能源化工焦?fàn)t煤氣濕法脫硫工藝設(shè)計(jì)初樣

1、1 緒 論1.1概述 焦?fàn)t煤氣粗煤氣中硫化物按其化合態(tài)可分為兩類：無機(jī)硫化物，主要是硫化氫（h2s），有機(jī)硫化物，如二硫化碳（），硫氧化碳（cos），硫醇（）和噻吩（）等。有機(jī)硫化物在溫度下進(jìn)行變換時(shí)，幾乎全部轉(zhuǎn)化為硫化氫。所以煤氣中硫化氫所含的硫約占煤氣中硫總量的90%以上，因此，煤氣脫硫主要是指脫除煤氣中的硫化氫，焦?fàn)t煤氣中含硫化氫815g/m3，此外還含0.51.5g/m3氰化氫。 硫化氫在常溫下是一種帶刺鼻臭味的無色氣體，其密度為1.539kg/nm3。硫化氫及其燃燒產(chǎn)物二氧化硫（）對(duì)人體均有毒性，在空氣中含有0.1%的硫化氫就能致命。煤氣中硫化氫的存在會(huì)嚴(yán)重腐蝕輸氣管道和設(shè)備，如果將

2、煤氣用做各種化工原料氣，如合成氨原料氣時(shí)，往往硫化物會(huì)使催化劑中毒，增加液態(tài)溶劑的黏度，影響產(chǎn)品的質(zhì)量等。因此，必須進(jìn)行煤氣的脫硫。1.2焦?fàn)t煤氣凈化的現(xiàn)狀煤氣的脫硫方法從總體上來分有兩種：熱煤氣脫硫和冷煤氣脫硫。在我國，熱煤氣脫硫現(xiàn)在仍處于試驗(yàn)研究階段，還有待于進(jìn)一步完善，而冷煤氣脫硫是比較成熟的技術(shù)，其脫硫方法也很多。冷煤氣脫硫大體上可分為干法脫硫和濕法脫硫兩種方法，干法脫硫以氧化鐵法和活性炭法應(yīng)用較廣，而濕法脫硫以砷堿法、ada、改良ada和栲膠法頗具代表性。濕法脫硫可以處理含硫量高的煤氣，脫硫劑是便于輸送的液體物料，可以再生，且可以回收有價(jià)值的元素硫，從而構(gòu)成一個(gè)連續(xù)脫硫循環(huán)系統(tǒng)?，F(xiàn)在

3、工藝上應(yīng)用較多的濕法脫硫有氨水催化法、改良蒽醌二磺酸法（a.d.a法）及有機(jī)胺法。其中改良蒽醌二磺酸法的脫除效率高，應(yīng)用更為廣泛。但此法在操作中易發(fā)生堵塞，而且藥品價(jià)格昂貴，近幾年來，在改良a.d.a的基礎(chǔ)上開發(fā)的栲膠法克服了這兩項(xiàng)缺點(diǎn)。它是以純堿作為吸收劑，以栲膠為載氧體，以為氧化劑。基于此，在焦?fàn)t煤氣脫硫工藝的設(shè)計(jì)中我采用濕式栲膠法脫硫工藝。1.3栲膠的認(rèn)識(shí) 栲膠是由植物的皮，果，莖及葉的萃取液熬制而成的。其主要成分為丹寧，約占66%，以栲膠來配制脫硫液效果最佳。栲膠的主要成分為多種水解丹寧，是有許多結(jié)構(gòu)相似的酚類衍生物所組成的多酚基化合物，由于其含有許多活潑的烴基，所以具有很強(qiáng)的吸氧能力

4、，在脫硫過程中起著載氧的作用。堿性栲膠脫硫液是由栲膠，碳酸鈉及偏釩酸鈉等主要成分構(gòu)成的水溶液。栲膠水溶液在空氣中易被氧化，即丹寧中較活潑的羥基易被空氣中的氧氧化，生成醌態(tài)化合物。特別是當(dāng)溶液的ph值大于9的時(shí)候，丹寧的氧化特別顯著。由于栲膠水溶液在較高濃度時(shí)成為典型的膠體溶液，并且在較低溫度時(shí)容易出現(xiàn)及沉淀，因此在配制脫硫液前必須對(duì)栲膠水溶液進(jìn)行熟化預(yù)處理。即將含栲膠2033g/l，na2co3380133g/l的栲膠誰溶液直接通蒸汽與空氣，在8090c的條件下氧化1024h，破壞其膠性。然后加及軟水或稀氨水，配制成含栲膠1.02.6g/l，na2co3 22.3g/l，3.24 g/l, 2

5、2.5g/l 脫硫液，送入脫硫液儲(chǔ)存槽，稀釋后使用。脫硫過程中，酚類物質(zhì)經(jīng)空氣再生氧化成醌態(tài)，因其具有較高電位，故能將低價(jià)釩氧化成高價(jià)釩，進(jìn)而使吸收在溶液中的硫氫根氧化、析出單質(zhì)硫。同時(shí)丹寧能與多種金屬離子（如釩、鉻、鋁等）形成水溶性絡(luò)合物；在堿性溶液中丹寧能用與鐵、銅反應(yīng)并在其材料表面形成丹寧酸性薄膜，因而具有防腐蝕作用。由于栲膠水溶液是膠體溶液，在將其配制成脫硫液之前，必須對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理，以消除共膠體性和發(fā)泡性，并使其由酚態(tài)結(jié)構(gòu)氧化成醌態(tài)結(jié)構(gòu)，這樣脫硫溶液才具有活性。在栲膠溶液氧化過程中，伴隨著吸光性能的變化。當(dāng)溶液充分氧化后，其消光值則會(huì)穩(wěn)定在某一數(shù)值附近，這種溶液就能滿足脫硫要求。通常

