3000吨合成氨脱硫系统工艺设计.docx

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1、3000吨型合成氨厂脱硫亲统工艺书目1 .设计任务32 .脱硫方法的选择43 .工艺流程54 .物料衡算85 .热量衡算126 .设备尺寸计算157 .主要设备及其工艺参数208 .致谢24合成氨脱硫工艺设计说明书第一节设计任务1 .设计项目：合成氨脱硫工艺设计2 .年生产实力：3000吨3 .设计依据：合成氨原料气中，一般总含有不同数量的无机硫化物和有机硫化物，这些硫化物的成分和含量取决于气化所用燃料的性质及其加工的方法。原料气中的硫含量，可以认为于燃料只能跟硫含量成正比。一般说来，以焦碳或无烟煤制的的水煤气或半水煤气中，较高者，硫化氢达4-6克/标准米5有机硫O.5-O.8克/标准米3（主

2、要为硫氧化碳；其次为二氧化碳，约占百分之十几）；较低者，硫化氢1-2克/标准米3,有机硫0.05-0.2克/标准米3。但是近来有些小合成氨厂用当地高硫煤作原料，制得的煤气中硫化氢含量也有高达20-30克/标准米3,有机硫1-2克/标准米3（主要为二氧化碳。其次为硫氧化碳.硫醇和哩吩）。自然气中硫化氢的含量，则因地区不同有极大的差异，约在0.5-15克/标准米3的范围内变动，有机硫则以硫醇为主。重油.轻油中的硫含量亦因不同的石油产地而有极大的差异。重油部分氧化法的制气过程中，重油只能感的硫分有95%以上转化成硫化氢，只有小部分变成有机硫，其主要组分为硫氧化碳。例如，含硫分0.3-5.5%的重油，

3、气体得到的气体中含硫化氢1.1-2.0克/标准米3和硫氧化碳0.03-0.4克/标准米3o原料气中碳化物的存在，会增加气体对金属的腐蚀并使催化剂中毒。此外，硫本身也是一种重要的资源，应当予以回收。为此。必需对原料气进行脱硫4 .其它：由于本设计为假定的设计，因此有关设计任务书的其它项目，如进行设计的依据、厂区或厂址、主要经济技术指标、原料的供应、技术规格以及燃料种类、水电汽的主要来源、与其它工业企业的关系、建厂期限、设计单位、设计进度及设计阶段的规定等均从略。其次节脱硫方法的选择脱硫气体中硫化氢的方法许多，一般可分为湿法与干法两大类。湿法脱硫按溶液的汲取于再生性质，又可分为氧化法，化学汲取法，

4、物理汲取法三类。氧化法是借溶液中载氧体的催化作用，把被汲取的硫化氢氧化成硫磺，使溶液获得再生。主要有葱醒二磺酸纳法.氨水催化法.碑碱法和碑碱法（G-V法）等。化学汲取法系以弱碱性溶液为汲取剂，与硫化氢进行化学反应而形成化合物，当富液温度上升.压力减低时，该化合物即能分解，使硫化氢放出，这类方法中有烷基醇胺法，碱性盐溶液法等。物理汲取法常用有机溶液为汲取剂，其汲取完全是物理过程，当富液降低压力时，硫化氢能放出，如聚乙二醇二甲醛法（Selexol法）和冷甲醇法等，而今年来发展的环丁碉法是属于物理与化学汲取相结合的方法。干法脱硫中最早运用的是氢氧化铁法和活性炭。但今年合成氨工业常用干法脱硫作为脱除有

5、机硫和精细脱硫的手段，如氧化锌脱硫.分子筛脱硫。钻铝催化剂加氢脱硫等。以煤（焦）为原料的合成氨变换气中，HzS含量通常在80200mgm3之间，为使后继工序稳定、经济地运行，需将其脱除。过去举荐采纳干法（氧化铁、活性炭等）脱除变换气中H2S,但多年的生产实践表明，干法变脱存在硫容低、更换频繁和净化度不高等缺点，故越来越多的厂家采纳湿法（如榜胶法）脱除变换气中的H2S并取得了较好的经济效益。随着气源中分压上升，HzS在脱硫液中传质率下降，脱硫效率降低。变换气C02分压较高（变换气中CCh含量近28%,变换气脱硫压力多数厂为0.8MPa,少数为1.6MPa因此，从变换气中脱除HzS有其自身的难度和

