150万吨a焦化厂焦炉煤气脱硫工段设计毕业论文.doc

150万吨/a焦化厂焦炉煤气脱硫工段设计毕业论文1 绪 论11.1设计要求及任务11.2厂址选择11.2.1地理位置11.2.2气象条件21.2.3动力来源22 生产流程的确定32.1脱硫的目的和意义32.2脱硫方法概述32.2.1干法脱硫42.2.2湿法脱硫42.3生产工艺流程的选择103 改良A.D.A脱硫的生产原理及操作制度123.1改良A.D.A法生产原理、原料和产品123.1.1生产原理123.1.2原料和产品123.2工艺流程133.2.1焦化厂煤气脱硫工段工艺流程图133.2.1流程说明133.3操作制度和工艺要点143.3.1操作制度143.3.2工艺要点144 主要设备的计算和选型154.1主要设计计算154.1.1原材料的消耗154.1.2主要设计参数154.1.3物料平衡计算154.2脱硫塔的计算174.2.1参数174.2.2计算过程174.2.3塔顶喷淋装置184.2.4液体再分布器194.2.5填料支撑板的选择194.2.7塔顶空间高度204.2.8全塔高度计算2043再生塔的计算204.3.1再生塔计算要求204.3.2再生塔计算204.3.3反应槽的计算214.3.4事故槽的计算214.3.5加热器计算224.3.6空压机的计算224.3.7循环泵的计算234.3.8换热器得阻力损失244.3.9硫泡沫槽的计算：254.3.10 通风机的选取254.3.11戈尔膜选取255 工段布置及总平面布局图275.1车间布置275.1.1车间布置依据275.1.2车间平面布置方案275.2管道布置285.3其它要求285.4总平面布置说明286 非工艺部分说明296.1公用工程296.1.1供水296.1.2供电296.1.3蒸汽与压缩空气296.1.4采暖与通风296.1.5土建306.1.6机修306.1.7环保306.2仪表自动化307 工艺设备337.1脱硫塔337.2再生塔337.3循环泵337.4空气压缩机338 生产操作和劳动定员348.1生产操作348.1.1泵工正常操作348.1.2泡沫工正常操作348.1.3戈尔膜工正常操作358.1.4各岗位人员的共同职责358.2劳动定员369 经济核算379.1编制说明379.1.1材料及设备379.2 投资概算379.2.1 土建部分379.2.2 设备部分379.2.3 工具费389.2.4 设备施工管理费389.2.5 化验设备费389.2.6 工艺管道和阀门399.2.7 仪表费与电气费409.2.8 设计费409.2.9 不可预见费409.3 生产成本分析409.3.1 原料费409.3.2 动力消耗419.3.3 工资及附加费419.3.4 工段经费419.4 核算41附录：421.设备一览表422.图纸说明:42翻译部分44外文原文44致 谢631 绪 论1.1设计要求及任务本次的毕业设计是我们在校阶段最为重要的教学环节，是让我们将所学的理论知识与实际情况相结合的环节。作为非常重要的毕业设计，它有以下任务及要求：1.按照给定焦化厂设计规模计算煤气处理量并根据焦化设计规范的要求，对焦化厂煤气脱硫工段进行工艺论证；2.确定脱硫工艺流程，进行物料平衡、热量衡算，计算和设计煤气脱硫塔和再生塔，根据计算进行主要设备的选型，绘制一张非标设备图；3. 进行脱硫工段的设备和工艺管道布置，绘制煤气脱硫工段的工艺流程图、总平面布置图、和设备与工艺管道平面图和立面图；4.根据煤气脱硫工段的生产要求，对脱硫工段设计的非工艺技术部分提出要求，根据岗位设置与岗位操作编制岗位人员编制；5.进行脱硫工段的投资估算和煤气脱硫生产成本的技术经济分析；6.编制设计说明书。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，如我们能更加熟练的查阅和运用各种文献，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锻炼。本次设计的任务是脱除焦炉煤气中的硫化氢，同时要使生产出来的煤气各项指标能满足要求，达到民用煤气的标准。煤气中的硫来源于煤，在煤干馏过程中，煤中大约有30%到40%的硫进入煤气，剩下的残存于焦炭。煤气中的硫分为有机硫和无机硫，其中以硫化氢为主，占90%以上，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。1.2厂址选择1.2.1地理位置该脱硫工段拟设在江苏徐州郊区，主要由以下几个方面决定：1、脱硫工段要与焦化厂配套，是与焦化厂的地理位置一致的。