课程设计报告-年产20万吨合成氨脱硫工段工艺设计.doc

吉吉林林化化工工学学院院课课程程设设计计题目题目年产20万吨合成氨脱硫工段工艺设计教教学学院院化工与材料工程学院化工与材料工程学院专业班级专业班级化工化工09040904学生姓名学生姓名鞠洪清鞠洪清学生学号学生学号0911043709110437指导教师指导教师刘艳杰刘艳杰20122012年年1212月月2727日日吉林化工学院课程设计1前前言言本设计是年产20万吨合成氨脱硫工段的工艺设计。对合成氨和脱硫工艺的发展概况进行了概述。着重详细介绍了脱硫工段的工艺流程、工艺条件、生产流程、技术指标等内容。就脱硫车间的工艺生产流程，各脱硫方法对比栲胶脱硫三废治理及利用反应条件对反应的影响物料流程影响的因素着重介绍化工设计的基本原理、标准、规范、技巧和经验。设计总的指导思想是理论联系实际、简明易懂、经济实用。吉林化工学院课程设计2目目录录前前言言.1摘摘要要.411总总论论.51.1.1栲胶法脱硫的发展.61.1.2栲胶脱硫剂介绍.61.1.3栲胶脱硫的反应机理.71.1.4栲胶溶液的预处理.71.1.5生产中副产品硫磺的回收工艺.81.1.5.1劳斯法硫磺回收工艺.81.1.5.2劳斯法硫磺回收工艺原理.91.1.6生产中副产品硫磺的应用.111.1.6.1硫磺的基本应用.111.1.6.2硫磺的几种专门应用.111.2文献综述.141.2.1前言.141.2.2脱硫法介绍.152.2.流程方案的确定流程方案的确定.162.1各脱硫方法对比.162.2栲胶脱硫法的理论依据.182.3工艺流程方框图.193.3.生产流程的简述生产流程的简述.203.1简述物料流程.203.1.1气体流程.203.1.2溶液流程.203.1.3硫磺回收流程.203.2工艺的化学过程.223.3反应条件对反应的影响.23吉林化工学院课程设计33.3.1影响栲胶溶液吸收的因素.233.3.2影响溶液再生的因素.253.4工艺条件的确定.263.4.1溶液的组成.263.4.2喷淋密度和液气比的控制.263.4.3温度.273.4.4再生空气量.274.4.物料衡算和热量衡算物料衡算和热量衡算.274.1物料衡算.274.2热量衡算.3055.车车间间布置说明布置说明.3466.三废治理三废治理.366.1废水的处理.366.1.1综合利用治理.366.1.1.2循环利用治理.376.1.1.3工艺污水(乌洛托品废水)治理.376.1.1.4废水终端(油水)治理.376.2废渣的处理.386.2.1废渣的来源.386.2.2固体废弃物治理.38参考文献参考文献.39致致谢谢.40吉林化工学院课程设计4年产年产2020万吨合成氨脱硫工段工艺设计万吨合成氨脱硫工段工艺设计摘摘要要：年产20万吨合成氨脱硫工段工艺设计是自己规定的产量确定的生产规模，结合生产中收集的各类生产技术指标而设计的。本设计所采用的是栲胶脱硫法，其主要原料是半水煤气和脱硫液。本设计详细的介绍了合成氨脱硫工段的生产原理、工艺流程、工艺参数、三废处理。本设计在脱硫效率和再生率方面的研究有所突破。关键词关键词：栲胶脱硫法脱硫液脱硫塔吉林化工学院课程设计51.1.总总论论1.1概概述述1氨是重要的化工产品之一，用途很广。在农业方面，以氨为主要原料可以生产各种氮素肥料，如尿素、硝酸铵、碳酸氢氨、氯化铵等，以及各种含氮复合肥料。液氨本身就是一种高效氮素肥料，可以直接施用。目前，世界上氨产量的85%90%用于生产各和氮肥。因此，合成氨工业是氮肥工业的基础，对农业增产起着重要的作用。合成氨工业对农业的作用实质是将空气中游离氮转化为能被植物吸收利用的化合态氮，这一过程称为固定氮。氨也是重要的工业原料，广泛用于制药、炼油、纯碱、合成纤维、合成树脂、含氮无机盐等工业。将氨氧化可以制成硝酸，而硝酸又是生产炸药、染料等产品的重要原料。生产火箭的推进剂和氧化剂，同样也离不开氨。此外，氨还是常用的冷嘲热讽冻剂。合成氨的工业的迅速发展，也促进了高压、催化、特殊金属材料、固体燃料气化、低温等科学技术的发展。同时尿素的甲醇的合成、石油加氢、高压聚合等工业，也是在合成氨工业的基础上发展起来的。