（ CH2OK) CO2: CP=+103(+60)106(+60)2= KJ/(kmol VN2= VH2=247。按 2H2S+O2=2H2O+S 計(jì)算，每公斤硫需要 空氣，采用噴射再生的空氣量可能要少一些，主要是在喉管中氣液接觸好，反應(yīng)激烈，接觸時(shí)間也少得多，一般再生時(shí)間需要 30min 以上，由于采用噴射再生， 12min 就滿(mǎn)足了工藝要求，但吹風(fēng)強(qiáng)度大，達(dá)到 136m3/(㎡ 而 pH 值較 低 時(shí)加大溶液量即增大噴淋密度可明顯增加脫除硫化氫量。 pH 值對(duì)硫化氫吸收和其氧化成元素硫有著相反影響。 Ⅲ 、再生槽液位的影響 再生槽液位是根據(jù)再生槽硫泡沫層的厚度和循環(huán)系統(tǒng)的液位來(lái)進(jìn)行控制的，通過(guò)調(diào)節(jié)再生槽 上液位調(diào)節(jié)器平衡管的高度調(diào)節(jié)液位高低。 (2) 循環(huán)槽液位的影響 循環(huán)槽液位可根據(jù)循環(huán)系統(tǒng)中的溶液量及再生槽和脫硫塔等設(shè)備內(nèi)的液位，溶液循環(huán)量進(jìn)行控制，一般情況下以不低于液位顯示的 50 %及不高于循環(huán)槽放空管口為宜，以保證貧液泵正常工作及避免循環(huán)槽內(nèi)形成真空。但液氣比過(guò)高則溶液在反應(yīng)罐和再生槽內(nèi)的停留時(shí)間短，不利于析硫和 溶液 再生。pH 值過(guò)高，則析硫較慢，副反應(yīng)加快，一般控制在 ～ 。 332942 )(242)(2 OHTN a V ON a O HOOHTOVNa ???? 2— 4 （ 4）酚態(tài)栲膠被氧化獲得再生，同時(shí)生成 H2O2 22223 2)(22)(2 OHOOHTOOHT ??? 2— 5 2H2O2+2NaOH+Na2V4O9＝ 4NaVO3+3H2O 2— 6 H2O2+NaHS＝ H2O+S+NaOH 2— 7 式中 2)( OOHT ——醌態(tài)栲膠 3)(OHT ——酚態(tài)栲膠 氣體中含 CO O2 及溶液中的 H2O2引起的副反應(yīng) Na2CO3+CO2+H2O＝ 2NaHCO3 2— 8 2NaHS+2O2＝ Na2S2O3+H2O 2— 9 4H2O2+2NaHS＝ 5H2O+Na2S2O3 2— 10 2NaOH+Na2S2O3+4H2O2=2Na2SO4+5H2O 2— 11 反應(yīng)條件對(duì)反應(yīng)的影響 影響栲膠溶液吸收的因素 Ⅰ 、溶液組分濃度的影響 栲膠法中含有 Na2CO3 、 NaVO3 、 T(OH)O2 ，此外還有生成物 S、 NaHCO Na2S2O3 等，上述組分均影響溶液的吸收。在富液槽內(nèi)未被氧化的硫氫化鈉被進(jìn)一步氧化，并析出單質(zhì)硫，此時(shí)，溶液中吸收的硫以單質(zhì)懸浮狀態(tài)存在。（ 5）栲膠需要熟化預(yù)處理，栲膠質(zhì)量及其配制方法得當(dāng)與否是決定栲膠法使用效果的主要因素。 本課題是采用濕法對(duì)水氣煤脫硫，主要是采用栲膠脫硫法，栲膠法是我國(guó)特有的脫硫技術(shù)，是目前國(guó)內(nèi)使用較多的脫硫方法之一。優(yōu)點(diǎn)是既能脫除硫化氫，又能脫除在機(jī)硫，凈化度高，可將氣體中硫化物脫除至 1cm3/m3 以下。當(dāng)溫度升高、壓力降低時(shí)，硫化物解吸出來(lái)，使吸收劑再生，循環(huán)使用。中合法，用弱堿性溶液為吸收濟(jì)，與原料氣中的酸性氣體硫化氫進(jìn)行中和反應(yīng)，生成硫氫化物而除去。因此即便有一種方法有明顯的優(yōu)勢(shì)，他也不一定就很快采 用。因此，大型合成廠(chǎng)廣泛將此法用于業(yè)精細(xì)脫硫。因此，原料氣中的梳化物，必須脫除干凈。 文獻(xiàn)綜述 由于生產(chǎn)合成氨的各種燃料中含有一定的硫，因此所制備出來(lái)的合成氨原料氣中，都含有硫化物，其中大部分是無(wú)機(jī)硫化物硫化氫 （ H2S），其次還含有少量的的機(jī)硫化物，如 二硫化碳（ CS2）、硫 氧化碳（ COS）、硫醇（ R— SH）和噻吩（ C4H4S）等 。用于脫硫的栲膠屬于水解類(lèi)熱溶栲膠，在堿性溶液中更容易氧化成醌類(lèi)；已氧化的栲膠在還原過(guò)程中氧取代基又被還原為羥基。