焦化厂脱硫论文.doc

中国矿业大学2009届本科生毕业设计 第 62 页1 总论1.1设计要求及任务此设计是我们在学校里最为重要的教学环节，是将我们学校学习的知识与实际结合的环节，作为非常关键的毕业设计，它有以下几点要求：1、它需要学生积极的查阅相关资料，2、对工程技术的规定和推测要有一定程度的掌握，3、要有自己独特的设计理念，4、对具体的设计流程要有一定的了解，也就是该知道从哪下手，如何下手，5、学生应当有一定的绘图能力，并且要有一定的经济头脑，6、设计态度绝对要认真负责，具体的论证及设备选型上要从实际出发。通过本次设计，我们可以将我们的认识提高到一个新的高度，对各方面的技能是一次很好的训练，如我们可以更加熟练的查阅及运用各种文献资料，对如何认识问题，分析问题，解决问题会有更深的体会，对即将走向工作岗位的我们是一次极好的热身。本设计的任务是脱除并且回收利用焦炉煤气中的硫，同时要使化产出来的煤气的各项指标到满足要求达到民用煤气的标准。煤中含有大量的硫，在炼焦过程中大约有70%的硫存在于焦炭中，剩下的分别存在于焦油和煤气中，而煤气中的硫有90-95%以硫化氢的形式存在，所以脱硫化氢是煤气脱硫的关键。硫化氢（）是比重为1.539Kg/并且有着刺鼻煤气味的无色气体，在焦炉煤气中的含量一般为7-10g/N。这儿要郑重说明的是：它是一种剧毒气体，在空气中达到1%的含量就可致人于死地，对它要慎之又慎。这种气体在燃烧时的生成物是二氧化硫和水，其中二氧化硫是酸性物质，如果不好好控制的话对环境及设备有着极坏的影响，它如果在空气中积累到一定程度的话可能会造成酸雨，若是在厂区它含量高的话，对设备和管道有着严重的腐蚀。同时硫化氢本身也会腐蚀设备，污染环境，若是将它脱离出来加以精致，亦可为化工原料，有着一定的经济效益。另外，煤气脱硫的要求也是因用途的不同而不同，如炼钢时，钢质量随硫化氢的含量的升高而降低，允许含量为1-28g/N它又可使合成氨生产中的催化剂中毒，允许含量为1-2mg/N，要是用来做民用煤气，则其含量要求为20mg/N，综上所述，煤气脱硫势在必行。1.2 厂址选择1.2.1 地理位置该焦化厂拟建于徐州郊区，年产焦炭100万吨，副产焦炉煤气约30000/h，其中40%的焦炉煤气回炉，供焦炉自身加热系统使用，用来加热焦炉。本设计通过详细的比较，利用改良的ADA法处理剩余的60%焦炉煤气，使之符合城市煤气的要求，以供应徐州市市民的使用。厂址：徐州市西北郊区1.2.2 气象条件（1）气温 平均温度 14 极端最高气温 40.1 极端最低气温 -22.6（2）气压 平均气压 1012.5毫巴 （3）温度 平均相对温 71%（4）降水量 年降水量 869.9mm 年降水 92天（5）最大积雪厚度冻土深度 25cm24cm（6）平均风速 最大风速及风向 16W/SW 最大风向及频率 C14ESE121.2.3 动力来源 水源 地下水 电源 市供电网 气源 厂锅炉房2 工艺流程的确定及说明2.1脱硫方法的概述目前，焦炉煤气脱硫方法按大类可分为干法脱硫和湿法脱硫两大类。2.1.1干法脱硫 干法脱硫是将焦炉煤气通过含有氢氧化铁的脱硫剂，使氢氧化铁与硫化氢反应生成硫化铁或硫化亚铁，当饱和后，使脱硫剂与空气接触，在有水分存在时，空气中的氧将铁的硫化物转化成氢氧化物，脱硫剂再生连续使用。其原理如下：（1）脱硫反应式，当碱性时：（2）再生反应式，当水分足量时： 干法脱硫的特点是实行的历史悠久，所以在操作上成熟，运行也非常可靠，其工艺简单，净化程度很高，并且对设备的要求不是很高。这种方法既可脱除煤气中的硫化氢，又可脱除氰化物，并且其脱除效果还不错。煤气的干法脱硫装置常用的多为箱式，箱式干法脱硫装置设备较笨重，占地面积大，更换脱硫剂时劳动强度大。对环境的污染也非常严重废脱硫剂难以利用，故此在煤气的脱硫程度要求较高或者煤气处理量比较小时倒是适宜采用这种工艺，在焦化厂已很少采用。2.1.2湿法脱硫 湿法脱硫适合于较大煤气处理量的装置，在工业上得到广泛的应用。湿法脱硫按溶液的吸收与再生性质又分为氧化法、化学吸收法和物理吸收法。虽然湿法脱硫的方法很多，但基本上包括吸收和再生两部分。吸收的目的在于用吸收剂将气体中所含硫化氢尽可能脱除，而使脱硫后的煤气符合要求。