干法脱硫氧化锌脱硫.docx

合成氨脱硫干法脱硫采用的是氧化锌脱硫，针对的是处理天然气经过湿法后含硫量的还是超过了国标后的处理方法，以达到国家生产含硫的标准。目录1.基本原理21.1基本原理21.2氧化锌脱硫剂21.3工艺条件42.合成氨工艺氧化锌脱硫槽计算工段设计42.1脱硫剂的选择52.2选择条件63.脱硫剂填装量的计算63.1填料层高度计算63.2床层压降计算73.3器壁厚度计算73.4管口设计83.5封头设计83.6物料衡算83.7热量衡算9干法脱硫氧化锌脱硫1.基本原理 氧化锌脱硫剂是以活性氧化锌为主要成分、内表面积较大、硫容较高的一种无机固体脱硫剂，不仅能快速脱除硫化氢，也能快速脱除除噻吩之外的有机硫。净化后的气体中总硫含量一般小于310 6，最低可达01106以下，因此无论从工艺的合理性还是经济性考虑，氧化锌脱硫法是原料气精细脱硫的首选方法。1.1基本原理 化锌脱硫剂可直接脱除硫化氢和硫醇，反应式为 H一一7662kJmol H一一13783kJtool 对于硫氧化碳和二硫化碳等有机硫，则部分先转化为硫化氢，然后再被氧化锌吸收；部分有机硫可直接被氧化锌吸收，反应过程为 H一一12640Kj/mol H一一28345kJmol 氧化锌脱硫剂对噻吩的转化能力很弱，又不能直接吸收，因此单独使用氧化锌脱硫剂是不能把有机硫完全脱除的。氧化锌脱硫的化学反应速率很快，硫化物从脱硫剂外表面通过毛细也到达其内表面，内扩散速度较慢，无疑是脱硫过程的控制步骤。因此氧化锌脱硫剂粒度小，孔隙率大，有利于脱硫反应的讲行同样压力高也有利于提高脱硫反应速度和脱硫剂利用率。1.2氧化锌脱硫剂 氧化锌脱硫剂是以氧化锌为主体，约占95左右，并添加少量氧化锰、氧化铜或氧化镁为助剂。根据脱硫温度的不同又可分高温脱硫氧化锌脱硫剂和常温脱硫氧化锌脱硫剂。T301型氧化锌脱硫剂高温型，其主要性能为堆密度为1139mL；强度70Ncm；适宜温度为200400；出口气体硫含量O110一。 LYT一310C常温氧化锌脱硫剂的使用条件为净化体中H2 S含量100106；压力为常压8。0MPa；温度为常温1 20；气空速为5003000h-1；液空速l5h叫；原料气中氧含量应不大于05。在较长时间里，采用氧化锌法进行精脱硫的最大障碍是氧化锌脱硫温度要求高。因为氧化锌对硫化氢的吸收即使在常温下也很容易吸收生成性质稳定的硫化锌，但对有机硫的分解吸收却需要较高的温度(有机硫的分解温度因其形态不同而不同，一般在200400。C)。在联醇生产中，要获得如此之高的热源用于加热原料气达到有机硫分解吸收的温度是很难的，或者其能耗和成本会很大，因此氧化锌法用于联醇生产的精脱硫方面长期得不到推广的主要原因。中温乃至常温氧化锌脱硫剂的问世与常温活性炭脱硫剂配套使用，即可达到节能降耗的目的。又能有效地脱除其中的有机硫化物，为联醇生产精脱硫开辟了广阔的前景。 必须注意的是，常温氧化锌脱硫剂为一次性使用，吸收硫饱和后不能再生，但可用于金属锌的回收。在需用脱氯剂的条件下脱硫塔应放在脱氯塔之后，因氯化氢可与脱硫剂中已生成的ZnS反应生成ZnCl2而放出H2 S，导致脱硫效果的下降。常温氧化锌脱硫剂的硫容也随反应温度的升高而增大，如T306氧化锌脱硫剂在350时，其穿透硫容达2 5以上，在200时其穿透硫容只有10以上，因此，在有余热可供利用的情况下尽量将原料气温度提高一些；此外当原料气中含适量的水汽时，其硫容量反而明显增大，这一点与一般的高温脱硫剂正好相反。 氧化锌脱硫剂一个显著特点是装填后无需还原，升温后便可直接使用。T305型氧化锌脱硫剂是一种适应性较强的新型脱硫剂，具有较高的催化活性和较大的硫容量，并具有耐高水汽的特性。氧化锌脱硫剂装入设备后，先用氮气置换至氧气含量o5，再用氮气或原料气进行升温。升温速率见表3-6。表3-6 氧化锌脱硫剂升温步骤升温范围常温120120恒温120220220恒温轻负荷生产升温速度3050h2h 50hlh 4h 升压速度 恒温过程即为升压过程，升压速度一般为05MPalOmin，直至操作压力。在温度和压力达到要求后先维持4h的轻负荷生产，然后再逐步转入正常生产。 