【導(dǎo)讀】本設(shè)計(jì)是年產(chǎn)20萬噸合成氨脫硫工段的工藝設(shè)計(jì)。展概況進(jìn)行了概述。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)等內(nèi)容。設(shè)計(jì)的基本原理、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、技巧和經(jīng)驗(yàn)。設(shè)計(jì)總的指導(dǎo)思想是,理論聯(lián)系實(shí)。際、簡明易懂、經(jīng)濟(jì)實(shí)用。

　　

【正文】 aHCO3 濃度高，將使 pH 值升高，對(duì)再生吸氧和析硫都不利。 (7) 懸浮硫的影響 溶液中懸浮硫濃度越低越好，若過高則易發(fā)生沉淀從而堵塞管道設(shè)備，還會(huì)影響吸收再生，同時(shí)伴有副反應(yīng)發(fā)生。 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。適當(dāng)提高噴 淋密度，不但利于提高氣體凈化度， 還 有利于對(duì)填料表面和空隙中硫的沖刷；但噴淋密度過高，則會(huì)使溶液質(zhì)量下降，還會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)阻力上升。 Ⅲ 、液氣比的影響 液氣比增加，溶液的循環(huán)量增加，可提高氣體的凈化度，防止 H2S 過高，易產(chǎn)生礬 氧 硫沉淀 ； 如液氣比小，溶液的循環(huán)量小，對(duì)氣體的凈化度有影響，同時(shí)產(chǎn)生的硫顆粒易沉積在填料環(huán)、管道、設(shè)備中，時(shí)間長易造成脫硫塔塔阻上漲。但液氣比過高則溶液在反應(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。一般液氣比控制稍大些即可。 Ⅳ 、溫度的影響 (1) 半水煤氣入塔溫度的影響 ：若半水煤氣入塔溫度 偏 低，則煤氣中夾帶水分分離得好 ； 對(duì)栲膠溶液各組分濃度影響小，但溫度過低，加劇了氣體與溶液的熱量交換， 會(huì) 使溶液濃度急劇下降。若半水煤氣入塔溫度過高，則會(huì)使煤氣中夾帶水吉林化工學(xué) 院課程設(shè)計(jì) 25 分混入溶液，溶液稀釋，且易產(chǎn)生溶液夾帶，因此，半水煤氣的入塔溫度應(yīng)嚴(yán)格控制在 30～ 35 ℃ 之間。 (2) 循環(huán)系統(tǒng)溶液溫度的影響：若循環(huán)系統(tǒng)溶液的溫度過高 ,則氣體的溶解度降低，不利于吸氧和栲膠液的再生，且副反應(yīng)加劇 。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。 Ⅴ 、液位的影響 (1) 脫硫塔底部液位的影響 脫硫塔底部液位應(yīng)以系統(tǒng)中的溶液量及循環(huán)量為依據(jù)，若脫硫塔底液位過低，則易造成氣泡夾帶，使富液泵不打量 。若塔底液位過高，則塔底部空間過小，影響脫硫效果，且易造成滿液，因此，應(yīng)將塔底部液位控制在液位顯示的 50 %～ 60 %為宜。 (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。 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。影響栲膠再生的主要因素有再生溫度 ,再生壓力，再生槽液位，再生空氣量及再生時(shí)間。 Ⅰ 、溫度的影響 溫度高再生速度加快，但副產(chǎn)物增多，硫泡沫發(fā)粘，不易分離，且氧溶解度降低，所以應(yīng)控制溶液溫度在 35 177。5 ℃ 。 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。噴頭的開關(guān)個(gè)數(shù)決定了噴射壓力的高低， 噴 射壓 力越高則空氣吸入越多，栲膠再生效果越好， 泡 沫越易形成，一般不應(yīng)低于 。另外要注意將所開噴頭分散開，盡量保證噴射均勻，以增大反應(yīng)面積。 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)的液位來進(jìn)行控制的，通過調(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。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，不能正常吉林化工學(xué) 院課程設(shè)計(jì) 26 生產(chǎn)。