再生的目的则是吸收了硫化氢的吸收剂复原，并回收其中的硫。（1）氧化法 氧化法是借溶液中载氧体的催化作用，把被吸收的硫化氢氧化成硫，再用空气氧化使溶液获得再生。一般有砷碱法、改良A.D.A.法、液相氨水催化法和铁碱法等。氧化法也需要用碱液作为吸收法。（2）化学吸收法 化学吸收法是以稀碱液为脱硫剂与硫化氢进行化学反应而进行的化合物，当富液温度升高，压力下降时，该化合物分解放出硫化氢，脱硫剂得到再生。烷基醇胺法和碱性盐溶液法即属这一类。（3）物理吸收法 常用有机溶剂脱除硫化氢，完全是物理吸收过程。当压力升高，吸收硫化氢，减压时，吸收硫化氢后的吸收剂（称为富液）解吸硫化氢，溶液可循环使用，如环丁砜法。（一）砷碱法与改良砷碱法1、砷碱法的脱硫机理 吸收反应 再生反应 上述的吸收反应速度较慢，产物为硫代砷酸盐，在溶液中容易理解成硫氰根离子，它不易被氧化成硫代硫酸盐，从而增加了液面上的硫化氢分压，影响了煤气的脱硫程度。而当煤气中含有氰化氢时，还产生硫氢化物的副反应。因此，砷碱法已基本淘汰。2、改良砷碱法的脱硫机理改良砷碱法虽然也是用极毒物质白砒为活化剂，但其脱硫效率高、副反应少、硫容量大、操作范围广，至今仍被应用。主要化学反应为 吸收反应 熟化反应 酸化反应 氧化反应 综合上述反应可知最终的反应为硫化氢的氧化反应，即湿式氧化脱硫的基本反应：吸收反应生成的硫代亚砷酸盐具有低的硫化氢分压，从而可使煤气的脱硫净化度高。硫代亚砷酸盐经熟化反应，缓慢地转化成一硫代亚砷酸盐和亚砷酸盐，一硫代亚砷酸盐的硫化氢分压更低。熟化反应在氧化塔中进行。在氧化塔中还发生一硫代亚砷酸盐终酸化分解为亚砷酸盐和元素硫以及亚砷酸盐氧化为砷酸盐的反应。由元素硫制取熔融硫的过程与A.D.A.法相同。砷碱法脱硫从制备新鲜脱硫剂到脱硫剂的再生，工艺都十分复杂，所耗动力及所需设备较多，操作毒性大，危害工人的身体健康，且容易堵塔，在我国已逐渐被改良A.D.A.法取代。（二）改良A.D.A.法1、A.D.A.法的脱硫原理 该法是由英国西北煤气局和克里顿苯胺公司联合开发的技术，称为蒽醌二磺酸钠法简称A.D.A.法。以碳酸钠的水溶液为吸收剂，以A.D.A.为活性添加剂，其脱硫过程主要发生以下化学反应： 碱液吸收硫化氢 A.D.A.被还原其中RC代表蒽醌二磺酸钠，它有几种异构体，其中以2，6-A.D.A.和2，7-A.D.A.的脱硫性能较佳。目前用以脱硫的即为两者的混合物。其结构式分别为 2，6-蒽醌二磺酸钠 2，7-蒽醌二磺酸钠 氧化析硫ONaRCONaHSH2RC 还原态的A.D.A.氧化为氧化态的A.D.A.+上述反应（1）是在脱硫塔中进行的，反应（2）和（3）是在循环槽中进行的，反应（4）是在再生塔中进行的。第二步反应速度很慢，所需反应时间长，而还原态A.D.A.与溶解氧之间的反应速度受到吸收液中溶解氧浓度的限制，致使溶液的硫容量很低，需要大量的溶液进行循环。为了克服上述A.D.A.法的缺点，在吸收液中添加了偏矾酸钠和酒石酸钠。改进后的方法称为改良A.D.A.法。2、改良后A.D.A.法脱硫原理 改良A.D.A.法改变了化学吸收液中硫氢根离子氧化析硫的机理。由于偏矾酸钠中的钒离子能够变价（钒离子可以由4价变为5价正离子或反之），当脱硫液中加入偏矾酸钠后，可改变传递氧的途径。改良A.D.A.法的反应过程为： 碱液吸收 氧化析硫对照A.D.A.法中的反应（2）和（3）可见，偏钒酸钠代替了A.D.A.和溶解氧在吸收液中与硫氢根离子反应。对添加不同量的偏钒酸钠的A.D.A.溶液，硫氢根离子的转化率与反应时间的关系如图3-3所示。反应条件为：A.D.A.浓度为1/100mol；PH=8.8；温度20；浓度300ppm。偏钒酸钠的5价钒反应生成焦钒酸钠的4价钒的反应进行的很快。当偏钒酸钠浓度为1/100mol时，只需要10min，离子就减少90%以上。 焦钒酸钠被氧化 A.D.A.再生 碱液再生这样，从理论上看，在整个脱硫反应过程中，偏钒酸钠、A.D.A.和碳酸钠都可获得再生，供脱硫过程中循环使用。此外由于焦炉煤气中含有一定量的二氧化碳和少量的氰化氢及氧，所以在脱硫过程中还发生下列副反应： 煤气中二氧化碳与碱液反应 煤气中的氰化氢和氧参与反应 部分被氧化为在反应过程中还产生钒-氧-硫的黑色络合物沉淀。