6、制備栲膠溶液的預(yù)處理?xiàng)l件列舉在表1中：表1 制備栲膠溶液的與處理?xiàng)l件方法項(xiàng)目用na2co3配制溶液栲膠濃度(gl-1)1030堿度n1.02.5氧化溫度7090空氣量溶液不翻出器外消光值穩(wěn)定在0.45將純堿溶液用蒸汽加熱，通入空氣氧化，并維持溫度8090，恒溫10h以上，讓丹寧物質(zhì)發(fā)生降解反應(yīng)，大分子變小，表面活性物質(zhì)變成非表面活性物質(zhì)，達(dá)到預(yù)處理目的。栲膠法脫硫工藝，將堿性栲膠溶液打入溶液循環(huán)槽，自循環(huán)槽出來，經(jīng)過濾加壓后進(jìn)入系統(tǒng)的裂脫塔，吸收氣體中的h2s，由裂脫塔出來的溶液進(jìn)入裂脫再生塔，再生好的溶液由塔底流到溶液循環(huán)槽，經(jīng)過濾加壓循環(huán)使用。脫硫溶液從循環(huán)槽出來后經(jīng)過濾加壓送到變脫塔，吸

7、收氣體中的h2s，由變脫塔出來的溶液進(jìn)入變脫溶液再生塔，再生好的溶液由變脫再生塔出來，進(jìn)入變脫溶液循環(huán)槽，再經(jīng)過濾加壓，如此循環(huán)使用。1.4 栲膠法脫硫的優(yōu)缺點(diǎn)1.4.1優(yōu)點(diǎn)栲膠法脫硫是目前工業(yè)化生產(chǎn)中應(yīng)用較多的濕式脫硫方法，它本身有許多優(yōu)越之處，但是與此同時(shí)，也存在著許多的不足。栲膠是聚酚類（丹寧）物質(zhì)，可替代ada作為載氧體，價(jià)格低廉，栲膠本身還是良好的絡(luò)合劑，不需要添加酒石酸鉀鈉的絡(luò)合劑。此法的吸收效果與ada相近，且具有不容易堵塞脫硫塔填料，栲膠資源豐富，價(jià)格便宜以及脫硫液活性好，性能穩(wěn)定，腐蝕性小等優(yōu)點(diǎn)。此外，脫硫效率大于98，所析出的硫容易浮選和分離。栲膠法脫硫整個(gè)脫硫和再生過程為

8、連續(xù)在線過程，脫硫與再生同時(shí)進(jìn)行，不需要設(shè)置備用脫硫塔。煤氣脫硫凈化程度可以根據(jù)企業(yè)需要，通過調(diào)整溶液配比調(diào)整，適時(shí)加以控制，凈化后煤氣中h2s含量穩(wěn)定。（1）栲膠資源豐富、價(jià)格低廉、無毒性、脫硫溶液成本低，因而操作費(fèi)用要改良ada法低。（2）脫硫溶液的活性好、性能穩(wěn)定、腐蝕性小。栲膠本身既是氧化劑，又是釩的絡(luò)合劑，脫硫溶液的組成比改良ada法簡單，且脫硫過程沒有硫磺堵塔問題。（3）脫硫效率大于98，所析出的硫容易浮選和分離。（4）栲膠法脫硫整個(gè)脫硫和再生過程為連續(xù)在線過程，脫硫與再生同時(shí)進(jìn)行，不需要設(shè)置備用脫硫塔。（5）煤氣脫硫凈化程度可以根據(jù)企業(yè)需要，通過調(diào)整溶液配比調(diào)整，適時(shí)加以控制，凈

9、化后煤氣中h2s含量穩(wěn)定。1.4.2缺點(diǎn)（1）配制脫硫液和往系統(tǒng)中補(bǔ)加時(shí)都要經(jīng)過加熱溶化制備過程。（2）設(shè)備較多，工藝操作也較復(fù)雜，設(shè)備投資較大。1.4.3硫化物對(duì)作為原料氣生產(chǎn)工藝過程有何危害（1）對(duì)催化劑的危害 硫使甲烷化催化劑，高（中）溫變換催化劑，甲醇合成催化劑何氨合成催化劑的主要毒物之一，能使它們的活性和壽命降低；（2）對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的危害 碳銨生產(chǎn)過程中，當(dāng)變換氣中硫化氫含量高時(shí)，在碳化母液中積累增高。使母液粘度增大，碳銨結(jié)晶變油，不僅造成分離困難，同時(shí)，由于生成fes沉淀致使碳銨顏色變黑；（3）在尿素生產(chǎn)過程中，硫化氫進(jìn)入尿素合成塔時(shí)會(huì)生成硫脲，污染尿素產(chǎn)品，降低產(chǎn)品質(zhì)量；（4）對(duì)銅

10、洗操作的危害 銅氨液吸收硫化氫生成c us沉淀，這種沉淀物顆粒很細(xì)，懸浮在溶液中導(dǎo)致溶液粘度增大，發(fā)泡性增強(qiáng)，銅耗上升，破壞銅洗系統(tǒng)的正常運(yùn)行；（5）對(duì)金屬腐蝕 硫化氫能使碳鋼設(shè)備及管線發(fā)生失重腐蝕，應(yīng)力腐蝕，氫脆和氫鼓泡，使設(shè)備及管線壽命減短；（6）對(duì)人體的毒害 硫化氫是強(qiáng)烈的神經(jīng)毒物，接觸人的呼吸道粘膜后，即分解成na2s，加之本身的酸性對(duì)人體的呼吸道粘膜有明顯的刺激作用。 硫化氫經(jīng)呼吸系統(tǒng)進(jìn)入血液中來不及氧化時(shí)就會(huì)引起會(huì)全身中毒反應(yīng)，隨硫化氫濃度的增加會(huì)造成呼吸麻痹，窒息以致停止呼吸而死亡。因此，為了提高企業(yè)最終產(chǎn)品質(zhì)量和保持人們優(yōu)良的生存環(huán)境，對(duì)粗煤氣進(jìn)行脫硫是非常必要的。1.4.4粗

