【正文】 ............................................................................. 22 支撐板的選取 .............................................................................................................. 22 封頭 .............................................................................................................................. 22 人孔 .............................................................................................................................. 23 填料 塔高度 .................................................................................................................. 23 壁厚的計(jì)算 ..................................................................................................................... 23 塔體壁厚 ...................................................................................................................... 23 封頭壁厚 ...................................................................................................................... 24 機(jī)械強(qiáng)度的校核 ............................................................................................................. 25 質(zhì)量載荷 ...................................................................................................................... 25 風(fēng)載荷和風(fēng)彎矩的校核 .............................................................................................. 26 地震載荷 ...................................................................................................................... 27 結(jié)論 .............................................................................................................................................. 29 致謝 ................................................................................................................ 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................................... 30 附錄 .............................................................................................................................................. 31 I 年產(chǎn) 10 萬(wàn)噸甲醇原料氣脫硫工藝設(shè)計(jì) 摘要 ： 脫硫?qū)λ簹夂铣杉状加兄匾饬x，由于硫?qū)ぴO(shè)備具有較強(qiáng)的腐蝕，如果水煤氣的脫硫效果達(dá)不到指定的標(biāo)準(zhǔn)，會(huì)導(dǎo)致催化劑中毒，破壞生產(chǎn)過程。并且可以回收有價(jià)值的硫元素，水煤氣的處理量大，可以連續(xù)生產(chǎn)。 本設(shè)計(jì)對(duì)合成甲醇原料氣凈化脫硫工藝進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如下：水煤氣的脫除量 40000 3m/h ， ADA 溶液的用量 800 3m/h ；進(jìn)吸收塔水煤氣所攜帶的熱量 kJ/h，出吸收塔的凈化氣所攜帶的熱量 kJ/h，塔徑為 ，塔高度為 。 the ADA solution used in the process is 800m3/h。the heat carried by the purge water gas out of the absorber is 6,976,。 the height of the tower is . Key words: Water gas； ADA method； aqueous method desulfurization III 主要符號(hào)說明 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。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。 對(duì)粗原料氣進(jìn)行凈化處理，主要是出去粗水煤氣中的 H2S，因?yàn)樗鼘?duì)化工設(shè)備，腐蝕較大，并且能導(dǎo)致催化劑中毒，使后續(xù)的甲 醇合成階段無(wú)法進(jìn)行，因而必須的脫除，并且在脫除的過程中可以得到有價(jià)值的硫元素，為其它的化工工藝過程提供了原材料。 水煤氣脫硫中，改良 ADA 法是一種化學(xué)吸收過程。 