所以合成氨工业在国民经济中占有十分重要的地位，氨及氨加工工业已成为现代化学工业的一个重要部门。在合成氨工业中，脱硫倍受重视。合成氨所需的原料气，无论是天然气、油田气还是焦炉气、半水煤气都人含有硫化物，这些硫化物主要是硫化氢（H2S）、二硫化碳（CS2）、硫氧化碳（COS）、硫醇（RSH）和噻吩（C4H4S）等。其中硫化氢属于无机化合物，常称为“无机硫”。吉林化工学院课程设计6天然气中硫经物的含量（标准状态）一般在0.515gm3的范围内，有机硫以硫醇为主，在气田经过粗脱磙处理后的天然气，硫化物的含量（标准状态）在20100mgm3左右。合成氨在生产原料气中硫化物虽含量不高，但对生产的危害极大。腐蚀设备、管道。含有H2S的原料气，在水分存在时，就形成硫氢酸（HSH），腐蚀金属设备。其腐蚀程度随原料气中H2S的含量增高而加剧。使催化剂中毒、失活。当原料气中的硫化物含量超过一定指标时，硫化物与催化剂活性中心结合，就能使以金属原子或金属氧化物为活性中心的催化剂中毒、失活。包括转化催化剂、高温变换催化剂、低温变换催化剂、合成氨催化剂等。脱硫的任务是除去原料气中的各种硫化物，同时硫是一种重要的资源，应加以回收和利用。因此，无论原料来源如何，合成氨原料必须首先脱硫。1.1.1栲胶法脱硫的发展栲胶法脱硫的发展栲胶法脱硫研究开发始于上个世纪八十年代，仅在化肥行业中有过试用，且所用的栲胶脱硫溶液均是厂家自己制备自己使用，制备条件不稳定，产品多数活性低、用量大、胶体性强、易发泡，造成生产工艺不稳定，经济效益不好。栲胶脱硫剂正是为了克服上述已有技术的缺点和不足，而提供一种用于气体脱硫净化的新型脱硫催化剂，使生产工艺稳定，提高经济效益。不仅在化肥行业得以应用，更在煤气、甲醇、焦炉气、陶瓷、环保等行业广泛应用1.1.2栲胶脱硫剂介绍栲胶脱硫剂介绍栲胶脱硫剂是一级热溶橡碗栲胶经过深加工而成的黑色粉状物质.中文名称：栲胶脱硫剂.英文名称：TanninExtractDesulfurizationAgent.栲胶是由植物的皮（如栲树，落叶松）、果（如橡椀）、叶（如漆树）和干（如坚木、栗木）的水淬液熬制而成。栲胶的主要成分是丹宁，丹宁是化学结构十分复杂的化合物组成的混合物。含有大量邻二或邻三羟基酚。多元酚的羟基受电子云的影响，间位羟基比较稳定，而连位或邻位羟基则很活泼，容易被吉林化工学院课程设计7空气中的氧氧化。用于脱硫的栲胶属于水解类热溶栲胶，在碱性溶液中更容易氧化成醌类；已氧化的栲胶在还原过程中氧取代基又被还原为羟基。虽然丹宁各组分的分子结构相当悬珠，但它们都是具有酚式结构的多羟基化合物，有的还含有醌式结构，这就是栲胶能用于脱硫过程的原因。1.1.3栲胶脱硫的反应机理栲胶脱硫的反应机理栲胶脱硫工艺是一种脱除各种燃料气中H：s气体的湿法脱硫工艺，其本质就是将燃料气中的Hs转化为固态的单质硫。理论上，工艺过程只消耗空气中的氧气，而其他物料如碱、钒及栲胶等组分均可循环再生，且无任何副反应，无污染物排放。实际生产中，栲胶脱硫的反应机理很复杂，且存在着许多副反应，副产物的生成将影响栲胶脱硫液的性质，并进一步影响脱硫效率和操作稳定性_lJ。各种燃料气中H，s首先被碱液吸收，生成HS一，然后通过氧化剂氧化生成单质硫，最后通过分离过程排出脱硫系统。通常认为，H：S气体被碱液吸收后生成的HS一与氧化剂V反应是栲胶脱硫技术的核心。栲胶法脱硫属于湿法脱硫是利用碱性栲胶T(OH)O2的水溶液吸收半水煤气中的H2S，然后借助栲胶和矾作为载体和催化剂将吸收的H2S转化为单质硫，发生吸收反应后的栲胶溶液利用空气在溶液再生槽中进行再生，然后进入溶液循环槽重复循环使用。其脱硫反应机理如下:1)碱性溶液吸收H2S的反应：Na2CO3+H2S=NaHS+NaHCO3NaHCO3+H2SNaHS+CO2+H2O2)NaHS与偏钒酸钠反应生成焦钒酸钠：硫氢化钠与偏钒酸钠反应生成焦钒酸钠，析出单质硫。2NaHS+4NaVO3+H2O=Na2V4O9+4NaOH+2S3)将Na2V4O9氧化成偏钒酸钠：醌态栲胶氧化四价钒络离子为五价钒络离子使钒络离子恢复活性而醌态栲胶被还原为酚态栲胶失去活性。