2、徐州煤炭资源丰富，号称“百里煤海” ，是全国十大煤田之一，煤炭储量36亿吨，资源丰富。3、徐州市的地理区位优越。在我国实行沿海、沿江、沿线开放开发战略中，处于中部沿海开放带和陇兰（陇海兰新）地带的交汇处，也是长江三角洲与环渤海湾两大经济区的结合部，具有东靠西移、南北对接、双向开放、梯度推进的战略区位特征。1986年苏鲁豫皖四省接壤地区18个城市成立淮海经济区，徐州客观形成了南京以北、济南以南、连云港以西、郑州以东这一区域的中心城市，辐射范围近20万平方公里，人口1.09亿。国家国土规划纲要将徐州列为近期发展的特大城市：建设在新亚欧大陆桥陇海兰新线城镇体系规划纲要中，把徐州列为新亚欧大陆桥东端第一个中心城市。4、另外徐州市还地处黄淮平原，位于江苏西北部，北扼齐鲁，南屏江淮，东近黄海，西接中原，素有“五省通衢”、兵家必争之地和商贾云集中心之称，是全国重要的交通枢纽、能源基地、工业基地、区域性商贸都会、陇海兰新地带东部和淮海经济区的重要中心城市。5、为使这一地区政治经济平稳发展，人民生活得到保障，必须建立配套的公共生活设施，因此在徐州设置焦化厂是势在必行的。综上，焦化厂设置在徐州地区，并辅以脱硫工段与之配套，不致环境污染，影响人民居住，才更有利于城市健康快速发展。1.2.2气象条件 表1-1徐州常年气象气温平均气温 14 oC极端最高气温40.1 oC极端最低气温 -22.6 oC气压平均气压1.013105 Pa湿度平局相对湿度71%降水量年降水量869.9 mm年降水 92天最大积雪厚度/冻土深度25 cm/24 cm平均风速最大风速及风向 16WS最大风向及频率 C14ESE12 1.2.3动力来源 水源地下水电源市供电网 气源厂锅炉房 2 生产流程的确定2.1脱硫的目的和意义焦炉煤气由焦化企业炼焦生产时产生。从焦炉集气管流出的煤气称为荒煤气，其硫化氢含量与装炉煤料的含硫量有关。一般干煤含硫的质量分数为0.5%1.2%，其中有2045转到荒煤气中，煤气中95以上的硫以硫化氢形态存在，其他为有机硫。硫化氢在煤气中的质量浓度一般为3g/标m3干煤气 15 g/标m3干煤气。焦炉煤气中的硫化氢（）是非常有害的，是比重为1.539Kg/并且有着刺鼻煤气味的无色剧毒气体气体，在空气中达到1%的含量就可致人于死地；如果在空气中积累到一定程度的话可能会造成酸雨，对设备和管道有着严重的腐蚀，对周边房屋、农作物等都会造成很大的危害，同时硫化氢本身也会腐蚀回收和输送设备；当焦炉煤气最终用作燃料时，硫化氢及其燃烧产物二氧化硫均有毒，会严重破坏周围环境，影响人类健康。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，如冶炼优质钢是，硫化氢允许含量为1-2g/N;供化学合成工业时，硫化氢允许含量为1-2mg/N，要是用来做民用煤气，则其含量要求应低于20mg/N。因此，为了环保、保证回收设备的正常操作，煤气脱硫是在必行。焦炉煤气脱硫有十分重要的意义：一是可以防止设备的腐蚀，减少设备维修费用，降低生产成本，提高回收产品的质量和产量。二是提高焦炉煤气的品质，减少焦炉煤气燃烧后产生的污染；煤气脱硫可以有效降低煤气燃烧后产生的二氧化硫等有害物质，保护周围的环境。三是降低钢铁企业用煤气中硫化氢的含量可以使钢铁企业生产出优质钢材。四是回收后的硫磺可用于医药、化工等领域，随着行业的发展，需求量会进一步加大。2.2脱硫方法概述焦炉煤气中硫化氢脱除方式有很多，常用的方法主要为干法脱硫和湿法脱硫两种。 表2-1几种代表性的脱硫脱氢方法方法名称脱硫效率/脱氢效率/吸收剂活性剂产品装置位置湿式吸收法AS循环洗涤法90-9850-75氨元素硫或硫酸水洗氨前代亚毛克斯法9830氨元素硫氨回收前真空脱酸盐法90-9885碳酸钠元素硫或硫酸苯回收后醇胺法90-9890甲乙醇胺苯回收后湿式催化氧化法改良蒽醌法9990碳酸钠蒽醌二磺酸融熔硫苯回收后萘醌法9990氨萘醌硫酸硫酸铵母液氨回收前苦味酸法9990氨苦味酸元素硫或硫酸氨回收前对苯二酚法9990氨对苯二酚元素硫或硫酸氨回收前2.2.1干法脱硫干法脱硫主要是利用氢氧化铁与其他制剂合成的脱硫催化剂脱除煤气中的硫化氢，经过再生的脱硫剂可重新使用。干法脱硫主要用于气量较小的煤气脱硫或脱硫精度高的二次脱硫。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： 脱硫反应式，当碱性时： 2Fe(OH)3+3H2SFe2S3+6H2O 2Fe(OH)3+H2S2Fe(OH)2+S+2H2O Fe(OH)2+H2SFeS+2H2O 再生反应式，当水分足量时： 2Fe2S3+3O2+6H2O4Fe(OH)3+6S 4FeS+3O2+6H2O4Fe(OH)3+4S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，废脱硫剂难以再利用。