为了防止沉淀生成，在溶液中要添加少量的酒石酸钾钠能与多数金属离子结合成络离子，形成可溶性的络合物，从而防止金属离子从碱性溶液中沉淀出来，以减少钒的消耗。目前，改良A.D.A.脱硫工艺又有所改进，如英国霍姆公司推荐的改良A.D.A.法，其流程包括四个工序：（1）脱除硫化氢，用硫化钠和硫组成的溶液洗涤煤气，使HCN转化为NACNS，然后将此溶液送往第4工序处理，脱HCN效率可达95%。（2）用改良A.D.A.溶液洗涤煤气，脱硫效率可达99.9%。（3）将硫泡沫制成纯度高达99.8%的硫磺。（4）将固定盐类回收加工，生成含有的气体和钠盐，前者用于制取硫酸，钠盐重新利用。（三）栲胶法栲胶法在20世纪70年代由我国广西化工研究所等开发。该法是在改良ADA法的基础上改进的一种方法，用栲胶代替ADA法中的ADA和酒石酸钾钠，其脱硫效率、溶液硫容量和硫回收率技术指标与改良ADA法相当，突出的优点是运行费用低，无硫磺堵塔问题。栲胶法脱硫原理： 在脱硫塔内，煤气与脱硫液逆流接触过程发生如下反应： 煤气中的和HCN被碱液吸收 偏钒酸钠与硫氢化钠反应，生成焦钒酸钠并析出元素硫焦钒酸钠在碱性脱硫液中被醌态（氧化态）栲胶将部分焦钒酸钠氧化再生为偏钒酸钠 同时还有如下反应 在再生塔内酚态栲胶与鼓入空气中的氧发生如下反应 生成的可将氧化成，并可与反应析出元素硫 气体中含有、HCN、引起的副反应与改良ADA法相同。（四）APS法APS法亦称苦味酸法，该法以煤气中的氨为碱源，苦味酸作催化剂，具有脱硫效率高，操作简便，不污染大气，脱硫液无毒性，易再生等特点。其脱硫机理如下： 硫化氢的吸收 硫氢化物的氧化 苦味酸再生RNO代表苦味酸试验结果表明，APS法脱硫，能较彻底地消除硫对大气和水源的污染，减轻对回收设备的腐蚀。但座液处理工艺复杂，腐蚀性强。（五）塔卡哈克斯法（1）氨型塔卡哈克斯法脱硫 脱硫原理：该法以煤气中氨作为碱源，以1，4-萘醌-2-磺酸铵作氧化催化剂。氧化催化剂在吸收液中呈离子状态存在。其主要哦反应如下： 吸收反应在吸收塔中，当焦炉煤气与吸收液接触时，煤气中的氨首先溶解生成氨水，然后，氨水吸收煤气中的氰化氢和硫化氢，生成氰化铵和硫氢化铵。 氧化反应+硫氢化铵在氧化催化剂的作用下析出硫。 再生反应在再生塔，向吸收液吹入空气，催化剂即从还原态再生为氧化态。 +另外硫氢化铵、氰化铵在萘醌催化剂的作用下进行如下反应：经过再生的吸收液返回吸收塔循环使用。但是，在循环过程中，吸收液里逐渐积累了硫、硫氰酸铵、硫代硫酸铵和硫酸铵等物质。必须从循环液中提取一部分吸收液进一步处理。（2）希罗哈克斯（HIROHAX）湿式氧化法处理废液为了保持脱硫吸收液中的各种铵盐及硫磺不大于一定的浓度，必须从吸收液中提取一部分进行废液处理，将硫磺及含硫铵盐湿式氧化为硫铵。现简单介绍由日本新日铁公司开发的希罗哈克斯（HIROHAX）法。希罗哈克斯处理废液反应原理 从塔卡哈克斯装置来的吸收液，在反应塔内被氧化生成硫铵和硫酸，硫氰酸铵中的碳转化为二氧化碳气体。反应是在一定压力、一定温度下与空气鼓泡接触进行的，这些反应都是放热反应。2.2生产工艺流程的选择从上面的论述中我们可以看出干法脱硫效果好，不过仅适用于硫化氢含量较低，脱除要求比较高的场合。焦化厂的情况不属于此类，故一般采用湿法脱硫。在我国，改良A.D.A法为焦化厂常采用的一种脱硫方法。本设计即采用改良A.D.A法脱硫，需要说明一下的是：本设计采用戈尔膜作为回收硫的装置，这种装置的回收效果好，且工艺比较简单，值得推广。改良A.D.A法是湿法脱硫中一种比较成熟的方法，它是在A.D.A法的基础上开发出来的，目前在我国已经得到了广泛的应用，这种方法有如下一些优点：1、脱硫效率高，可达99%以上2、脱硫溶液的硫容量较高，故此进行吸收操作时对溶液中硫化氢的含量限制不是很严格。3、由于偏钒酸钠和硫氢化钠的反应很快，溶液的碱度不需要太高，PH值可取8.5-9.0，这样的话就降低硫氢化物形成硫代硫酸钠的速度。并且整个化学反应在脱硫塔内，传质系数较大，有利于反应。4、催化剂容易再生，反应比较稳定，脱硫效率高，且硫回收效率高，副反应少，运行费用较少。它的不足之处在于：在运行过程中由于钒的存在，会形成一种黑色络合物（钒-氧-硫化合物）的沉淀。