项目设计摘要

镇海炼化72kt/a硫磺回收制二硫化碳生产项目项目设计摘要项目设计摘要2项目设计摘要目 录第一章 项目简介1第二章 工艺设计22.1 工艺流程22.1.1 原料预处理工段22.1.2 克劳斯脱硫工段32.1.3 二硫化碳合成工段42.1.4 尾气加氢还原吸收工段5第三章 节能技术与创新73.1 换热网络设计与优化73.2 甲烷膜分离技术8第四章 厂区布置11第五章 经济分析125.1 净现金流量125.2 静态效益指标估算12第五章 总结1313第一章 项目简介本项目是为镇海炼化总厂设计一套含硫废气深度脱硫的装置，并对产物进行资源化利用，生产二硫化碳。本装置综合利用镇海炼化总厂的含硫废气，经原料预处理，克劳斯脱硫，尾气加氢还原，硫磺甲烷法制二硫化碳几个工段，将含硫废气深度脱硫，达到排放标准，并将产物资源化利用。设计处理含硫废气202 kt/a，回收硫磺72 kt/a，生产二硫化碳85 kt/a，脱硫率高达99.96%，生产二硫化碳纯度达99.1%。总工艺流程图如下：图1-1 项目总工艺流程图第二章 工艺设计2.1 工艺流程本装置综合利用镇海炼化总厂的含硫废气，经原料预处理进行富集后，与富氧空气按比例送入克劳斯系统进行脱硫，尾气送入加氢还原工段，将含硫组分转化为硫化氢，使用PC对硫化氢进行富集后循环。来自克劳斯工段的硫磺，经汽化后与天然气按比例混合，送入二硫化碳反应器，以硫磺甲烷法制二硫化碳。本项目将来自总厂的含硫废气深度脱硫，达到排放标准，并将产物资源化利用。设计处理含硫废气202 kt/a，回收硫磺72 kt/a，生产二硫化碳85 kt/a。2.1.1 原料预处理工段图2-1 原料预处理工段工艺流程图在这个工段，含硫废气先经过一个多级（二级）压缩机进行加压，在经过一个热交换器，使原料达到40 ，2.5 MPa的进料状况，进入吸收塔（T0101）用碳酸丙烯酯（PC）进行吸收，在保证H2S完全吸收的情况下，尽量多地脱除CO2，为克劳斯工段提供便利。塔顶废气符合要求，经过尾气焚烧炉后可直接排空。塔底为富含H2S的碳酸丙烯酯（PC）。富液经一个减压阀和一个换热器，达到100 ，0.4 MPa的进料状况，进入解吸塔（T0102）进行解吸。塔顶为富集后的H2S气体，经加压后通入硫化氢储罐，以备克劳斯工段使用。塔底为解吸后的PC，含有少量水，通入含水PC储罐。2.1.2 克劳斯脱硫工段图2-2 克劳斯脱硫工段工艺流程图（1）燃烧炉工段在此工段，来自H2S储罐的气体与富氧空气按比例进入富氧燃烧炉发生反应，1/3的H2S被氧气氧化为SO2。而后，进入贫氧燃烧炉发生克劳斯反应，并存在COS水解反应，反应方程式如下：2H2S + SO2=S2 + 2H2OCOS + H2O=CO2 + H2S经过反应燃烧炉两步反应后，出口气经过一个分流阀分流，90%的高温气体进入废热锅炉进行换热降温，在经过多级（二级）压缩机进行加压，使气体达到170 ，0.11 MPa进料状况，而后进入硫冷凝器进行冷凝，冷凝的液硫送入液硫储罐，不凝气与分流阀另一出口的10%高温气体进行掺合，混合温度约为300 ，进入一级克劳斯工段。注：采用富氧空气燃烧，目的是为了降低气体体积，从而减小后续设备体积，降低设备费用。（2）一级克劳斯工段燃烧炉工段的出口气体在此工段经过分流阀分流，70%的气体进入一级克劳斯工段，经换热器加热后温度达到330 ，进入一级克劳斯反应器，通过控制燃烧炉工段的富氧空气进料量，精确控制H2S与SO2的进料比为2:1。主要发生的反应为克劳斯反应以及COS的水解反应，反应方程式为：2H2S + SO2=S2 + 2H2OCOS + H20=H2S + CO2出口气经过压缩机进行加压到0.11 MPa，进入硫冷凝器进行冷凝，冷凝的液硫送入液硫储罐，不凝气与分流阀另一出口的30%高温气体进行掺合，混合温度约为200 ，进入二级克劳斯工段。（3）二级克劳斯工段一级克劳斯工段的出口气体经过一个换热器换热到260 ，直接进入二级克劳斯反应器。主要发生的反应为克劳斯反应，反应方程式为：2H2S + SO2=S2 + 2H2O出口气经过压缩机进行加压到0.11 MPa，进入硫冷凝器进行冷凝，冷凝的液硫送入液硫储罐，不凝气进入尾气加氢还原工段。2.1.3 二硫化碳合成工段图2-3 尾气加氢还原工段工艺流程图（1）在此工段，来自液硫储罐的硫磺，经换热器换热后，进入闪蒸罐全部汽化。硫磺在高温状态下绝大部分以S2的形态存在，控制进料温度在700 左右。来自天然气储罐的天然气，经压缩机加压到1.5 MPa，进入换热器换热到200 。（2）气态硫磺与天然气混合进入CS2反应器进行反应。为防止甲烷结焦生炭，控制天然气从反应管中心进料，气态硫磺从反应管边缘进料，并控制反应温度为650 。反应器出口气经换热器换热降温，进入硫冷凝器将硫磺冷凝，液硫送入硫磺储罐循环利用。（3）不凝气经压缩机加压，再经换热器降温，进入冷凝器冷凝，使物料达到14.4 （泡点温度），2.5 MPa的进料状况。进入CS2精馏塔（T0301）进行精馏，塔底为高纯度CS2产品，送入二硫化碳产品储罐。