120万吨兰炭湿法脱硫解析

1、120万T/a兰炭装置生产过程中的富余煤气湿法脱硫项目初步设计说明1、 湿法脱硫简介2、 工艺原理3、 主要化学反应4、 对所有装置要求5、 湿法脱硫催化剂选择6、 湿法脱硫配套公用工程（土建、环保、供电、供蒸汽、供水、自控仪表、防腐保温）二、本设计基本数据选择和设计要求三、总概算四、要说明的问题一、初步设计说明1、湿法脱硫简介煤气中脱硫（指硫在还原气氛中生成的H2S）的方法，分为干法和湿法，本设计采用湿法脱硫。在常温常压下，以稀溶液（钠法或氨法）吸收煤气中酸性气体HbS（亦 叫脱硫），同时选择适当的氧化催化剂，将吸收在脱硫液中HS氧化成单质硫，从而使脱硫液得到再生，同时将再生时生成的含硫磺颗

2、粒的硫泡沫送 至连续熔硫装置（熔硫釜）得到副产品硫磺。此时还原后的氧化催化剂可 以用空气氧化成氧化态催化剂，催化剂和再生后的贫液一并循环使用。2、工艺原理在常温常压下，煤气中H2S穿透气液两相介面扩散，由气相主体转到 液相主体，第一过程是H2S先溶解于水中，第二过程是与碱发生中和反应， 电离生成H+和HS，即H2S（气）1H2S（液）宀H+HS;气相中H2S浓度随 之降低，其液相分压也相应上升。如不采取措施任上述过程自行发展，终 将导致气液两相中HbS分压的平衡，液相中的HS呈饱和状，上步反应会静 态终止。可见，只有破坏上式的平衡态，或者从开始就不使其形成平衡， 有效的方法之一就是第三过程，借

3、助催化剂的催化氧化功能，加速反应成 的HS的氧化析硫作用，减少其在液相中的浓度。+-H2S（g）H2S（L）fH + HS + 1/2O2TH2O + SJ上述反应随生成物的减少（硫磺的分离）促使上式正方向进行。 从另一层面，过程的逆向视角看，第三过程的析硫反应（HS-+ 1/2O2=OH + SJ），每析出一个硫原子，就相应生成一个OH, 0H增多，相应 的提高了吸收剂的浓度，化学反应速度与反应物的浓度积成正比，可见， 第三过程对脱硫产生起着十分关键的作用，而脱硫催化剂则决定着第三过 程能否高效的正常进行。脱硫液中HS-生成之后随这减少，并随之将单质硫从液相中分离，确保了气液两相中H2S分压

4、常态的平衡，HS(气) H2S(液)，其分压差(多 种压力降)所形成的推动力，促使H2S由气相快速持续向液相转移，达到 除HS的目的。3、主要化学反应(以氨为碱源)3.1脱硫塔内吸收反应20tt(1mol/L)稀氨水吸收煤气中H2S；NH3+ H2O = NHOH(或NH3H2O)NHOH + HLS(g)iNH4HS (L)+ H2O + 10.94KcalNHOH + HCN(g)NHCN(L) + H2ONHOH + NMHCOf(NH)2CO + H2O3.2将脱硫液吸收HbS通过氧化生成单质S,使脱硫液再生(NHHS中HS被氧化成单质S)。NHHS + 02fNH4OH + SJ+

5、43KcalNH4OH + HCN(g)fNH4CN(L)+ H2ONH4OH + NH4HCO3f(NH4)2CO3+ H2O4、对所有装置的要求及选择4.1基本原则： 先满足再生的Q的需求， 据HS + 1/202fSJ+ H2O知： 氧化1KgHSfS需要空气1.57M3，而这些O主要靠催化剂吸附，且吸附量较理论值高8-15倍，再生时，在合适的空气鼓泡吹搅下，硫颗粒与 硫泡沫浮在上面才能分离。4.2脱硫塔（1）选用连续微分接触式填料塔1使气液两相充分接触，以提高尽可能大的传质面积和传质系数， 接触后两相又能及时完善分离；2在塔内供气、液两相具有最大限度接近逆流，以提供最大传质动 力。（2