332942)(242)(2OHTNaVONaOHOOHTOVNa4)还原态栲胶的氧化：酚态栲胶被氧化获得再生，同时生成H2O2。222232)(22)(2OHOOHTOOHT吉林化工学院课程设计8OHNaVOOVNaNaOHOH23942223422H2O2+NaHSH2O+S+NaOH1.1.4栲胶溶液的预处理栲胶溶液的预处理栲胶水溶液的胶粘性和易发泡性对脱硫和硫磺回收的操作是不利的，它能造成熔硫和过滤困难，致使脱硫液悬浮硫含量增高，副反应加剧，消耗增加，脱硫液活性下降。未经预处理的栲胶溶液引入系统后会出现上述现象，尽管随着运转时间的延续能逐渐转入正常，但对生产的影响是不可忽视的。按照一定组成配制的碱性栲胶水溶液，在一定的操作条件下通空气氧化，消除溶液中的胶粘性及发泡性，并将其中的酚态栲胶氧化变为醌态栲胶的操作过程称为溶液的预处理。根据胶体溶液双电层结构的性质，当溶液的pH值升高时，氢离子浓度降低，吸附层中正离子进入扩散层，促使颗粒降解，溶液的胶粘性被破坏，当溶液加热并通入空气氧化时丹宁发生降解反应，大分子变小，表面活性物质变为表面非活性物质，溶液的胶粘性变弱以至消失，氧化过程中丹宁的酚态结构变为醌态结构使溶液具有活性。判断溶液预处理是否达到或满足脱硫要求，可用检测溶液消光值的方法，以稳定在0.45左右即为终点。1.1.5生产中副产品硫磺的回收工艺生产中副产品硫磺的回收工艺1.1.5.1劳斯法硫磺回收工艺劳斯法硫磺回收工艺克劳斯(Claus)法是一种比较成熟的多单元处理技术是目前应用最为广泛的硫回收工艺根据过程气中HZS体积百分数的高低分别采用直流克劳斯法、分流克劳斯法、直接氧化克劳斯法。克劳斯硫磺回收工艺自20世纪30年代实现工业化以后已广泛用于合成氨和甲醇原料气生产、炼厂气加工天然气净化等煤、石油、天然气的加工过程中，克劳斯工艺在脱硫过程中产生的含HZS气体中回收硫既可获得良好的经济效益又可解决工业废气对大气的污染问吉林化工学院课程设计9题。近年来随着各国对环境污染的控制日益严格世界上许多大公司和科研机构加强了对硫回收技术的开发出现了许多新工艺、新技术。利用克劳斯装置净化尾气中的硫化物回收硫磺工艺已得到迅速发展其具体工艺流程有20多种主要有传统克劳斯工艺低温克劳斯工艺、超级克劳斯(SuPerClaus)工艺带有SCOT尾气处理的克劳斯工艺等。其中超级克劳斯工艺是在两级普通克劳斯转化之后第三级改用选择性氧化催化剂将HZS直接氧化成元素硫。传统克劳斯工艺要求在HZSS02摩尔比值为2的条件下进行而超级克劳斯工艺却维持选择性氧化催化段在富HZS条件下举行一改以往单纯增加级数来提高HZS的回收率的方法。使用活性好的催化剂和采用三级转化工艺传统克劳斯法硫的回收率最高也只能达到97%左右相当于装置处理量的3%一4%其余的HZS、气态硫和硫化物最后都以50:的形式排人大气存在着尾气排放超标问题严重地污染了环境。因此克劳斯硫回收装置一般都配有相应的尾气处理单元这些先进的尾气处理单元或与硫回收装置组合为一个整体装置或单独成为一个后续装置但这样会使硫磺回收装置的投资费用相应大大增加。为了更加节省投资、改善克劳斯装置效能、提高硫回收率和尾气排放达标采用不断开发的相关新技术对传统的克劳斯工艺进行改进。从改善热力学平衡和强化硫回收的角度出发(包括发展新型催化剂、富氧燃烧技术、深冷器技术等)开发出了超级克劳斯、超优克劳斯(Eurodaus)工艺。该工艺可在没有气体吸收提浓和尾气处理装置的情况下使硫磺回收率提高到9.0%和9.4%完全可使排放尾气达到国家现有规定的指标且节省了装置投资费用成为现有单一常规克劳斯装置改造的最佳选择。目前已在德国、荷兰、美国、加拿大和日本等国推广应用我国也已引进该工艺并投人生产运行。1.1.5.2劳斯法硫磺回收工艺原理劳斯法硫磺回收工艺原理传统克劳斯装置由一个高温段及2个或3个转化段构成。高温段包括HZS燃烧炉和废热锅炉克劳斯法是利用气体中的HZS在克劳斯燃烧炉内使其部分氧化生成502。约有13的HZs于120左右温度下与空气在燃烧炉内反应生成502其余未反应的HZS同50:在温度较低的转化段借助于催化剂继续完成克劳斯反应再与部分HZS作用生成硫磺。