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。2.2.2湿法脱硫湿法脱硫适用于较大煤气处理量的装置，在工业上得到广泛应用。湿法脱硫按溶液的吸收与再生性又分为氧化法、化学吸收法和物理吸收法。（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、萘醌法、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液。 （2）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形成的化合物，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（富液）解析硫化氢，溶剂可循环使用，如环丁砜法。虽然湿法脱硫的方法很多，但基本上包括吸收与再生两部分。吸收的目的在于吸收即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。再生的目的则是使吸收了硫化氢的吸收剂复原，并回收其中的硫。以下为几种常见的湿法脱硫方法。(一) 砷减法与改良砷减法这两种方法都属于湿式氧化脱硫法，改良砷减法是砷减法的改进也称为G-V法（Giammaarco-Vetrocoke Process）。两种方法都以碳酸钾（或碳酸钠）的水溶液中添加白砒活化剂作为吸收液，但吸收机理却有着本质上的区别。(1) 砷减法的脱硫机理砷减法主要依靠多硫代砷酸盐对硫化氢的吸收作用，主要化学反应如下： 吸收反应M4AS2S5O2 + H2SM4AS2S6O + H2OM4AS2S6O + H2SM4AS2S7 + H2O 再生反应 M4AS2S7 +O2M4AS2S6O + S M4AS2S6O +O2M4AS2S5O2 + S上述的吸收反应速度较慢，产物为硫代砷酸盐，在溶液中容易离解成硫氢根离子，它不易被氧化成硫代硫酸盐，从而增加了液面上的硫化氢成份，影响了煤气的脱硫程度。而当煤气中含有氰化氢时，还产生硫氰化物的副反应。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： M3ASO3 +3 H2SM3ASS3 + 3H2O 熟化反应： M3ASS3 + 3M3ASO43M3ASO3S + M3ASO3 酸化反应： M3ASO3SM3ASO3 + S 氧化反应： M3ASO3 + O2M3ASO4综上所述反映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，即 3H2S + O23S + 3H2O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程度高。硫代亚砷酸盐经熟化反应，缓慢的转化成一硫代砷酸盐和亚砷酸盐，一硫代砷酸盐的硫化氢分压更低。熟化反应在氧化塔中进行。在氧化塔中还生成一硫代砷酸盐最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吸收、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.法改良A.D.A.法（又称改良蒽醌二磺酸钠法）是湿法脱硫中一种较成熟的方法，它是在A.D.A法的基础上开发出来的，具有脱硫效率高（可达99.5%以上）、对硫化氢含量不同的煤气适应性较大、溶液无毒性、对操作温度和压力的适应范围较广、对设备腐蚀较轻及所得副产品硫磺的质量较好等优点。目前在我国已得到广泛应用。(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.为活性添加剂进行脱硫，其脱硫过程主要发生以下化学反应: 碱液吸收硫化氢： Na2CO3 + H2SNaHS + NaHCO3 A.D.A.被还原： RC=O + NaHS RC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2，7蒽醌二磺酸 氧化析硫： 2RC + NaHCO3 + O2RC=O + RC+ Na2CO3+ 2S+ H2O 还原态的A.D.A.氧化为氧化态A.D.A.