为了消除所生成的沉淀，一种方法是延长吹空气的时间，使其复原成为可溶的钒酸盐；另一种方法是向溶液中添加少量的酒石酸钾钠，因为多数金属离子能与酒石酸根结合成络离子，形成可溶性络合物，可防止金属离子从碱性溶液中沉淀出来。另外，析出的元素硫容易使脱硫塔的木格堵塞，并且所需的溶液循环量大。本设计的再生塔系统采用再生塔，效率高，操作稳定，但是再生塔很高大，还需压力较高的空气压缩机。本设计硫的回收不采用真空过滤机，这样可以省电、水和减少维修。现在，工艺的优化可以考虑以下几点：1、流程尽可能成熟成熟的工艺运行可靠，工艺简单，维护方便，保持较高的效率。如石灰石石膏法，以其优越性得到了广泛的应用。但有些方法如活性炭吸收法，流程复杂，稳定性差，活性炭再生困难，成本较大，在选择时应该慎重。2、投资节省，运行费用低，保证较好的经济效益从目前中国的经济情况看，制约脱硫推广的不是技术问题，是经济问题。由于高额的投资和运转费用，使许多企业望而却步，所以选择经济效益好的装备将具有更好的竞争力。3、可以以废制废，实现综合利用脱硫工艺的运行需要消耗大量的吸收剂，给企业造成巨大的经济负担，如果能利用工业废物替代常用的脱硫剂则会降低成本，实现经济效益和环境效益的有机统一。如果用电石渣，钢渣代替石灰石，以及高炉煤气洗涤水代替碱液脱硫等。4、充分考虑综合利用和副产品回收一般脱硫系统产生的副产品如石膏等，没有销售市场，造成副产品饿积压，经济效率较差。因此在选择脱硫方法时，应该把副产品销路和再利用作为考虑的一个问题。如磷酸铵肥法PAFP流程，由于副产品可以作为复合肥料，发展前景看好。3 改良A.D.A脱硫的生产原理及操作制度3.1改良A.D.A的生产原理、原料及产品3.1.1生产原理焦炉煤气进入吸收塔与从塔顶吸收下来的吸收液逆流接触，煤气中的硫化氢被脱硫液吸收后，从塔顶排出。由塔顶排出的饱和溶液经循环槽用泵送入再生塔，经空气氧化再生并析出元素硫后，又自流到脱硫塔顶部循环使用。脱硫液是在等比例的2，6蒽醌二磺酸（A.D.A）和2，7蒽醌二磺酸（A.D.A）的钠盐溶液配制而成的。通过将溶液的总碱度控制在0.4-0.6mol/L之间来维持溶液的PH值在8.5-9.1之间。PH值若小于8.5会导致反应速度太慢，如太高则会增加副反应，使碱耗增加，同时还会增快硫的析出而导致堵塔。改良A.D.A.法过程的反应过程如前所述。3.1.2原料和产品 原料： 纯度 98% 蒽醌二磺酸 纯度 80% 酒石酸钾钠 纯度 98% 纯度 98% 产品： 熔硫釜 纯度 98%3.2工艺流程和操作制度3.2.1工艺流程 工艺流程如图1所示3.2.2流程说明1、煤气系统洗苯后的焦炉煤气进入脱硫工段的脱硫塔，从塔顶喷淋脱硫液以吸收硫化氢，脱硫后的煤气经分离筛出的泡沫后，离开进入输送管道。2、脱硫液系统本系统很关键，吸收了硫化氢的溶液从塔底排出，经脱硫塔液封进入反应槽，从捕沫槽分离出来的溶液经捕沫槽进入地下槽，后经地下泵进入反应槽，然后溶液经循环泵进入加热器，加热后进入再生塔，同时空气经压缩机由鼓风机进入再生塔底部，溶液在再生塔中再生后经液位调节器，返回脱硫塔循环使用。3、硫泡沫系统大量的硫泡沫是在再生塔中生成的，泡沫被空气流推至塔顶扩大部分。故而利用液位差进入硫泡沫槽，通过搅拌、加热、澄清后进入戈尔膜，而溶液进入反应槽，继续循环。3.2.3操作制度和工艺要点 煤气入脱硫塔温度 30-40 脱硫塔压力 100mm水柱 脱硫塔PH值 8.5-9.1 加热器出口溶液温度 35-40 脱硫塔溶液温度高于煤气温度 3-5 硫泡沫槽内溶液温度 65-80 熔硫釜内压力 不大于6 熔硫釜夹套蒸汽压力 不小于4 熔硫釜内温度 130-150熔硫釜中硫代硫酸钠及硫氰酸钠含量之和 16 L/ 脱硫塔溶液喷淋密度 27.5 /h 再生塔溶液停留时间 25-30 min 再生塔空气鼓风强度 100-300 /h 再生塔空气用量 9-13空气/Kg硫 反应槽内溶液停留时间 8-10 min 硫化氢转化为硫代硫酸钠的转化率 3%-4%4.1.2原材料的消耗量原材料的消耗量名称规格指标纯度按100%计0.5纯度按100%计0.0015A.D.A.