（化学工程专业论文）高硫水煤气净化工艺水洗脱硫工段的设计.pdf

合肥工业大学 本论文经答辩委员会全体委员审查，确认符合合肥工业大学硕 士学位论文质量要求。 答辩委员会签名：( 工作单位、职称) 主席：彳捌气叶l 蚋协节玄吝磊设 委员：腑：夕拗祷移、 ，燃磊冀鬣 锵亚宣钟工够妈矧】圳处 彩孙，i 乞杈 导师：安徽省化工设计院 王祖元教授 合肥工业大学化工学院崔鹏教授 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究j i ：作及取得的研究成果。据我所 知，除了文中特别加以标志和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果， 也不包含为获得金妲三! ：些叁堂或其他教育机构的学位或证书而使刚过的材料。与我一同工作 的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签字：移虿币字日期：a 旧l f 年中月巧日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解金艘：些叁堂有关保留、使阄学位论文的规定，有权保留并向 国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅或借阅。本人授权金月巴工些太 兰l 可以将学位论文的全部或部分论文内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权j l ；) “ 一 学粼：移秀， 签字日期：泸 年牛月船日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 签字日期少t 年和岳 2 电话： 邮编： 高硫水煤气净化工艺水洗一脱硫工段设计 摘要 高硫煤资源具有巨大的经济价值和潜在的开发价值，但其利用过程产生的 高硫水煤气给环境带来极大压力。对高硫水煤气的净化工艺进行合理设计是解 决高硫煤利用带来的环保问题的关键，是实现企业经济利益和环保利益的重要 保障。论文针对现有净化工艺中水洗一脱硫工段存在的环保性差及经济性低的问 题，拟通过设计不同的工艺过程和主体设备方案，比较各方案的生产运行情况、 投资费用及运行费用，选择水洗脱硫工段最优的设计方案。 为解决传统敞开式工艺中的环保问题，论文对水洗工段的工艺及设备进行 设计。采用更为环保的密闭式循环冷却工艺代替敞开式循环冷却工艺，设计两 种密闭式循环冷却水洗工艺过程，并对两工艺过程的主体设备进行设计，对设 备的设计计算方法进行简化和程序化。经比较，选用生产运行稳定且经济性较 优的动力波方案为优化设计方案。该方案创新性地采用动力波洗涤器作为一级 水洗设备，彻底避免了喷淋塔方案中一级板换的堵塞问题，提高了生产的稳定 性。为增强动力波洗涤器对本工艺的适应性，对其洗涤管及喷嘴的外型和尺寸 进行优化设计。设计洗涤管为x 型，喷嘴为双路双室双喷口喷嘴。计算分析结 果显示，采用动力波方案可望每年减少h 2 s 对环境挥发量7 7 7 6 8 0 6m 3 ，投资与 运行费用有望节省5 4 2 5 9 9 2 0 元年一。水洗工段的优化工艺方案具有很好的环 保性、经济性及高效性。 为解决高硫水煤气脱硫工艺高脱硫量、高净化度的难题，论文对脱硫工段 的工艺及设备进行设计。遵循不同脱硫负荷分配原则，设计两种多级脱硫工艺 一，挝程，并对两工艺过程的主体设备进行优化设计。经比较，选用经济性较优的 方案一为优化设计方案。方案一为三级脱硫工艺，其中前两级为预脱硫，第三 。级为精脱硫。预脱硫脱除9 5 的硫化氢以实现系统的高脱硫量，精脱硫采用 低硫容贫液脱除5 的硫化氢以保障系统的高净化度。根据预、精脱硫不同的 工艺需要，选择喷射塔作为预脱硫设备，填料塔作为精脱硫设备。通过分析生 产运行与能耗投资情况，对喷射塔的喷杯和填料塔的填料进行优化设计。对再 生设备和硫回收设备进行结构改造，以提高能量利用率，改善工人操作环境， 降低劳动强度。计算分析结果显示，优化工艺有效避免了吸收塔的堵塔问题， 保证脱硫工段的稳定高效生产，其投资与运行费用有望节省4 9 3 1 6 2 5 6 0 元年 。脱硫工段优化工艺方案具有很好的高效性、经济性及环保性。 