11、煤氣脫硫系統(tǒng)的正常開車操作要點(diǎn)（1）檢查各設(shè)備，管道，閥門，分析取樣及電器，儀表等，必須正常完好。（2）檢查系統(tǒng)內(nèi)所有閥門的開關(guān)位置，應(yīng)符合開車要求；（3）與供水，供電，供氣部門及造氣，壓縮工段聯(lián)系，作好開車準(zhǔn)備；（4）將脫硫液成分調(diào)整在工藝指標(biāo)范圍內(nèi)；（5）氨規(guī)程進(jìn)行系統(tǒng)吹凈，清洗，試漏和置換工作（系統(tǒng)未經(jīng)檢修處于保壓狀況下對(duì)的開車，不進(jìn)行該項(xiàng)工作）；（6）調(diào)凈氣柜出口水封積水；（7）開啟各氣體冷卻塔和清洗塔進(jìn)水閥，并調(diào)節(jié)好水量及各塔液位；（8）開啟貧液泵進(jìn)口閥，啟動(dòng)貧液泵，向脫硫塔打入脫硫液，并調(diào)節(jié)好液位；（9）開啟富液泵進(jìn)口閥，啟動(dòng)富液泵，向再生槽送液；（10）根據(jù)脫硫液循環(huán)量和再生液槽

12、液位，調(diào)節(jié)好貧液泵，富液泵的打液量，并控制好貧液槽，富液槽液位計(jì)流量；（11）開啟羅茨鼓風(fēng)機(jī)，并調(diào)節(jié)好粗煤氣流量；（12）根據(jù)粗煤氣流量大小，調(diào)節(jié)好液氣比。適當(dāng)開啟清洗塔，放空閥，焦?fàn)t煤氣脫硫合格后，與壓縮工段聯(lián)系，并關(guān)閉放空閥，向壓縮機(jī)一段送氣；（13）根據(jù)再生槽的硫泡沫形成情況，調(diào)節(jié)液位調(diào)節(jié)器，保持硫泡沫的正常溢流；（14）分析粗煤氣中氧含量合格后，開啟靜電除焦油塔。1.4.5脫硫后硫化氫含量高的主要原因（1）進(jìn)入系統(tǒng)的粗煤氣中硫化氫含量過高，或進(jìn)塔粗煤氣氣量過大；（2）脫硫液循環(huán)量小；（3）脫硫液成分不當(dāng)；（4）脫硫液再生效率低或懸浮硫含量高；（5）進(jìn)脫硫塔的粗煤氣或貧液溫度高；（6）脫

13、硫塔內(nèi)氣液偏流，影響脫硫效率；1.4.6脫硫后硫化氫含量高的處理方法（1）聯(lián)系造氣工段更換含硫量低的煤炭，降低進(jìn)脫硫系統(tǒng)粗煤氣中的硫化氫含量或適當(dāng)減少粗煤氣氣量；（2）適當(dāng)加大脫硫液循環(huán)量；（3）把脫硫液成分調(diào)整掃工藝指標(biāo)要求范圍內(nèi)；（4）檢修噴射再生器或適當(dāng)提高溶液進(jìn)再生器的壓力，增加自吸空氣量，提高溶液的再生兇案綠；檢修離心機(jī)濾網(wǎng)，減少漏泡沫量，增加再生槽硫泡沫的溢流量，減少溶液中懸浮硫含量；（5）加大氣體冷卻器的冷卻水，降低進(jìn)系統(tǒng)粗煤氣溫度；（6）檢查清理脫硫塔噴頭及填料，確定氣液分布均勻。1.5 設(shè)計(jì)任務(wù)的依據(jù)工藝參數(shù)：粗煤氣入吸收塔時(shí)h2s的含量，c1=10 g/m3凈化氣中h2s的

14、含量，c2=0.15 g/m3入吸收塔焦?fàn)t煤氣量，g0 = 24000m3/h入冷卻塔焦?fàn)t煤氣溫度，t1=50 出冷卻塔入吸收塔焦?fàn)t煤氣溫度，t2=35 入吸收塔焦?fàn)t煤氣壓力，1.39atm(表)設(shè)計(jì)目標(biāo)：凈化煤氣中h2s濃度0.15 g/m32 生產(chǎn)流程及方案的確定焦?fàn)t煤氣的凈化主要是要脫除煤氣中的h2s，脫硫的方法有兩種：干法脫硫、濕法脫硫。干法脫硫既可以脫除無機(jī)硫，又可以脫除有機(jī)硫，而且能脫至極精細(xì)的程度，但脫硫劑再生較困難，需周期性生產(chǎn)，設(shè)備龐大，不宜用于含硫較高的煤氣，一般與濕法脫硫相配合，作為第二級(jí)脫硫使用。濕法脫硫可以處理含硫量高的煤氣，脫硫劑是便于輸送的液體物料，可以再生，且可

15、以回收有價(jià)值的元素硫，從而構(gòu)成一個(gè)連續(xù)脫硫循環(huán)系統(tǒng)?，F(xiàn)在工藝上應(yīng)用較多的濕法脫硫有氨水催化法、改良蒽醌二磺酸法（a.d.a法）及有機(jī)胺法。其中改良蒽醌二磺酸法的脫除效率高，應(yīng)用更為廣泛。但此法在操作中易發(fā)生堵塞，而且藥品價(jià)格昂貴，近幾年來，在改良a.d.a的基礎(chǔ)上開發(fā)的栲膠法克服了這兩項(xiàng)缺點(diǎn)。3 生產(chǎn)流程說明3.1反應(yīng)機(jī)理反應(yīng)機(jī)理是脫硫的根本，也是整個(gè)脫硫過程中的核心部分。以下是栲膠法脫硫的反應(yīng)機(jī)理。3.1.1堿性水溶液吸收h2sna2co3+h2snahs+nahco33.1.2五價(jià)釩絡(luò)合物離子氧化hs-析出硫磺，五價(jià)釩被還原成四價(jià)釩2v5+hs1-2v4+s+h1+ 3.1.3 醌態(tài)栲膠氧

