【正文】 P1*= P2*=0 ③ 所需傳質(zhì)面積的計(jì)算 1GGK Pm?? ? （ 39） 4280= 10= m??? ④ 填料層高度的計(jì)算 225 0 8 7 . 1 4 7 . 2 50 . 7 8 5 0 . 7 8 5 2 . 8 1 1 4Z D ??? ? ???m 取填料層高度 :Z=8 m 對(duì)于階梯環(huán)填料，m a x8 ~ 15 , 6Z h mmD ?? 所以把填料分兩段，每一段各為 4m 壓降的計(jì)算 采用 Eckert 通用關(guān)聯(lián)圖計(jì)算填料層壓降 [21] 橫坐標(biāo)為 q GLmlmv ???????? 19 0 .58 0 0 1 0 5 0 1 .0 54 0 0 0 0 1 .0 5 1 0 5 0? ??????? ?? 20 ?? ? 縱坐標(biāo)為 2 LLu g ??? ???????? （ 310） 2 0 . 29 9 8 1 . 0 52 . 0 2 3 8 9 0 . 81 0 5 0 1 0 5 09 . 8 1??? ? ? ?????? ? ? －填料因子， m1 ? － 液體密度校正系數(shù)， ? =?水 /?液 查圖得 / 40 /aP Z P m?? 填料層壓降為 4 0 8 3 2 0app? ? ? ? 填料個(gè)數(shù)及持液量的計(jì)算 塔截面積 [22]： 塔截面積 A=== 式中 A －塔截面積， m2 D － 塔徑， m ； 填料個(gè)數(shù) N =αd3 = （ ） 3= 6160 個(gè) /m3 式中 N － 單位體積內(nèi)填料的個(gè)數(shù)，個(gè) /m3 ； d － 填料尺寸， m ； α － 常數(shù)， α = ； 持液量的計(jì)算： Ht = (L/de) = (800/) = 液體 /m3 填料 式中 Ht － 總持液量， m3 液體 /m3 填料 ； L － 液相流率， m3/m2K), Cs = KJ/(Kgm2)截面。 用作脫硫的填料塔每段填料間設(shè)有人孔，以供檢查用。表 ，組成（一）適用于含高硫化氫含量與加壓情況下的原料氣脫硫，組成（二）適用于含低硫化氫含量與常壓情況下的原料氣脫硫，但也有使用低濃度的 ADA溶液來(lái)脫硫 [12]。在反應(yīng)過(guò) 程中要保持較高濃度 ADA，才能保證生成的焦釩酸鈉較完全轉(zhuǎn)化為偏釩酸鈉，這是反應(yīng)的關(guān)鍵。 ADA 的物理化學(xué)性質(zhì) ADA是蒽醌二磺酸的縮寫(xiě) [5]。在相同的條件下，硫化氫在環(huán)丁砜溶液中的溶解度是在水中溶解度 的 7 倍，因此硫化氫以溶解方式被吸收，屬于物理吸收法。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)水煤氣進(jìn)行脫硫是非常必要的。 the height of the tower is . Key words: Water gas； ADA method； aqueous method desulfurization III 主要符號(hào)說(shuō)明 序號(hào) 符號(hào) 意義 單位 01 Ci 焦?fàn)t煤氣中 H2S 初始含量 g/m3 02 iL 液體體積流量 3m/h 03 P 壓力 Mpa 04 L? ADA溶液的密度 3kg/m 05 iQ 熱量 kJ/h 06 LiQ 液體的熱量 kJ/h 07 vnQ 原料氣的摩爾流量 kmol/h 08 it 氣體溫度 K 09 ? 筒體壁厚 mm 10 U 噴淋密度 32/( . )m m h 11 pC 原料氣的平均比熱容 J/Kg.℃ 12 qmv 氣體的質(zhì)量流量 kg/h 13 fu 泛點(diǎn)氣速 m/s 14 u 空塔氣速 /ms 15 ? 傳質(zhì)面積 2m 16 iD 塔徑 m 17 Z 填料高度 m 18 iP 風(fēng)載荷 2N/m 19 WM 風(fēng)彎矩 Nm? 20 F 地震載荷 N 21 I 慣性距 4mm 1 引 言 甲醇用途廣泛，是基礎(chǔ)的有機(jī)化工 原料和優(yōu)質(zhì)燃料。 本設(shè)計(jì)采用采用濕法脫硫中的改良 ADA 法進(jìn)行 脫硫，該方法技術(shù)工藝成熟，脫硫效果明顯可以大規(guī)模生產(chǎn)。改良 ADA 法，在脫硫工程中，吸收劑可以再生，因而能循環(huán)使用。