： 2RC + O2+ NaHCO3 2RC=O + Na2CO3 + H2O上述反应是在脱硫塔中进行的，反应和反应是在循环槽中进行的，反应是在再生塔中进行的。第二步反应的反应速度很慢，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，只是溶液的硫容量很低，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钒酸钠和酒石酸钾钠。改良后的方法称为改良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。由于偏钒酸钠中的钒离子能够变价（钒离子可以由4价正离子变为5价正离子或反之），当脱硫液中加入偏钒酸钠后，可改变传递氧的途径。改良A.D.A.法的反应过程为： H2S被碱液吸收：Na2CO3 + H2S Na HS + NaHCO3 偏钒酸钠与硫氢化钠反应，生成焦钒酸钠并析出元素硫：4NaVO3+ 2 Na HS + H2O Na2V4O9 + 2S+ 4NaOH 焦钒酸钠在碱性脱硫液中为A.D.A.（氧化态）氧化再生成为偏钒酸钠：Na2V4O9 + 2A.D.A.(氧化态) + 2 NaOH + H2O 4 NaVO3 + 2A.D.A.(还原态) 还原态的A.D.A.于再生塔内，用通入空气的方法使之氧化再生成氧化态：2A.D.A.（还原态）+ 2O2 2A.D.A.（氧化态）+ 2NaOH 碱液再生：NaHCO3 + NaOHNa2CO3 + H2O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。一般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： Na2CO3 + CO2 + H2O2NaHCO3 煤气中的氰化氢和氧参与反应： Na2CO3 + 2HCN2NaCN + H2O + CO2 NaCN + SNaCNS 2NaHS + 2O2Na2S2O3 + H2O 部分Na2S2O3被氧化为Na2SO4： 2Na2S2O3 + O22Na2SO4 + 2S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，在溶液要添加少量的酒石酸钾钠，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。改良A.D.A.法脱除硫化氢系统的主要设备为脱硫塔和再生塔。脱硫塔可采用填料塔（木格填料或聚丙烯特拉雷特填料）或空喷塔。再生塔为钢板焊制，从中段至塔底装有3块筛板，使硫泡沫和空气均匀分布。其顶部设有扩大部分，塔壁与扩大圈间形成环隙。这种再生它具有效率高、操作稳定的优点，但设备高大且空气鼓风的动力消耗大是其缺点。近年来已开始改用喷射再生槽及立式氧化槽。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进A.D.A.法，其流程包括四个工序：a.脱除硫化氢，用硫化钠和硫组成的溶液洗涤煤气，使HCN转为NaCNS，然后经此溶液送往下一工序处理，脱HCN效率可达95%。b.用改良A.D.A.溶液洗涤煤气，脱硫效率可达99.9%。c.将硫泡沫制成纯度高达99.8%的硫磺。d.将固定盐类回收加工，生成含有H2S的气体和钠盐，前者用于制取硫酸，后者钠 盐重新利用。(三) 栲胶法所谓栲胶是从植物中含有丹宁丰富的皮、果、叶及它们的干等原料中提取的浆状或粉状物。丹宁结构复杂，含有大量的羟基(可作氧化剂)和镄基(可作络台剂)，且资源丰富，价格便宜。栲胶法已被一些工厂采用。其脱硫原理如下：栲胶溶液在碱性条件下通入空气使丹宁降解，然后按下式进行脱硫和再生。 脱硫：用碱液吸收硫化氢Na2CO3+H2S NaHCO3+ NaHS硫化氢在液相中与偏钒酸钠反应，生成焦钒酸钠，并析出硫。2NaHS+ 4NaVO3+H2ONa2V4O9 + 4NaOH + 2S也有人认为按下式进行；NaHS+ 2NaVO3+ NaHCO3Na2V2O5 + Na2CO3+ H2O + S 再生氧化态醌式栲胶将焦钒酸钠氧化为偏钒酸钠，而氧化态的醒式栲胶变成还原态的酚式栲胶：Na2V4O9 + 2R(OH)O2+ 2NaOH +O24NaVO3+2R(OH)3而还原态酚式栲胶被空气氧化再生成醌式：2R(OH)3+ O22R(OH)O2+2H2O其中R代表芳基大量的试验和生产实践表明，栲胶法具有脱硫效率高，活性比ADA大，塔压稳定，不堵塔的优点，但硫容较低。