鉴于克劳斯反应吉林化工学院课程设计10是一个平衡过程受到热力学及化学反应条件的限制装置硫转化率还取决于克劳斯反应所需HZS对50:摩尔比的精确调节因此为了使装置实现高效能运行必须控制HZS和50:的比例尽量接近于2:1。该工艺流程为自脱硫装置来的酸性气全部进人燃烧炉HZS气体在燃烧炉中与理论量的空气混合后进行燃烧其中的HZS有13可氧化成502并与未氧化的HZS一起进人转化器进行催化转化。为完成部分燃烧反应通人燃烧炉的空气需严格控制这是克劳斯法的操作关键。燃烧产物中除502、水和氮外还有少量由HZS直接分解而生成的元素硫。为回收热量燃烧产物在进入转化器之前先经废热锅炉发生蒸汽。转化器为一固定床反应器内装有氧化铝催化剂人口温度控制在220一240。在转化器中能否达到较高的。由于过程为放热反应出口温度为270一300。自转化器出来的反应产物进人冷凝冷却器液态硫磺流至硫磺罐虽然传统克劳斯工业装置一般还设有二级、三级甚至四级转化器但由于受化学平衡的限制即使达到四级转化时也只有95%一97%的回收率仍达不到环保排放规定。此外工艺中生成水妨碍了平衡向生成硫方向进行也会影响总硫回收率。超级克劳斯工艺是由荷兰ComPrimo公司与VEG气体研究院和Utrech大学合作开发并拥有。该工艺采用通过改变以往单纯提高HZS与502反应进程的方法在传统克劳斯转化之后最后一级转化段使用新型选择性氧化催化剂实际上是一种尾气处理工艺由此来改进克劳斯工艺的硫回收技术。由于在高温段和第一、第二转化段内HZS过量运转总硫转化率要降低约1%一2%但这种转化率的损失可在第三转化段由HZS选择氧化增产的元素硫得到补偿。其目的是在没有尾气处理装置的情况下使经克劳斯法硫磺回收处理过的酸性气体尾气能符合排放要求并尽可能地提高硫磺的回收率。该工艺流程是在传统克劳斯工艺基础上添加一个选择性催化氧化反应段(超级克劳斯转化器)或最后一级转化反应器改用选择性氧化催化剂处理传统克劳斯硫回收尾气在通人过量空气的情况下将来自最后一级克劳斯段的过程气中剩余的HZS选择性氧化为元素硫从超级克劳斯反应器出口来的含有非常少量的HZS过程气进人深冷器将过程气中的硫磺最大限度的捕集下来从而将硫磺回收率提高吉林化工学院课程设计11到9%以上。然后尾气直接送人焚烧炉焚烧后排放。其技术关键是通过控制进人超级克劳斯反应器的HZS浓度使来自最后一级克劳斯反应器的工艺气与过量空气混合在超级克劳斯转化器中发生反应过量空气的存在使HZS的转化率提高同时超级克劳斯法选择性氧化催化剂还会促进硫蒸汽与工艺气中的水汽发生克劳斯逆反应因此可以获得硫的高转化率实际上超级克劳斯工艺克服了普通克劳斯法的缺点是传统克劳斯工艺的延伸。超级克劳斯硫回收技术有两种类型:超级克劳斯一9型和超级克劳斯一9.5型当最后一级反应器装填超级克劳斯催化剂后总硫回收率为9%和9.5%。超级克劳斯一99.5型则需在二级转化器和选择氧化反应器之间增加一个加氢转化器。在加氢转化器内50:、COS、CS:以及硫蒸汽等所有的硫化物都被还原成为HZS。超级克劳斯工艺的克劳斯催化反应部分不再控制HZS:502为2:1而是控制最后一级克劳斯转化器出口的HZS浓度。在选择性催化氧化反应段反应是热力学完全反应所以可以获得较高的硫磺回收率达到了硫回收与尾气处理同时进行的双重功效。1.1.6生产中副产品硫磺的应用生产中副产品硫磺的应用1.1.6.1硫磺的基本应用硫磺的基本应用硫磺广泛应用于农业、医药、橡胶、建材、火药、火柴、酿酒和制糖等各领域。其中专用硫磺在国民经济中占有特殊地位，具有需求量小、但价格远较普通硫高的特点，可以根据生产和应用制成诸如颗粒、细微粉末、块、锭、板、条、片等各种规格。近年来英、德、法、美等国家都建立了专用硫磺的生产。随着原油加工量的增加，我国硫磺产量越来越大，综合利用硫磺资源，提高产品经济效益，开发其新的用途已迫在眉睫。本文结合国内外硫磺产品发展情况，讨论了硫磺的几种专门应用。