纯度按100%计0.003酒石酸钾钠纯度按100%计0.00064.1.3主要设计参数 脱硫前煤气含量 10g/N 脱硫后煤气含量 20mg/N 脱硫前煤气含HCN量 600mg/N脱硫后煤气含HCN量 60mg/N脱硫塔煤气进口压力 800mmH2O脱硫塔煤气出口压力 750mmH2O4.1.4物料衡算 的脱除效率 的吸收量 转化为的量（设转化率为4%）的产量的产量HCN的脱除效率HCN的吸收量生成量转化为量生成硫磺的量硫磺产量：原料消耗（纯度按100%计算）: : A.D.A.: 酒石酸钾钠: 4.2脱硫塔的计算煤气脱硫的塔型有很多，如木格填料与空塔相结合的半填料塔、磁环填料塔、木格填料塔、空塔、湍球塔以及喷射塔、旋风板塔等。考虑到木格填料的脱硫效率、阻力及操作稳定性等方面的优势，虽然其体积大，木材用量多，亦可采用。 将木格填料塔用于改良A.D.A.法脱硫时，析出的硫磺可能会填塞下部木格，故此将下部的木格间距设计的比上部的更大。 注：木格填料在使用前需要进行脱脂塔径的计算4.2.1参数1、进塔煤气温度 302、进塔煤气压力取 800mmH2O 即30水蒸气的蒸汽压力为 =31.82mmHg(注：)4.2.2计算过程1、进塔的湿煤气体积为 其中 ： t煤气的操作温度 P实际的大气压 mmHg 煤气的操作压力 mmHg 操作温度下水的蒸汽压 mmHg取空塔速度为0.5m/s，采用二塔操作，一塔备用。则塔顶： 其中： Q湿煤气处理量 N/h u空塔气速 m/s取塔径为2.0m 即 2000mm脱硫塔进口的推动力脱硫塔出口的推动力平均推动力取传质系数K值为15,则需要木格填料的传质面积（单塔）为：其中： N的吸收量 Kg/h K传质系数 P传质推动力 atm 由于脱硫塔下段易堵，因此上部选用1001020(=66.6)规格，下部选用1001030(=50)的规格。取上部木格填料两段，每段3.2米则上部的传质面积为：取下部木格填料四段，每段3.2米则下部的传质面积为：总的传质面积F F=30222918故满足要求木格填料的高度 m其它高度(包括：人孔、塔底空间、裙座、封头)取 总塔高为 H= +=19.2+10.7530m4.2.3 塔顶喷淋装置喷淋装置的结构设计要求：使整个塔截面的填料表面得到很好的润湿，且结构简单，制造和维修方便等。1、选宝塔式喷淋装置理由：液体流量大，喷淋范围大，结构简单，不易堵塞。但它的缺点是：在改变液体流量和压力时会影响喷淋范围。取溶液硫容量为0.25,则溶液循环量L：2、吸收塔喷淋密度为3、吸收塔液气比所以，在本设计中，脱硫塔的规格为2200mm31700mm，本工段脱硫液有一定的腐蚀作用，材质选用A3，并且用环氧树脂或防腐材料为内壁作防腐处理。脱硫塔的操作温度在30-40之间，这样的温度太低就不需要考虑散热损失，也不必加上保温材料。 喷头的设计采用宝塔型，如此可以使脱硫液分布均匀。并且在脱硫塔的底部、中部及下部都开有人孔以方便定期检修和在出现事故后维修。填料为木格子，这种木格子的木质一般可选用杉木，结构以栅板来支撑填料。并且填料应满足以下要求：即填料的比表面积大而且液体容易润湿填料的表面，另外填料对气体的阻力要小，孔隙率要大，重量要轻，强度要大，价格要低。4.3再生塔的计算4.3.1 再生塔计算要求再生的设备一般都采用较高的再生塔，优点为效率高，操作稳定。缺点则为设备高大，需用空压机压送空气，能耗大。硫泡沫的溢流方式一般分为：单边溢流和周边溢流。周边溢流的优点是硫泡沫流出均匀。但其硫泡沫浓度要比单边溢流低。为使空气分布均匀再生塔内设有多层筛板。塔内的溶液流向一般为顺流，也就是说：溶液和空气都由塔下部进入向上流动。与之相对应的逆流则是溶液由塔上部进入底部流出，空气则由塔底部进入上部流出。很明显逆流的优点是：硫泡沫浮选效率高。溶液中硫泡沫含量少，但其泡泡层不够稳定。故而本设计选用顺流操作。4.3.2 再生塔计算（1）塔径的计算1、每Kg硫用空气选用12则空气量为 2、再生塔鼓风强度取120,选用两塔并联操作，一开一备则塔径 其中 Q空气量 取塔径D=2.31m2500mm3、再生塔扩大部分的设计再生塔扩大部分一般为塔径D的1.2-1.4倍，取1.28倍则 4、塔高的计算（1） 取脱硫液在塔内的停留时间为25分钟（2） 再生塔的有效容积为（单塔） 则 （3）再生塔容积设再生塔的溶液充满率为70%，则再生塔的容积为（4）再生塔塔高圆整后选取塔高为: 25m选取扩大部分为: 4.4m其它部分为: 3.6m则总的塔高=塔身高+扩大部分高+其它部分高=33m所以，在本设计中，再生塔的塔高为3300mm,塔径为2500mm，扩大部分的塔径为3200mm。