6、特点，现有湿法变换气脱硫效率仅60%-80%国外以自然气（轻油）为原料的醇氨厂，通常在钻钳加氢后用氧化锌脱硫，而以煤（重油）为原料的厂家，则采纳低温甲醇洗脱硫,可脱至总硫小于0.1*10-6。第三节工艺流程3.1工艺流程（1）半水煤气脱硫从造气车间送出来的半水煤气经气柜通过静电除焦器和罗茨鼓风,经冷却后进入脱硫塔,脱硫后的半水煤气再机进入冷却清洗塔的下段净化后的半水煤气送氮氢气压缩机一段入口。半水煤气脱硫流程如图3-1所示。图3-1半水煤气脱硫流程图3.2变换气脱硫从变换送出来的变换气（变换气压力2.1PMa）,经二次脱硫清洗塔后进入二次脱硫塔,脱硫后送压缩工段。变换气脱硫流程如图3-2所示。

7、图3-2变换气脱硫流程图从图3-1中可以看出:采样管分别取自3台电动给水泵入口门前,最终汇至一根总管去化学采样架,正常时采样门全部处于开启状态,华泽铝电机组运行时保持2台电动给水泵运行,，1台电动给水泵备用。从运行中视察发觉备用电动给水泵入口管道处温度低于运行泵入口温度10度-15度,这是由于备用电动给水泵内水不流淌,造成入口管道给水被冷却温度渐渐降低。大家知道,热力除氧的原理为:依据道尔顿分压定律，溶于水中的气体量与气体种类、气体在水面上的分压力以及水的温度有,水温越高,水面上的气体分压力越低,气体的溶解度越小。当水处于关沸腾状态时,水中含氧量约等于零。图3-2说明白在压力不变的状况下，水中

8、的溶氧随温度的上升而降低。备用电动给水泵入口管道温度低,就可能造成备用电动给水泵入口溶氧局部增大。经过分析,确定关闭备用电动给水泵入口门化学采样手动,进行视察。表2是关闭备用电动给水泵入口采样手动门后的数据。从表2中可以看出锅炉给水溶氧明显达到小于7ugl的国家标准。说明在除氧器底部靠近备用电动给水入口管道处存在局部溶氧超标现象。防腐措施(1)在电动给水泵停运备用时,刚好关闭备用电动给水泵采样手动门,开启运行泵采样手动门,保证采样数据的真实性。(2)加强化学采样流量的监视,保证采样数据真实性。(3)从数据可以看出,除氧器局部溶氧大,与空冷机组凝聚水溶氧大,加强凝聚水溶氧的分析,在没有详细标准的

9、状况下,参考湿冷机组凝聚水溶氧标准和同类型机组比较,使凝聚水溶氧保持在较低的水平。(4)在保证给水溶氧合格的状况下,适当关小除氧器排氧门,削减工质损失,提高机组经济性。3.3脱硫液流程在再生槽再生的脱硫液分别经贫液泵及二次脱硫泵从脱硫塔及二次脱硫塔顶部喷淋而下。从脱硫塔底排出的溶液经富液泵压至喷射再生器吸入空气在再生槽再生,析出硫磺后的溶液再循环运用,从二次脱硫塔底的2.1MPa送至脱硫塔进行其次次脱硫,这样既削减贫液量,又能使溶液中汲取的少量CO2在常压下解吸,削减Co2损失。脱硫液流程如图3-3所示：脱硫液图3-3脱硫液流程图3. 4回收流程硫磺泡沫在再生槽顶部溢流至硫泡沫混合槽,以硫泡沫