16、化四價(jià)釩成五價(jià)釩，空氣中的氧氧化酚態(tài)栲膠使其再生，同時(shí)生成h2o2tq（醌態(tài)）+v4+2h2othq（酚態(tài)）+v5+2oh-2thq+o22tq+h2o23.1.4 h2o2氧化四價(jià)釩和hs-h2o2+v4+v5+2oh-h2o2+hs-h2o+s+oh-3.1.5 當(dāng)被處理氣體中有co2、hcn、o2時(shí)產(chǎn)生如下副反應(yīng)：naco3+co2+h2o2nahco3na2co3+2hcn2nacn+h2o+co2nacn+snacns2nacns+5o2na2so4+co2+so2+n22nahs+2o2na2s2o3+h2o3.2主要操作條件3.2.1溶液組分溶液的主要組分是堿度、navo3、栲膠

17、。3.2.1.1 堿度溶液的總堿度與其硫容量成線性關(guān)系，因而提高總堿度是提高硫容量的有效途徑，一般處理低硫原料氣時(shí)，采用的溶液總堿度為0.4n，而對(duì)高硫含量的原料氣則采用0.8n的總堿度。ph值再8.59.0。堿度過高，副反應(yīng)加劇。3.2.1.2 navo3含量navo3的含量取決于脫硫液的操作硫容，即與富液中的hs-濃度符合化學(xué)計(jì)量關(guān)系。應(yīng)添加的理論濃度可與液相中hs-的摩爾濃度相當(dāng)，但在配制溶液時(shí)往往要過量，控制過量系數(shù)在1.31.5左右。3.2.1.3栲膠濃度作為氧載體，栲膠濃度應(yīng)與溶液中釩含量存在著化學(xué)反應(yīng)的計(jì)量關(guān)系。從絡(luò)合作用考慮，要求栲膠濃度與釩濃度保持一定的比例，同時(shí)還應(yīng)滿足栲膠

18、對(duì)碳鋼表面緩蝕作用的含量要求。目前還無法有化學(xué)反應(yīng)方程計(jì)算所需的栲膠濃度，根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，比較適宜的栲膠與釩的比例為1.11.3左右。工業(yè)生產(chǎn)中使用的溶液組成見下表2：表2 工業(yè)生產(chǎn)使用的栲膠溶液組成溶液類別總堿度nna2co3(gl-1)栲膠(gl-1)navo3(gl-1)稀溶液0.4341.81.5濃溶液0.8688.47.03.2.2溫度操作溫度低，再生效果差；溫度過高，副反應(yīng)加劇，生成大量硫代硫酸鈉燈鹽類，常溫范圍內(nèi)，h2s、co2脫除率及na2s2o3生成率與溫度關(guān)系不敏感。再生溫度在45以下，na2s2o3的生成率很低，超過45時(shí)則急劇升高。通常吸收與再生在同一溫度下進(jìn)行，約為30

19、40。3.2.3 co2的影響栲膠脫硫液具有相當(dāng)高的選擇性。在適宜的操作條件下，它能從含99的co2原料氣中將200mg/m3（標(biāo)）的h2s脫除至45mg/m3（標(biāo)）以下。但由于溶液吸收co2后會(huì)使溶液的ph值下降，使脫硫效率稍有降低。3.3 工藝流程來自除塵工段的焦?fàn)t煤氣從脫硫塔底部進(jìn)入，與塔頂上噴淋下來的栲膠脫硫液逆流接觸，在極短時(shí)間內(nèi)完成吸收硫化氫的反應(yīng)。脫除硫化氫的煤氣由塔頂出來，經(jīng)旋流板，分離器分離掉所夾帶的液滴后去壓縮工段。脫硫后的富液由塔底出來去脫硫塔液封槽，液封槽出來進(jìn)入富液槽，然后又再生泵加壓送到噴射器，在噴射器內(nèi)自吸空氣并在喉管及擴(kuò)散管內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)，然后液氣一起進(jìn)入在再生槽，

20、由底部經(jīng)篩板上翻，進(jìn)行栲膠溶液的氧化再生和硫泡沫浮選，再生后的貧液流入貧液槽，再生脫硫泵分別送往脫硫塔，循環(huán)使用。 噴射再生槽頂浮選出來的硫泡沫自動(dòng)溢流入中間泡沫槽，再由泡沫泵抽硫泡沫到上泡沫槽，經(jīng)加溫，攪拌，靜止分層后，排去上清液，該上清液流入富液槽內(nèi)，硫泡沫經(jīng)真空過濾機(jī)過濾，濾液流入地下槽，硫膏進(jìn)入熔硫釜進(jìn)行熔硫，熔融硫流入鑄模，待冷卻成型后即成為副產(chǎn)品，硫膏。擬設(shè)計(jì)栲膠法脫硫及再生反應(yīng)過程如下：（1） 吸收：在吸收塔內(nèi)原料氣與脫硫液逆流接觸硫化氫與溶液中堿作用被吸收；（2） 析硫：在反應(yīng)槽內(nèi)硫氫根被高價(jià)金屬離子氧化生成單質(zhì)硫；（3）再生氧化：在噴射再生槽內(nèi)空氣將酚態(tài)物氧化為醌態(tài)；以上過程

21、按順序連續(xù)進(jìn)行從而完成氣體脫硫凈化，濕法脫硫和再生工藝流程如下(見圖)：1分離器；2脫硫塔；3水封；4循環(huán)槽；5溶液泵；6液位調(diào)節(jié)器； 7再生槽；8硫泡沫槽；9真空過濾機(jī)；10熔硫釜；11空氣壓縮機(jī)；圖1 濕法栲膠脫硫工藝流程簡圖3.4主要設(shè)備介紹3.4.1填料塔填料塔用于要求高的h2s脫除效率。用作脫硫的填料塔每段填料間設(shè)有人孔，以供檢查用。填料塔結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低廉，制造方便。這種塔體，噴淋裝置，填料再分布器，柵板以及氣，液的進(jìn)出口等部件組成。而填料是填料塔的核心部作分，填料塔操作性能的好壞與所選的填料有很大的關(guān)系，選擇填料應(yīng)當(dāng)遵循一下原則：單位體積填料的表面積大，氣液相接觸的自由體積大；填

