深度脱硫年产9万吨二硫化碳项目初步设计说明书

2017年〃东华科技-陕鼓杯〃全国大学生化工设计竞赛

深度脱硫年产9万吨

二硫化碳项目

初步设计说明书

世计团队

招导敬师

赵海啸

作老单俄:哈尔黄理工上当化工当潴

深度脱硫年产9万吨二硫化碳项目-初步设计说明书硫然而生

目录

第1章总论.....................................................1

1.1项目名称................................................1

1.2项目性质................................................1

1.3设计原则................................................1

1.4设计依据................................................1

1.5建设规模................................................1

1.7原料规格................................................2

1.8主要指标................................................2

第2章原料辅料采购及产品营销..................................4

2.1原料及辅助材料采购......................................4

2.1.1辛店电厂燃煤烟气..................................4

2.1.2齐鲁石化炼油厂液化石油气..........................4

2.1.3甲烷..............................................4

2.1.4MDEA吸收液.....................................4

2.1.5PSR-41催化剂.....................................4

2.1.6其他化学品........................................4

2.2产品销售...............................................4

2.2.1销售管理..........................................4

2.2.2前期市场调查......................................5

2.2.3确立目标市场......................................5

2.2.4网上营销..........................................5

2.2.5售后服务..........................................5

2.2.6综合意见反馈......................................5

2.2.7损益预估..........................................5

第3章化工工艺与系统..........................................6

3.1工艺技术方案的介绍......................................6

3.2对含硫废气的深度脱硫工艺...............................6

3.2.1氨法脱硫..........................................6

3.2.2石灰石-石膏法脱硫.................................7

3.2.3海水脱硫..........................................8

3.2.4镁法脱硫..........................................9

3.2.5有机胺法脱硫.....................................11

3.2.6含硫废气脱硫工艺方案的选择.......................11

3.3克劳斯工艺.............................................13

3.3.1克劳斯法对含硫废气的处理..........................13

3.3.2本项目克劳斯工艺的改进...........................14

3.4甲烷法生产二硫化碳工艺.................................14

3.4.1FMC技术.........................................15

3.4.2Stauffer技术......................................15

3.4.3PPG技术.........................................15

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3.4.4本项目工艺的选择..................................15

第4章工艺流程模拟............................................18

4.1总工艺流程.............................................18

4.1.1燃煤烟气压缩工段..................................18

4.1.2燃煤烟气吸收工段.................................19

4.1.3燃煤烟气解析工段.................................21

4.1.4二氧化硫脱水塔...................................22

4.1.5液化气吸收解析工段...............................23

4.1.6克劳斯工段.......................................26

4.1.7二硫化碳生产工段.................................28

4.1.8二硫化碳精制工段.................................30

4.2工艺流程模拟...........................................32

4.2.1模块的选择及物性方法的选用.......................32

4.2.2二硫化碳生产工段.................................33

4.3工艺流程优化...........................................39

4.3.1T0301电厂吸收塔的优化...........................39

4.4过程节能及能耗.........................................39

第5章设备设计与选型..........................................41

5.1塔设计.................................................41

5.1.1设计依据.........................................41

5.1.2塔型的选择.......................................41

5.1.3二硫化碳精制塔的工艺结构计算.....................42

5.1.4塔机械工程设计...................................51

5.2反应器设计.............................................72

5.2.1设计依据.........................................72

5.2.2反应器设计主要内容...............................72

5.2.3反应器概述.......................................72

5.2.4反应器选型.......................................72

5.2.5催化剂的选择.....................................74

5.2.6反应原理.........................................75

5.2.7反应器的计算.....................................76

5.2.8反应器设计计算...................................78

529反应器管板、管箱、反应列管的连接结构设计..........85

5.3泵选型设计.............................................95

5.3.1概述.............................................95

5.3.2选用要求.........................................96

5.3.3选型依据.........................................98

5.3.4选型示例与结果...................................98

5.4储罐选型与设计.........................................99

5.4.1储罐选型依据.....................................99

5.4.2储罐选型原则.....................................99

5.4.3球形储罐的选型方法...............................99

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544储罐分类及存储量的确定...........................100