吉林化工学院课程设计121.1.6.2硫磺的几种专门应用硫磺的几种专门应用聚合硫聚合硫也叫不溶性硫，是硫磺的聚合体，不溶于二硫化碳，具有热塑性，温度过高时易转化为可溶性硫磺，无毒，常温下有一定的化学稳定性和化学惰性，其中的硫含量为5599%B。其主要用途是用作橡胶硫化剂，尤其是子午线轮胎用橡胶硫化剂。其优点是配入胶料后不会产生“喷霜”现象，也不会产生早期硫化（焦烧），能保持胶料组份均一，表面新鲜，增进胶与胶、胶与骨架材料的粘着，克服缺粘造成的加工困难，并且可剔除涂浆工艺，节省汽油，清洁环境，是硫化剂中的佳品。随我国环保标准的日益严格，子午线轮胎是未来发展的重点，可以预见聚合硫的需求量将会越来越大。硫磺尿素硫磺尿素是指在球状尿素上涂覆上一层硫磺，这层涂覆的硫磺开始时不渗水，而后能在土壤中缓慢水解。一般涂覆后的硫磺尿素颗粒直径为0.852.8mm。因硫磺外壳减缓了尿素养分的有效化、防止氮素损失而提高了其利用率，是一种成熟且最有前途的水溶性缓效肥料。作为肥料，硫磺尿素比普通尿素具有以下优点：（1）、由于硫完全不溶于水，使用硫磺尿素可有效地降低尿素在土壤中的溶解速度，显著的提高庄稼对其吸收率，减少了尿素的流失。（2）、由于溶解速度低，可以减少施肥次数。（3）、由于添加了硫这种必要的营养元素，可使庄稼生长得更好，因为尽管硫不溶于水，但在土壤中会缓慢地被氧化而被植物所吸收。尤其适用于美国、加拿大、澳大利亚、远东和比利时等土壤中缺硫地区。（4）、由于硫具有低吸湿性，与普通尿素相比，硫磺尿素即使在高热和潮湿的地区也不易破碎。目前硫磺尿素的生产工艺有两种：一是由美国TVA（TennesseleyAuthority）开发的TVA滚筒喷涂工艺，该工艺是将硫磺在滚筒中喷涂到球状或粒状的尿素上。另一种是由加拿大VancouverBritishColumbia大学开发的交替吉林化工学院课程设计13法喷动床生产工艺，另外法国的PEC工程公司也开发了类似的喷动床工艺，用以生产粒状和小球状化肥。国内尚没有此类研究的报道。硫磺混凝土硫磺混凝土是一种热塑性材料，由改性硫磺、矿质骨料、填料等按比例在138左右混合浇铸而成。和普通水泥混凝土相比，改性硫磺代替了水泥和水作为混凝土的胶结剂，构成了高强度的硫磺混凝土，其平均压碎强度为48Mpa.硫磺混凝土在第二次世界大战期间就已经开始作为一种结构材料进行使用，但那时使用的是未经改性的硫磺。普通的正交硫磺在95.4以上时晶型稳定，而单斜晶硫在143以上时晶型稳定。温度在上述范围内变化时，硫有晶型转变。在浇铸和冷却过程中会引起同素异晶转变，其内部产生残余应力，变得有空隙、性脆而易开裂。七十年代，美国、加拿大、奥地利等国相继开发了新的硫改性方法，使硫塑化并在硫改性时晶型稳定，此后才使得硫磺混凝土的应用取得突破性进展。研究结果表明，将不饱和烃加入硫磺中进行反应可制得改性硫。马来酸、苯乙烯、二聚环戊二烯（DCP）等都有这个效果。工业上常用的是二聚环戊二烯和环二烯的低聚物。采用DCP进行硫的改性，所产硫磺混凝土的性能好，而且DCP价格低、不燃烧。硫磺混凝土已成功应用于防腐领域，具有较好的耐蚀性能。特别是在酸性环境中，由于普通水泥的水化产物易与腐蚀性介质发生化学反应而溶解，造成材料强度的降低，而在硫磺混凝土中由于硫磺填充于混凝土间隙并包裹于混凝土周围，使材料的密实度大大增加，也使得腐蚀性介质难以渗入到材料的内部，同时大量填充于材料内部及包裹于混凝土表面的硫磺对抵御腐蚀性介质的侵蚀有很大的作用。Na-S电池Na-S电池是随着环保法规对燃料油汽车尾气的排放要求日益严格而开发的，Na-S电池的主要优点是能量密度大，体积小，价格低，设计灵活，不受环境温度的影响，不会因自动放电而使电能消耗，但其内部工作温度必须维持在300以上，因此绝缘性能要求较高。美国加利福尼亚汽车协会规定到2003年每年电瓶车的比例要达到10%，日吉林化工学院课程设计14本MITI也制定了到2000年每年生产10万辆电瓶车的计划并投入专项基金进行高性能电池的开发，这一切已大大刺激了Na-S电池的发展（3）。正在致力于Na-S电池开发的公司有Ford、BMW、Volksugen、ABBHochenergiebatterie、SlientPower、AEGZebraYuasa等。