6、）选用通量大、压降低、持液量少、操作弹性大、结构简单、 维修方便、制造成本低的填料塔。（3）设计脱硫塔从下面四个方面考虑：1填料选择：它是脱硫塔主要构件，是填料塔的核心，其主要作用 是为气液两相提供充分接触面积，增加液体的湍动（又称紊流）（Re10000呈涡流）程度，以利传质、传热（此时主要是传质），并且能通过大数量的 流体。2塔内件选择：采用先进的气液分布器，同时采取防壁流、防沟流 措施，排出的液体考虑防涡流装置等，根据脱硫塔内H2S传递反应呈梯度变化（工程上叫连续微分接触式）和易堵特点采用一塔一设计等措施。达到 塔内气液两相充分接触，最大限度地提高传质面积和传质系数。3按照填料塔的流体力学

7、特性（如气体压降，持液量及气、液两相 流体分布等性能）进行设计；4填料塔传质高度取决于分离所需的传质单元数（或理论板数）和 传质单元高度（或等板高度）。按原化工部第四设计院规定执行。（4）其它要求按国家民用燃气规范GB500282006执行。4.3再生装置（1）湿法脱硫工艺中，因再生方法不同分为氧化法和解吸法二种，本设计用氧化法；（2）氧化法中倾向于垂直插入喷射器的再生氧化槽装置；（3）喷射氧化再生装置作用1将HS-进一步氧化成S；2将生成单质S浮选出来，供再生后悬浮S尽可能减少。（4）本设计选择喷射氧化再生技术1）它较正压高塔再生技术有如下优点：1效果好，提高了脱硫效率，明显降低了煤气中H2

8、S含量；2大大降低投资费用，较高塔再生节约30；3操作方便，降低劳动强度，减少操作工数量；4基本杜绝了脱硫气体液沫夹带，提高生产的稳定性，减少了损失，降低了消耗；5降低了脱硫液循量（10左右），降低了脱硫泵电流，从而降低了 消耗；6便于设备维修，减少了设备的维护和检修费；7不用购置空压机，不用修建空压机厂房，节约了资金。2）组成：它由喷射组、浮选槽和液位调节器三部分组成；目前应用 最广的是双套二级扩大式再生槽（叫二联体槽或二套槽）。1喷射器组（它是再生系统的心脏）：用特别（0Cr18Ni9）材料制的喷 射器使脱硫液高速通过喷咀形成射流，产生局部负压吸入空气，其两相流 体被高速分散而处于高度涡流

9、状态，空气呈气泡状态分散于溶液中，气液 接触面较高塔再生大大增加且不断更新，从而使脱硫液吸02速度大为增加，使传质过程大大强化， 故在短时间内（68min）即可完全再生（本设计一般 按停15min考虑）。所以喷咀既然是系统的心脏，建议用东师大东狮公司 专利产品。2浮选槽：脱硫液经喷射氧化再生后进入浮选槽（硫泡沫沟槽）在浮选槽中进一步氧化再生， 并起到硫的浮选作用。 由于采用二套槽， 内筒的 吹风强度较大（70120m3/吊H）,有利于氧化和硫泡沫浮选。内筒上下 各一块筛板，板上幵有小孔（18-25），幵孔率44%，在浮选筒和环形 空间由于重度不同,形成循环。3液位（贫液）调节器：采用溢流式结构

10、，靠其液位在内筒升降，使内筒与喷射再生槽扩大部分溶液构成“U,这时调节“U端，则在再 生槽内液位也随这上下移动，从而可以调节喷射再生槽溶液溢流量，保证 浮选筒内液面保持稳定，以利硫泡沫的浮选和分离。4温度、吹风强度，空气耗量，停留时间等工艺参数选择按GB500282006标准执行。4.4硫磺回收装置（1）只有在湿法脱硫过程再生时直接回收硫磺，将再生系统溢流出 来的硫泡沫中的悬浮硫除去，保证合格的脱硫液供脱硫使用，同时得到副 产品硫磺。（2）连续熔硫装置（熔硫釜）连续熔硫进行硫回收的金属釜中进 行。硫泡沫进釜过程，也是一个不断被加热的过程。受热的气泡破裂，粘 于壁上细小硫的颗粒集聚变大向下沉降，

11、进入到釜底高温区熔融后，连续 地排出釜外。与硫分离的溶液上浮，从釜的上部回收脱硫系统。1主要吸收集的硫泡沫进行再处理；2采用脱硫泡沫在熔硫釜中脱水工艺；3熔硫釜宜采用夹套缸式蒸气加热；4它的直径不宜过大，以 600900为宜；5要求熔硫釜传热效果好，釜内自然对流和传导方式传热，待熔融 物料热阻力小，加热分离沉降熔融，层次分明，熔硫效率高。4.5富液槽（1）富液槽是脱硫塔排出脱硫液的短暂贮存容器，不是重要的设备 却起着重要的作用， 在富液槽的反应是脱硫塔反应的延伸。 脱硫液吸收H2S转为HS后与催化剂反应析出单质硫，HS转为单质硫的反应相当部分是于富液槽中进行的。 析硫的反应速度小， 脱硫塔之后