5.4.5储罐设计的一般程序..............................100

5.4.6储罐安全设置措施................................101

5.4.7详细回流罐的设计选型举例........................101

5.5压缩机选型与计算......................................101

5.5.1设计依据........................................101

5.5.2压缩机特点对比..................................102

5.5.3压缩机类型的选用................................102

5.5.4设计原则........................................102

5.5.5工艺参数和选型结果举例..........................103

5.6换热器的选型与计算....................................103

5.6.1换热器选型设计依据..............................103

5.6.2换热器类型简介..................................103

5.6.3换热器选型原则..................................105

5.6.4换热器选型......................................107

5.6.5换热器设计软件..................................110

5.6.6换热器结构设计结果..............................111

第6章自动控制及仪表...................................129

6.1设计依据..............................................129

6.2概述..................................................129

6.2.1全厂化工过程检测概述............................129

6.2.2全厂控制系统概述................................129

6.2.3辅助生产装置自动控制设计概述....................129

6.3自动控制系统..........................................129

6.3.1工艺特点与主要控制系统选择.......................129

6.3.2DCS控制系统....................................130

6.3.3SIS安全仪表系统.................................130

6.3.4仪表选型........................................131

6.3.5仪表用压缩空气..................................131

6.3.6仪表用电源......................................131

6.4泵和压缩机的控制方案..................................132

6.5换热器的控制方案......................................133

6.6反应器的控制方案......................................135

6.7气液分离罐的控制方案..................................136

6.8塔设备的控制方案......................................136

第7章总图运输与管路布置.................................138

7.1设计依据..............................................138

7.2设计范围..............................................138

7.3厂址概况..............................................138

7.4总平面布置............................................138

7.4.1总品面布置的要求.................................138

7.4.2厂区布置流程....................................139

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7.4.3厂区布置结果....................................140

7.4.4厂区布置结果概述................................141

7.4.5各建筑物面积指标................................141

7.4.6设计理念........................................142

7.4.7工艺装置的布置..................................143

7.4.8辅助生产及公用工程设施..........................143

7.4.9仓储设施的布置..................................144

7.4.10罐区设置.......................................145

7.4.11生产管理及生活设施服务..........................146

7.5厂区运输设计..........................................146

7.5.1厂内运输设计要求.................................146

7.5.2本厂运输设计....................................147

7.6布置与配管............................................147

7.6.1装置、设备布置..................................147

7.6.2车间设备布置方案................................148

7.6.3管道选型........................................151

7.6.4管道布置........................................154

7.6.4.3管道布置结果...................................158

第8章供电与通信.............................................159

8.1设计依据..............................................159

8.2供电电源..............................................159

8.3变电所和配电间........................................159

8.3.1高压供电系统设计.................................159

8.3.2总降压变电所设计................................160

8.3.3车间变电所设计..................................160

8.3.4主变压器容量的选择..............................160

8.3.5厂区高压配电系统设计............................160

8.3.6电气设备的选择..................................161

8.3.7继电保护的选择与整定............................161

8.4照明..................................................161

8.5防爆和防火............................................162

8.5.1消除引燃源.......................................162

8.5.2在土建方面的防火防爆措施........................162

8.5.3常用电气设备本身的防火防爆措施..................162

8.5.4电动机的防火措施................................163

8.5.5通信枢纽的防强电、防煤气侵入的保安防护措施......163

8.6防雷和接地............................................164

8.6.1厂区建筑物防雷措施..............................164

8.6.2露天储罐、气罐及户外架空管道防雷措施............164

8.6.3防静电与接地保护................................164

第9章土建...................................................166

9.1设计依据..............................................166

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9.2土建设计原则..........................................166