(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：NH3+H2SNH4HS 硫氢化物的氧化：NH4HS +RNO +H2ONH4OH + S + RNHOH 苦味酸再生：RNHOH+02RNO+H2O其中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。但废液处理工艺复杂，腐蚀性强。(五) 塔卡哈克斯法塔卡哈克斯法系由日本东京煤气公司所发明，脱硫效率可达99%。因所使用的吸收剂不同分为氨型塔卡哈克斯法和钠型塔卡哈克斯法。氨型塔卡哈克斯法所使用的吸收剂为煤气本身所含的NH3，钠型塔卡哈克斯法用的吸收剂是Na2CO3和NH4OH,两种方法分别使用1.4-萘醌-2-磺酸铵和1.4-萘醌-2-磺酸钠为触媒。下面主要讨论氨型塔卡哈克斯法脱硫。该法由湿法脱硫（氨型塔卡哈克斯法）及脱硫废液处理（希罗哈克斯HIROHAX湿式氧化法）两部分组成，经处理后的脱硫液送往硫铵母液系统制取硫铵。(1)氨型塔卡哈克斯法脱硫脱硫原理：该法以煤气中铵作为碱源，以1，4-萘醌-2-磺酸铵（以符号NQ表示）作氧化催化剂。氧化催化剂子吸收液中呈离子状态存在。其主要反应如下： 吸收反应 NH3 + H2ONH4OH NH4OH + H2SNH4HS + H2O NH4OH + HCNNH4CN + H2O在吸收塔中，当焦炉煤气与吸收液接触时，煤气中的氨水首先生成氨水，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NH4HSNQ(氧化态) + H2O NH4OH + S+ NQ(还原态)氧化态NQ的分子式为： 还原态NQ的分子式为： 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再生反应： NH4SH + O2NH4OH + S NH4CN + SNH4CNS NH4HS+ 2O2(NH4)2S2O3 NH4HS + 2O2 + NH4OH(NH4)2SO4 + H2O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、硫代硫酸铵和硫酸安等物质。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。先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:S + O2 + H2OH2SO4(NH4)2S2O3 + 2O2 + H2O(NH4)2SO4 + H2SO4NH4CNS + 2O2 + 2H2O(NH4)2SO4 + CO2NH3 + H2SO4(NH4)2SO4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，这些反应都是放热反应。氨型塔卡哈克斯法的工艺流程特点（TAKAHAX与HIROHAX）a.属于脱硫效率高的流程之一，脱硫效率高达99%，在脱除硫化氢的同时可以脱出氰化氢，氢化氢的脱除率为85%90%。 b.该法以煤气中的氨为碱源，可节省大量碳酸钠碱液。并且在整个过程中，氨还可以回收利用。c.采用湿式氧化处理废液，使废液中的硫氢化铵和硫代硫酸铵及元素硫氧化成硫铵和硫酸，其转化分解率高达99.5%100%，无二次污染。d.在湿式氧化过程中，相当于将煤气中100%的硫化氢转化为硫酸可替代硫铵耗酸量的50%60%。大大降低了硫铵成本。e.脱硫装置放置在硫铵饱和器之前，可以消除终冷气对大气对水体的污染。f.该法的缺点，与其他脱硫方法比较具有：A.耗电量较高，B.要求吸收液喷淋密度大（比一般脱硫方法搭10倍以上）C.废液处理装置带有高温、高压及腐蚀性介质。2.3生产工艺流程的选择从上面的论述中我们可以看出虽然干法脱硫效果好，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。湿法脱硫工艺中，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，改良A.D.A法在我国已经得到了广泛的应用，是焦化厂常采用的一种脱硫方法。通过结合焦化厂自身的实际情况，综合考虑各方面因素，如技术的先进性与生产的实用性，工程投资与生产费用，产品方案与市场需求，经济、社会效益等，在认真分析比较后，本设计即采用改良A.D.A法脱硫工艺。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8.59.0.