塔顶为高浓度的H2S气体，经压缩机加压后送入H2S储罐，以备克劳斯工段使用。2.1.4 尾气加氢还原吸收工段图2-4 二硫化碳合成工段工艺流程图（1）尾气加氢工段在此工段，来自二级克劳斯工段的尾气，经过一个减压阀和换热器后，进入绝热闪蒸罐将水分冷凝，不凝气经过换热器换热后达到260 的进料状况，直接进入加氢反应器进行加氢还原，反应方程式为：SO2 + 3H2=H2S + 2H2OCOS + H2O=H2S + CO2CS2 + 2H2O=2H2S + CO2加氢反应器出口气进入H2S富集工段。（2）尾气H2S富集工段加氢反应器出口气经过多级（二级）压缩机加压后，经换热器换热后绝热闪蒸脱水。脱水后的气体进入H2S吸收塔（T0401）进行吸收，经PC吸收后的尾气，经过尾气焚烧炉后达到排放标准，可直接排空。吸收液经过减压阀减压、换热器换热后达到52 ，0.12 MPa的进料状况，进入解析塔（T0402）解吸脱H2S。塔顶富集H2S气体经压缩机加压后通入H2S储罐。塔底含少量水的PC液，送入含水PC储罐。（3）碳酸丙烯酯脱水来自含水PC储罐的物料，经过换热器换热达到50 ，进入脱水塔（T0103）进行脱水。塔底为高纯度PC，送入高纯PC储罐，进行循环利用。塔顶为含有少量逸散PC的水汽，经尾气焚烧炉后排空。第三章 节能技术与创新3.1 换热网络设计与优化图3-1 优化前的设计方案该换热网络的换热器数目为29，按照最小换热器台数原则，撤去若干台换热器，如换热器能量很小，甚至接近0 kJ/h，这些换热器的设置并不合理，可以撤除。图3-2 优化后的换热网络优化后的换热网络所需换热器数目为16台，包含6台流股热量回收利用的换热器，数目减少且结构更为精简，可节省34.36%的能源消耗。表3-1 公用工程信息表冷公用工程/(kJ/h)热公用工程/(kJ/h)合计/(kJ/h)优化前公用工程用量136533020.658847841.719538086.2优化后公用工程用量120382994.87860778.0128243772.8节约能源/%11.83%86.64%34.36%3.2 甲烷膜分离技术表3-2 气体分子在聚酰亚胺非对称复合膜中的渗透速率(30 )序号组分渗透速率Ji/GPU1CH43.52CO21123H2S1794H2O40005O219.66N23.6使用MATLAB编程对膜分离过程进行模拟，信息如下：1.程序信息：clc;clear all%逆流接触的模型_membrane separatorna(1)= 516.3832; nb(1)= 588890; ni(1)= 271874; S=6200; N=1000000; ds=S/N; P_h=17*101325; P_l=101325; %Qa=1/0.0224*0.76*36*76*10-6/101325;%Qb=1/0.0224*0.76/13*36*76*10-6/101325;%Qa=4.219108624*10-6;Qb=215.7772696*10-6;na1_(1)=1E-11;nb1_(1)=1E-11;for i=1:N;na(i)=na(1)-na1_(i);nb(i)=nb(1)-nb1_(i);na1_(i+1)=na1_(i)+Qa*ds*P_h*na(i)/(na(i)+nb(i)+ni(1)-P_l*na1_(i)/(na1_(i)+nb1_(i)+ni(1); nb1_(i+1)=nb1_(i)+Qb*ds*P_h*nb(i)/(na(i)+nb(i)+ni(1)-P_l*nb1_(i)/(na1_(i)+nb1_(i)+ni(1); endR=na(N)/na(1) %甲烷的分离比R_2=nb(N)/nb(1)%硫化氢的分离比hydrogen_1=na1_(N+1)%被富集的那一侧的甲烷摩尔量hydrogen=na(N)%剩下出口的甲烷摩尔量xishouji_1=nb1_(N+1)%被富集的那一侧的吸收剂摩尔量xishouji=nb(N)%剩下出口的吸收剂摩尔量2.运行结果R =0.8885R_2 =0.0220hydrogen_1 =57.6018hydrogen =458.7815xishouji_1 =5.7593e+05xishouji =1.2956e+04由MATLAB运行结果可知，当有效膜面积为6200 m2时，聚酰亚胺膜可达到分离效果，换算成表观面积约为430 m2。第四章 厂区布置厂区的布置考虑厂区的地形、地质构造等因素，综合本项目的生产和产品性质、特点和工艺流程最终确定了总厂布置图。图4-1 总厂布置图行政区发展用地生产区辅助生产区2辅助生产区1储罐区装卸区图4-2 厂区功能区划分第五章 经济分析5.1 净现金流量本项目净现金流量情况具体见图5-1：图5-1 累计现金流量图5.2 静态效益指标估算表5-1 静态指标静态指标投资利润率投资利税率投资回收期本厂计算数据77.41%38.47%8.18年化工行业标准26%38%14年可行性分析本项目各项静态盈利指标均明显高于化工