9.3厂区自然条件..........................................167

9.3.1厂址简介........................................167

9.3.2气象条件........................................167

9.3.3地形条件........................................168

9.4建筑、结构设计........................................168

第10章给水排水..............................................170

10.1概述.................................................170

10.2编制依据.............................................170

10.3给水系统设计.........................................170

10.3.1生活用水系统....................................170

10.3.2工艺软水系统...................................171

10.3.3循环冷却水系统.................................171

10.3.4消防用水系统...................................171

10.3.5杂用水系统.....................................171

10.4排水系统.............................................171

10.4.1生活污水系统....................................171

10.4.2冷却水排放.....................................171

10.4.3雨水排放系统...................................172

第11章环境保护..............................................173

11.1设计依据.............................................173

11.1.1现行的环境保护法律、法规、规章及规范性文件.....173

11.1.2相关技术导则...................................173

11.1.3产业政策与行业管理规定.........................173

11.2三废排放量...........................................173

11.3三废处理方案.........................................174

11.3.1废水处理方案...................................174

11.3.2废气处理方案...................................175

11.3.3固体废物处理方案...............................175

11.4小结.................................................176

第12章安全预评价............................................177

12.1评价依据.............................................177

12.2重大危险源物质分析...................................177

12.3重大危险源分析.......................................177

12.3.1环境风险源划分结果.............................177

12.3.2评价工作等级判定结果...........................178

12.4危险性分析与可操作性分析（HAZOP）..................178

12.5安全措施.............................................179

12.5.1总图布置.......................................179

12.5.2建筑物.........................................179

12.5.3防火防爆.......................................180

12.5.4安全防护的对策措施.............................180

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1255有害因素控制措施................................181

12.5.6安全标志.......................................182

12.5.7应急救援器材的配备.............................182

12.5.8施工期安全管理措施.............................184

12.6小结.................................................185

第13章消防..................................................186

13.1设计依据.............................................186

13.2主要危险物...........................................186

13.3事故发生的危险性分析.................................186

13.3.1甲烷危险特性及安全措施..........................186

13.3.2二硫化碳危险特性及安全措施.....................187

13.3.3硫化氢危险特性及安全措施.......................187

13.3.4二氧化硫危险特性及安全措施.....................187

13.3.5硫磺危险特性及安全措施.........................188

13.3.6液化石油气危险特性及安全措施...................188

13.4消防安全措施.........................................188

13.4.1基础消防措施...................................188

13.4.2厂区消防布置...................................188

13.4.3生产过程中的防火防爆...........................189

13.4.4安全防火重点部位...............................190

13.5消防系统.............................................191

13.5.1稳高压消防给水系统..............................191

13.5.2泡沫灭火系统...................................191

13.5.3火灾报警系统...................................191

13.5.4液化烧罐区消防系统.............................191

13.5.5其它消防系统...................................192

第14章采暖通风与空气调节....................................193

14.1概述.................................................193

14.2设计标准与依据.......................................193

14.3厂区地区气候.........................................193

14.4设计目标.............................................193

14.5设计参数.............................................193

14.6采暖系统.............................................194

14.7通风系统.............................................195

第15章劳动卫生安全..........................................196

15.1概述.................................................196

15.2设计依据.............................................196

15.3设计目的.............................................196

15.4事故防控与控制.......................................197

15.4.1事故预防措施...................................197

15.4.2事故的应急措施.................................197

15.5职业安全.............................................199

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15.5.1工业毒性.......................................199