ADA 脫硫溶液的活性好、性能穩(wěn)定、腐蝕性小，并且沸點(diǎn)高，冰點(diǎn)低，蒸汽壓低，對(duì) H2S 氣體具有很強(qiáng)的選擇吸收性。吸收了 H2S 的 吸收劑，經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)和過濾，可以得到有價(jià)值的硫磺，為其它的化工工藝提供了原料。 2 第 1 章 綜述 概述 作為貧油、缺氣的能源需求大國(guó) ,我們必須合理利用我國(guó)豐富的煤炭資源 [1]。但作為原料氣的水煤氣中都含有一定數(shù)量的硫化氫和有機(jī)硫化物 (主要有羰基硫、二硫化碳、硫醇、硫醚等 )，能導(dǎo)致甲醇、合成氨生產(chǎn)中催化劑中毒，增加液態(tài)溶劑的黏度，腐蝕、堵塞設(shè)備和管道，影響產(chǎn)品質(zhì)量 [2]。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。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。 煤氣干法脫硫技術(shù)應(yīng)用較早，最早應(yīng)用于煤氣的干法脫硫技術(shù)是以沼鐵礦為脫硫劑的氧化鐵脫硫技術(shù)，之后，隨著煤氣脫硫活性炭的研究成功 及其生產(chǎn)成本的相對(duì)降低，活性炭脫硫技術(shù)也開始被廣泛應(yīng)用 [3]。 脫硫的方法 目前在大型甲醇裝置中大多采用濕法脫硫 [4]。甲醇裝置大多使用銅系催化劑，它具有低溫活性好，轉(zhuǎn)化率高，選擇性好等優(yōu)點(diǎn)，但對(duì)原料氣中的硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)有較高的要求，否則會(huì)導(dǎo)致催化劑失活， 影響產(chǎn)量和催化劑壽命。硫在原料氣中均以氣態(tài)存在，包括無(wú)機(jī)硫和有機(jī)硫?，F(xiàn)將大型甲醇裝置中幾種常用的脫硫方法予以介紹 。 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) ADA 反應(yīng)，生成還原態(tài)的 ADA，而焦釩酸鹽則為 ADA 所氧化，再生為偏釩酸鹽； (4)還原態(tài) ADA 為空氣氧化再生。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。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。由于 H2S 和 CO2 等氣體在甲醇中的溶解熱很大，甲醇吸收過程中溶液溫度不斷升高，因此增設(shè)氨制冷系統(tǒng)補(bǔ)償。栲膠脫硫中，碳酸鈉溶液吸收的硫化氫很快被 +5V 氧化為單質(zhì)硫，因此，脫硫液中硫化氫的平衡分壓比一元催化法低，其吸收硫化氫的推動(dòng)力大，有利于提高脫硫精度和脫硫效率 [5]。其中栲膠法是近幾年剛研發(fā)的脫硫方法，脫硫效果明顯，費(fèi)用較低，環(huán)境污染少，是比較理想的脫硫方法 [6]。 經(jīng)過上面的分析，在合成甲醇原料氣脫硫工藝設(shè)計(jì)中我采用改良 ADA 法。但由于此方法析硫的反應(yīng)速度慢，需要龐大的反應(yīng)槽，并且為防止 HS進(jìn)入再生塔引起副反應(yīng)，溶液中 HS的濃度必須控制在(50～ 100)106之間，溶液的硫容量很低，因而使 ADA法的應(yīng)用受到限制。偏釩酸鈉在五價(jià)釩還原成四價(jià)釩的過程中提供氧 ,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。 ADA 的物理化學(xué)性質(zhì) ADA是蒽醌二磺酸的縮寫 [5]。 ADA的這幾種異構(gòu)體中在產(chǎn)品中含量較高有： ， ， ， [5]。兩者在水中溶解度 相差約一個(gè)數(shù)量級(jí)，實(shí)際溶液中由于 H2S反應(yīng)不徹底和伴生的副反應(yīng)，溶液中存在 Na2SO NaCNS、Na2S2O3等副產(chǎn)品，這些副反應(yīng)產(chǎn)物隨著脫硫生產(chǎn)操作的運(yùn)行，在脫硫液中逐漸積累，當(dāng)達(dá)到相當(dāng)含量時(shí)，會(huì)使 ，影響脫硫效果，而且析出的 ADA伴隨硫磺夾帶出脫硫系統(tǒng)，增加 ADA消耗。 ADA 的這幾種異構(gòu)體中，在產(chǎn)品中一般含量較高，便于提取。 ③ 脫硫效率很高，所析出的硫容易浮選和分離。 ⑤ 煤氣脫硫凈化程度可以根據(jù)企業(yè)需要，通過調(diào)整溶液配比調(diào)整，適時(shí)加以控制，凈 5 化后煤氣中 H2S 含量穩(wěn)定。 ② 所需脫硫劑價(jià)格有點(diǎn)昂貴。 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]。在反應(yīng)過 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。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。 ② 析硫 在富液槽 (2)內(nèi)吸收了 H2S 的吸收液與偏釩酸鈉和過量的水進(jìn)一步反應(yīng)析出硫單質(zhì)。 ④ 堿液的再生、偏釩酸鈉的再生、 ADA 的再生 在噴射再生槽（ 4）內(nèi)還原性焦礬酸鈉與氧化態(tài) ADA 反應(yīng)，生成還原態(tài)的 ADA，而焦釩酸鹽則為 ADA 所氧化，再生為偏釩酸鹽；還原態(tài)的 ADA 被從塔頂噴射而入的空氣氧化成氧化態(tài)的 ADA。 ⑥ 硫泡沫的傳送 在噴射再生槽的頂部形成的硫泡沫依靠重力的作用被送到硫泡沫儲(chǔ)槽（ 6），然后經(jīng)過硫泡沫泵被傳送到硫泡沫高位槽（ 8）。 至此煤氣凈化，和硫元素的回收完成。 ① 堿度 溶液的總堿度與其硫容量成線性關(guān)系，因而提高總堿度是提高硫容量的有效途徑，一般處理低硫原料氣時(shí)，采用的溶液總堿度為 ，而對(duì)高硫含量的原料氣則采用 1N 的總堿度。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)往往要過量控制過量系數(shù)在 ～ 左右。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]。L1) ADA/(g再生溫度在45℃ 以下， Na2S2O3 的生