由于脱硫液的腐蚀性，材质可选A3，也要用环氧树脂或大漆等材料涂抹内壁以防腐。值得一提的是化工设备中防腐是个经常需要注意的地方。在再生塔内部有三块空气分布板，它们的作用是保证气液的充分接触，并在塔内均匀分布，再生塔的操作温度约在40-45的范围内，这种温度比较低。可忽略其热量损失，不必做相关的措施。另外，人孔也是必须要有的，理由如上。4.3.3反应槽计算取溶液在反应槽中的停留时间为8分钟，因溶液的喷淋量L需要的体积=故选用 Dg2400mm、H=6500mm、V=27.52、重量2888公斤 注：参考文献24.3.4 事故槽计算1、计算原则为开工制备脱硫溶液和事故贮存溶液的需要，事故槽的有效容积应不小于再生塔的总容积。2、再生塔容积计算 再生塔的容积由两部分组成：塔身和扩大部分塔身: 扩大部分: 则总的容积=122.66+35.4=158考虑到空气占30%的体积，所以实际体积故选用事故槽的规格为 Dg6000mm、H=8245mm、V=233、D=6160mm、重量8001公斤 注：参考文献24.3.5 硫泡沫槽的计算（1）硫泡沫槽的计算硫泡沫槽是一钢制，内有间接蒸汽加热管以及机械搅拌或压缩空气搅拌装置。硫磺产量：41.89Kg/h由再生塔溢流来的硫泡沫的浓度一般为30-100 ，取40 则硫泡沫的量：41.89/40=1.047硫泡沫槽进料、加热、静止及放料时间只需4小时，则硫泡沫槽每操作一次可处理的硫泡沫量为：41.047=4.189选用一台硫泡沫槽故设计选用硫泡沫槽的规格为：Dg1600mm、H=2200、Vg=4、V=4.42、=16094.5(mm)、D=1630mm、重量573公斤（2）加热蒸汽量的计算 加热硫泡沫所需热量Q=40539.84千卡/时其中 1100硫泡沫的重度 Kg/m3 0.88硫泡沫的比热千卡 /千克 80硫泡沫槽内加热后的温度 40进入硫泡沫槽的泡沫温度 所需的蒸汽量为 G=40539.84/2132=19.01Kg/h式中 2132蒸汽热焓 KJ/Kg考虑热量损失5%则需要的蒸汽量为：19.01（1+5%）=19.97 Kg/h4.3.6加热器计算1、总喷淋量L=199.6 采用两台加热器，一开一备，则通过加热器的体积流量为199.6 即 0.05542、流向为逆流，热流体为4的中压蒸汽，走管外，冷流体为循环液，走管内暂按单壳程，多管程，逆流方式计算 循环液 4035蒸汽 142.9100温差 102.9 65则 定性温度 =3、查表知：循环液的比热 （Kg） 循环液的比重 传质系数取K为 130由 则 所以加热面积为S=26.4采用型号为 JB81-59的立式贮槽加热器。注：参考文献24.3.7空压机的选型1、空压机选择再生塔中的脱硫液需要再生，所用的空气量为：502.68/h,即8.378/min选用两台4L-20/8型的空压机，一台备用排气量: 外型尺寸:一台操作时21.58.378故可以使用2、配套装置空压机的出油及冷却器装置应在定货时随同空压机成套供应：配套电机型号：JR2117-8型形式：三相绕线式异步感应电动机功率：132kW轴速:730r/min电压:220/380V配套储气罐容积:2.5重量:870kg外型尺寸: 后冷却器型式:浸锡散热片式外型尺寸：重量：277kg4.3.8 循环泵的选择主要设计参数：循环液温度：30循环液密度：=995.7Kg/循环液粘度：=0.92cp循环液在泵入口的流速：1.8循环液在泵出口的流速：2.7管径的计算：吸入管：故选用长143米的管子。排出管：故选用长64米的管子。选用两台循环泵操作，一台备用管路阻力损失：共有闸阀（全开）4个，弯头15个，则局部阻力当量长度为：通过一台换热器的体积流量为Vs=199.6/h,即0.0554/s.