通常以硫泡沫能均勻溢流、泡沫層厚度適宜為基準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)節(jié)。 Ⅳ 、再生時(shí)間與再 生空氣量 再生時(shí)間長，則再生空氣量大，有利于將還原態(tài)栲膠氧化成氧化態(tài)栲膠。但是再生時(shí)間過長，溶液循環(huán)量要減小，有可能導(dǎo)致吸收不好，使脫硫塔出口 氣體 H2S 超標(biāo) (H2S ≤2mg/ m3)，同時(shí)再生空氣多，副反應(yīng)加快，一般可根據(jù)煤氣量相應(yīng)地調(diào)節(jié)再生時(shí)間與空氣量。 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。堿度過高吸收硫化氫過多，釩可能會(huì)過度還原。 實(shí)際上V4+不可能被栲膠降解及時(shí)氧化成 V5+，當(dāng) pH9 時(shí)，可能會(huì)造成 V4+的沉淀，引起釩的損失，因此總堿度不宜過高。 pH 值對(duì)硫化氫吸收和其氧化成元素硫有著相反影響。過高 PH 值會(huì)加大生成硫代硫酸的反應(yīng)速度。實(shí)驗(yàn)證實(shí)，脫硫傳質(zhì)過程中，當(dāng) pH9 時(shí)，認(rèn)為傳質(zhì)過程為氣膜控制， pH 在 ~ 之間時(shí)，液膜阻力很明顯， pH 時(shí)，液膜阻力更加增大，因此 pH 值宜控制在 ~ 之間，栲膠脫硫和 ADA 一樣，在氧化反應(yīng)中是有氫離子參加的，氫離子的濃度對(duì)氧化反應(yīng)還原電位是有很大影響的，在不同 pH 條件下，栲膠的氧 化還原性能可能是不相同的，因此必須嚴(yán)格控制溶液的 pH 值。 由于栲膠脫硫溶液是多種氧化還原物質(zhì)的混合體，電位值又是該混合體氧化還原性的綜合體現(xiàn)。因此測(cè)量溶液電位尤為重要。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)。溶液的電位表明溶液的氧化還原能力的大小，反映溶液再生系統(tǒng)溶液再生的好壞，一般控制溶液的電位值在－ 180mV 左右。 噴淋密度和液氣比的控制 實(shí)驗(yàn)證明在 pH 較高條件下，加大脫硫塔內(nèi)的氣流速度即增加氣量可提高傳質(zhì)系數(shù)。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。吉林化工學(xué) 院課程設(shè)計(jì) 27 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。適當(dāng)?shù)囊簹獗纫环矫婵杀ＷC氣體凈化度，防止溶液中 NaHS 濃度過高而產(chǎn)生硫 —氧 —釩沉淀，另一方面是使其動(dòng)力消耗不會(huì)增得過高，而致提高生產(chǎn)成本，適宜的液氣比在設(shè)計(jì)中已經(jīng)確定。 溫度 提高反應(yīng)溫度可加快反應(yīng)速度，對(duì)吸收和再生都有利，冬天溫度過底生成硫磺的粒子細(xì)， 硫 泡沫很難捕集，所以在噴射再生槽前設(shè)有溶液加熱器調(diào)節(jié)溶液溫度 。但是溫度過高，大于 50℃ 就會(huì)加快硫代硫酸鹽的生成，造成溶液對(duì)設(shè)備管道的腐蝕。溫度超過 60℃ 以后，硫代硫酸鹽的生成速度急劇上升。 為使吸收、再生和析硫三者都能順利進(jìn)行，溶液溫度宜控制在 35～ 45℃ 。 再生空氣量 空氣的作用是供氧和形成捕集硫粒的氣泡。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 就滿足了工藝要求，但吹風(fēng)強(qiáng)度大 ，達(dá)到 136m3/(㎡ h)。故空氣量不宜過大，過大會(huì)招致空氣中的 O2 與溶液反應(yīng)，生成硫代硫酸鹽和硫酸鹽，使堿耗增加，硫酸鹽的積累會(huì)造成溶液酸性，導(dǎo)致對(duì)設(shè)備及管道的腐蝕。 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 /％ 吉林化工學(xué) 院課程設(shè)計(jì) 28 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： 202000247。（ 30024） = t/h 考慮到在 合成時(shí)的損失，則以每小時(shí)生產(chǎn) 噸計(jì)算為基準(zhǔn)，所以 nNH3=27780 Kg247。