关键词：工艺设计设备设计水洗工段脱硫工段高硫水煤气 d e s i g nf o rw a t e rs c r u b b i n g - - - d e s u l f u r i z a t i o ns e c t i o n si n h i g h - s u l f u rw a t e r g a sp u r i f i c a t i o np r o c e s s a b s t r a c t h i g h s u l f u rc o a l r e s o u r c e sh a v ee n o r m o u s e c o n o m i cv a l u ea n dp o t e n t i a l d e v e l o p m e n tv a l u e ，h o w e v e r , t h eh i g h s u l f u rw a t e rg a sp r o d u c e di nt h eh i g h s u l f u r c o a lu t i l i z a t i o np r o c e s sw o u l dg e n e r a t et r e m e n d o u sp r e s s u r eo ne n v i r o n m e n t s o ， ar e a s o n a b l ed e s i g nf o rh i g h - s u l f u rw a t e rg a sp u r i f i c a t i o np r o c e s si st h ek e yt os o l v i n gt h e e n v i r o n m e n t a lp r o b l e m sc a u s e db yt h eh i g h s u l p h u rc o a lu t i l i z a t i o n ，a n d a n i m p o r t a n tg u a r a n t e eo fe c o n o m i ca n de n v i r o n m e n t a l i n t e r e s t sf o re n t e r p r i s e s f o c u s i n gu p o nt h eb a de n v i r o n m e n tp r o t e c t i o na n dh i g he x p e n s ei ne x i s t i n gw a t e r s c r u b b i n g d e s u l f u r i z a t i o ns e c t i o n s ，t h i s r e s e a r c hd e s i g n e dd i f f e r e n ts c h e m e so f p r o c e s s a n dm a i ne q u i p m e n t ，a n dc o m p a r e dt h ep r o d u c t i o nc o n d i t i o n ，t h e i n v e s t m e n ta n do p e r a t i n gc o s t so ft h e s es c h e m e s ，u l t i m a t e l y , c h o s e na no p t i m i z e d d e s i g nf o rt h es c r u b b i n g d e s u l f u r i z a t i o ns e c t i o n s t h ed e s i g nf o rt h ep r o c e s sa n de q u i p m e n t so fw a t e rs c r u b b i n gs e c t i o nw a s c a r r i e d o u ti nt h ep a p e r , i no r d e rt os l o v et h ee n v i r o n m e n t a lp r o b l e mi nc o n v e n t i o n a lp r o c e s s o t w s ( o p e nt y p ew a t e rs c r u b b i n g ) p r o c e s sw a sr e p l a c e db yc t w s ( c l o s e dt y p ew a t e r s c r u b b i n g ) ，w h i c hw a sf r i e n d l i e rt oe n v i r o n m e n t t