年产5万吨合成氨脱硫工段工艺设计

年产5万吨合成氨脱硫工段工艺设计内容摘要：

的大型氨厂，用甲醇 洗法脱除原料气中的硫化物和二氧化碳等酸性气体。 绝大部分中小型氨厂，均采用湿式氧化法脱除原料气中的硫化物，部分厂采用氧化锌等干法脱除残余的硫化物，有铜洗的氨厂，经过湿式氧化法脱硫后不再设置干法脱硫，因为铜洗过程可以除去残余的硫化氢。 但近年来，有铜洗的氨厂，在湿法脱硫之后，也串接了干 法脱硫，这样可以降低铜洗过程中的铜消耗和防止氨合成催化剂中毒。 本课题是采用湿法对水气煤脱硫，主要是采用栲胶脱硫法， 因为 栲胶法是我国特有的脱硫技术，是目前国内使用较多的脱硫方法之一。 该法主要有矸性栲胶脱硫（以栲胶和偏钒酸钠作催化剂）和氨法栲胶（以氨代替矸）两种。 栲胶是由植物的果皮、叶和干的水淬液熬制而成。 主要成分是丹宁，由于来源不同，丹宁组分也不同，但都是化学结构十分复杂的多羟基芳香烃化合物组成，具有酚式或醌式结构。 栲胶法有如下 优点 ：（ 1）栲胶资源丰富，价廉易得，运行费用比改良 ADA 低。 （ 2）基本上无硫堵 塔的问题。 （ 3）栲胶既是氧化剂又是钒的配合剂，溶液的组成比改良 ADA 法简单。 （ 4）栲胶脱硫液腐蚀性小。 （ 5）栲胶需要熟化预处理，栲胶质量及其配制方法得当与否是决定栲胶法使用效果的主要因素。 以上足以说明 用栲胶法脱除大量无机硫有着明显的 优点。 湿式栲胶法脱硫整个脱硫和再生过程为连续在线过程，脱硫与再生同时进行，不需要设置备用脱硫塔；煤气脱硫净化程度可以根据企业需要，通过调整溶液配比调整，适时加以控制，净化后煤气中 H2S 含量稳定 只需在生产过程中补加少量物料以抵偿操作损失。 但是 湿式栲胶法采用的 设备较多，工艺操作也 较复杂，设备投资 也 较大。 XX 理工 大学 XX 学院 20XX 届 本科 生毕业 设计 8 栲胶脱硫 法的理论依据 栲胶脱硫是利用碱性栲胶水溶液从气体中脱除硫化氢 ,属于二元氧化还原过程。 栲胶是有酚式结构的多羟基化合物 ,是一种良好的载氧体 ,又能对多种重金属离子起络合作用。 其脱硫反应机理如下 【 7】 : 1) 碱性溶液吸收 H2S 的反应 ： 3232 N a H C ON a H SSHCONa  OHCON aH SSHN aH C O 2223  2) NaHS 与偏钒酸钠反应生成焦钒酸钠 ： 硫氢化钠与偏钒酸钠反应生成焦 钒 酸钠，析出单质硫。 SN a O HOVNaOHN a V ON a H S 2442 94223  3) 将 Na2V4O9 氧化成偏钒酸钠 ： 醌态栲胶氧化四价钒络离子为五价钒络离子使钒络离子恢复活性而醌态栲胶被还原为酚态栲胶失去活性。 332942 )(242)(2 OHTN a V ON a O HOOHTOVNa  4) 还原态栲胶的氧化 ： 酚态栲胶被氧化获得再生，同时生成 H2O2。 22223 2)(22)(2 OHOOHTOOHT  OHN a V OOVNaN a O HOH 2394222 3422  N a O HSOHN a H SOH  222 此外 ,在生产中还有生成硫代硫酸钠的副反应 : OHOSNaON a H S 2322222  2422322 2232 SOSONaOOSNa  322222 524 OSNaOHN a H SOH  OHSONaOSNaN a O HOH 24232222 5224  7 引自 沈东新 ,和利明 :《湿法脱硫技术在我厂的实际应用情况》，《科技博览》 2020年第 31期 XX 理工 大学 XX 学院 20XX 届 本科 生毕业 设计 9 工艺流程方框图 水煤气 洗涤塔 脱硫塔 富液槽 再生槽 泡沫贮槽 熔硫釜 硫磺 贫液槽 至气柜 XX 理工 大学 XX 学院 20XX 届 本科 生毕业 设计 10 简述物料流程 气体流程 半水煤气从造气车间出来后，经过 洗 涤 塔 除尘、降温 ， 水封后， 从脱硫塔的 底部进入 塔 内 ，脱硫液从塔顶喷淋 而 下 ，水煤气与 碱性栲胶溶 液 在塔内逆向接触，其中的大部分 硫化氢气体被 溶 液吸收， 脱硫 后的气体从塔顶出来至气柜。 