据SlientPower公司宣布，该公司在德国生产的Na-S电池由3360块小电池组成，每块小电池含硫26克，也就是每个Na-S电池含硫87kg电池总重100200kg。而ABBHochenergiebatterie公司开发的电瓶汽车充电一次可行驶150km最高时速为80km。但国内尚未见有关Na-S电池研制的报道。1.21.2文献综述文献综述1.2.1前言前言合成氨生产中气体的含硫量是作为一项工艺操作指标来严格控制的其原因不仅是硫的存在会腐蚀设备、管道而且危及到交换、合成催化剂中毒铜洗操作的恶化甚至于合成氨不能继续维特生产故必须脱除硫化物使净化度符合工艺生产要求。另一方面从环境保护、综合利用角度看硫磺是重要化工原料至今我国硫磺产销还不能平衡回收硫磺既能转废为宝又不污染周围环境。现用的脱硫方法有多种正几开发的方法也不少。但是脱硫过不了关均生产还是存在。这与装置设计、操作控制、脱流剂的来源、方法的经济性等多方面因素有关。氨锐硫一段的设计。二、设计采用的脱硫方法由于使用的原料不同、工艺流程不同、对脱硫的净化度要求也不同脱硫的方法选择就不一样。小合成氨厂大多使用块煤或煤球造气走铜洗流程生产合成氨化工部化肥司现行规定的工艺指标中要求半水煤气脱硫后降到每立方米70毫克以下进铜洗气体含硫量在每立方米10毫克以下。产20吨、6。沌氨脱硫工段就是以此吉林化工学院课程设计15要求来进行设计的。煤造气制得的半水煤气中的硫基本为无机硫而经过变换少量有机硫又转化为无机流故一次脱硫、二次说主要脱除的是硫化氢。脱硫的方法以脱硫剂的形态又分为干去和湿法。由于小合成氨厂原料煤的来源多变半水煤气中硫化氢的含量也随原科而变化设计时既要满足气体中硫化氢的净化度又要考虑到方法的经济。经比较后。日产40吨、60吨氨脱硫设计选择了两种脱硫方案对于半水煤气中硫化氢含量在每立方米1克以下的选用干法脱硫半水煤气中硫化氢含量在每立方米1克以上的选用湿法串干法脱硫。干法脱硫采用活性炭为脱硫刘流程简单操作方便脱硫剂价格廉还可脱除部分有机硫。湿法脱硫中氨水循环中和法因氨耗大、污染周围环境已极少采用。现湿法脱硫以湿式氧化法居多。湿式氧化法可适应半水煤气中各种硫的含量。再生反应日j一又可回收硫磺不污染周围环境流程也不复杂便于掌握。在有多年经验的HQ法、MSQ法和改良A、D、A法基础_匕近年来又得到很快发展已工业化的有F一D法、EDTA络合铁法、茶多酚法、拷胶法又新开发了PDS法、CN法及MQ法等。不论采用何种方法都不外乎用氨或碱作为基本脱硫剂而且各种方法流程大体相同主要差别在于脱硫剂的硫容量不同所需溶液循环量不同我院设计时考虑到立足于本厂的氨为脱硫剂在小氨厂的通用性以MSQ法来进行设计。若改用其他湿式氧化法时对设备的生产能力进行复核操作参数作适当更正即可。1.2.2脱硫法介绍脱硫法介绍由于生产合成氨的各种燃料中含有一定的硫，因此所制备出来的合成氨原料气中，都含有硫化物，其中大部分是无机硫化物硫化氢（H2S），其次还含有少量的的机硫化物，如二硫化碳（CS2）、硫氧化碳（COS）、硫醇（RSH）和噻吩（C4H4S）等。原料气中硫化物的含量取决于气化所用燃料中硫的含量。以煤为原料制得的煤气中一般含硫化氢16gm3，有机硫化物0.10.8gm3。用高硫煤作原料时，硫化氢高达2030gm3。天然气、轻油及重油中硫化物含量，因产地不同，差别很大。原料气中的硫化物，对合成氨生产危害很大，不仅能腐蚀设备和管道，而吉林化工学院课程设计16且能使合成氨生产过程所用的催化剂中毒而失去活性。例如，天然气蒸汽所用镍催化剂，要求原料烃中总硫含量小于0.5cm3m3，铜锌系低变催化剂要求原料气中总硫含量小于1mgm3，若硫含量超过上述标准，催化剂将中毒而失去活性。此外，硫是一种很重要的化工原料，应予以回收。因此，原料气中的梳化物，必须脱除干净。脱除原料气中硫化物的过程，称为脱硫。目前原料气脱硫的方法很多，据统计达四五十种。随着石油化工的发展，还会开发出新的脱硫方法。按脱硫剂的物理形态分为干法（脱硫剂为固态）和湿法（脱硫剂为液态）两大类。