则循环液在吸入管路2038内的流动速度在排出管路1688内的流动速度则 取绝对粗糙度为相对粗糙度: 查图知：（参考天大化原上册图1-27） 由公式4.3.9 换热器的阻力损失换热器规格管长：3000mm管数n:770管程流通面积:0.121传热面积:176管程流速为0.5m/s时的流量Q：218/h型号：G1000-6-175管程的阻力损失其中 校正系数，量纲为1.对252.5的管子，取1.4 管程数 串联的壳程数hf和hf分别为直管及回弯管中因摩擦阻力引起的损失。J/Kg（湍流）设管壁粗糙度 则 查图知 管道出口取1，管道进口取0.5则加热器的阻力损失为： 所以 则总的损失 58.60+51.47+1.079=111.15J/Kg相对于管长的损失 再生塔塔高 33m循环泵需要的扬程 33+11.34=44.34m故选用6sh-9型离心泵两台（一台备用）6sh-9型离心泵参数流量：130-220扬程：52-38m电机功率：45KW轴功率： 24.8-30.6 KW转速；2950质量：155kg校核:流量：当一台离心泵操作时，循环量可达220199.6故满足要求4.3.10 通风机的选择由于放硫时环境恶劣，所以必须配用通风机通风机型号: 30K4-11轴流通风机风量：675-1580/h配套电机:JCL22功率：0.25KW4.3.11 戈尔膜的选取 根据具体情况选用两台型号为AUTO-10NBP-CSP-HA（带挤干装置）的戈尔膜液体过滤器，过滤器直径为1000mm，过滤面积为10. 设备参考如下： 过滤面积：10 过滤压力: 0.15MPa 最高工作温度: 50 设备容积: 2.0 设备自重: 2500Kg 直径高度: 1.04.4m 运行参数： 过滤时间： 300s - 400s 排渣频率：反冲洗，20次排一次渣； 排渣时间：4s - 5s 过滤压力：0.05Mpa - 0.15Mpa 反冲洗压力：0.020Mpa 0.025Mpa 沉降时间：50s -80s5 工段布置及总平面布局图5.1工艺布置布局图槽区塔区泵房区硫回收区5.1.1布置说明本工段的平面布置大概分为四个区：1、槽区：包括反应槽和事故槽2、塔区：包括脱硫塔和再生塔3、泵房区：循环泵和空压机4、硫回收区：指的是硫回收系统，其中包括硫回收仓库、分析室以及碱库等。塔区在煤气的一侧，再生塔与脱硫塔相对应，同时，换热器与两个再生塔相对应，塔区和硫回收区通过平台相连，使循环液直接进入泵房，与泵对应，塔区与槽区平行排列，使循环液出塔进入槽区。本设计的工艺布置严格按照如上所述之布置要求，并且以人为本，着重考虑人的因素。在布置中，泵房离塔区相对较远，而离硫回收区较近，一方面可以节省硫回收区和塔区之间的管道，便于及时的控制生产，另一方面，塔区相对较为危险，而泵区的操作员工较多，故此将两者布置的较远以保障员工的安全及健康。5.1.2布置要求1、在生产中，塔区操作平台和脱硫厂房之间应有相同的平台，以保证生产的顺利。2、一般来说硫泡沫管应该有1%的坡度，而且要有压缩空气来不断的吹扫管接头。3、化验室是绝不能放于空压机顶层和楼上，防止因为震动而受到影响。4、为保证硫泡沫有足够的时间来静止沉降。应该配置两台硫泡沫槽来轮换使用。5、脱硫塔是否设置备用塔与否，应该据用户对煤气质量的要求而定。另外也要看具体的生产操作的成熟程度。6、基于噪音的考虑，空压机和鼓风机需要装消音设备。7、仓库的大小，应按具体的产量和销售情况而定。52其它要求1、由于相关化学工料的腐蚀性，故此，对一些主要设备应有这方面的防护措施，如涂抹环氧树脂或者大漆，需要再指出的是，硫蒸汽腐蚀性非常严重，所以这方面要加以处理。2、设备要经常检查维修，以保证生产的正常进行。3、脱硫厂房的通风，亦是很重要的，因为相关的物质大多有毒，考虑到员工的健康，必须制作相关的规定。6 非工艺部分说明6.1公用工程6.1.1供水此设计的水源为长江，在本工段中用水主要是用来熔碱、淋浴、洗手、冲洗等用量不大。只需厂动力部供给，无需自己打井。此设计的溶碱用水要求满足以下标准： PH 6.5-8.5 悬浮物 50mg/L 水温 低温水 18地壳水 32 硬度 应满足稳定要求6.1.2供电在设计中，此工段自备有配电室，它把外来的高压电通过配电室变成220/80V供循环泵、空压机、照明和仪表使用。照明：根据厂房的大小和环境的特点，仪表室内采用40W的白炽灯。休息室内采用60W的灯泡。沐浴室内采用防潮型灯。室内其它场所采用一般照明。