【正文】 噴嘴總長(zhǎng)度 L， m L=L0+ L5 L=+ = （ b）混合管計(jì)算 混合管直徑（ dm）： dm =（ M） 1/2 式中 :M—噴射器形狀系數(shù)，通常取 M= dm =（ ） 1/2= 取 Φ894熱軋無縫鋼 管 混合管長(zhǎng)度（ L3）： L3 = 25dm L3 = 25= （ c）吸氣室計(jì)算 空氣入口管直徑 da， mm da = [GA /(w2n )]1/2 式中 w2——管內(nèi)空氣流速， m/s，取 =。 LT——溶液循環(huán)量， m3 / h。 而空氣量用下式計(jì)算： 29 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； 28 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℃ 25 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。 19 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。 再生空氣量 空氣的作 用是供氧和形成捕集硫粒的氣泡。 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。 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)。 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)。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。 Ⅳ 、再生時(shí)間與再生空氣量 再生時(shí)間長(zhǎng)，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。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。 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。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。若半水煤氣入塔溫度過高，則會(huì)使煤氣中夾帶水分混入溶液，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。 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(zhǎng)易造成脫硫塔塔阻上漲。 (6) 溶液中 NaHCO3：若溶液中 NaHCO3 濃度高，將使 pH 值升高，對(duì)再生吸氧和析硫都不利。 (4) 溶液的 pH 值：溶液的 pH 值過低，不利 H2S 的吸收和栲膠的氧化，并降低了氧的溶解度，溶液再生差 。 15 (2) 溶液中 NaVO3：若溶液中 NaVO3 濃度高，析硫快、顆粒小、難分離 ,且堿耗增大 。 （ 3）醌態(tài)栲膠氧化四價(jià)釩絡(luò)離子為五價(jià)釩絡(luò)離子使釩絡(luò)離子恢復(fù)活性而醌態(tài)栲膠被還原為酚態(tài)栲膠失去活性。再生槽浮選出的單質(zhì)硫呈泡沫懸浮于液面上，溢流至硫泡沫槽內(nèi)，上部清液回貧液槽循環(huán)使用， 沉淀出的硫膏入熔硫釜生成副產(chǎn)品硫磺。 溶液流程 從脫硫 塔頂噴淋下來的溶液，吸收硫化氫后，稱為富液，經(jīng)脫硫塔液封槽引出至富液槽 （又稱緩沖槽） 。 其脫硫反應(yīng)機(jī)理如下 : 1) 堿性溶液吸收 H2S 的反應(yīng) ： 12 Na2CO3 + H2S = NaHS + NaHCO3 NaHCO3+H2S＝ NaHS+CO2+H2O 2) NaHS 與偏釩酸鈉反應(yīng)生成焦釩酸鈉 ： 硫氫化鈉與偏釩酸鈉反應(yīng)生成焦 釩 酸鈉，析出單質(zhì)硫。（ 4）栲膠脫硫液腐蝕性小。主要成分是丹寧，由于來源不同，丹寧組分也不同，但都是化學(xué)結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜 的多羥基芳香烴化合物組成，具有酚式或醌式結(jié)構(gòu)。但近年來，有銅洗的氨廠，在濕法脫硫之后，也串接了干法脫硫，這樣可以降低銅洗過程中的銅消耗和防止氨合成催化劑中毒。常用的干法脫硫有氧化鋅法、鈷鉬加氫法、活性炭法、分子篩法等。 干法脫硫是用固體脫硫劑，脫除原料氣中硫化物。生產(chǎn)中往往用這些溶劑，同時(shí)脫除原料氣中的酸性氣體硫化物和二氧化碳。 物理吸收法 是依靠吸收劑對(duì)硫化物的物理溶解作用進(jìn)行脫硫的。濕式氧化法，用弱堿性溶液吸收原料氣中的硫化氫，生成硫氫化物，再借助溶液中載氧體（催化劑）的氧化作用，將硫氫化物氧化成元素硫，同時(shí)獲得副產(chǎn)品硫磺，然后還原載氧體，再被空氣氧化成氧化態(tài)的載氧體，使脫硫溶液得到再生后循環(huán)使用。