w os c h e m e so fc l o s e dt y p ep r o c e s s e s w e r ed e s i g n e d ，t h ed e s i g nf o rt h e i rm a i ne q u i p m e n t sw a sc a r r i e do h a n dt h e nt h e c o m p u t a t i o nm o d e lf o rs c r u b b i n ge q u i p m e n tw a ss i m p l i f i e da n d w r i t t e ni n t op r o g r a m a f t e r c o m p a r i s o n ，t h ed w s ( d y n aw a v es c r u b b i n g ) s c h e m ew a s c h o s e nf o rt h a ti ti sm o r es t a b l e i np r o d u c t i o na n dm o r ee c o n o m y d y n a - w a v es c r u b b e rw a si n n o v a t i v e l yu s e da st h ef i r s t s t a g es c r u b b e ri nt h ed w ss c h e m e ，5 0t h a tt h ep l u g g i n g u po fp l a t eh e a te x c h a n g e ri nt h e s s ( s p r a ys c r u b b i n g ) s c h e m ec o u l db ea v o i d e d ，a n dt h ep r o c e s s ss t a b i l i z a t i o nw o u l db e i m p r o v e d t h ee x t e r i o ra n dm a i ns i z e so fs c r u b b i n gt u b ea n d j e tw e r eo p t i m i z e dd e s i g n e d s oa st oi m p r o v et h ea d j u s t a b i l i t yo fd y n a - w a v es c r u b b e rt ot h i ss c h e m e a sar e s u l t , x s h a p es c r u b b i n g t u b ew a sa d o p t e da n dj e tw i t hd o u b l e - p i p e ，d o u b l e 。c h a m b e r a n d d o u b l e s p o u tw a sf i x e d c o m p u t i n ga n da n a l y s i sr e s u l t si n d i c a t e dt h a t , t h ed w s s c h e m e w a se x p e c t e dt or e d u c et h ea m o u n to fv o l a t i l eh 2 sb y7 7 7 6 8 0 6n rp e ry e a r , a n dt h e i n v e s t m e n ta n do p e r a t i n gc o s t sw e r ee x p e c t e dt ob er e d u c e db yr m b 5 4 2 5 9 9 2 0p e ry e a r t h eo p t i m i z e dd w sp r o c e s so fw a t e rs c r u b b i n gs e c t i o nh a da d v a n t a g e si ne f f i c i e n c y , e c o n o m y a n dc o n s e r v a t i o no fe n v i r o n m e n t 。 