二氧化硫的吸收.doc

1 二氧化硫吸收二氧化硫吸收 学号 2009243615 姓名 张红娟 摘要 在化工生产中 气体吸收过程是利用气体混合物中 各 组 分在液体中溶解度或化学反应活性的差异 在气液两相接触是发 生 传质 实现气液混合物的分离 在化学工业中 经常需将气体混 合 物中的各个组分加以分离 其目的是 回收或捕获气体混合物中的有用物质 以制取产品 除去工艺气体中的有害成分 使气体净化 以便进一步加工 处理 或除去工业放空尾气中的有害物 以免污染大气 实际过程往往同时兼有净化和回收双重目的 气体混合物的分离 总是根据混合物中各组分间某种物理和 化学性质的差异而进行的 根据不同性质上的差异 可以开发 出不同的分离方法 吸收操作仅为其中之一 它利用混合物中 各组分在液体中溶解度或化学反应活性的差异 在气液两相接 触时发生传质 实现气液混合物的分离 一般说来 完整的吸收过程应包括吸收和解吸两部分 在化工 生产过程中 原料气的净化 气体产品的精制 治理有害气体 保护环境等方面都要用到气体吸收过程 填料塔作为主要设备 之一 越来越受到青睐 二氧化硫填料吸收塔 以水为溶剂 经济合理 净化度高 污染小 此外 由于水和二氧化硫反应 生成硫酸 具有很大的利用 关键词 二氧化硫 二塔二电 物料衡算 热量衡算 工艺设计 2 硫酸中二氧化硫吸收工艺流程 包括二氧化硫气体的制取 炉气的净化 二氧化硫气体的转化 主 要包括工艺流程的选定 工艺过程计算 主要设备工艺计算及选型 以及绘制部分设备的平面布置 一 系统组成一 系统组成 脱硫系统主要由烟气系统 吸收塔系统 吸收剂制备系统 浓缩 塔系统 副产品处理系统 废水处理系统 公用系统 工艺水 压缩 空气 事故浆液罐系统等 电气控制系统等几部分组成 二 工艺流程二 工艺流程 锅炉 窑炉 除尘器 引风机 浓缩塔 吸收塔 烟囱 来自于锅炉或窑炉的烟气经过除尘后在引风机作用下进入浓缩塔 吸收塔 吸收塔为逆流喷淋空塔结构 集吸收 氧化功能于一体 上 部为吸收区 下部为氧化区 经过除尘后的烟气与吸收塔内的循环浆 液逆向接触 系统一般装 2 3 台浆液循环泵 每台循环泵对应一层雾 化喷淋层 当只有一台机组运行时或负荷较小时 可以停运 1 层喷淋 层 此时系统仍保持较高的液气比 从而可达到所需的脱硫效果 吸 收区上部装二级除雾器 除雾器出口烟气中的游离水份不超过 75mg Nm3 吸收 SO2后的浆液进入循环氧化区 在循环氧化区中 亚 硫酸氨被鼓入的空气氧化成硫酸氨晶体 同时 由吸收剂制备系统向 吸收氧化系统供给新鲜的氨水或液氨 利用液氨蒸发通过氧化风管进 入吸收塔 用于补充被消耗掉的氨水 使吸收溶液保持一定的 pH 值 反应生成物溶液达到一定密度时先排至吸收塔前的浓缩塔 经浓缩后 进入脱硫副产品系统 经过脱水形成硫酸氨晶体 进一步干燥 包装 成袋后商业化利用 3 三 炉气的净化炉气的净化 进入净化系统的炉气含有 0 5 30g Nm3的矿尘 矿尘积累起来不 仅堵塞管道设备 而且其中的氧化铁能与酸雾形成硫酸铁 覆盖在二 氧化硫催化剂的表面 既降低催化剂的活性 又增加了床层的阻力 此外 硫铁矿中所含的砷 硒 氟等杂质 分别以不同的形式进入 到炉气中 其中的一部分或大部分随炉气带入净化系统 砷能使催化 剂中毒 氟能腐蚀设备 进入转化器后 还能侵蚀催化剂载体 引起 粉化 使催化床阻力上涨 随同炉气带入净化系统的还有水蒸汽和少 量三氧化硫气体 二者结合可形成酸雾 酸雾在洗涤塔中较难吸收 带入转化系统会降低二氧化硫的转化率 腐蚀系统设备和管道 因此 炉气必须进行进一部的净化和干燥 方可进行二氧化硫的催化氧化 炉气的净化可用干法或湿法进行 目前普遍采用的是湿法净化 炉气净化技术随着净化设备的进步而提高 初始 由简单的重力 沉降室和惯性除尘室 旋风除尘器等所组成 净化效率低下 自 1960 年 美国科学家 F G 科特雷尔发明了高压静电除尘 除雾设备后 加快了炉气净化技术的发展步伐 高效旋风除尘器 文式管 泡沫塔 新型填料塔 星形铅间冷器 板式冷却器 冲击波洗涤器 高密度聚乙烯泵 耐稀酸合金泵等高效 耐磨蚀设备的出现 使净化设备的选型范围扩大了 寿命延长了 促 进了炉气净化工艺方法更加合理 完善 SO2气体的转化气体的转化 二次转化二次吸收 两次转化两次吸收工艺与一次转化一次吸收工艺相比 所以能用 较少的催化剂而获得很高的最终转化率 关键在于将整个转化过程分 为两次进行 第一次使大部分 SO2得到转化 一般控制转化率在 90 左右 然后进入第一吸收塔 或称中间吸收塔 将 SO2吸收 再进行 第二次转化 此时由于反应混合物中不含 SO3 而且 SO2浓度很低 O2 SO2比值较一次转化要高得多 在这种情况下 平衡转化率高 反 4 应速度快 用较少的催化剂就能保证转化率达到 95 左右 11 两次转 化的最终转化率因工艺条件而异 一般在 99 5 99 8 范围内 沸腾转化 传统上 二氧化硫的催化氧化过程都是采用固定床转化器 这种 转化器的生产强度受到多种因素的限制 催化剂颗粒不能太小 否则反应气体通过催化床的流体阻力太 大 钒催化剂的导热系数小 不能采用换热管将固定床中的热量除 去 不能采用高浓度的二氧化硫气体 为了克服这些缺点 