按反應(yīng)不同，化學(xué)吸收法分為中和法和濕式氧化法。當(dāng)含硫氣體通過這些脫硫劑時(shí)，硫化物被固體脫硫劑所吸附，或被脫硫溶液所吸收而除去。對(duì)氮肥廠來說，采用什么方法，它有多種因素決定，有半水煤氣硫含量高低的問題，有操作費(fèi)用的問題，有習(xí)慣性的問題，有改造資金的問題等等。但 此法凈化度不高，出口含硫量在 20—— 100 cm3 / m3 。但脫硫反應(yīng)速度慢，脫硫過程是間歇操作，設(shè)備龐大；在脫硫劑使用后期，脫硫效率和阻力變大，脫硫劑阻力變大，脫硫劑再行困難。隨著石油化工的發(fā)展，還會(huì)開發(fā)出新的脫硫方法。此外，硫是一種很重要的化工原料，應(yīng)予以回收。用高硫煤作原料時(shí)，硫化氫高達(dá)20— 30g/ m3 。作為易燃固體，硫磺主要用于制造硫酸、染料和橡膠制品，也應(yīng)用于醫(yī)藥、農(nóng)藥、火柴、火藥和工業(yè)陶瓷、建材制品輔助材料等工業(yè)部門。 其脫硫反應(yīng)機(jī)理如下 : 1) 堿性溶液吸收 H2S 的反應(yīng) ： Na2CO3 + H2S = NaHS + NaHCO3 NaHCO3+H2S＝ NaHS+CO2+H2O 2) NaHS 與偏釩酸鈉反應(yīng)生成焦釩酸鈉： 硫氫化鈉與偏釩酸鈉反應(yīng)生成焦 釩 酸鈉，析出單質(zhì)硫。多元酚的羥基受電子云的影響，間位羥基比較穩(wěn)定，而連位或鄰位羥基則很活潑，容易被空氣中的氧氧化。因此，無論原料來源如何，合成氨原料必須首先脫硫。 ②使催化劑中毒、失活。 合成氨在生產(chǎn)原料氣中硫化物雖含量不高，但對(duì)生產(chǎn)的危害極大。 在合成氨工業(yè)中，脫硫倍受重視 。此外，氨還是常用的冷嘲熱諷凍劑。合成氨工業(yè) 對(duì)農(nóng)業(yè)的作用實(shí)質(zhì)是將空氣中游離氮轉(zhuǎn)化為能被植物吸收利用的化合態(tài)氮，這一過程稱為固定氮。在農(nóng)業(yè)方面，以氨為主要原料可以生產(chǎn)各種氮素肥料，如尿素、硝酸銨、碳酸氫氨、氯化銨等，以及各種含氮 復(fù)合肥料。本設(shè)計(jì)所采用的是栲膠脫硫法，其主要原料是半水煤氣和脫硫液。 編寫本設(shè)計(jì)總的指導(dǎo)思想是：理論聯(lián)系實(shí)際、簡(jiǎn)明易懂、經(jīng)濟(jì)實(shí)用。對(duì)合成氨和脫硫工藝的發(fā)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)、熱量衡算及物料衡算以及設(shè)備計(jì)算和選型等內(nèi)容。 本書在編寫過程中得到襄樊學(xué)院化學(xué)與生物 科學(xué)系 田志高 老師的指導(dǎo)，在此表示衷心感謝。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、廠房布置和三廢處理。液氨本身就是一種高效氮素肥料，可以直接施用。 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、合成樹脂、含氮無機(jī)鹽等 工 業(yè)。 合成氨的工業(yè)的迅速發(fā)展，也 促進(jìn)了高壓、催化、特殊金屬材料、固體燃料氣化、低溫等科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。 合成氨所需的原料氣，無論是天然氣、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。 ①腐蝕設(shè)備、管道。當(dāng)原料氣中的硫化物含量超過一定指標(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。 栲膠 的 組成及 性質(zhì) 栲膠是由植物的皮（如栲樹，落葉松）、果（如橡椀）、葉（如漆樹）和干（如堅(jiān)木、栗木）的水淬液熬制而成。用于脫硫的栲膠屬于水解類熱溶栲膠，在堿性溶液中更容易氧化成醌類；已氧化的栲膠在還原過程中氧取代基又被還原為羥基。 2NaHS + 4NaVO3 + H2O = Na2V4O9 + 4NaOH + 2S 3) 將 Na2V4O9 氧化成偏釩酸鈉： 醌態(tài)栲膠氧化四價(jià)釩絡(luò)離子為五價(jià)釩絡(luò)離子使釩絡(luò)離子恢復(fù)活性而醌態(tài)栲膠被還原為酚態(tài)栲膠失去活性。 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，因此所制備出來的合成氨原料氣中，都含有硫化物，其中大部分是無機(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 。天然氣、輕油及重油中硫化物含量，因產(chǎn)地不同，差別很大。因此，原料氣中的梳化物，必須脫除干凈。按脫硫劑的物理形態(tài)分為干法（脫硫劑為固態(tài)）和濕法（脫硫劑為液態(tài)）兩大類。因此，大型合成廠廣泛將