17Kg/Kmol= 則合成 NH3 所需要 N2 的物質(zhì)的量為 nN2= nNH3247。2= 考慮到半水煤氣經(jīng)過洗滌、脫硫、變換等工序到合成的過程中氮?dú)獾膿p失，則損失率以 1%計(jì)，則半水煤氣中氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量為 nN2 =（ 1+1%） = 所以原料氣中 N2的體積為 VN2== Nm3 根據(jù) 原料氣中各氣體的體積比，則其它氣體的體積為 VCO2=247。 VN2= Nm3 VCO=247。 VN2= VH2=247。 VN2= Nm3 VO2=247。 VN2= 吉林化工學(xué) 院課程設(shè)計(jì) 29 則總氣體的體積 V= VN2 +VCO2 +VCO +VH2 +VO2 =+++48Nm3+= 根據(jù)氣體方程，將 0℃ 、 下的體積換算成 125KPa、 45℃ 時(shí) 的體積 V0 V0=(+45)/(125) m3= 則進(jìn)入脫硫塔的氣體的流量為 G=3 根據(jù)氣體中 H2S 的含量計(jì)算 H2S 的質(zhì)量 入脫硫塔中 H2S 的質(zhì)量： m1=711mg/m3 = 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，出塔氣體中 H2S 的含量為 ~2mg/m3,取出塔氣中 H2S 的含量為 mg/m3，則塔的脫硫效率是 η=（ 711－ ） /711100%=.%. 由于原料氣中 H2S 的含量低，故在脫硫的過程中原料氣進(jìn)入脫硫塔和出脫硫塔的體積 流量 視為不變 ，則出塔氣體的流量 W0≈所以出塔氣中 H2S 的質(zhì)量為 m2 = = 故在脫硫塔中吸收的 H2S 的質(zhì)量為 G1= m1－ m2=－ = 4 脫硫液循環(huán)量的計(jì)算 取脫硫液中硫容量為 S=100g/m3,根據(jù)液氣比 L/G=(C1C2)/S 式中： C1為進(jìn)脫硫塔氣體中硫化氫的含量， g/m3 C2為出脫硫塔氣體中硫化氫的含量， g/m3 S 為硫容量， g/m3 L 為脫硫液的循環(huán)量， m3/h G 為進(jìn)脫硫塔氣體的流量， m3/h 則液氣比為 L/G=(－ )/100= 脫硫液的循環(huán)量 L==因脫硫液在循環(huán)中有損失及再生率為 95%，取損失率為 10% 則液體的循環(huán)量為 LT=L（ 1+10%） = （ 1+10%） =5 生成 Na2S2O3 消耗的 H2S 的質(zhì)量 G2， Kg/h 取 Na2S2O3 的生成率為 H2S 脫除量的 8%，則 G2 =8%= Kg/h 吉林化工學(xué) 院課程設(shè)計(jì) 30 6 Na2S2O3 的生成量 G3， Kg/h 2H2S~ Na2S2O3 G3 = G2MNa2S2O3/(2MH2S) 式中 MNa2S2O3 ——Na2S2O3 的分子量 MH2S ——H2S 的分子量 G3 = 158/（ 234） =7 理論硫回收量 G4， Kg/h G4=（ G1G2） MS/MH2S 式中 MS ——硫的分子量 G4=（ － ） 32/34= Kg/h 理論硫回收率， ψ=G4/G1 ψ= /100%=% 8 生成 Na2S2O3 消耗的純堿量 G5， Kg/h G5=G3MNa2CO3/MNa2S2O3 式中 MNa2CO3——Na2CO3的分子量 G5=106247。158=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= kg/h247。30kg/m3=10 入熔硫釜硫膏量 G7=G4/S2 式中 S2——硫膏含硫量，取 S2=98%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） G7= 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 吉林化工學(xué) 院課程設(shè)計(jì) 31 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 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) 將半水煤氣中的各組分的 a、 b、 c 值列于表中 物質(zhì) CO H2 CO2 N2 O2 a b/10－ 3 吉林化工學(xué) 院課程設(shè)計(jì) 32 c/10－ 6 － － － － － 表 4 例如在 60℃ 的比熱容： CO: Cp=+103(+60) －106