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，运转费用低，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，造成副产品的积压，经济效益较差。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。本设计中脱硫液的再生采用再生塔，再生塔虽然高大且还需压力较高的空气压缩机，但效率高，操作稳定。 5.计中硫的回收采用戈尔膜 本设计中硫的回收采用戈尔膜，具有以下优点： （1）运行工况良好；（2）系统碱耗降低；（3）实际过程全自动控制（4）节能降耗（5）环保效益好。 总之戈尔膜过滤器好处为结构简单，操作方便，应用于过滤处理可大大减轻设备检修工作量，改善工人工作环境，可每年节约大量中压蒸汽，脱硫液中悬浮硫含量大大降低，脱硫液变得清澈透明，硫回收率，脱硫效率明显提高，脱硫液中富盐增长速度明显降低，脱硫液使用寿命大大延长。同时戈尔膜过滤器应用在脱硫回收系统，具有自动化程度高、运行成本低、操作简单的特点.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法生产原理、原料和产品3.1.1生产原理焦炉煤气进入吸收塔，与从塔顶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。由塔底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0.40.6mol/L之间来维持溶液的pH值在8.59.1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：Na2CO3 纯度98%蒽醌二磺酸 纯度80%酒石酸钾钠 纯度98%NaVO3 纯度98%产品：熔融硫 纯度98%3.2工艺流程3.2.1焦化厂煤气脱硫工段工艺流程图3.2.1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。3.3操作制度和工艺要点3.3.1操作制度煤气入脱硫塔温度 3040 oC脱硫塔压力 100mm水柱脱硫塔pH值 8.59.1加热器出口溶液温度 3540 oC脱硫塔溶液温度高于煤气温度 35 oC硫泡沫槽内溶液温度 6580 oC熔硫釜内压力 不大于6kg/cm2熔硫釜夹套蒸汽压力 不小于4kg/cm2熔硫釜内温度 130150 oC溶液中硫代硫酸钠及硫氰酸钠含量之和 250g/L总碱度 0.4N其中 Na2CO3 0.1N NaHCO3 0.3N A.D.A. 25 g/L NaKC4H4O6 1g/L3.3.2工艺要点1.如果煤气入塔时温度较低，则反应速度较慢，反之若是温度过高，则会增加副反应的速度，经过验证，3040 oC的温度最为合适。2.脱硫液中的pH值要是小于8.5 则反应速度会变慢，而要是pH值太高，则会增加副反应的反应速度，并且碱的消耗亦会增多，而使脱硫在塔内的析出速度增快，这样容易导致堵塔，故此pH为8.59.1最为合适。3.脱硫塔溶液温度高于煤气温度35 oC，这是系统水平衡的需要，尤其是在不提取硫氰酸钠时更为必要。4.溶液中的硫代硫酸钠及硫氰酸钠含量总和大于 250 g/L 时，会导致脱硫反应速度降低，恶化操作，因此需要时时检测控制它们的含量，即将之提取出来。5.再生塔硫泡沫的溢流量是通过液位调节器和空气量来调节的。6.开工用的溶液量应可以满足在生产状态下充满再生塔、反应槽、溶液管线及脱硫塔滞留的液量，一般以装满整个事故槽作为考虑标准。7.若是工业级五氧化二钒及偏钒酸盐溶液无法供应，偏钒酸钠则可用废钒催化剂通过碱液萃取法制备。4 主要设备的计算和选型4.1主要设计计算脱硫塔空塔气速 0.50.7 m/s脱硫效率 99%A.D.A溶液硫容量 0.20.25 kg /脱硫塔传质系数 1520 kg/()脱硫塔液气比 16 L/脱硫塔溶液喷淋密度 27.5 再生塔溶液停留时间 2530 min再生塔空气鼓风强度 100300 再生塔空气用量 913 (空气)/kg硫反应槽内溶液停留时间 810 min硫化氢转化为硫代硫酸钠的转化率 34%4.1.1原材料的消耗 表4-1原材料的消耗名称规格指标 （kg/kg硫）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0.00064.1.2主要设计参数脱硫前煤气含量 10 脱硫后煤气含量 20 m脱硫前煤气含HCN量 