15.5.2燃烧与爆炸....................................199

15.5.3噪声..........................................199

15.6工业卫生.............................................200

15.6.1车间的卫生特征分级.............................200

15.6.2工作场所.......................................200

15.6.3辅助用室.......................................201

15.7安全色和安全标志设计.................................201

15.7.1安全色.........................................201

15.7.2安全标志.......................................201

15.7.3泄露监测.......................................201

15.7.4个人防护用品及辅助卫生设施.....................202

15.8安全卫生机构设置及人员配备情况.......................202

15.9安全卫生教育制度.....................................203

15.10预期效果分析........................................203

第16章维修..................................................204

16.1设计依据.............................................204

16.2设计原则.............................................204

16.3维修管理制度表的制定.................................204

16.4厂内日常检修与维护...................................205

16.4.1巡回检查.......................................205

16.4.2同步检修与协同检修.............................206

16.5设备维护与检修.......................................206

16.5.1压力容器、管道的定期检修.......................206

16.5.2泵的检查与处理.................................206

16.5.3换热器的维修...................................206

16.5.4塔、槽维护.....................................207

16.5.5安全检修要求...................................207

第17章储运..................................................209

17.1设计依据.............................................209

17.2储运系统.............................................209

17.2.1储罐设计.......................................209

17.2.2其他设计.......................................209

17.3运输系统.............................................210

17.3.1物料运输.......................................210

17.3.2运输线路布置...................................210

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第1章总论

1.1项目名称

深度脱硫年产9万吨二硫化碳项目

1.2项目性质

通过对华能辛店电厂的含硫燃煤烟气和齐鲁石化热电厂的液化石油气，分别

经过有机胺法深度脱硫后得到提纯的二氧化硫和硫化氢，将提纯的二氧化硫和硫

化氢在克劳斯反应器中进行反应，得到的硫磺蒸汽；然后将天然气和硫磺通入到

管式反应器中发生反应得到二硫化碳，本项目前景可观，环保安全。

1.3设计原则

（1）项目建设必须严格遵守国家和地区的相关政策以及法律法规，符合国

家的产业政策、投资方向及行业和地区的规划。按照相关的国家以及地方标准确

定各项项目指标以及产品质量。

（2）产品方案要以实际需求为主，做到资源最大化利用。

（3）采用有发展潜力的工艺生产技术。

（4）贯彻执行国家有关环境保护、消防、劳动安全和工业卫生方面的政策、

方针和规定。注重环境保护，设计过程中选用清洁的生产工艺流程。严格控制生

产过程中“三废”的排放，采用安全环保有效的“三废”处理措施。

（5）遵循现行的消防、安全、卫生、劳动保护等有关规定、规范、办法等，

保障生产安全以及操作安全。

（6）以经济效益为中心，加强项目的市场调研，做好市场分析及风险性评

价，尽可能节省项目建设投资，最大限度的降低项目产品生产成本，提高项目经

济效益，增强项目产品的竞争能力。

1.4设计依据

《2017年“东华科技-陕鼓杯”第十一届全国大学生化工设计竞赛设计任务

书》

《化工建设项目可行性研究报告内容和深度的规定》

《化工企业安全卫生设计规定（HG20571-95）》

《化工工艺设计手册第三版》

《化工投资项目可行性研究报告编制办法》

1.5建设规模

综合考虑国家政策规定、建设规模、原料合理利用、二硫化碳的市场需求、

建设现状、发展趋势等影响后，最终确定本项目的生产规模为年产9万吨二硫化

碳，考虑总厂后期建设及发展规划和市场需求，适当预留发展空地，有较强的生

深度脱硫年产9万吨二硫化碳项目-初步设计说明书硫然而生

产灵活性。

本项目拟生产高纯二硫化碳，并生产副产品硫化氢，产品规格如下表1-1。

表1-1本项目产品方案表

序号产品名称设计产能（t/a）年运行实数（时/年）

1产品二硫化碳90000

2副产品硫化氢800008000

本项目主要产品标准及主要技术指标见表l-2o

表1-2本项目产品内控指标

类别产品产品规格标准来源

质量分数（％）99.90%

符合：

外观无色透明液体

GB/T1615-

二硫

产品

化碳储出率(45.5-46C2008标准（优

297.5%

101.32kpa)等品）

密度g/ml

1.262-1.265

(20℃)