10、泵压至硫泡,分别出硫膏,进入熔硫釜,加热熔融后,硫磺呈液态流出冷却成形后作为副产品出售。回收流程如图3-4所示:图3-4回收流程图采纳变换气脱硫溶液减压到脱硫塔进行其次次脱硫的生产工艺,既,又能使溶液中汲取的少量减轻了贫液泵负荷CCh在常压中解吸,削减C02损失。第四节物料衡算下面介绍氨水脱硫塔的物料衡算。1 .计算说明（1）原料为炭化煤球，采纳铜洗流程，产品为碳酸氢镀。设备实力按年产3000吨合成氨来计算，即每小时氨产量为0.68吨。（2）半水煤气中H2S,2gm3,用精炼工段来的簇新氨水进行一次脱硫。稀氨水干脆排放，可供工厂旁边农田施肥用。（3）为了简化计算起见，不考虑再生气回收氨后其余成

11、分的改变，以及一次脱硫后C02成分的改变。（4）计算基准：1吨氨2 .已知条件成分H2COCO2O2N2CH4合计%39.9023.5414.160.420.81.20100Hm31380.70814.58489.9913.84719.7641.533460.39（1）半水煤气的组成（干）H2S含量=0.0023460.394=6.921kg0.204kmol(2)再生气组成(干)成分H2COCO2N2CH4合计%6.31072.84313.8976.7500.200100Hm38.32996.14418.3428.9090.264131.988（3）混合煤气组成（干）二半水煤气（干）+再生气

12、（干）成分H2COCO2O2N2CH4合计%39.66625.35214.1500.38520.2841.163100标准m31389.026910.721508.33413.841728.67141.7893592.382kmol62.01010.65722.6930.61832.5301.866160.374(4)混合煤气进口温度35C(5)混合煤气出脱硫塔温度35C(6)冷水温度32进脱硫塔氨水温度33(7)混合煤气进脱硫系统压力25OmmH2()(8)混合煤气经罗茨风机后压力350OmmH2。(9)混合煤气出脱硫塔压力310OmmH2()(10)混合煤气去压缩机一段压力BOOOmmH2

13、O(11)大气压力753mmHg(12) 一次脱硫后硫化氢含量0.Ig/标准立方米3 .物料衡算(1)脱硫液的用量取液气比为4.51/标准H?脱硫液的用量=3592.382X4.5=16.2m3出脱硫塔稀氨水中硫化氢含量：按硫平衡计算塔顶进液H2S含量=0出脱硫塔稀氨水中HzS含量=。-0.Dx3592382炉二。4231kg11316.20.0I236kmolm3出脱硫塔气体中H2S、NH3平衡含量出口气相中H2S的平衡分压HHS=-H(A-S)Kl式中A,S分别为溶液中总氨、总IS的含量，K平衡常数logK=+0.089S常数；t=20oC,a=-l.l;t=40,a=-1.7进塔溶液温度

14、33,a=-1.49logK1=-1.49+0.0890.01236=-1.4889Kl=0.0324Rh2s0.012362(0.25-0.01239)0.0324=0.01984出塔气相中HzS的平衡含量0.0198413,61100%3100+10241=0.00202%0.00202x34x100022.4x100=0.0307出塔气相中H2S的平衡含量31mg标准m3,小于要求出脱硫塔的HzS100mg/标准11?,净化率可以达到。出塔气相氨平衡分压Pw=型HNH?式中HNM氨的亨利系数，kmolm3mmHg查氨在纯水中的亨利系数表，33C时,Ho=0.0608kmolm3mmHgT

15、VH3kmolm3H-log口=0.025X0.23760.0603HNik=fhfl9gkmolm3?PrNH3,0.23760.0595=3.99mmHg出塔气相氨的平衡含量二3.9913.613100+10241100%=0.407%0.40710001722.4x100=3.09g/标准加以上计算是将整个塔内溶液成分看成不变，事实上塔顶溶液中Mh与HzS浓度都为低，所以计算得出的气相平衡NH3与HzS含量偏高些。（3）氨平衡进项精炼再生气中含有氨量比理xl7=11.3022.4合成贮槽放空补充氨Xkg合计11.30+Xkg出项脱硫塔排出稀氨水中含氨0.251716.2=68.85Kg出