i no r d e rt os l o v et h ed i f f i c u l tp r o b l e m si nt h eg r e a ta m o u n to fh 2 sa n dh i g h r a t i oo fp u r i f i c a t i o n ，t h ep r o c e s sa n de q u i p m e n t sd e s i g no fd e s u l f u r i z a t i o ns e c t i o nw a s c a r r i e do u t f o l l o w i n gd i f f e r e n td i s t r i b u t i o np r i n c i p l e so fh 2 sl o a d , t w os c h e m e so f m u l t i s t a g ed e s u l f u r i z a t i o np r o c e s sw e r ed e s i g n e da n dt h ed e s i g nf o rm a i ne q u i p m e n t sw a s o p t i m i z e d a f t e rc o m p a r i s o n , t h ep r d ( 1 0 r e a n dr e f i n e d d e s u l f u r i z a t i o n ) s c h e m ew a s c h o s e n , w h i c hw a sm o r ee c o n o m i c a l i nt h ep r ds c h e m e ，t h e r ew e r et h r e es t a g e so f d e s u l f u r i z a t i o n ，i nw h i c ht h ef i r s tt w os t a g e sw e r ep r e d e s u l f u r i z a t i o n sa n dt h el a s ts t a g e w a sr e f i n e d d e s u l f u r i z a t i o n i nt h ec o h s eo fp r e d e s u l f u r i z a t i o n , 9 5 o ft o t a lh e sl o a d w e r er e m o v e d ，s ot h a tt h ed e s u l f u r i z a t i o ns e c t i o nc o u l dr e m o v eg r e a ta m o u n to fh 2 s a n d i nt h ec o u s eo fr e f i n e d d e s u l f u r i z a t i o n , 5 o ft o t a lh 2 sl o a dw e r er e m o v e db yl e a n a b s o r b e n t , w h i c hh a dl o w e rh 2 sc a r t i n gc a p a c i t yt h a nt h a ti nt h ep r e d e s u l f u r i z a t i o n , t o m e e tt h eh i ：g hp u r i f i c a t i o na c c u r a g yr e q u i r e m e n t a c c o r d i n gt od i f f e r e n tc h a r a c t e r i s t i c so f p r e - a n dr e f i n e d d e s u l f u r i z a t i o n ，s p m y i n gt o w e ra n dp a c k e dt o w e rw e r es e l e c t e da sp r e a n d r e f i n e d d e s u l f u r i z e rr e s p e c t i v e l y o p t i m i z e dd e s i g n sf o rt h es p o u t si ns p r a y i n gt o w e r sa n d t h ef i l l i n g si nt h ep a c k e dt o w e rw e r em a d eb ya n a l y s i s i n gt h ep r o d u c t i o nc o n d i t i o