因此，甲醇裝置均有脫硫工序。但栲膠法脫硫所需設(shè)備較多，并且 設(shè)備投資較大 ，工藝操作也比較復(fù)雜，而改良 ADA 法，在我國(guó)得到廣泛的應(yīng)用，其生產(chǎn)工藝成熟，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，因此我 4 國(guó)的大多數(shù)化工廠都是采用改良 ADA 法。 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。 ⑦ 粗硫磺的形成 經(jīng)過(guò)硫泡沫高位槽的攪拌，是形成的硫單質(zhì)和液體保持泡沫狀態(tài)，然后從硫泡沫高位槽的底部，進(jìn)入容硫釜（ 9），然后形成粗硫膏。 主要設(shè)備介紹 脫硫塔 脫硫塔采用填料吸收塔。由于再生槽采用雙套筒，內(nèi)筒的吹風(fēng)強(qiáng)度較大，不僅有利于氧化再生，而且有利于浮選。中國(guó)常用大漆、環(huán)氧樹(shù)脂作涂料。 計(jì)算思路： ① 先根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出吸收過(guò)程的傳質(zhì)系數(shù) KG[23]即每平方米的填料在單位壓力差下每小時(shí)吸收的 H2S 量。 封頭 23 選用橢圓型封頭，具體尺寸如下 [20]： 表 橢圓型封頭尺寸 橢圓型封頭內(nèi)徑（ mm） 曲面高度 (mm) 直邊高度 (mm) 內(nèi)表面（ m2） 容積（ m3） 2800 450 50 人孔 人孔工程直徑選定為 450mm， 2 個(gè)。 此時(shí)實(shí)際操作空塔氣速為 [21]：2240000 1 . 8 0 5 /3 6 0 0 0 . 7 8 5 3 6 0 0 2 . 8vQu m sD?? ? ??? 17 泛點(diǎn)率為 ??% 經(jīng)校核 D= 符合要求。對(duì)于直徑 ，有效高度 ，每次熔化所需的時(shí)間約為 3～ 4h。 噴射再生槽是一大直徑的圓槽，槽內(nèi)放 置多支噴射器。同時(shí)有 CO2 的存在后會(huì)使溶液的 PH值下降，使脫硫效率稍有 降低 [5]。 ⑤ 重生的吸收液的傳送 在噴射再生槽的底部，重生的吸收液體經(jīng)過(guò)溶 液循環(huán)泵被傳送到脫硫塔的頂部，重新與原料氣接觸除去原料氣中的 H2S，至此脫硫循環(huán)過(guò)程完成。 ② 脫硫溶液的活性好、性能穩(wěn)定、腐蝕性小 [8]。 脫硫方法的選取 對(duì)于大規(guī)模生產(chǎn)的水煤氣脫硫，一般都采用 濕法脫硫，濕法脫硫的種類如前所述，包括 ADA 法（改良蒽醌二磺酸鈉法）、環(huán)丁砜法、 NHD 法、低溫甲醇洗 SCS 法、栲膠法等。濕法脫硫按脫硫溶液的吸收、再生性質(zhì)可分為氧化法、化學(xué)吸收法和物理吸收法三類。它的主要成分是碳酸鈉、碳酸氫鈉、 ADA、 偏釩酸鈉 。濕法脫硫廣泛用于水煤氣脫硫，脫硫效果比較明顯，可以批量化處理含硫水煤氣。甲醇在深加工后可作為一種新型清潔燃料，也加入汽油摻燒。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。它具有沸點(diǎn)高、冰點(diǎn)低、蒸汽壓低，對(duì) H2S， CO2， COS 等酸性氣體有很強(qiáng)的選擇吸收性，其化學(xué)穩(wěn)定性好，揮發(fā)損失小，對(duì)碳鋼設(shè)備無(wú)腐蝕性，對(duì)環(huán)境無(wú)毒害，屬于清潔生產(chǎn)工藝。 ADA的這幾種異構(gòu)體中在產(chǎn)品中含量較高有： ， ， ， [5]。二者不足均會(huì)使溶液氧化態(tài)的 ADA 濃度降低， H2O2的生成量減少，最終造成物耗上升。L1) ADA/(g它由外殼、填料、填料支承、液體分布器、中間支承和再分布器、氣體和液體進(jìn)出口接管等部件組成，塔外殼多采用金屬材料，也可用塑料制造。第二個(gè)氧化器空氣流量較小，使硫浮選 [14]。