當(dāng)原料氣中的硫化物含量超過(guò)一定指標(biāo)時(shí)，硫化物 與 催化 劑活性中心結(jié)合，就能使以金屬原子或金屬氧化物為活性中心的催化劑中毒、失活。 合成氨所需的原料氣，無(wú)論是天然氣、油田氣還是焦?fàn)t氣、半水煤氣都人 含有硫化物，這些硫化物主要是硫化氫（ H2S）、二硫化碳（ CS2）、硫氧化碳（ COS）、硫醇（ R— SH）和噻吩（ C4H4S）等。 氨也是重要的工業(yè)原料，廣泛用于制藥、煉油、純堿、合成纖維、合成樹(shù)脂、含氮無(wú)機(jī)鹽等 工 業(yè)。本設(shè)計(jì)詳細(xì)的介紹了合成氨脫硫工段的生產(chǎn)原理、工藝流程、工藝參數(shù)、熱量衡算、物料衡算，以及設(shè)備選型、廠(chǎng)房布置和三廢處理。 著重詳細(xì)介紹了脫硫工段的工藝流程、工藝條件、生產(chǎn)流程、技術(shù)指標(biāo)、熱量衡算及物料衡算以及設(shè)備計(jì)算和選型等內(nèi)容。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)的成果作品。對(duì)本研究提供過(guò)幫助和做出過(guò)貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。 由于編者自身的知識(shí)水平和認(rèn)識(shí)水平的有限，書(shū)中錯(cuò)誤與不妥之處，懇請(qǐng)讀者批評(píng)指正。目前，世界上氨產(chǎn)量的 85%— 90%用于生產(chǎn)各和氮肥。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(lái)的。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。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。 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(guò)程所用的催化劑中毒而失去活性。 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。 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。根據(jù)脫硫溶液吸收過(guò)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。 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。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。以煤和重油為原料的大型氨廠(chǎng)，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。（ 2）基本上無(wú)硫堵塔的問(wèn)題。 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。 工藝的化學(xué)過(guò)程 水煤氣經(jīng)過(guò) 洗 滌 塔進(jìn)入脫硫塔，脫硫液從塔頂噴淋下來(lái)，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。其濃度一般控制在 ～ 。 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。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。 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。 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(lái)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(lái)調(diào)整溶液組分和 pH 值。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) 。溫度超過(guò) 60℃ 以后，硫代硫酸鹽的生成速度急劇上升。17Kg/Kmol= Kmol 則合成 NH3 所需要 N2 的物質(zhì)的量為 nN2= nNH3247。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