na n d e n e r g yc o n s u m p t i o n i no r d e rt ob o o s tt h eu t i l i z a t i o nr a t i oo fe n e r g y , i m p r o v eo p e r a t i n g e n v i r o n m e n ta n dr e d u c ew o r ko u t p u t , t h ec o n f i g u r a t i o n so fr e g e n e r a t i o ne q u i p m e n ta n d s u l f u rr e c o c e r ye q u i p m e n tw e r em o d i f i e d a st h ec o m p u t i n ga n da n a l y s i sr e s u l t ss h o w e d t h a t , w i t hp l u g g i n g u pi na b s o r p t i o nt o w e ra v o i d e de f f e c t i v e l y , t h ep r d s c h e m ew a sm o r e s t a b l ea n de f f i c i e n c y , a n dt h ei n v e s t m e n ta n do p e r a t i n gc o s t sw e r ee x p e c t e dt ob e r e d u c e db yr m b4 9 316 2 5 6 0p e ry e a r t h eo p t i m i z e dp r dp r o c e s so fd e s u l f u r i z a t i o n s e e t i o nh a da d v a n t a g e si ne f f i c i e n c y , e c o n o m ya n dc o n s e r v a t i o no fe n v i r o n m e n t k e y w o r d s ：p r o c e s sd e s i g n ：e q u i p m e n td e s i g n ；w a t e rs c r u b b i n gs e c t i o n ；d e s u l f u r i z a t i o n s e c t i o n ；h i g h s u l f u rw a t e rg a s 致谢 本论文是在导师王祖元教授级高级工程师和崔鹏教授的悉心指导下完成 的。在两年半的研究生学习过程中，两位老师不仅在工作与学习中给予指导与 帮助，同时，在生活上也给予无微不至的关怀。两位导师严谨的治学态度、渊 博的学术知识、诲人不倦的敬业精神以及宽容的待人风范使我受益颇多。在此 谨向两位导师表示最崇高的敬意和最衷心的感谢。 感谢胡忠玉主任和刘晨老师，他们经常在繁重的工作任务中抽出宝贵时间 给予我论文上的帮助和支持! 同时，感谢实验室王琪、陈亚中、姚路路等老师，感谢刘兴然、李钰等同 学以及设计院工艺室的所有同事给予的无私帮助和热情鼓励! 最后，感谢父亲母亲多年的养育之恩! 感谢挚友葛菲的支持与陪伴! 作者：张寅秋 2 0 1 1 年3 月2 5 日 目录 第一章文献综述1 1 1 高硫水煤气1 1 1 1 高硫煤资源及其利用1 1 1 2 高硫水煤气的产生及成分特点1 1 1 3 硫化氢的危险性及其接触控制2 1 2 高硫水煤气净化工艺水洗。脱硫工段的工艺流程2 1 2 1 水煤气净化工艺的简介2 1 2 2 高硫水煤气净化工艺水洗脱硫工段工艺流程2 1 3 高硫水煤气净化工艺水洗脱硫工段的主体设备一6 1 3 1 水洗工段主体设备7 1 3 2 脱硫工段主体设备9 1 4 研究内容、目的与意义1 l 第二章水洗工段的设计1 3 2 1 工艺过程设计1 3 2 1 1 设计条件一13 2 1 2 方案一工艺流程设计1 5 2 1 3 方案一工艺参数设计1 7 2 1 4 方案二工艺流程设计：一1 9 2 1 5 方案二工艺参数设计2 0 2 1 6 两方案工艺过程设计结果2 2 2 2 主体设备设计2 2 2 2 1 设计方法优化2 2 2 2 2 方案一主体设备设计2 8 2 2 3 方案二主体设备设计3 l 2 2 4 两方案主体设备设计结果4 9 2 3 