22、料空隙率要大，氣相阻力??；重量輕，機(jī)械強(qiáng)度高；耐介質(zhì)腐蝕，經(jīng)久耐用，價(jià)格低廉。而填料的類型，尺寸和堆積方式?jīng)Q定于所處理的介質(zhì)的性質(zhì)。氣液流量的大小和允許的壓力降。本次設(shè)計(jì)，我選用的是聚丙烯階梯環(huán)（50mm25 mm1.5mm）的亂堆填料，這種填料塑料的表面較光滑，所以不易被硫堵塞，用這種填料同時(shí)有很高的脫硫效率。填料的作用是完成對(duì)脫硫液及氣體的再分布，同時(shí)為氣液分布提供較大的相界面。脫硫液從塔頂經(jīng)分布器均勻噴淋在填料上，再填料表面形成液膜，并向下流動(dòng)，與經(jīng)填料空隙上升的氣體接觸，完成對(duì)h2s的吸收。3.4.2氧化槽 世界上使用最多的是有空氣分布板的垂直槽，圓形多孔板安裝于氧化槽的底部，孔徑一般

23、為2mm，空氣壓力必須克服氧化槽內(nèi)溶液的壓頭與分布板的阻力，空氣在氧化器的截面均勻的鼓泡，液體與空氣并流向上流動(dòng)，硫泡沫在槽頂部的溢流堰分離，分離硫后的清液在氧化槽頂部下面一點(diǎn)引出。這種形式的氧化槽需要鼓風(fēng)機(jī)將空氣壓入。中國很多工廠使用一種自吸空氣噴射型的氧化槽，不需要空氣鼓風(fēng)機(jī)。液體加壓從噴嘴進(jìn)入，空氣從文丘里的喉管吸入。氧化槽是一大直徑的圓槽，槽內(nèi)放置多支噴射器。氧化槽目前使用最佳的是雙套筒二級(jí)擴(kuò)大式，脫硫液通過噴射再生管道反應(yīng)，氧化再生后，經(jīng)過尾管流進(jìn)浮選筒，在浮選筒進(jìn)一步氧化再生，并起到硫的浮選作用。由于再生槽采用雙套筒，內(nèi)筒的吹風(fēng)強(qiáng)度較大，不僅有利于氧化再生，而且有利于浮選。內(nèi)筒上下

24、各有一塊篩板，板上有正方形排列的篩孔，直徑15mm，孔間距20mm，開孔率44%。內(nèi)筒吹風(fēng)強(qiáng)度大，氣液混合物的重度小，而內(nèi)外筒的環(huán)形區(qū)基本上無空氣泡，因此液體重度大。在內(nèi)筒和環(huán)形空間由于重度不同形成循環(huán)。氧化槽的設(shè)計(jì)有如下三個(gè)基本參數(shù)要求的空氣流量；氧化器的直徑；有效的液體容積?？諝饬髁空扔诹虻漠a(chǎn)量、反比于液體在氧化器內(nèi)的有效高度，比值可按氧化器內(nèi)每米有效液面高度氧利用率為0.6%0.7%來計(jì)算。氧化器直徑正比于空氣流量與空氣比重的平方，為了得到良好的硫浮選，空氣流速一般選2530m3/(minm2)截面。液體在氧化器的停留時(shí)間正比于液體流量，要求的停留時(shí)間與氧化器數(shù)量有關(guān)，當(dāng)用一個(gè)氧化器時(shí)

25、，停留時(shí)間約45min，用兩個(gè)氧化器停留時(shí)間不超過30min，多級(jí)氧化器有較高的氣液傳質(zhì)效率，第一個(gè)氧化器出來的液體供給第二個(gè)氧化器，硫泡沫從第二個(gè)氧化器頂部分離，第一個(gè)氧化器的空氣流量大，增大湍流使傳質(zhì)加快。第二個(gè)氧化器空氣流量較小，使硫浮選。3.4.3反應(yīng)槽內(nèi)有隔板以塊。主要作用是增加脫硫液的反應(yīng)時(shí)間。3.4.4貧液泵完成對(duì)貧液的升壓與輸送任務(wù)。h=54m,10sh-6a,q=468 m3/h。3.4.5硫泡沫槽硫泡沫槽是一錐形底的鋼制圓筒，槽頂設(shè)有1525轉(zhuǎn)/min的攪拌機(jī)一個(gè)，以保持槽內(nèi)硫泡沫經(jīng)常呈懸浮狀態(tài)。此槽容積可按存放36h的硫泡沫存量計(jì)算。3.4.6 過濾器工業(yè)上常用連續(xù)作業(yè)的

26、鼓形真空過濾機(jī)，所需過濾面積可按每1m2過濾面積于1h內(nèi)能濾過干燥硫磺6080kg計(jì)算。通常采用的真空過濾機(jī)，當(dāng)過濾面積為10m2時(shí)，其直徑為2.6m，長為1.3m。中國最近使用戈?duì)柲み^濾器來過濾硫泡沫。該過濾元件是由多振過濾薄膜袋組成，多孔膜的材料是聚四氟乙烯薄膜，可根據(jù)工作負(fù)荷的大小調(diào)整過濾薄膜袋的數(shù)量和膜的孔徑，以達(dá)到良好的過濾效果，單臺(tái)過濾器的膜面積為22.550m2。戈?duì)柋∧V料由于表面有一層致密而多孔的薄膜，不需要傳統(tǒng)濾料的初始濾餅層，一開始過濾就是有效過濾，當(dāng)經(jīng)過一段時(shí)間后濾餅層積累到一定厚度，同樣也影響過濾流量，這時(shí)可以給濾料一個(gè)以秒計(jì)的反向推動(dòng)力，將濾料表面全部的濾餅迅速而輕