12、溶液于富液槽中停留时 间尚需910min。停留时间短，HS来不及转化为单质硫，进入再生槽则 被氧化为NHHS0和（NH4）2SQ，两者是氧化法脱硫液的主要副产物组分，其 含量受溶液PH温度等因素影响，但主要是受富液停留时间的影响。有的 脱硫装置为节省投资将富液槽去掉是非常错误的。（2）本设计选择可停留10分钟富液量的富液槽。4.6液封槽、贫液槽、硫泡沫槽、冷凝液槽及砼结构地下槽均按照国家民用燃气规范GB 50028-2006执行。5、湿法脱硫催化剂选择5.1湿式氧化法脱硫是将HS在液相中氧化成单质硫一种脱硫方法，催化剂即发生了HS +2O2= SJ+ 0H氧化还原反应。5.2选择适宜的载。2催

13、化剂是湿法脱硫的关键；5.3理论上讲，这个载02催化剂其氧化态必须能氧化HS,其还原态时又必须能被空气氧化。所以从氧化反应必须条件来看，此载02催化剂标准电极电位数值必须大于S2一/so电极电位（s2一/so电子对氧化还原电极电 位0.141V）,同时必须小于空气中02的电极电位（1.23V）。也即要求0.141VVW1.23V。5.4在实际生产中，应根据科学试验及严格筛选，载02催化剂最适宜 的标准电位数值范围为0.20.75V（因为W0.75V时，大量HS易被过渡氧化S2032-和S042-。盐类，造 成副反应大大增加）。5.5目前常用催化剂有：改良ADA栲胶、HPF PDS 888、JD

14、S、DDS ISS、TTS等催化剂;所以本方案选择东北师大东狮公司最新研究专对焦炉气适用的JDS催化剂。5.6使用JDS催化剂的好处：1不需加其它辅助催化剂；2脱硫效率高，使用稳定；3可较好地脱除有机硫（50-80%）；4硫回收高，贫液中悬浮硫低;5不堵塔，且对硫堵有清洗作用；6在相同工况负荷下，脱硫费用比同类产品低20%;7适用各种低硫，高硫气体脱硫和HCN8产品已系列化，日前国内应用最多催化剂之一；9已向走向国际市场；10属环保型催化剂。6、湿法脱硫配套（公用）工程6.1土建工程（1） 建筑1房屋跨度、柱距及层高，按生产工艺要求建筑模数统一规定的确 定；沉降缝、伸缩缝及抗震缝规范要求设置。

15、2屋面：一般采用柔性防水，保温层采用憎水膨胀珍珠岩。3围护结构：一般采用砖墙。4楼地面：一般砼地面，水泥砂浆面层；楼面为水泥砂浆或铺地砖， 工艺有特殊要求的按要求处理。5装饰：一般内墙，顶棚用中等石灰砂浆，刷106白色涂料；外墙为多彩合成树脂乳液涂料；有特殊要求的按特殊要求。6门窗： 一般镀锌钢窗， 木门。 有防爆要求的， 按防火规范设置安装。7油漆：木门采用一般油漆；钢构件用红丹打底在刷防锈漆，有防腐 要求的，作防腐处理。2）建筑节能本工程所处寒冷地区，建筑分区为一区，感觉公共建筑节能设计标准(GB50189-2005)。对建筑节能方面做如下考虑。1建筑物的朝向在满足工艺布置的前提下，采用南

16、北向或接近南北 向，主要房间避开冬季主导风向。2外墙节能采用聚苯板保温层。3门窗采用保温性和气密性较好的彩色涂层镀锌钢板节能型门窗，且 选用中空玻璃。4屋面节能采用憎水膨胀珍珠岩。5采暖与非采暖房间之间节能采用混合砂浆。(3) 结构 围护为彩钢板；鼓风机房、综合泵房、变压器室及其他辅助生产设施 采用砖混结构。(4)本方案总图占地：50MK60M=3000M其中建筑面积：120M(平 房)。6.2环境保护(1)本脱硫装置生产运行时没有废气、废渣产生,无二次污染，无二 次排放；(2)由于采用了高效连续熔硫技术及环保型催化剂，溶液回收进入 脱硫系统，保证了脱硫系统水平衡，达到零的排放，同时节约了脱硫