可采用沸腾转化 沸腾转化能从催化床中非常有 效地除去热量 能够使用小颗粒催化剂和采用高浓度二氧化硫气体 而且 采用沸腾床转化器可以降低工厂投资 提高蒸汽回收量 硫酸 厂使用这种转化器的主要障碍是催化剂的磨损问题 1 设计题目 水吸收二氧化硫过程填料吸收塔的设计 矿石焙烧炉送出的气体冷却到 25 后送入填料塔中 用 20 清水洗涤 除去其中的 SO2 入塔的炉气流量为 650m3 h 其中进塔 SO2 的摩尔分 数为 0 05 要求 SO2 的吸收率为 95 吸收塔为常压操作 因该过 程液气比很大 吸收温度基本不变 可近似取为清水的温度 吸收剂 的用量为最小量的 1 5 倍 2 工艺操作条件 1 操作平均压力 常压 2 操作温度 t 20 3 每年生产时间 7200 4 所用填料为 DN38 聚丙烯阶梯环形填料 5 一 设计题目 处理量为一 设计题目 处理量为 2500m3 h 水吸收二氧化硫过程填料吸收塔水吸收二氧化硫过程填料吸收塔 的设计 的设计 反应过程反应过程 1 吸收 SO2 NH4 2SO3 H2O 2NH4HSO3 2 中和 NH3 NH4HSO3 NH4 2SO3 3 氧化 2 NH4 SO3 O2 2 NH4 2SO4 原料 二氧化硫含量为 5 摩尔分率 下同 的常温气体 分离要求 塔顶二氧化硫含量不高于 0 26 塔底二氧化硫含量不 低于 0 1 净化工段总平衡净化工段总平衡 H2SO4每小时的产量 hkmol 896 155 987200 101011 34 进入净化工段炉气中硫的含量 hkmol 471 162 99 97 92 99 896 155 依次可得炉气中各组分的流量 SO2 hkmol 438 158 100 28 0 11 11 471 162 SO3 hkmol 033 4 100 28 0 11 28 0 471 162 O2 hkmol 743 903 6 28 0 033 4 N2 hkmol 142 118742 82 28 0 033 4 6 即有 表 3 1 进料炉气量 物 料SO2SO3 O2N2合 计 气体量 kmol h 158 4384 03390 7431187 1421440 357 炉气含尘量 hkgmolghkmol 404 14 01 0 357 1440 炉气含 H2O 量 hkmolmolmolhkmol 0357 144 1 0 357 1440 硫平衡 进入净化工段总硫量 hkmol 471 162033 4 438 158 按净化率 97 进算损失硫量 hkmol 874 4 971 471 162 进入转化工段的硫量 162 471 4 874 157 597kmol h 副产硫酸量 按照来计算 hkg 234 39598033 4 42SO 100 H 折合 30 H2SO4 hkg 447 1317 30234 395 其中 322 64kg h SO3 h994 807kg OH2 注意事项 1 脱硫效率 当原煤含硫量 3 5 时 洗涤液 PH 值 7 14 时 脱硫 效率 50 98 5 2 除尘效率 94 99 5 3 林格曼黑度24000mg Nm3 但是 30000mg Nm3 阻力损失分别为 120mmH2O 150mmH2O 7 160 200mmH2O 当初始含尘浓度 30 000mg Nm3 或更高时 应 选用低阻中效的廉价干式除尘器进行予处理 然后再用锅炉旋流 烟气净化器治理 5 温度 该设备适宜治理的废气温度为 240OC 以下 大于 300OC 时 用户应特别声明 以便设计制造时一并考虑 下面的图是什么意思 从网上直接下载的吗 下面的图是什么意思 从网上直接下载的吗 五 工艺特点五 工艺特点 1 脱硫效率高 可保证 98 以上 2 系统能耗低 3 对煤种变化 负荷变化的适应性强 适用于高硫煤 4 副产品回收的经济效益高 5 具有一定的脱硝功能 六 应用领域六 应用领域 燃煤发电锅炉 热电联产锅炉 集中供热锅炉 烧结机 球团 窑炉 焦化炉 玻璃窑炉等烟气脱硫 净化工段物料流程图见图所示净化工段物料流程图见图所示 8 H2O 3618 472 冷却塔 H2O 4066 258 洗涤塔 一 电 二 电 H2O 696 365 SO3 225 848 H2O6211 112 H2O 2144 854 SO3 25 811 H2O 606 559 SO3 129 056 H2O3032 816 SO3322 64 H2O 2592 64 SO3322 64 H2O 994 807 SO3225 848 H2O5309 641 H2O 547 0184 SO396 792 SO370 981 参考文献参考文献 1 汤桂华 赵增泰 郑冲 等 化肥工学丛书 硫酸 M 北京 化学工业出版 社 1999 2 刘少武 刘东 等 硫酸工作手册 M 南京 东南大学出版社 2001 3 日 硫酸协会编辑委员会编 张铉 等 译 硫酸手册 M 北京 化学 工业出版社 4 陈五平 无机化工工艺学 硫酸与硝酸 M 北京 化学工业出版社 1989 5 Matros Y S Bunivomich G A Sulphur 1991 New Orleans 1991 6