溶液流程 从脱硫塔顶喷淋下来的溶液，吸收硫化氢后，称为富液，经脱硫塔液封槽引出至富液槽 （又称缓冲槽）。 在富液槽内未被氧化的硫氢化钠被进一步氧化，并析出单质硫，此时，溶液中吸收的硫以单质悬浮状态存在。 出富液槽的溶液用再生泵加压后，打入再生槽顶部，经喷射器 高速 喷射 进入 再 生槽，同时吸入足够的空 气，以达到氧化栲胶和浮选硫膏之目的。 再生 后 的溶液称为贫液，贫液经液位调节器进入贫液槽，出贫液槽的贫液用脱硫泵打入脱硫塔顶部，经喷头在塔内喷淋，溶液循环使用。 再生槽浮选出的单质硫呈泡沫悬浮于液面上，溢流至硫泡沫槽内，上部清液回贫液槽循环使用，沉淀出的硫膏入熔硫釜生成副产品硫磺。 【 8】 硫磺回收流程 再生槽中溢出的硫泡沫经泡沫槽后在离心机分离，得到硫膏，硫膏放入熔硫釜，用夹套蒸汽加热精制 ，放出做成 98%纯度的硫磺锭，离心分离出的母液至富液槽回 系统中使用。 8 引自 李平辉 ：《合成氨原料气净 化》，化学工业出版社， (202004出版 ) XX 理工 大学 XX 学院 20XX 届 本科 生毕业 设计 11 工艺的化学过程 水煤气经过 洗 涤 塔进入脱硫塔，脱硫液从塔顶喷淋下来，气液两相在塔里充分接触后 ,硫化氢被脱硫液吸收，吸 收硫化氢的脱硫液在再生槽中氧化再生后解析出单质硫。 栲胶脱硫的反应过程如下： （ 1）碱性水溶液吸收 气相中的 H2S，生成 HS 3232 N a H C ON a H SSHCONa  2— 1 OHCON aH SSHN aH C O 2223  2— 2 （ 2）硫氢化钠与偏钒酸钠反应生成焦 钒 酸钠，析出单质硫  SN a O HOVNaOHN a V ON a H S 2442 94223 2— 3 此反应过程中五价钒被还原成四价钒，但是这个反应不能用吹空气的方法倒转回去使钒再生，必须靠氧化态栲胶将四价钒氧化成五价钒 ，而还原态栲胶则可利用吹空气再生，这便是栲胶脱硫的根本所在。 （ 3）醌态栲胶氧化四价钒络离子为五价钒络离子使钒络离子恢复活性而醌态栲胶被还原为酚态栲胶失去活性。 332942 )(242)(2 OHTN a V ON a O HOOHTOVNa  2— 4 （ 4）酚态栲胶被氧化获得再生，同时生成 H2O2 22223 2)(22)(2 OHOOHTOOHT  2— 5 OHN a V OOVNaN a O HOH 2394222 3422  2— 6 N a O HSOHN a H SOH  222 2— 7 式中 2)( OOHT —— 醌态 栲胶 3)(OHT —— 酚态栲胶 气体中含 CO O2 及溶液中的 H2O2引起的副反应 32232 2 N a H C OOHCOCONa  2— 8 XX 理工 大学 XX 学院 20XX 届 本科 生毕业 设计 12 OHOSNaONa H S 2322222  2— 9 322222 524 OSNaOHN a H SOH  2— 10 OHSONaOHOSNaN a O H 24222322 5242  2— 11 反应条件对反应的影响 影响栲胶溶液吸收的因 素 Ⅰ 、溶液组分浓度的影响 栲胶法中含有 Na2CO3 、 NaVO3 、 T(OH)O2 ，此外还有生成物 S、 NaHCO Na2S2O3 等，上述组分均影响溶液的吸收。 (1) 溶液中 Na2CO3：若 Na2CO3 过低则吸收 H2S 不完全，脱硫效果差。 若过高则副反应加剧、碱耗大、浪费严重，一般 Na2CO3 浓度控制在 3～ 5g/L。 (2) 溶液中 NaVO3：若溶液中 NaVO3 浓度高，析硫快、颗粒小、难分离 ,且碱耗增大。 若浓度低，则副反应加剧， Na2S2O3 的生成速度加快，易析出矾 氧 硫沉淀。 其浓度一般控制在 ～。 (3) 溶液中 T(OH)O2：若 T(OH)O2 过少，则脱硫效率低、胶性差、硫颗粒易沉淀、碱矾消耗大、副反应快 ； T(OH)O2 过多，溶液胶性过强硫粒细、出硫差，一般控制在 ～。 (4) 溶液的 pH 值：溶液的 pH 值过低，不利 H2S 的吸收和栲胶的氧化，并降低了氧的溶解度，溶液再生差。 pH 值 过高，则析硫较慢，副反应加快，一般控制在 ～。 (5) 总碱度：溶液中的碱度较高时，可提高溶液吸氧能力，有利于再生氧化； 但 过量的碱不仅增加副 反应的发生，同时会使硫的回收困难，硫磺产量下降。 故碱度应控制在 ~。 (6) 溶液中 NaHCO3：若溶液中 NaHCO3 浓度高，将使 pH 值升高，对再生吸氧和析硫都不利。 (7) 悬浮硫的影响 溶液中悬浮硫浓度越低越好，若过高则易发生沉淀从而堵塞管道设备，还会影响吸收再生，同时伴有副反应发生。 Ⅱ 、吸收塔喷淋密度的影响 喷淋密度是指 吸收塔内单位 截面积的溶液循环量。 适当提高喷淋密度，不但利于提高气体净化度， 还 有利于对填料表面和空隙中硫的冲刷；但喷淋密度过高，则会使溶液质量下降，还会导致系统阻力上升。 XX 理工 大学 XX 学院 20XX 届 本科 生毕业 设计 13 Ⅲ 、液气比的影响 液气比增加，溶液的循环量增加，可提高气体的净化度，防止H2S 过高，易产生矾 氧 硫沉淀 ； 如液气比小，溶液的循环量小，对气体的净化度有影响，同时产生的硫颗粒易沉积在填料环、管道、设备中，时间长易造成脱硫塔塔阻上涨。 但液气比过高则溶液在反应罐和再生槽内的停留时间短，不利于析硫和 溶液 再生。 一般液气比控制稍大些即可。 Ⅳ 、温度的影响 (1) 半水煤气入塔温度的影响：若半水煤气入塔温度 偏 低，则煤气中夹带水分分离得好 ； 对栲胶溶液各组分浓度影响小，但温度过低，加剧了气体与溶液的热量交换， 会使溶液浓度急剧下降。 若半水煤气入塔温度过高，则会使煤气中夹带水分混入溶液，溶液稀释，且易产生溶液夹带，因此，半水煤气的入塔温度应严格控制在 30～ 35 ℃之间。 (2) 循环系统溶液温度的影响：若循环系统溶液的温度过高 ,则气体的溶解度降低，不利于吸氧和栲胶液的再生，且副反应加剧。 若循环系统温度低则 H2S 的吸收和析硫反应速度降低，脱硫效率差 ，因此，溶液温度应控制在 38～ 50℃ 为宜。 Ⅴ 、液位的影响 (1) 脱硫塔底部液位的影响 脱硫塔底部液位应以系统中的溶液量及循环量为依据，若脱硫塔底液位过低，则易造成气泡夹带，使富液泵不打量。 若塔底液位过高，则塔底部空间过小，影响脱硫效果，且易造成满液，因此，应将塔底部液位控制在液位显示的 50 %～ 60 %为宜。 (2) 循环槽液位的影响 循环槽液位可根据循环系统中的溶液量及再生槽和脱硫塔等设备内的液位，溶液循环量进行控制，一般情况下以不低于液位显示的 50 %及不高于循环槽放空管口为宜，以保证贫 液泵正常工作及避免循环槽内形成真空。 影响溶液再生的因素 溶液的再生是将富液 (吸收 H2S 后的栲胶溶液 )变成贫液 (再生后的栲胶溶液 ) 的过程，主要是 T(OH)3 被 O2 氧化成 T(OH)O2 过程。 影响栲胶再生的主要因素有再生温度 ,再生压力，再生槽液位，再生空气量及再生时间。 Ⅰ 、温度的影响 温度高再生速度加快，但副产物增多，硫泡沫发粘，不易分离，且氧溶解度降低，所以应控制溶液温度在 35 177。 5 ℃。 Ⅱ 、再生压力的影响 再生槽溶液喷射压力是根据再生槽内硫泡沫的形成和栲胶的氧化情况进行 控制的。 喷头的开关个数决定了喷射压力的高低， 喷 射压力越高则空气。