16、脱硫塔气体中带出氨：已出塔气相平衡氨含量计算3592.3823.09=I1.lOkg平衡11.30+x=79,95x-68.65kg即没生产一吨氨，脱硫消耗用氨79.95kg,除精炼回收外。尚需合成贮槽放空补充69.58kg。可见，用氨水干脆排放，脱硫效果很好，但氨消耗大。生产厂往往是在保证脱硫净化度合格的前提下，排放一部分，循环一部分，补充些簇新水，排放的稀氨水可以就地施肥。第五节热量衡算脱硫塔的热量衡算1.罗茨鼓风机混合煤气出口温度D打T2=TPi7；=273+33=306K-J-=V3/K-Ki-10.386660.0202840.253520.141500.003850.01163-=

17、+k-1.407-11.4-11.4-11.3-11.4-11.308-1&=1.383PI=1.0241+0.0150=1.039/cm2（绝对）P2=1.0211+0.3500=1.3741/c（绝对）1.383-1=306=330.6Kr1.3741,4707式中K常数，取平均K=0.06/喷淋密度，m3m2h-D24其中1为喷淋量，m3h=56.13m3m2h0.7850.52,16.2000.68Hr=0.060.33.21,4756.13o7=1.150w（2）板间距HrHr=l.25Hc=1.251.150=1.437m取板间距为1.5米（3）支撑板结构的确定采纳栅板做支撑板，栅

18、班直径0.49米，用204扁钢做栅条，栅条中心25mm（缝宽21mm小于2/3球径）所需栅条根树二（”=19.6根0.025所以取20根栅条自由截面率=1-=0.844自由截面积比较大，符合喷淋量较大的要求。（4）压力降App=p1+p2+p3+p4式中AP气固液三相流化状态的压力降，mm112P1下支撑板的平均压降，mmH2OP2球体湍动引起的压降，mmFhOP3床层持液引起的压降，mmH2OP4上筛板的压降，mmH2OAPi由手册得P1=(I-0.9%)2+0.5+4000姬7J:2OdOyO式中S支撑板厚度，mCDO栅缝气速，m/s0气相重度,kg11?o气相粘度kgsm2dfi当量直径

19、m%支撑板的自由截面率46.3时，湿混合煤气的粘度为”。2gA0M式中M湿混合煤气的平均分子量M1湿混合煤气中个组分的分子量M湿混合煤气中各组分的体积百分数i一一湿混合煤气中各组分的粘度由手册附图查得湿混合煤气46.3C时各组分的粘度，算得该温度下湿混合煤气的粘度0=1.69106kgsrn2。321=3.821n50.84由手册第十一章其次节中公式=2（）式中a一一缝宽，mb一一栅条长，m（已最长栅条来算）4x0.21x0.4904=8.4IlmmH2O总压降PP=4x(8.411+28.620+48.978)+8.411=352.5nHg第七节主要设备及其工艺参数填料一旋流板脱硫塔的设计1

20、.1 变换气脱硫塔改造设计工艺技术参数变换气成分（体积分数，%）:H2：52.0,N2：17.0,CO：3.2,CO2:2:27,CH4；0.8;H2S含量:塔进口250mgm3,要求塔出口（15mgm3气体人塔压力:2.1MPa;气体流量:35000-41000m3h气体温度:40;A.D.A溶液流量:140150m3h;变脱塔直径:2200mm,1. 2填料一旋流板脱硫塔设计计算结果依据文献资料，新设计填料一旋流板组合的脱硫塔基本设计计算结果如下。DN2200脱硫塔塔截面积:A=3.8m2;传质旋流板叶片直径:外程Dxi=I730mm,内程Dxz=I270mm传质旋流板盲板直径:Dm=79