干法脱硫又分为吸附法以活性炭、分子筛为脱硫剂；接触反应法以氧化锌、氧化铁等为脱硫剂；加氢转化法以钴钼为催化剂，先将有机硫转化为H2S，再脱除。干法脱硫具有郊率高、设备简单、操作简单、维修方便等优点。但脱硫反应速度慢，脱硫过程是间歇操作，设备庞大；在脱硫剂使用后期，脱硫效率和阻力变大，脱硫剂阻力变大，脱硫剂再行困难。因此，大型合成厂广泛将此法用于业精细脱硫。湿法脱硫又分为化学吸收法（按脱硫溶液与H2S发生的反应，又分为中和法如乙醇胺法和氧化法如ADA法、氨水催化法等）、物理吸收法（如低温甲醇洗涤法等）和物理化学吸收法（如环丁砜法等）。湿法脱硫有着明显的优点，即脱硫剂是便于输送的液体、可以再生并能回收硫磺，构成一个连续的脱硫系统。但此法净化度不高，出口含硫量在20100cm3m3。当原料气含硫较高时，宜先采用湿法脱去大量的硫，然后串联干法精脱，以达到工艺上和经济上都合理的要求。这么多湿式氧化法的脱硫方法，如果对它们之间的优缺点都进行比较，是很困难的。传统的中型氮肥厂，以前对改良ADA法和栲胶法用的比较多；对小型氮肥厂，以前对苯二酚法用得较多。对氮肥厂来说，采用什么方法，它有多种因素决定，有半水煤气硫含量高低的问题，有操作费用的问题，有习惯性的问题，有改造资金的问题等等。因此即便有一种方法有明显的优势，他也不一定就很快采用。吉林化工学院课程设计172.2.流程方案的确定流程方案的确定2.12.1各脱硫方法对比各脱硫方法对比2525脱硫方法很多，按脱硫剂物理形态可分为干法和湿法两大类，前者所用脱硫剂为固体，后者为溶液。当含硫气体通过这些脱硫剂时，硫化物被固体脱硫剂所吸附，或被脱硫溶液所吸收而除去。湿法脱硫主要用于脱除原料气中硫化氢。根据脱硫溶液吸收过程性质的不同，湿法脱硫又可分为化学吸收法，物理吸收法和物理化学吸收法三种。化学听收法在化学吸收法中，脱硫溶液与硫化氢发生了化学反应。按反应不同，化学吸收法分为中和法和湿式氧化法。中合法，用弱碱性溶液为吸收济，与原料气中的酸性气体硫化氢进行中和反应，生成硫氢化物而除去。吸收了硫化氢的溶液，在减压、加热的条件下，使硫氢化物分解放出硫化氢，溶液再生后循环使用。中和法主要有烷基醇胺法、氨水法和碳酸法等。湿式氧化法，用弱碱性溶液吸收原料气中的硫化氢，生成硫氢化物，再借助溶液中载氧体（催化剂）的氧化作用，将硫氢化物氧化成元素硫，同时获得副产品硫磺，然后还原载氧体，再被空气氧化成氧化态的载氧体，使脱硫溶液得到再生后循环使用。根据所用载氧体的不同，湿式氧化法主要有蒽醌二磺酸钠法（简称ADA法）、氨水对苯二酚催化法、铁氨法、硫酸锰-水杨法、硫酸锰-水杨酸-对苯二酚法（简称MSQ法）、改良砷碱法和栲胶法等。与中和法相比，湿式氧化法脱硫的优点是反应速度快，净化度高，能直接回收硫磺。目前国内中、小氨厂绝大部分采用湿式氧化法脱硫，因此原料气中有机硫含量高时，变换后气体中硫化氢含量增加，需要经过二次脱硫。物理吸收法是依靠吸收剂对硫化物的物理溶解作用进行脱硫的。当温度升高、压力降低时，硫化物解吸出来，使吸收剂再生，循环使用。吸收剂一般为有机溶剂，如甲醇、聚乙二醇二甲醚、碳酸丙烯酯等。这类方法除了能脱硫化吉林化工学院课程设计18氢外，还能脱除有机硫和二氧化碳。生产中往往用这些溶剂，同时脱除原料气中的酸性气体硫化物和二氧化碳。物理化学吸附法用环丁砜的烷基醇的混合溶液，脱除原料气中硫化物的过程，属于物理化学吸收过程，称为环丁砜法。溶液中的环丁砜是物理吸收剂，烷基醇胺为化学吸收剂。我国有少数中型氨厂采这种方法脱硫。干法脱硫是用固体脱硫剂，脱除原料气中硫化物。优点是既能脱除硫化氢，又能脱除在机硫，净化度高，可将气体中硫化物脱除至1cm3m3以下。缺点是再生比较麻烦或者难以再生，回收硫磺比较困难，设备体积较大，有些为间歇操作，一般只作为脱除有机硫和精细脱硫的手段。在气体中含硫量高的情况下，应先采用湿法除去绝大部分的硫化氢，再采用干法脱除有机硫的残余硫化氢。常用的干法脱硫有氧化锌法、钴钼加氢法、活性炭法、分子筛法等。目前我国以天然气的轻油为原料的大型氨厂，通常先采用烷基醇胺等湿法，除去天然气或轻油中大部分硫化物。以煤和重油为原料的大型氨厂，用甲醇洗法脱除原料气中的硫化物和二氧化碳等酸性气体。