目前国内研制和生产的氧化锌脱硫剂有数十种之多，其中适用于联醇生产精脱硫的氧化锌脱硫 1.3工艺条件 操作温度脱除硫化氢时，操作温度在200左右即可，脱除有机硫时，操作温度必须在350400。C。一般温度升高，脱硫反应速度加快，硫容量增加，但温度高于400。C时，能耗显著增大，脱硫能力反而随之降低。因此工业生产中操作温度一般为350400。 操作压力 氧化锌脱硫反应属于内扩散控制过程，因此提高压力有利于加快反应速率。在生产中实际操作压力取决于原料气的压力和脱硫工序在联醇工艺中部位，一般操作压力为1828MPa。 硫容量硫容量是指单位质量新的氧化锌脱硫剂吸收硫的量。如15的硫容量是指lOOkg新脱硫剂吸收15kg硫。硫容量与脱硫剂性能有关，也与操作条件有关，随着操作温度的降低而降低，随着空速和水蒸气流量增大而降低。 (4)工艺流程工业上为了提高和充分利用硫容量，采用了双床串联倒换法，即总是将旧脱硫剂作为第一床，新脱硫剂为第二床，当第一床更换新脱硫剂后，则改为第二床，将原来的第二床改为第一床操作。一般单床操作时，单位质量氧化锌脱硫剂的硫容仅为1318，而采用双床操作，第一床饱和质量硫容可达25，甚至更高。采用脱硫槽出槽气体来预热进槽气体，同时还设置了塔前加热炉，可用高温燃烧气提供热源。一方面供开车时加热用，另一方面，当脱硫槽出槽气体不足以预热进槽气体达到起始反应温度时，作为补充加热之用。其工艺流程图如图3-9所示。2.合成氨工艺氧化锌脱硫槽计算工段设计进口原料总流量：161.3m3/h进口原料组成：硫化氢进口含量:C1 =5.74mg/L 出口含量:C2 =0.2ppm操作压力与温度： p=28bar=2.8Mpa T=370。C2.1脱硫剂的选择T305氧化锌脱硫剂主要成分：活性ZnO添加促进剂主要理化性能及技术指标：二、 反应原理ZnO+H2S=ZnS+H2O H= -76.62KJ/mol 2.2选择条件1空 速：5003000h-1（气）；0.53h-1（液）；2温 度：200400；3压 力：1.82.8Mpa。 由表2可以看出，T305型脱硫剂活性氧化锌含量较高，C脱硫剂虽最高，但属非活性氧化锌，而且T305型脱硫剂比表面和孔容都较大，具有优良的微孔结构，加之较高的强度和硫容，综合上述优点，选T305为最优脱硫剂。 3.脱硫剂填装量的计算VR：脱硫剂装填量m3Vs0：原料气体在标况下的流量m3/hXs1：标况下原料气的平均含硫量mg/m3Xs2：标况下净化气的平均含硫量mg/m3T：脱硫剂周期 ha：硫容30 % rs ：脱硫剂堆密度1200kg/L3.1填料层高度计算去床层速度为Ua=1.2m/s 则床层截面积为吸收剂的床层高度床层的空隙率为0.3，则实际的高度H=1.30.483=0.6279m每个塔的床层高度H=0.314m3.2床层压降计算 公式中 : Pb 为压力 Pa f 为修正摩擦系数 为流体密度 kg/m3 u 为空塔线速 m/s d 为吸收剂的颗粒直径 m e 为床层空隙率 H 为床层高度 m 为流体的绝对粘度 pa.s Re 为雷诺数 a 、b系数采用ERGUN提出的数值，其中a=1.75 b=150 取u=1.2m/s e=0.3 =0.7kg/m3 =2.32*10-5 pa.s d=4mm 3.3器壁厚度计算 温度为370操作压力为2.8Mpa焊接方式采用双面焊对接接头，100%无损挥伤，焊接系数=1根据化工设备机械基础表8-8选用15CrMoR钢板该温度下的许用应力t =118MpaC2=1.5mm（腐蚀裕量）取整为3mm校核：t=118Mpa s=295MpaPt=p+0.1=2.8+0.1=2.9MapPt=1.15p=1.152.8=3.22Map取较大值：Pt=3.22Mpa校核公式：t满足强度要求，所以填料塔的塔径为220mm，厚度为3mm，内径为217mm气体分布板采用侧缝式锥帽分布板3.4管口设计 进入管道的速度为u=30m/s采用DN=2.0的压力管口(根据GB/T1057-1995)3.5封头设计采用标准的椭圆形封头，其厚度与塔身厚度一致为3mm，深度查化工设备机械基础表8-12得：直边高度h0=3mm外径为223m。取人孔2个，直径大小为32mm（根据HG21515-95）。3.6物料衡算ZnO+H2S=ZnS+H2OH2S的质量流量： 66170kg/h0.0