设计方案优选5 0 本章小结5 2 第三章脱硫工段的设计5 3 3 1 工艺过程设计5 3 3 1 1 设计条件5 3 3 1 2 方案一工艺过程设计5 6 3 1 3 方案二工艺过程设计6 2 3 1 4 两方案工艺过程设计结果6 2 3 2 主体设备设计6 2 结 参 攻 表格清单 表2 1 水洗工段原料气组成1 4 表2 2 危险性物料主要物性一1 4 表2 3 水洗工段主要控制参数1 5 表2 4 三种改进方法的投资及生产运行性能比较1 6 表2 5 水洗工段密闭式工艺方案一物料衡算表1 7 表2 6 水洗工段密闭式工艺方案一热量衡算表1 7 表2 7 方案一工艺参数优化1 8 表2 8 工艺方案二热量衡算表2 0 表2 9 密闭式工艺方案二热负荷分配2 1 表2 1 0 密闭式工艺方案一设计结果2 2 表2 1 1 密闭式工艺方案二设计结果2 2 表2 1 2r u n g e k u t t a 法计算过程中塔顶微元段k 值。2 4 表2 1 3 不同推动力和不同计算方法下填料层高度2 5 表2 1 4 不同物性数据取值方法下填料层高度2 5 表2 1 5 不同高度步长取值下填料层高度2 6 表2 1 6 不同高度步长取值下填料塔微元段数2 6 表2 1 7 不同推动力和不同计算方法下填料层高度2 7 表2 1 8 工艺方案一中两级水洗塔的板式换热器设计计算。3 0 表2 1 9 密闭式工艺方案一主体设备一览表一3 1 表2 2 0 三种气液同轴撞击的液相能量损失和气液接触时间3 4 表2 2 1 改造洗涤管的气体停留时间和阻力降增加量一3 5 表2 2 2 气速对洗涤效果及能耗的影响3 8 表2 2 3 液气比对洗涤效果及能耗的影响3 9 表2 2 4 两段喷射管路液体流速对洗涤效果及能耗的影响一4 0 表2 2 5 单段喷射管路液体流速对洗涤效果及能耗的影响4 0 表2 2 6 优化前后动力波洗涤器性能对比一4 2 表2 2 7 二级水洗塔的板式换热器设计计算4 8 表2 2 8 主体泵扬程计算结果一4 8 表2 2 9 主体泵的选型4 8 表2 3 0 水洗工段两工艺的主体设备比较4 9 表2 3l 两工艺方案的主体设备投资费用比较5 1 表2 3 2 两工艺方案的主体设备运行费用比较5 l 表3 1 脱硫工段产品技术规格5 3 表3 2 水煤气进脱硫塔组成5 3 表3 3 危险性物料主要物性5 4 表3 4 栲胶法工艺设计及生产控制条件5 6 表3 5 脱硫工段物料衡算表5 7 表3 6 脱硫工段热量衡算表5 8 表3 7 不同预脱硫比例对脱硫液循环量的影响5 8 表3 8 负荷分配优化的脱硫工艺设计结果6 l 表3 9 循环利用精脱塔富液脱硫工艺设计结果一6 l 表3 1 0 等塔径负荷分配的脱硫工艺设计结果6 2 表3 1 1 一级预脱硫塔喷杯个数对喷射塔的影响一6 4 表3 1 2 二级预脱硫塔喷杯个数对喷射塔的影响6 5 表3 1 3 喷射塔尺寸设计结果6 6 表3 1 4 各种填料的填料基本特性数据6 8 表3 1 5 不同填料的填料塔结构尺寸及压降6 8 表3 1 6 不同填料的填料塔投资费用6 9 表3 1 7 不同填料的填料塔操作费用：6 9 表3 1 8 不同填料的填料塔总费用一6 9 表3 1 9 各种液体分布器的性能比较一7 0 表3 2 0 方案一吸收设备一览表7 l 表3 2 1 再生设备操作运行情况比较7 2 表3 2 2 喷射再生槽主要结构尺寸7 3 表3 2 3 主体泵扬程计算结果7 6 表3 2 4 主体泵的选型一7 7 表3 2 5 方案二吸收设备一览表7 7 表3 2 6 脱硫工段设备设计结果比较：7 8 表3 2 7 方案一投资与操作费用8 0 表3 2 8 方案二投资与操作费用8 0 插图清单 图1 1 敞开式循环冷却工艺流程图3 图1 2 动力波洗涤器的工作原理8 图1 3 喷射塔结构示意图1 0 图2 1 密闭式循环冷却工艺方案一1 5 图2 2 改进方法1 6 图2 3 密闭式循环冷却工艺方案二1 9 图2 4 简化模型的n s 流程图2 8 图2 5 动力波洗涤器的三种型式3 2 图2 6 不同撞击方式的洗涤管3 3 图2 7 改造的洗涤管外型3 4 图2 8 气液两相的流动状态3 8 图2 9 动力波洗涤器结构4 2 图2 1 0 动力波洗涤器喷嘴示意图4 3 图2 1 1 动力波洗涤管径向压力分布4 3 图2 1 2 湍流区液体流量分布4 3 图2 1 3 双路双室双喷口喷嘴示意图4 4 图2 1 4 