绝大部分中小型氨厂，均采用湿式氧化法脱除原料气中的硫化物，部分厂采用氧化锌等干法脱除残余的硫化物，有铜洗的氨厂，经过湿式氧化法脱硫后不再设置干法脱硫，因为铜洗过程可以除去残余的硫化氢。但近年来，有铜洗的氨厂，在湿法脱硫之后，也串接了干法脱硫，这样可以降低铜洗过程中的铜消耗和防止氨合成催化剂中毒。本课题是采用湿法对水气煤脱硫，主要是采用栲胶脱硫法，栲胶法是我国特有的脱硫技术，是目前国内使用较多的脱硫方法之一。该法主要有矸性栲胶脱硫（以栲胶和偏钒酸钠作催化剂）和氨法栲胶（以氨代替矸）两种。栲胶是由植物的果皮、叶和干的水淬液熬制而成。主要成分是丹宁，由于来源不同，丹宁组分也不同，但都是化学结构十分复杂的多羟基芳香烃化合物组成，具有酚式或醌式结构。栲胶法有如下优点：（1）栲胶资源丰富，价廉易得，运行费用比改良ADA低。（2）基本上无硫堵塔的问题。（3）栲胶既是氧化剂又是钒的配合剂，溶液的组成比改良ADA法简单。（4）栲胶脱硫液腐蚀性小。（5）栲胶需要熟化预处理，栲胶质量及其配制方法得当与否是决定栲胶法使用效果的主要因素。吉林化工学院课程设计192.22.2栲胶脱硫法的理论依据栲胶脱硫法的理论依据栲胶脱硫是利用碱性栲胶水溶液从气体中脱除硫化氢属于二元氧化还原过程。栲胶是有酚式结构的多羟基化合物是一种良好的载氧体又能对多种重金属离子起络合作用。其脱硫反应机理如下:1)碱性溶液吸收H2S的反应：Na2CO3+H2S=NaHS+NaHCO3NaHCO3+H2SNaHS+CO2+H2O2)NaHS与偏钒酸钠反应生成焦钒酸钠：硫氢化钠与偏钒酸钠反应生成焦钒酸钠，析出单质硫。2NaHS+4NaVO3+H2O=Na2V4O9+4NaOH+2S3)将Na2V4O9氧化成偏钒酸钠：醌态栲胶氧化四价钒络离子为五价钒络离子使钒络离子恢复活性而醌态栲胶被还原为酚态栲胶失去活性。332942)(242)(2OHTNaVONaOHOOHTOVNa4)还原态栲胶的氧化：酚态栲胶被氧化获得再生，同时生成H2O2。222232)(22)(2OHOOHTOOHTOHNaVOOVNaNaOHOH23942223422H2O2+NaHSH2O+S+NaOH此外在生产中还有生成硫代硫酸钠的副反应:2NaHS+2O2=Na2S2O3+H2O2Na2S2O3+3O2=2Na2SO4+2SO24H2O2+2NaHS5H2O+Na2S2O32NaOH+Na2S2O3+4H2O22Na2SO4+5H2O吉林化工学院课程设计202.32.3工艺流程方框图工艺流程方框图水煤气洗涤塔脱硫塔富液槽再生槽泡沫贮槽熔硫釜硫磺贫液槽至气柜吉林化工学院课程设计213.3.生产流程的简述生产流程的简述3.13.1简述物料流程简述物料流程3.1.13.1.1气体流程气体流程半水煤气从造气车间出来后，经过洗涤塔除尘、降温，水封后，从脱硫塔的底部进入塔内，脱硫液从塔顶喷淋而下，水煤气与碱性栲胶溶液在塔内逆向接触，其中的大部分硫化氢气体被溶液吸收，脱硫后的气体从塔顶出来至气柜。3.1.23.1.2溶液流程溶液流程从脱硫塔顶喷淋下来的溶液，吸收硫化氢后，称为富液，经脱硫塔液封槽引出至富液槽（又称缓冲槽）。在富液槽内未被氧化的硫氢化钠被进一步氧化，并析出单质硫，此时，溶液中吸收的硫以单质悬浮状态存在。出富液槽的溶液用再生泵加压后，打入再生槽顶部，经喷射器高速喷射进入再生槽，同时吸入足够的空气，以达到氧化栲胶和浮选硫膏之目的。再生后的溶液称为贫液，贫液经液位调节器进入贫液槽，出贫液槽的贫液用脱硫泵打入脱硫塔顶部，经喷头在塔内喷淋，溶液循环使用。再生槽浮选出的单质硫呈泡沫悬浮于液面上，溢流至硫泡沫槽内，上部清液回贫液槽循环使用，沉淀出的硫膏入熔硫釜生成副产品硫磺。3.1.3硫磺回收流程硫磺回收流程超级克劳斯工艺是由荷兰ComPrimo公司与VEG气体研究院和Utrech大学合作开发并拥有。该工艺采用通过改变以往单纯提高HZS与502反应进程的方法在传统克劳斯转化之后最后一级转化段使用新型选择性氧化催化剂实际上是一种尾气处理工艺由此来改进克劳斯工艺的硫回收技术。由于在高