27、松地從濾料表面推卸下來，稱為反清洗。由于聚四氟乙烯自身的化學(xué)特性，它與任何物質(zhì)均不粘連，因而所有的濾餅均可被清洗下來，濾料又恢復(fù)新濾料的過濾能力，這樣過濾，反清洗，再過濾，再反清洗，一次又一次循環(huán)。這一工藝可在同樣的時(shí)間內(nèi)達(dá)到傳統(tǒng)過濾器520倍的過濾流量，而用傳統(tǒng)的過濾材料是無法實(shí)現(xiàn)這種頻繁的反清洗工藝的。戈?duì)栠^濾器是由罐體、管路、花板、濾芯、氣動(dòng)撓性閥、自動(dòng)控制系統(tǒng)等組成。戈?duì)柲み^濾器一般安裝在硫泡沫槽后。泡沫液經(jīng)1#閥進(jìn)入過濾器，空氣經(jīng)3#閥排放后關(guān)閉3#閥，溶液經(jīng)上腔進(jìn)入貯槽。過濾一段時(shí)間后濾餅達(dá)到定值時(shí)，控制系統(tǒng)進(jìn)入反沖狀態(tài)，1#、2#、4#閥自動(dòng)切換，反沖清膜，濾餅脫離袋沉降到錐底部

28、，系統(tǒng)重新進(jìn)入過濾狀態(tài)。濾餅達(dá)到一定量時(shí)，開6#閥排硫膏，去熔硫釜熔成硫磺或脫水生成硫膏出售。使用戈?duì)柲み^濾器，可將硫泡沫高度凈化，如進(jìn)過濾器前懸浮硫含量為8g/l，出膜過濾器清液懸浮硫含量8mg/l，取出的硫是硫膏，水分含量低，縮短了熔硫釜的熔硫時(shí)間，并節(jié)省蒸汽。3.4.7 熔硫釜熔硫釜是一個(gè)裝有直接蒸汽和間接蒸汽加熱的設(shè)備，其操作壓力通常為0.4mpa。其容積按能充滿70%75%計(jì)算，而放入的硫泡沫含有40%50%的水分。對(duì)于直徑1.2m，有效高度2.5m的熔硫釜，每次熔化所需的時(shí)間約為34h。脫硫主要設(shè)備都用碳鋼制作，因?yàn)槠鋬r(jià)格低廉，同時(shí)在許多的場合其性能可以滿足使用的要求。為了防止設(shè)備

29、被腐蝕，除選擇適當(dāng)?shù)哪透g材料制造設(shè)備外，還可以采用防腐措施對(duì)設(shè)備進(jìn)行防腐。如在吸收塔，再生器的內(nèi)表面可適當(dāng)?shù)耐扛脖Ｗo(hù)層。或添加緩蝕劑等。而泵的密封采用機(jī)械密封，以減少溶液的漏損。機(jī)械密封是一種功耗小，泄漏率低，密封性能可靠，使用壽命長的轉(zhuǎn)軸密封，被廣泛地應(yīng)用于各個(gè)技術(shù)領(lǐng)域中。以減少溶液的漏損。機(jī)械用適當(dāng)?shù)耐苛贤克榱朔栏?，在吸收塔、再生器的表面可用適當(dāng)?shù)耐苛贤克ⅰ? 工藝計(jì)算書4.1原始數(shù)據(jù)4.1.1焦?fàn)t煤氣組分：組分coco2h2n2o2ch4ar體積/%26.9710.1339.8220.930.391.30.494.1.2脫硫液組分：組分na2co3nahco3栲膠navo3濃度g/l

30、22.33.242.12.34.1.3設(shè)計(jì)工藝參數(shù)焦?fàn)t煤氣中h2s初始含量c1 = 10g/m3凈化氣中 h2s含量c2 = 0.15g/m3入吸收塔焦?fàn)t煤氣氣量g0 = 24000m3/h 入吸收塔焦?fàn)t煤氣壓力p0 = 1.39atm 出吸收塔焦?fàn)t煤氣壓力pi = 1.37atm 入冷卻塔焦?fàn)t煤氣溫度，t1=50 出冷卻塔入吸收塔焦?fàn)t煤氣溫度，t2=35 硫容量 s = 0.2 kg（h2s）/m3熔硫釜的工作周期4h熔硫釜的操作壓力0.4mpa硫泡沫中硫含量s1 = 30 kg/m3硫膏含量 s2=20%煤氣平均等壓比熱容 =30.44 kj/kmol硫泡沫槽溶液終溫t3 = 800c；硫

31、泡沫槽溶液初溫t4 = 400c；熔硫釜硫膏終溫t5 = 15 0c熔硫釜加熱初溫t6 = 135 0c入熔硫釜硫膏初始含水率80出熔硫釜硫膏含水率50硫膏密度s = 1500 kg/m3硫泡沫密度f =1100kg/m3硫泡沫比熱容,cf =3.68 kj/(kg0c)；常用熔硫釜全容積為vr = 1.6m3熔硫釜裝填系數(shù)為7075%硫膏的比熱容cs = 1.8 kj/(kg0c) 硫膏的熔融熱ch=38.69 kj/kg熔硫釜周圍空間的散熱系數(shù)= 12.56 kj/(mh0c)0.2mpa蒸汽的汽化熱r1 = 2202.26 kj/kg0.4mpa蒸汽的汽化熱r2 = 2135.2 kj/

32、kgh2s氣體密度g = 1.05 kg/m3 ；脫硫液液體密度l = 1050 kg/m3熔硫釜表面積f = 9.2 m2噴射再生槽溶液流速wi = 25 m/s通常wi = 1828 m/s噴射再生槽噴嘴入口收縮角1 = 14噴射再生槽噴嘴喉管長度l6 = 3mm噴射再生槽吸氣室收縮角2 = 30噴射再生槽管內(nèi)空氣流速取wa =3.5 m/s ；噴射再生槽尾管直徑擴(kuò)張角取3 = 7尾管中流體速we = 1 m/s焊接接頭系數(shù) 由于焦?fàn)t煤氣氣量大及h2s含量多，因此采用兩個(gè)吸收塔并聯(lián)，則： g0= g0/2=24000/2=12000 m3/h4.2物料衡算14.2.1 h2s脫除，g1，k