21、0mm;传质旋流板叶片数:外程m=72,内程m2=36;传质旋流板叶片仰角:=21传质旋流板罩筒高度:外程h=30mm,h:=51mm溢流锥装置;叶片数m=36.叶片导向角45,溢流圆锥角2=60传质旋流板板间距:H=I800m;塔上部塑料环填料层高度;H=2530mm,脱硫塔阻力降:4PUkPa1.3新型填料一旋流板复合脱硫塔结构特点改造设计的填料一旋流板组合脱硫塔技术特性数据参见表1,结构如图1所示。塔底层气体进口管上设有新型气体分布筒，切向进气;并在其上设置筛液板，增加气液接触，提高效率;中部为双程叶片传质旋流板及锥形溢流装置，共3层;塔上部设有2.53m高塑料环填料层;塔顶分别为A.D

22、.A喷淋装置、单块单程旋流板除沫器、喇叭型阻液气体出口管组成。新型填料一旋流板组合脱硫塔主结构特点如下。表1变脱塔技术特性数据工作压力/MPa2.1设计压力/MPa2.2工作介质入塔气量喷淋量/(it?h,)填料高度/m2.53全容积11?84工作温度/45设计温度厂C50变换气、改良A.D.A溶液35Ooo41000140-150传质旋流板数/块3容器类别二类瓦7-1填料一旋流板复合脱硫塔结构示意】一喇叭阻液管；2一旋流除雾板,3一宝塔型喷头；4-塑料阶梯环;5新型填料栅板那一锥形引液圈一带沿流锥旋流板，8-多孔筛液板；9一气体进口分布箭传质旋流塔板采纳了双程叶片结构，如图2所示。单程旋流板

23、随着塔板直径的加大，延长到塔壁的叶片间距也随着增加，同时旋流板的开缝也随着塔板直径的加大，离心力变弱。为此，采纳了如图2所示的双程叶片结构。外程叶片数比内程增加1倍，同时间距也缩小了，开孔匀称度大大提高，能取得气液分布匀称和接触良好的效果。溢流装置采纳新型的带螺旋叶片结构，设计了带螺旋叶片结构溢流装置，它比溢流管好，回流效率高，又增加了气、液接触的机会，提高了脱硫效率。由于溢流所占区域属于气、液接触无作用区，这样也就提高了塔板的空间利用率（相当于增加了0.5块塔板）。为保证旋流板边缘区有肯定的液封又不致积液，必需有合适的溢流间隙，为此我们取溢流间隙为溶液入口截面管的1.61.7倍，通过生产实践

24、证明是符合要求的。单双图7-2单、双程传质旋流塔板示意塔上部设置了2.53m高填料层。利用填料脱硫效率高的优势，强化脱硫效率。同时又可减轻旋流板负荷，提高了整个塔的操作弹性和脱硫效率。对塔顶层的喷淋装置及气体出口优化设计。塔顶脱硫溶液进口采纳易检修又防堵的宝塔型喷头，取代了阻力大、易堵又分布不均的螺旋喷头。与塔中部的传质旋流板相比，较大幅度地提高了塔顶旋流除雾板动能穿孔因子F。，从而提高除雾效果，防止硫堵;此外，为防止带液，采纳了喇叭阻液管，它们大大减轻了塔后分别器的负担，对后续工序的生产主动有利。塔底部气体进口结构特别设计。改造中采纳了新型气体分布筒和筛液板，使得切向进人的气体沿圆锥向上发散

25、，匀称通过筛液板，气液分布匀称，接触好，有利于提高脱硫效果。致谢本论文是在杨世芳老师的指导以及师兄的帮助下完成的，在此致以最真诚的谢意！由于本人水平有限，在叙述过程中难免有漏洞，在此请杨老师指责指正，本人必将不胜感谢。参考文献（1）薛荣书等.化工工艺学.其次版.重庆：重庆高校出版社，2004（2）韩冬冰等.化工工艺学.第一版.北京：中国石化出版社，2003（3）陈声宗等.化工设计,第一版.北京：化学工业出版社，2001（4）倪进方等.化工过程设计.北京：化学工业出版社，2000（5）于遵宏等.大型合成氨厂工艺过程分析.北京：中国石化出版社，1993（6）时钧等.化学工程手册.其次版北京：化学工业出版社，1996（7）全国气体净化信息站2006年技术沟通会论文集成果:指导老师签名：年月日