内外喷嘴的喷雾方式4 4 图2 1 5 常用旋流件简图一4 5 图2 16 喷嘴结构示意图一4 6 图2 1 7 方案一与方案二p f d 图一5 0 图2 1 8 方案一p i d 图5 0 图2 1 9 方案二p i d 图5 l 图3 1 栲胶法脱硫工艺流程示意图5 5 图3 2 一级脱硫负荷对平均传质推动力的影响5 9 图3 3 一级预脱硫负荷对脱硫溶液循环量的影响5 9 图3 4 一级预脱硫负荷对脱硫液总循环量影响6 0 图3 5 喷射塔喷杯的结构6 4 图3 6 吸收塔结构图7 2 图3 7 喷射再生槽结构图7 4 图3 8 熔硫釜结构示意图j 7 4 图3 9 单级喷射泵结构图7 6 图3 1 0 方案二吸收设备结构图j _ 7 8 图3 1 1 方案一与方案二p f d 图7 9 图3 1 2 方案一p i d 图7 9 图3 1 3 方案二p i d 图8 0 符号说明 a 一板式换热器所需换热面积，m 2 a i 一修正系数 a w 一填料润湿比表面， r r l2 m - 3 c l 一进入脱硫塔的水煤气中h 2 s 含量， g m 3 c 2 一离开脱硫塔的净化气中h 2 s 含 量，g - m 刁 c r 硫泡沫比热容，k j ( k g ) 。 c r 硫膏比热容，k j ( k g ) 一 c h 硫膏熔融热，k j ( k g ) 。1 c r 对应温度下流体的定压热容， k j ( k g ) d 一塔径，m d l 一喷杯入口直径，m d 2 一喷杯出口直径，m d i 一喷杯出口处直径，m d 一喷嘴直径，m f 6 一熔硫釜表面积，r r l 2 g 一流体的质量流量，k g h 1 g 旷进入脱硫塔的水煤气体积流量， n m 3 h 1 g l h 2 s 的脱除量，k g h 1 g 2 一生成n a 2 s 2 0 3 消耗的h 2 s ，k g h 。 g 3 一n a 2 s 2 0 3 生成量，k g h 以 g p 理论硫回收量，k g h 以 g 5 一生成n a 2 s 2 0 3 消耗的纯碱量， k g h l g r 硫泡沫生成量，k g - h g 7 一入熔硫釜硫膏量，k g - h d g 8 一每一釜硫膏体积量，m 3 g r 气液相间传递的水量，k g h d h r 喷淋塔喷淋装置距气体分布器的 高度，m h 卜动力波洗涤器液体喷射高度，m h 。一扬程，m h r 流体阻力损失，m k 一总传热系数，w ( m 2 ) o k i 一修正系数 k r 气相传质系数，k g - ( m 2 h k p a ) 。 l 一液体质量流量，k g - h 。1 l w - 一喷淋密度，m 3 ( m 2 h ) 1 l r 液体循环量，m 3 h d l n 一以喷杯进口为底的锥体母线，m l r 以喷杯出口为底的锥体母线，m m 一各物质的相对分子质量 n _ 一离心泵轴功率，k w p 一水煤气总压，k p a p j 一喷嘴工作压力，k p a p r 气相主体水蒸汽分压，k p a 胁一气、液相界面的水蒸汽分压，k p a 旷水煤气中h 2 s 的分压，k p a p 一水煤气中h 2 s 的平衡分压，k p a p _ 一压降，p a p r 喷射塔干阻力，p a p 旷一喷射塔湿阻力，p a q 一换热器循环冷却水质量流量， k g h l q 一热负荷，k w q 2 硫泡沫槽热负荷， k j h d q 3 一熔硫釜热负荷，k j h 以 r 旷通用气体常数，k j ( k m o l k ) j r 卜流体雷诺准数 卜蒸汽的汽化热，k j k g 。1 r n 一喷杯进口截面半径，m r r 一喷杯出口截面半径，m s 一脱硫液硫容量，k g m 。3 s l 硫泡沫中的硫含量，k g 1 1 1 3 s 2 一硫膏含硫量， s l 一喷杯出口处截面积，m 2 s 2 一吸收段截面积处面积，m 2 t _ 一水煤气温度， 卜液相温度， a t m 一对数平均温差， v 一动力波洗涤器内流体喷射速度， m s 。l v l 一进入喷嘴时气体流速，m s 1 v 2 一离开喷嘴时气体流速，m s 。1 w 5 一蒸汽消耗量，k g h 。1 w i 一喷杯出口处气相线速度，m s 以 y 一气相中水汽的摩尔分率 乙一填料层高度，m 口一气相对流传热系数，k j ( m 2 - h ) o q 1 一喷嘴的流速系数 q 2 一一级喉管的流速系数 卜气体绝热指数 卜熔硫釜向周围空间散热系数， k j ( m 2 h ) 。