17、液和 催化剂用量；(3)污水送污水处理工段，待处理合格后，再回收利用。6.3供电（1）总装机容量1203KV，其中工作容量624KV；（2）电气设计：含变电、配电、动力、照明、避雷、弱电等工程，1当供电电压为35KV时，对500KW以上电机选用6KV高压电机，对500KW以下（含500KW）选380V电机；停电后对于易产生易爆负荷要选择一级供电负荷；2防火防爆按GB5005“8爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范执行；3防雷接地（保护接地、防雷接地）：按GB50057建筑物防雷设计规 范”执行；4电缆选用：采用耐腐蚀电力电缆和普通控制电器；5电缆敷设方式：建筑物间采用直埋，电缆沟敷设和穿钢管敷设

18、等，建筑物内采用电缆桥架。局部采用穿管暗敷或明敷；6电气控制传动i长期工作的设备设短路、过负荷保护、缺相保护、功率因素补偿系 统，使用设备采用断路器：ii对容量在150-500KW（含500KV）采用低压变频（对电动机实现变频调速的装置）启动；iii对容量在500KW以上均采用高压变频启动；iv变频控制系统：采用一备一用转换系统（即两台共一台变频器）， 变频器具有PLC功能、PID调节、I/O扩展接口，具有过流、过压、过载， 短路、欠压、过热等保护功能；v对控制设备运行，设现场机旁操作和集中控制操作两种方式；危化 操作选用防爆操作；7照明i按国家建委颁布的“工业企业人员照明标准执行” ；ii车

19、间照明选用反射式高压钠灯照明；iii高大厂房采用深照型金属卤化物灯照明；iv各种泵房、风机房、防水、防尘、防爆型工厂灯；v配电室、操作室用荧光灯照明，并设事故照明灯；vi厂外用防水、防爆灯照明。8弱电火警信号、警卫信号、电话、电视监控均按现场和甲方要求执行。6.4自动控制与仪表(1)自控：由于压力和温度都为常规仪表，不必用DCS或PLC系统来控制管理，若厂方需要可将有关信号引到中央控制室。(2)仪表1温度测量：共十点(其中冷却塔进出口2点，脱硫塔出口2点，熔硫釜3点，其7点用于热电阻和毫伏计集中引到操作室即可，熔硫釜就地用0-150C双金属温度计3块)。2压力测量：共13点(其中：0-40KP

20、a膜盒式压力表2块，脱硫塔进 出口、贫液泵、富液泵、硫泡沫泵、液下泵共用0-1MPa弹簧管压力表7块，三台熔硫釜用0.6MPa弹簧管压力表3块，1.25MPa压力表1块总蒸气 用)。3液位测量i富液槽、贫液槽、硫泡沫槽采用磁翻板液位计共三块；ii脱硫塔液位由液封槽自动控制4分析测量i脱硫塔进出口H2S分析，由化验人员现场取对象再到化验室分析；ii脱硫液到富液泵排气口取样到化验室分析。6.5安全生产与消防及其它（1）设计时充分考虑了有害作业（如防毒、防高温、防噪声等）场 所的防范措施；（2）对设备管道泄漏处理及灭火方法；（3）操作岗位上建立必要的消防装置；（4）所有供电系统有完整的保护装置；（5

21、）脱硫岗位要设立专职的安全员，负责安全教育和安全检查工作。6.6设备、管道防腐保温（1）工程竣工时，所有设备、管道的防腐保温要同步进行。（2）按设备及管道防腐保温规定GB8175执行，1防腐：i不保温设备：除锈后，面漆在保护层外刷各色酚醛调和漆二道；ii不保温管道：除锈后，先刷灰酚醛防锈漆二道，再刷各色酚醛调 和漆二道。2保温层：用复合硅酸盐保温隔热材料，按GB8175执行。6.7供水（1）原始开车配脱硫液用软水外，其它生产时只需少量软水补充， 约1T/d；（2）工业用水：3T/H。6.8供蒸气：1T/H（1.3MPa）。二、本设计基本数据选择和设计要求1、 处理煤气量：按甲方提供煤气来源：120万T/a为53000 x104mi/a4 33和50万T/a煤焦油深加工项目为19000 x10 m/a， 计为10万m/h （标态）【每年按7200小时计】。2、未净化前煤气中含H2S按3.5g/m3计（据神木县煤总硫含量为0.3%计）3、脱硫后煤气中含HS按20m