hm2)， Ai = 150 m3 /(hh 12 第 3 章 吸收過(guò)程的工藝計(jì)算 經(jīng)資料查詢以及實(shí)際情況分析可知進(jìn)口氣體的組成和吸收液的組成 見(jiàn)下表 ： 表 進(jìn)口氣體組成見(jiàn) 組分 CO CO2 H2 N2 O2 CH4 H2S 體積 /% 表 吸收液組成 組分 Na2CO3 NaHCO3 ADA NaVO3 g/L 24 工藝參數(shù)： 水煤氣中 H2S， C1=%[16] 凈化氣中 H2S， C2=% 甲醇產(chǎn)量， 10 萬(wàn)噸 /年 入冷卻塔水煤氣溫度， ti=50 ℃ 出冷卻塔入吸收塔水煤氣溫度， to=35 ℃ 入吸收塔水煤氣壓力， (表 ) 設(shè)計(jì)目標(biāo)： 水煤氣中 H2S 濃度 ≤% 脫碳塔壓差 5kPa? 甲醇產(chǎn)量對(duì)應(yīng)水煤氣處理量 W=10 萬(wàn)噸甲醇 /年 =CO + 2H2 = CH3OH[17] 434kmol/h 868kmol/h 434kmol/h 在水煤氣中由于 CO 過(guò)量，所以只能按 H2 計(jì)算 hk mo lQ Hvn / 868xn22H原料氣??? hmPN R TQ v /4 0 0 0 0101 3 3 0 83 1 1 7 4 363 ?? ????? 13 物料衡算 H2S 脫除量， G1， kg/h hKg /801 0 0 0 )(4 0 0 01 0 0 0 )C(CQG 21v1 ????? 式中 C1 — 水爐煤氣中 H2S 初始含量 C2 —凈化氣中 H2S 含量 吸收劑用量 LT， m3/h LT = /h800m 31 ??SG 式中 S — 溶液硫容量， kg/m3， S = Kg (H2S)/m3 生成 Na2S2O3 消耗 H2S 的量 G2, Kg/h 取 Na2S2O3 的生成率為脫除量的 8﹪，則： G2 =808﹪ = Kg/h Na2S2O3 生成量， G3， Kg/h 1 4 . 8 7 K g / h 342 1586 . 4 2 G 2 123 ????? MMG 式中 M1 — Na2S2O3 分子量 M2 — H2S 分子量 理論硫回收量 G4， kg/h 6 4 . 2 3 K g /h 34 32)( 8 0 )(G 221 4 ??????? M MGG S 式中 MS — 硫的分子量 理論硫回收率 φ，﹪ 8 0 . 3 %806 4 . 2 3GG 14 ???? 生成 Na2S2O3 消耗純堿的量 G5， Kg/h 1 0 . 1 0 K g / h 158 1 335 ???? M 式中 M3 — 碳酸鈉的分子量； 硫泡沫生成量 G6， m3/h 14 /hm 2 . 1 430 3146 ???? 式中 S1 — 硫泡沫中硫含量，此處取 S1=30 ㎏ /m3； 入熔硫釜硫膏量 G7 K g / h 3 2 1 . 1 5 247 ??? 式中 S2 — 硫膏含量，此處取 S2=20%； 回收率 η，﹪ % 21 ????? C CC? 熱量衡算 吸收塔熱量衡算： 水煤氣各組分的比熱容 [18] 單位為 J/(kg空氣流量正比于硫的產(chǎn)量、反比于液體在氧化器內(nèi)的有效高度，比值可按氧化器內(nèi)每米有效液面高度氧利用率為 %～ %來(lái)計(jì)算。該塔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于用耐腐蝕材料制作，氣液接觸面積大，接觸時(shí)間長(zhǎng)，氣量變化時(shí)塔的適應(yīng)性強(qiáng)，塔阻力小，壓力損失為 300～ 700Pa，與板式塔相比處理風(fēng)量小，空塔氣速通常為 ～ ，氣速過(guò)大會(huì)形成液泛，噴淋密度 6～ 8m3/(m2， h）以保證填料潤(rùn)濕， 液氣比 控制在 2～ 10L/m3。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)量控制過(guò)量系數(shù)在 ～ 左右。 6 第 2 章 脫硫工藝流程設(shè)計(jì) 改良 ADA 脫硫發(fā)反應(yīng)機(jī)理 最新的研究結(jié)果表明，改良 ADA法反應(yīng)歷程如下 [8]。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。 ① 改良 ADA 法 原理： ADA 脫硫?qū)儆谘趸ǎ?ADA 的吸收與再生可分為以下 4 步： (1)在 PH 值為 3 ～ 的 ADA 溶液內(nèi)，稀堿液吸收硫化氫，生成硫氫化物； (2)在液相中，硫氫化物與偏釩酸鹽反應(yīng)，生成還原性焦釩酸鈉 ,并析出硫； (3)還原性焦礬酸鈉與氧化態(tài)