1 一对应温度下汽化潜热，k j k g 1 币一理论硫回收率 p 。一硫膏密度，k g m 刁 p 一气相密度，k g m 3 p l 一进入喷嘴时气体密度，k g m 刁 p 2 一离开喷嘴时气体密度，k g m 。 毛d _ 干阻力系数 芎、一湿阻力系数 下标说明： i 一填料层第i 微元段 i n 一塔入口 o u 卜塔出口 g - 一气相 l 一液相 c 一扩散管出口 卜空气入口 卜喷嘴入口 第一章文献综述 我国的能源特点为富煤、少油、贫气，这里的富煤是指煤资源总量大，但 人均占有量仍较为贫乏。在工业发展迅猛的今天，我国优质煤资源日益紧缺， 劣质高硫煤资源的开发和利用便受到越来越多的重视。受高硫煤自身成分特点 的制约，在对高硫煤资源加工利用的过程中，现有工艺无法达到环保性的要求， 且缺乏经济性。如何优化现有工艺，使其适应高硫煤的要求，减少对环境污染， 降低投资及能耗，成为企业合理利用高硫煤资源的瓶颈，也是高硫煤气化工艺 设计中亟待解决的难题。 1 1 高硫水煤气 由于高硫煤资源具有巨大的潜在开发价值和经济价值，对高硫煤资源的利 用日益受到众多企业的关注。但是为何国家将高硫煤划为限采范围，严格控制 对其的利用呢? 下面就其原因进行探讨。 1 1 1 高硫煤资源及其利用 根据煤炭硫分分级标准g b t 1 5 2 2 4 2 2 0 0 4 t 1 1 ，高硫煤是指干燥基硫分s t d 3 0 的煤炭。 我国高硫煤资源丰富，截至2 0 0 7 年底，我国高硫煤资源探明储量6 2 0 亿吨， 约占煤炭总储量的1 4 。我国的高硫煤资源分布亦十分广泛，几乎遍布各产煤 省，尤以四川、贵州、山东、陕西及山西的高硫煤资源较多1 2 】。毋庸置疑，高 硫煤作为我国的一种性质特殊而又重要的的煤炭资源，其潜在开发价值巨大。 高硫煤的市场价格较低，通常，煤炭的含硫量每增加1 ，价格下降3 0 5 0 元吨。对于我国众多的煤化工企业来说，以高硫煤为原料，可以降低生产成本， 其经济价值巨大。 但是，由于煤炭加工生产原料过程中硫分转移至气相，对环境及产品质量 影响恶劣，高硫煤一直被国家列为限采范围内。如何改善高硫煤加工利用过程 的环境污染问题成为目前亟待破解的难题之一。 1 1 2 高硫水煤气的产生及成分特点 以高硫煤为原料合成煤气是一种对高硫煤资源有效且清洁的利用方式，符 合我国可持续发展的道路。但是在合成煤气过程中煤炭中的硫化物以无机硫或 有机硫的形式转移至水煤气中，其含量和形态取决于煤气化的原料性质、加工 方法以及工艺条件。一般情况下，水煤气含硫量与原料煤的含硫量成正比，由 高硫煤气化制得的水煤气多为高硫水煤气，硫的形态以无机硫一一硫化氢为主。 根据我国的情况，普通的水煤气中h 2 s 含量一般为1 o 2 0g - n m 一，而高硫 水煤气中硫化氢含量通常在5 0 1 0 0g n m 一，有机硫含量较少。 1 1 3 硫化氢的危险性及其接触控制 根据危险货物品名表g b1 2 2 6 8 ，硫化氢的危险性类别属于易燃、有毒 气体 3 1 。其危险性主要包括对人体、环境的毒性及燃爆性。 ( 1 ) 硫化氢是强烈的神经毒物，对人体健康有极大危害：短时间接触会引 起急性中毒，甚至导致死亡；长时间接触则对神经系统产生慢性影响。 ( 2 ) 硫化氢对环境，尤其是水生生物有极高毒性。 ( 3 ) 硫化氢易燃，具有燃爆危险。 据统计，1 9 8 9 2 0 0 3 年，中国因硫化氢造成的重大职业中毒事故达1 4 4 起， 占所有职业中毒事故总数的2 8 5 ，因硫化氢中毒造成的死亡人数占所有职业 中毒人数的3 9 9 ，高居第一。硫化氢不仅对人体健康造成及其严重的影响， 对生产设备亦产生腐蚀。 国际上提出了对硫化氢的接触控制要求。例如，中国的硫化氢职业接触限 值为1 0m g m 一，而美国的硫化氢职业接触限值为( t l v - t w a ) 1 0p p m 、 ( t l v - s t e l ) 1 5p p m 。 1 2 高硫水煤气净化工艺水洗脱硫工段的工艺流程 高硫水煤气中硫化氢等杂质成分含量高，必须对其净化处理方可加以利用。 净化工艺是利用高硫煤制气生产的重要环节。它包括水洗、脱硫及脱碳三个工 段。本论文根据项目委托设计的内容要求，针对高硫水煤气净化工艺中的水洗 及脱硫两工段进行设计。下面简介水煤气净化工艺的基本情况，并对国内外高 硫水煤气净化工艺中水洗和脱硫两工段的工艺流程现状作概括和总结。 1 2 1 水煤气净化工艺的简介 煤制气的生产过程分为煤气化和