年產5萬噸合成氨脫硫工段工藝設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 的大型氨廠，用甲醇 洗法脫除原料氣中的硫化物和二氧化碳等酸性氣體。絕大部分中小型氨廠，均采用濕式氧化法脫除原料氣中的硫化物，部分廠采用氧化鋅等干法脫除殘余的硫化物，有銅洗的氨廠，經過濕式氧化法脫硫后不再設置干法脫硫，因為銅洗過程可以除去殘余的硫化氫。但近年來，有銅洗的氨廠，在濕法脫硫之后，也串接了干 法脫硫，這樣可以降低銅洗過程中的銅消耗和防止氨合成催化劑中毒。 本課題是采用濕法對水氣煤脫硫，主要是采用栲膠脫硫法， 因為 栲膠法是我國特有的脫硫技術，是目前國內使用較多的脫硫方法之一。該法主要有矸性栲膠脫硫（以栲膠和偏釩酸鈉作催化劑）和氨法栲膠（以氨代替矸）兩種。栲膠是由植物的果皮、葉和干的水淬液熬制而成。主要成分是丹寧，由于來源不同，丹寧組分也不同，但都是化學結構十分復雜的多羥基芳香烴化合物組成，具有酚式或醌式結構。 栲膠法有如下 優點 ：（ 1）栲膠資源豐富，價廉易得，運行費用比改良 ADA 低。（ 2）基本上無硫堵 塔的問題。（ 3）栲膠既是氧化劑又是釩的配合劑，溶液的組成比改良 ADA 法簡單。（ 4）栲膠脫硫液腐蝕性小。（ 5）栲膠需要熟化預處理，栲膠質量及其配制方法得當與否是決定栲膠法使用效果的主要因素。 以上足以說明 用栲膠法脫除大量無機硫有著明顯的 優點。 濕式栲膠法脫硫整個脫硫和再生過程為連續在線過程，脫硫與再生同時進行，不需要設置備用脫硫塔；煤氣脫硫凈化程度可以根據企業需要，通過調整溶液配比調整，適時加以控制，凈化后煤氣中 H2S 含量穩定 只需在生產過程中補加少量物料以抵償操作損失 。 但是 濕式栲膠法采用的 設備較多，工藝操作也 較復雜，設備投資 也 較大 。 XX 理工 大學 XX 學院 20XX 屆 本科 生畢業 設計 8 栲膠脫硫 法的理論依據 栲膠脫硫是利用堿性栲膠水溶液從氣體中脫除硫化氫 ,屬于二元氧化還原過程。栲膠是有酚式結構的多羥基化合物 ,是一種良好的載氧體 ,又能對多種重金屬離子起絡合作用。 其脫硫反應機理如下 【 7】 : 1) 堿性溶液吸收 H2S 的反應 ： 3232 N a H C ON a H SSHCONa ??? OHCON aH SSHN aH C O 2223 ???? 2) NaHS 與偏釩酸鈉反應生成焦釩酸鈉 ： 硫氫化鈉與偏釩酸鈉反應生成焦 釩 酸鈉，析出單質硫。 SN a O HOVNaOHN a V ON a H S 2442 94223 ????? 3) 將 Na2V4O9 氧化成偏釩酸鈉 ： 醌態栲膠氧化四價釩絡離子為五價釩絡離子使釩絡離子恢復活性而醌態栲膠被還原為酚態栲膠失去活性。 332942 )(242)(2 OHTN a V ON a O HOOHTOVNa ???? 4) 還原態栲膠的氧化 ： 酚態栲膠被氧化獲得再生，同時生成 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 ,在生產中還有生成硫代硫酸鈉的副反應 : OHOSNaON a H S 2322222 ??? 2422322 2232 SOSONaOOSNa ??? 322222 524 OSNaOHN a H SOH ??? OHSONaOSNaN a O HOH 24232222 5224 ???? 