33、g/hg1 = = g0(100.15)/1000=12000（10-0.15）/ 1000 = 118.2kg/h4.2.2溶液循環(huán)量lt，m3/h lt = = 118.2 / 0.2 = 591m3/h式中 s 溶液硫容量，kg/m3，s = 0.2 kg (h2s)/m34.2.3生成na2s2o3消耗h2s的量g2, kg/h取na2s2o3的生成率為脫除量的8，則：g2 = g18=118.28 = 9.46 kg/h4.2.4na2s2o3生成量，g3，kg/hg3 = =9.46158/234 = 21.98 kg/h式中m na2s2o3 na2s2o3分子量 m h2s h

34、2s分子量4.2.5理論硫回收量g4，kg/h g4 =（g1g2）ms/ m h2s = （118.2-9.46）32/34 =102.34 kg/h式中 ms 硫的分子量 4.2.6理論硫回收率，= g4/ g1 =102.34/118.2100=86.584.2.7生成na2s2o3消耗純堿的量g5，kg/hg5 = g3m na2co3/ m na2s2o3 =21.98106 / 158 = 14.75kg/h式中 m na2co3 碳酸鈉的分子量；4.2.8硫泡沫生成量g6，m3/h g6 = g4/s1 =102.34/30 =4.41m3/h式中 s1 硫泡沫中硫含量，此處取s

35、1=30/m3；4.2.9入熔硫釜硫膏量g7 g7 = g4/s2 = 102.34/0.2=511.7 kg/h式中 s2 硫膏含量，此處取s2=20%；4.2.10回收率， = = （10-0.15）/ 10100=98.5%4.2.11硫膏的理論產(chǎn)量 w理論=32v c1/34=3224000100.985/34=222.49 kg/h 式中 w理論硫化氫的原子量 v 焦?fàn)t煤氣氣量，m3 （標(biāo)）/ h c1 脫硫前半水煤氣中硫化氫含量，g/m3 （標(biāo)） 脫硫效率， 32 硫的原子量4.3熱量衡算4.3.1冷卻塔熱量衡算4.3.1.1冷卻塔熱負(fù)荷，kjm3/ kmolh 式中入冷卻塔焦?fàn)t煤

36、氣量，kmol/(tnh3)； 焦?fàn)t煤氣平均等壓比熱容，kj/( kmol.0c), =30.44 kj/kmol； 入、出冷卻塔焦?fàn)t煤氣溫度； 入、出冷卻塔焦?fàn)t煤氣溫含水量，kg/kmol. 查得 入，出冷卻塔條件下水蒸氣的焓，kcal/kg, 查表知 代入公式計(jì)算得=2400030.44（50-35）+0.784（2591.63-2564.83）=11462640 kjm3/ kmolh4.3.1.2冷卻水消耗量，m3 / h 式中 冷卻水溫升，,此處取。 =11462640/10005=2292.52 m3 / h4.3.2硫泡沫槽熱量衡算 4.3.2.1硫泡沫槽熱負(fù)荷q2，kj/hq2

37、 = vf pfcf (t3-t4) = 3.4111003.68（80-40）= 552147.2kj/h式中 vf 硫泡沫體積，m3，vf =g6； f 硫泡沫密度，kg/m3 , f = 1100kg/m3； cf 硫泡沫比熱容，kj/(kgk),cf=3.68 kj/(kgk)；t3 槽中硫泡沫終溫，t3 = 800c； t4 槽中硫泡沫初溫，t4 = 400c；4.3.2.2蒸汽消耗量，w4,kg/h w4 = q2/r1 =552147.21/2202.26 =250.72 kg/h3式中 r1 0.2mpa蒸汽的汽化熱，r1 = 2202.26 kj/kg4.3.3熔硫釜熱量衡算

38、4.3.3.1熔硫釜熱負(fù)荷q3,kj/釜 q3=g8css(t5-t6)+0.5g8sch +4f(t5-t6) = 1.21.81500（135-15）+ 0.51.2150038.69 + 412.569.2（135-15）= 49085.96 kj/釜式中g(shù)8 每一釜硫膏量，m3/熔硫釜，g8=0.75vr = 0.751.6, g8= 1.2 m3/釜 vr 常用熔硫釜全容積為1.6m3 0.75 熔硫釜裝填系數(shù)為75%cs 硫膏的比熱容,kj/(kgk), cs =1.8 kj/(kgk) ch 硫膏的熔融熱，kj/kg ，ch=38.69 kj/kg 熔硫釜周圍空間的散熱系數(shù)，kj

39、/(mh0c)，= 12.56 kj/(mh0c)f 熔硫釜表面積，f = 9.2 m2t5 入釜硫膏終溫，oc，t5= 135 0ct6 釜內(nèi)加熱初溫, oc ，t6 = 15 o c 0.5 硫膏中含硫量504 熔1釜所需時(shí)間（工作周期），hs 硫膏密度，kg/m3，s = 1500 kg/m34.3.3.2 蒸汽消耗量w2，kg/釜 w2 = q3 /r2 =479085.96 /2135.27= 224.37 kj/釜式中 r2 0.4mpa蒸汽汽化熱，r2 = 2135.27kj/kg 5 主要設(shè)備的工藝計(jì)算和設(shè)備選型5.1主要設(shè)備的工藝尺寸5.1.1填料吸收塔設(shè)計(jì)計(jì)算5.1.1.1

40、塔徑的確定塔徑可以采用泛點(diǎn)速度計(jì)算關(guān)聯(lián)圖計(jì)算2橫坐標(biāo)為：=查圖得：則 圓整得， 式中 -泛點(diǎn)氣速, l 流體質(zhì)量流速，kg/(h.l) ，l = ltl g 氣體質(zhì)量流速，kg/(h.l) ， g = g0g 填料比表面積，m2/m3，選用50mm25 mm1.5mm聚丙烯階梯環(huán)，= 114 m2/m3 ； 填料孔隙率，m3/ m3，= 0.927 m3/ m3；l 溶液粘度，mpas，= 0.8 mpas ；g 氣體密度，kg/m3，v = 1.05 kg/m3 ；l 液體密度，kg/m3，l = 1050 kg/m3 ； 重力加速度，m/s2 , = 9.81 m/s2 d 吸收塔直徑，m