600 m脱硫后煤气含HCN量 60 m脱硫塔煤气的进口压力 800 mm脱硫塔煤气的出口压力 750 mm4.1.3物料平衡计算由150万吨/a焦炭生产量计算焦炉加煤(干)量：W=1.5/0.76=1.974Mt/a=225.31t/hW：焦炉的加煤量实际干煤气量: ：装炉的干煤量 ：煤气发生量 Nm3/t干煤 ：1.07 焦炉紧张操作系数进入脱硫工段的煤气量（40%回炉） Nm3/hH2S的脱除效率: H2S的吸收量: kg/h 转化为Na2S2O3的H2S含量（设转化率为4%): kg/hNa2S2O3的产量: NaS2O35H2O的产量: kg/hHCN的脱除效率: HCN的吸收量: kg/hNaCNS生成量: kg/hNaCNS转化为H2S量: kg/h生成硫磺的H2S量: kg/h硫磺产量: kg/h综上原料消耗为（纯度按100%计算）Na2CO3 kg/hNaNO3 kg/h A.D.A kg/h 酒石酸钾钠 kg/h4.2脱硫塔的计算4.2.1参数1. 进塔煤气温度302. 进塔煤气压力取800mmH2O即 mmHg3. 30水蒸气的蒸汽压力为Ps=31.82mmHg(注760mmHg=1.013105Pa)4.2.2计算过程进塔的湿煤气体积为 Nm3/h其中：t煤气操作温度 P实际大气压 P1煤气的操作压力 Ps操作温度下水的蒸汽压取空塔的速度为0.5m/s,采用两塔操作，一开一备，则塔顶 m其中：Q湿煤气处理量 Nm3/h 空塔气速 m/s取塔径为6.2m,即6200mm脱硫塔进口的推动力： atm脱硫塔出口的推动力： atm平均推动力： atm取传质系数K为15kg/(cm2hatm)，则需要用木格填料的传质面积（单塔） m2其中： NH2S的吸收量kg/hK传质系数kg/(cm2hatm)P传质推动力atm由于脱硫塔下段易堵，因此上部选用1001020(=66.6m2/m3)规格，下部选用1001030(=50m2/m3)规格上部填料高度： 下部填料高度： 填料塔高度：H=13.443+17.905=31.3484.2.3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。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。（1）设溶液硫容量为0.25kg/m3,则溶液循环量L为 m3/h（2）吸收塔（单塔）喷淋密度为 m3/m2h（3）吸收塔液气比 m3/m2=39.92 L/m316L/m3故喷淋量满足要求 （4）喷淋装置离球面中心到填料表面距离计算宝塔式喷淋装置安装离填料表面的距离一般为（0.51）D，本次设计去,则， （5）莲蓬头直径范围为，取=1.24m （6）喷夹弯曲半径R的确定 取R=0.3D 则R=0.3D=0.56.2=1.86m 4.2.4液体再分布器液体在乱堆填料层内向下流动时，有偏向塔壁流动现象，偏流往往造成塔中心的填料不被润湿。为将流动塔壁处的液体重新汇集饼引向塔中央区域，可在填料层内每隔一定高度设置液体再分配器。在液体再分配器中，分配锥最简单。本设计采用分配锥分配器。（1） 截锥小头直径一般为D（0.70.8）D，取D=0.7D=4.34m（2） 液体再分配器高度h （3） 再分配器间距H计算 对于小直径的塔（塔径在1m以下），一般H6D，对于直径较大的塔（塔径大于1m），可取H（23）D。本设计取H=2D=8.68m 再分配器个数为n=31.3488.68=3.612，取n=44.2.5填料支撑板的选择 本次设计选用分块式开孔波形板。 这种支撑板的波形结构承载能力好，空隙率大。在波形内增设加强板，可提高支撑板的刚度。表4-2 支撑架尺寸（采用不锈钢）塔径/（mm）圈外径/（mm）圈内径/（mm） 厚度/（mm）62006180 6155 6 4.2.6 塔底设计溶液在釜内停留15min，装料充满系数取0.5塔底高（h）：塔径（d）=3:1塔底料液量 LW=LT=1847.804m3/h=0.5133m3/s塔底体积 因为 VW=d2h/4， h=3d所以 d=（VW/）1/3=（923.943.14）1/3=5.2m h=35.2=15.6m4.2.7塔顶空间高度塔的顶部空间高度是指塔顶第一层塔盘到塔顶封头切线的距离。为了减少塔顶出口气体中夹带的液体量，顶部空间一般取1.21.5m，本设计取1.5m。4.2.8全塔高度计算 表4-3填料塔各部分高度列表 单位：mm封头高度 塔顶喷头弯曲半径喷淋高度填料层高度 1500 600 1860310032000再分配器高度