7 引自 沈東新 ,和利明 :《濕法脫硫技術在我廠的實際應用情況》，《科技博覽》 2020年第 31期 XX 理工 大學 XX 學院 20XX 屆 本科 生畢業 設計 9 工藝流程方框圖 水煤氣 洗滌塔 脫硫塔 富液槽 再生槽 泡沫貯槽 熔硫釜 硫磺 貧液槽 至氣柜 XX 理工 大學 XX 學院 20XX 屆 本科 生畢業 設計 10 簡述物料流程 氣體流程 半水煤氣從造氣車間出來后，經過 洗 滌 塔 除塵、降溫 ， 水封后， 從脫硫塔的 底部進入 塔 內 ，脫硫液從塔頂噴淋 而 下 ，水煤氣與 堿性栲膠溶 液 在塔內逆向接觸，其中的大部分 硫化氫氣體被 溶 液吸收， 脫硫 后的氣體從塔頂出來至氣柜。 溶液流程 從脫硫塔頂噴淋下來的溶液，吸收硫化氫后，稱為富液，經脫硫塔液封槽引出至富液槽 （又稱緩沖槽） 。在富液槽內未被氧化的硫氫化鈉被進一步氧化，并析出單質硫，此時，溶液中吸收的硫以單質懸浮狀態存在。出富液槽的溶液用再生泵加壓后，打入再生槽頂部，經噴射器 高速 噴射 進入 再 生槽，同時吸入足夠的空 氣，以達到氧化栲膠和浮選硫膏之目的。再生 后 的溶液稱為貧液，貧液經液位調節器進入貧液槽，出貧液槽的貧液用脫硫泵打入脫硫塔頂部，經噴頭在塔內噴淋，溶液循環使用。再生槽浮選出的單質硫呈泡沫懸浮于液面上，溢流至硫泡沫槽內，上部清液回貧液槽循環使用，沉淀出的硫膏入熔硫釜生成副產品硫磺。 【 8】 硫磺回收流程 再生槽中溢出的硫泡沫經泡沫槽后在離心機分離，得到硫膏，硫膏放入熔硫釜，用夾套蒸汽加熱精制 ，放出做成 98%純度的硫磺錠，離心分離出的母液至富液槽回 系統中使用。 8 引自 李平輝 ：《合成氨原料氣凈 化》，化學工業出版社， (202004出版 ) XX 理工 大學 XX 學院 20XX 屆 本科 生畢業 設計 11 工藝的化學過程 水煤氣經過 洗 滌 塔進入脫硫塔，脫硫液從塔頂噴淋下來，氣液兩相在塔里充分接觸后 ,硫化氫被脫硫液吸收，吸 收硫化氫的脫硫液在再生槽中氧化再生后解析出單質硫。 栲膠脫硫的反應過程如下： （ 1）堿性水溶液吸收 氣相中的 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）硫氫化鈉與偏釩酸鈉反應生成焦 釩 酸鈉，析出單質硫 ?????? SN a O HOVNaOHN a V ON a H S 2442 94223 2— 3 此反應過程中五價釩被還原成四價釩，但是這個反應不能用吹空氣的方法倒轉回去使釩再生，必須靠氧化態栲膠將四價釩氧化成五價釩 ，而還原態栲膠則可利用吹空氣再生，這便是栲膠脫硫的根本所在。 （ 3）醌態栲膠氧化四價釩絡離子為五價釩絡離子使釩絡離子恢復活性而醌態栲膠被還原為酚態栲膠失去活性。 332942 )(242)(2 OHTN a V ON a O HOOHTOVNa ???? 2— 4 （ 4）酚態栲膠被氧化獲得再生，同時生成 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 —— 醌態 栲膠 3)(OHT —— 酚態栲膠 氣體中含 CO O2 及溶液中的 H2O2引起的副反應 32232 2 N a H C OOHCOCONa ??? 2— 8 XX 理工 大學 XX 學院 20XX 屆 本科 生畢業 設計 12 OHOSNaONa H S 2322222 ??? 2— 9 322222 524 OSNaOHN a H SOH ??? 2— 10 OHSONaOHOSNaN a O H 24222322 5242 ???? 2— 11 反應條件對反應的影響 影響栲膠溶液吸收的因 素 Ⅰ 、溶液組分濃度的影響 栲膠法中含有 Na2CO3 、 NaVO3 、 T(OH)O2 ，此外還有生成物 S、 NaHCO Na2S2O3 等，上述組分均影響溶液的吸收。 (1) 溶液中 Na2CO3：若 Na2CO3 過低則吸收 H2S 不完全，脫硫效果差 。若過高則副反應加劇、堿耗大、浪費嚴重，一般 Na2CO3 濃度控制在 3～ 5g/L。 (2) 溶液中 NaVO3：若溶液中 NaVO3 濃度高，析硫快、顆粒小、難分離 ,且堿耗增大 。若濃度低，則副反應加劇， Na2S2O3 的生成速度加快，易析出礬 氧 硫沉淀。其濃度一般控制在 ～ 。 (3) 溶液中 T(OH)O2：若 T(OH)O2 過少，則脫硫效率低、膠性差、硫顆粒易沉淀、堿礬消耗大、副反應快 ； T(OH)O2 過多，溶液膠性過強硫粒細、出硫差，一般控制在 ～。 (4) 溶液的 pH 值：溶液的 pH 值過低，不利 H2S 的吸收和栲膠的氧化，并降低了氧的溶解度，溶液再生差 。pH 值 過高，則析硫較慢，副反應加快，一般控制在 ～ 。 (5) 總堿度：溶液中的堿度較高時，可提高溶液吸氧能力，有利于再生氧化； 但 過量的堿不僅增加副 反應的發生，同時會使硫的回收困難，硫磺產量下降。故堿度應控制在 ~。 (6) 溶液中 NaHCO3：若溶液中 NaHCO3 濃度高，將使 pH 值升高，對再生吸氧和析硫都不利。 (7) 懸浮硫的影響 溶液中懸浮硫濃度越低越好，若過高則易發生沉淀從而堵塞管道設備，還會影響吸收再生，同時伴有副反應發生。 Ⅱ 、吸收塔噴淋密度的影響 噴淋密度是指 吸收塔內單位 截面積的溶液循環量。適當提高噴淋密度，不但利于提高氣體凈化度， 還 有利于對填料表面和空隙中硫的沖刷；但噴淋密度過高，則會使溶液質量下降，還會導致系統阻力上升。 XX 理工 大學 XX 學院 20XX 屆 本科 生畢業 設計 13 Ⅲ 、液氣比的影響 液氣比增加，溶液的循環量增加，可提高氣體的凈化度，防止H2S 過高，易產生礬 氧 硫沉淀 ； 如液氣比小，溶液的循環量小，對氣體的凈化度有影響，同時產生的硫顆粒易沉積在填料環、管道、設備中，時間長易造成脫硫塔塔阻上漲。但液氣比過高則溶液在反應罐和再生槽內的停留時間短，不利于析硫和 溶液 再生。一般液氣比控制稍大些即可。 Ⅳ 、溫度的影響 (1) 半水煤氣入塔溫度的影響：若半水煤氣入塔溫度 偏 低，則煤氣中夾帶水分分離得好 ； 對栲膠溶液各組分濃度影響小，但溫度過低，加劇了氣體與溶液的熱量交換， 會使溶液濃度急劇下降。若半水煤氣入塔溫度過高，則會使煤氣中夾帶水分混入溶液，溶液稀釋，且易產生溶液夾帶，因此，半水煤氣的入塔溫度應嚴格控制在 30～ 35 ℃之間。 (2) 循環系統溶液溫度的影響：若循環系統溶液的溫度過高 ,則氣體的溶解度降低，不利于吸氧和栲膠液的再生，且副反應加劇 。若循環系統溫度低則 H2S 的吸收和析硫反應速度降低，脫硫效率差 ，因此，溶液溫度應控制在 38～ 50℃ 為宜。 Ⅴ 、液位的影響 (1) 脫硫塔底部液位的影響 脫硫塔底部液位應以系統中的溶液量及循環量為依據，若脫硫塔底液位過低，則易造成氣泡夾帶，使富液泵不打量 。若塔底液位過高，則塔底部空間過小，影響脫硫效果，且易造成滿液，因此，應將塔底部液位控制在液位顯示的 50 %～ 60 %為宜。 (2) 循環槽液位的影響 循環槽液位可根據循環系統中的溶液量及再生槽和脫硫塔等設備內的液位，溶液循環量進行控制，一般情況下以不低于液位顯示的 50 %及不高于循環槽放空管口為宜，以保證貧 液泵正常工作及避免循環槽內形成真空。 影響溶液再生的因素 溶液的再生是將富液 (吸收 H2S 后的栲膠溶液 )變成貧液 (再生后的栲膠溶液 ) 的過程，主要是 T(OH)3 被 O2 氧化成 T(OH)O2 過程。影響栲膠再生的主要因素有再生溫度 ,再生壓力，再生槽液位，再生空氣量及再生時間。 Ⅰ 、溫度的影響 溫度高再生速度加快，但副產物增多，硫泡沫發粘，不易分離，且氧溶解度降低，所以應控制溶液溫度在 35 177。5 ℃ 。 Ⅱ 、再生壓力的影響 再生槽溶液噴射壓力是根據再生槽內硫泡沫的形成和栲膠的氧化情況進行 控制的。噴頭的開關個數決定了噴射壓力的高低， 噴 射壓力越高則空氣