不挥发物W0.001%

碘还原物<0.0002%

质量分数（％）)99.0%

符合：

外观无色，有恶臭有毒的酸性液体

副产GB/T14991-

硫化氢氮（N）/%W0.007

品2001标准（优

氧(0)/%<0.003

等品

水分(HO)/%W0.1

1.7原料规格

原料规格及来源具体见表1-3：

表1-3原料规格及来源

名称数量来源运输方式备注

燃煤废气120万立方米/小时总厂提供管道/

液化石油气46万立方米/小时总厂提供管道/

天然气2644立方米/小时外购管道/

MDEA5吨/年外购公路/

催化剂PSR-418吨/年外购公路/

1.8主要指标

本项目依托辛店电厂和齐鲁石化炼油厂为总厂建立一座分厂，分厂通过对燃

煤烟气和液化气深度脱硫，年产9万吨二硫化碳。通过本项目的投资估算和财务

2

深度脱硫年产9万吨二硫化碳项目-初步设计说明书硫然而生

评价，对项目的投资情况、盈利能力、盈亏平衡和对市场变化的敏感性进行具体

分析后分析得到全厂综合经济技术指标，分析见表1-4O

表1-4全厂综合经济技术指标

项目数据

固定资产60559.28万元

运总投资81218.13万元

营原材料费用6011.6万元/年

过运营成本85676.57万元/年

程产品销售收入129000万元/年

正常销售期毛利润43323.43万元/年

正常销售期净利润22987.32万元/年

正常销售期净现金流量23568.54万元/年

投资利润率28.8%

盈投资利税率44.5%

利投资收益率40.4%

能投资回收期7年

力财务净现值NPV11235.8万元

净现值率118.18%

产销盈亏平衡点BEPQ14万吨/年

不产销最大允许降低幅度12.6%

确单价盈亏平衡点BEPi,6630元/吨

定最大允许降价幅度11.6%

性经营成本敏感性-0.200

分产量敏感性0.009

析产品价格敏感性0.170

本项目的盈利能力良好，在经济上具有很大的可行性。项目应对市场供求变

化的能力强，生存能力强。具体经济分析见附录六经济分析。

3

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第2章原料辅料采购及产品营销

2.1原料及辅助材料采购

2.1.1辛店电厂燃煤烟气

本项目选择对辛店电厂的燃煤烟气进行深度脱硫，通过管道输送燃煤烟气至

分厂，进行脱硫后资源化利用。

2.1.2齐鲁石化炼油厂液化石油气

本项目同时对齐鲁石化炼油厂液化气进行深度脱硫，通过管道输送液化石油

气至分厂，进行脱硫后资源化利用，液化气脱硫后返回总厂。

2.1.3甲烷

因甲烷法生产二硫化碳需要天然气做原料，通过外购利用管道输送至分厂进

行反应。

2.1.4MDEA吸收液

本项目利用有机胺法脱硫，吸收剂选用MDEA溶液，可以将二氧化硫和硫

化氢吸收解析出来，但是由于硫酸盐的存在会与MDEA形成热稳定性盐，每年

会消耗5吨，通过外购公路运输得到。

2.1.5PSR-41催化剂

克劳斯工段二氧化硫和硫化氢在固定床反应器中反应，需要用到PSR-41催

化剂加快反应速率，由于催化剂失活和机械中毒等因素，催化剂会有所损失，每

年消耗8吨，通过外购公路运输得到。

2.1.6其他化学品

其他的化学品在反应中需要量非常少，在建厂后可直接购买。

2.2产品销售

2.2.1销售管理

在正式投入市场前，首先建立起完善的销售管理制度。销售管理制度包括:

制定本地区的销售计划，明确地区销售经理、销售主管、推销员、售前售后技术

员工作职能。

推销员的挑选和训练，对推销人员挑选方面我们本着宁缺毋滥的原则，公司

必须启用有化工产品销售相关工作经验的推销人员，对没有任何市场经验和学生

一律不在考虑范围内。在推销员训练方面，进行统一严格的岗前培训，以确保每

4

深度脱硫年产9万吨二硫化碳项目-初步设计说明书硫然而生

一名推销员都能准确的叙述公司产品的优势所在，并在第一时间内与客户达成共

识，对客户把握和服务方面有自己独到的想法。

建立适合河南省洛阳市地区的薪酬制度，员工的工资、奖金、加班补助应明

确写出。并对当月销售冠军给予特殊奖励如职位提升、奖金追加等，以便更好的

激励全体推销人员全身心的投入到工作中。

2.2.2前期市场调查

针对本地区的实际情况进行一至七天的全方位市场调查，掌握第一手资料，

综合市场调查的第一手资料和现成的第二手资料，整理成为对产品推广有用的资

料。

2.2.3确立目标市场

根据市场调查情况，凡有意向考虑购买本公司化工产品者，均可作为我们的

潜在客户群体。

2.2.4网上营销

互联网不受时空的限制，可以轻松地完成跨地域的营销，节约销售渠道的大

量人力、物力投入。通过公司自建的网站销售平台，可以从容、全面地介绍公司

和产品，让客户更为直观地进行比对，有利于突出企业的优势。在互联网上日益

深化的商业化过程中，域名作为企业组织的标识作用日益突出，虽然目前还不能

从中获取商业利润，但越来越多企业纷纷注册上网。域名的商业作用和识别功能

已引起注重战略发展企业的重视，所以本厂将在网上注册公司的网站，虽然在专

业化工网站进行注册可以吸引行业内的客户，但它的影响力和覆盖面都是有限的。

百度推广是一种按效果付费的网络推广方式，用少量的投入就可以给企业带来大

量的潜在客户，有效提升企业销售额和品牌知名度。

2.2.5售后服务

各地区应建立起完善的售后服务体系，服务的好坏对公司在今后开展业务的

成功与否起到决定性作用。优质的服务将给公司带来更多的客户群体，反之我们

将丧失利润的源泉。建立客户反馈机制，不定期对客户群进行电话回访，征询客

户的意见和问题并在24小时内给予答复。

2.2.6综合意见反馈

应每月对当月产品推广进行总结，并针对相关问题提出解决办法，针对问题

及时调整营销思路，制订相应的营销计划方案。

2.2.7损益预估

应对业务推广要实现的销售目标，实际上就是要实现利润，而损益预估就是

要