如：硫磺仓库、溶碱室、碱库等室外根据不同的要求情况；如反应槽和事故槽等。塔上采用集中照明、其它地方根据要求采用一般照明，可采用水银灯等等。定修：电修有厂的电修车间负责，一旦发现问题及时向上汇报，以便迅速解决，排除故障。电讯：根据生产的需要和工人工作环境的恶劣状况。本设计在泡沫工的休息室，设有电讯信号。1、用显示需要通风；2、用来报警，一旦泡沫槽的温度超过了规定的温度上限就报警，使泡沫工停止加热。为了安全生产，在熔硫工的休息室也装设报警器（本设计中设有熔硫釜故不要了）。如果压力超过规定值就接通报警讯号，使熔硫工调节加热蒸汽量。为了工人的人生安全和国家的财产，在熔硫釜上应装有保险阀，一旦超出规定压力就自动启开，减小压力。为了生产协调，在仪表室内应装设直通电话和调度电话。6.1.3蒸汽与压缩空气本工段的蒸汽主要用于泡沫槽加热、工人洗澡用的沐浴，还有蒸汽冲洗等。本设计不设锅炉房，蒸汽的供给由厂部动力部供给冲压蒸汽。压缩空气：压缩空气用于循环液的再生、启动仪表等。压缩空气无须动力部供给。由本设计的二台4L-20/8型空气压缩机提供，就能够满足生产需要。6.1.4采暖与通风采暖：由于徐州地区冬季温度较低，故休息室和操作室应设集体采暖设备。仪表室、浴池、泵房等采用集中采暖系统，热媒介用蒸汽，压力不小于3个大气压。通风：由于熔硫工在放硫时环境恶劣，对人体有害。故设有轴流通风机排风。风机设在四楼；由熔硫工给信号，泡沫工负责启动和关闭（本设计不需要）。一般操作室内采用吊扇和台扇。硫磺仓库、碱库等采用自然通风。6.1.5土建 徐州地区位于我国南方地区，夏季湿热的雨。为了获得较好的生产和工作条件，在建筑平面布置上要具有简洁开敞的特点，并争取合理的朝向和自然通风泵房和空压房布置循环泵和空压机，震动负荷大，故设计时采用钢筋混凝土框架结构，其它建筑采用砖混凝土结构。6.1.6环保在工业生产中产生的废气、废水和废渣，通称为三废。由于“三废”不是主要产物、一般都排放到大气、江河和大地堆放，将会给人类的生存造成程度不同的污染和危害。化工生产是三废污染最为严重的部门之一。在我国三废治理和环境保护已纳入法治轨道，国家规定了各种有害物质的排放标准，任何企业都必须达标排放，否则将是违法的。对于新建厂或新开发的项目，在开始进行生产方法和流程设计中，就必须考虑过程中产生的三废来源和采取的防治措施。尽量做到原材料的综合利用，变废为宝，减少废物的排放。如果是工艺上不成熟，工艺路线不合理，污染问题不能解决，则是不能建厂的。可以这样说，一个新项目能否建设，决定原料、产品销售和是否有污染三个要素。而项目的审批往往是把污染问题作为首要问题。三废成了制约因素。当然化工生产中长生的“三废”，有时是很难避免的，通常因为反应复杂，很难达到100%的转化，且有副反应产生。有害物质的分离，有时也难以达到预期目的。因此对当前一时不能消除三废的生产过程，就应对三废采取各种技术措施，进行综合治理，在排放之前，要达到环保部门允许的标准。作为化工工艺人员一定要有环保意识，在进行毕业设计时，应该把三废治理工作作为设计中的一项内容。对于焦化厂脱硫工段而言废气的处理尤为重要1、废气特点化工厂废气是在生产中产生的不凝性气体或低沸点气体，其特点如下所述： 含有易燃易爆物质，例如低沸点有机溶剂。 含有毒性物质，能危害人类，如窒息性中毒、刺激中毒、危害粘膜、刺激皮肤，甚至危害神经系统、心血管系统，有些剧毒物质其浓度即或是数十个g/g,也能造成严重危害。 含有酸性气体，具有一定腐蚀性，如SO2,H2S,Cl2,NO,NO2,HF,HCl等废气形成的所谓酸雨，不仅对人的呼吸有害，而且还腐蚀建筑物、周围环境及农作物，对土壤、森林危害极大。 夹带粉尘：许多生产过程排出的气体中常夹带有大量粉尘、烟雾、灰分和酸雾，对周围环境也造成损坏；有些废气中含有微细活性炭粒子，它又吸附些有毒有害气体，则对人体健康造成更大的危害。2、废气的治理方法 也是先从选择生产工艺方法着手，以避免或减少有害气体的产生和排放，尽量做到把有害气体变成无害气体再排放。排放时也要在允许的排放标准内才可以。对于难于治理的废气也要在有关部门允许下采取高空稀释排放方法。废气处理方法大致分两类：一是除尘，另一是气体净化（1）除尘除雾 重力沉降除尘：是使含尘废气以