41、 ； 0.7-泛點(diǎn)氣速系數(shù)。5.1.1.2填料層高度計(jì)算吸收過程傳質(zhì)系數(shù)kg的計(jì)算 3kg = au1.3cna0.1b-0.01 式中 kg 傳質(zhì)系數(shù)，kg/m2hatm；a 經(jīng)驗(yàn)數(shù)，a = 20；u 操作氣速，m/s ；cna 溶液中na2co3的含量，cna= 22.3 g/l；b 吸收過程液氣比，b = lt / g0 =591/12000=0.049則kg = au1.3cna0.1b-0.01 = 20(0.7)1.3(22.3)0.1(0.049)-0.01 =17.68 kg/m2hatm 吸收過程平均推動(dòng)力pmpm = (p1-p1*)-(p2-p2*)/ (p1-p1*)/

42、 (p2-p2*) 式中 p1 吸收塔入口氣相h2s分壓 ，atm ；p1 = p0c122.4/m h2s =1.391022.4/341000 = 0.0092 atmp2 吸收塔出口氣相h2s分壓 ，atm；p2 = pic222.4/m h2s = 1.370.0522.4/341000 = 0.00014 atm；p0 吸收塔入口壓力 ，atm，p0 = 1.39 atm ；pi 吸收塔出口壓力 ，atm ，pi = 1.37 atm ；p1*，p2* 吸收塔入，出口氣相h2s平衡分壓 ，atm ，溶液中h2s含量很低，可以忽略。p1*= p2*=0則 pm = (p1-p1*)-(

43、p2-p2*)/ (p1-p1*)/ (p2-p2*) = 0.0092-0.00014/（0.0092/0.00014） =0.0022 atm；所需傳質(zhì)面積的計(jì)算ap = g1/ kgpm =118.2/17.680.0022=3038.87 m2填料層高度的計(jì)算hp = ap/0.785d2=3038.87/0.7852.82114 = 4.3 m考慮到計(jì)算公式的偏差實(shí)際取填料高度為：hp =5 m對(duì)于階梯環(huán)填料，說明：填料高度根據(jù)所需的傳質(zhì)單元理論板數(shù)來推算出。算出的高度太大則分成若干段，每段一般不宜超過6m，或按推薦的倍數(shù)來選定，對(duì)于拉西環(huán)，每段填料層高度為它徑的3倍，對(duì)于鮑爾環(huán)及鞍

44、形填料為510倍，為3液位分布良好，兩段之間液體再分布裝置。5.1.1.3壓降的計(jì)算采用eckert通用關(guān)聯(lián)圖計(jì)算填料層壓降4橫坐標(biāo)為 = 縱坐標(biāo)為 空塔氣速，m/s重力加速度，9.81m/s2填料因子，m-1液體密度校正系數(shù)，=/,液體,氣體的密度，液體粘度，,液體，氣體的質(zhì)量流量，查圖得填料層壓降為 塔徑與填料尺寸之比：2800/50=56 10 所以填料選擇正確。查得：液體的噴淋密度 l = 22m3/m 2h 填料的潤濕率lwlw=l/ = 22/114=0.193 m3/m 2h 0.08 m3/m 2.h 所以填料選擇合適。式中 填料的比表面積，m2/m3 ；塔截面積a=0.785

45、d2=0.7852.82=6.15 m2式中 a 塔截面積，m2 d 塔徑，m ；填料個(gè)數(shù)n =d-3 = 0.77（0.05）-3= 6160 個(gè)/m3式中 n 單位體積內(nèi)填料的個(gè)數(shù)，個(gè)/m3 ；d 填料尺寸，m ； 常數(shù)， = 0.77 ；持液量的計(jì)算：ht = 0.143(l/de)0.6 = 0.143(591/0.05)0.6 =39.71 m3液體/m3填料式中 ht 總持液量，m3液體/m3填料 ；l 液相流率，m3/m2h ；de 填料直徑,m ；5.1.2噴射再生槽的計(jì)算55.1.2.1槽體再生槽直徑d1的計(jì)算 d1 = = = 5.48 m 圓整：d1 = 5.6 m 式中

46、 d1 槽體直徑，mai 吹風(fēng)強(qiáng)度，m3 /(hm2)，ai = 120 m3 /(hm2)ga 空氣量，m3/h ，ga =ltci = 25912.4 m3/h ci 噴射器抽吸系數(shù)，m3/m2，設(shè)ci=2.4m3/m2再生槽擴(kuò)大部分直徑d2的計(jì)算 d2 = 0.4 + d1 = 0.4 +5.6 =6 m再生槽高度計(jì)算h1 = = 25918/0.7855.6260 = 6.4 m圓整：h1 = 6.5 m式中 h1 再生槽有效高度，m； 溶液在再生槽內(nèi)的停留時(shí)間，min，取 8min；ht = h1 + h2 + h3 = 6.5 + 0.5 + 1.5 =8.5 m式中 ht 再生槽

47、高度，m；h2 噴射器出口到槽底距離，m，h2 取0.5 mh3 擴(kuò)大部分高度，m，h3 取1.5m；5.1.2.2噴射器(1) 噴嘴的計(jì)算 噴嘴個(gè)數(shù)，n個(gè) n = lt/li 式中 li 每個(gè)噴射器溶液量，m3/h，取li =40 m3/h ； 則：n = lt/li = 1182/40=29.55個(gè)/ m2 圓整：n = 30 個(gè)/ m2噴嘴孔徑，di，m = = 0.024 m 式中 wi 噴射處溶液流速，m/s， wi = 25 m/s溶液入口管直徑，di ，m=3di = 30.024 =0.0.072m 噴嘴入口收縮段長度，l5，mm 式中 1 噴嘴入口收縮角，1 = 14噴嘴喉管長度l6 ，ml6 = 3mm噴嘴總長度l7 ，ml7 = l5 + l6 = 0.20+ 0.003= 0.203m(2) 混合管的計(jì)算混合管直徑dm ，mdm =