設(shè)計版4創(chuàng)新點說明書

1、50000Nm³/h 煤制氫廢氣深度脫硫及化利用-創(chuàng)新點說明-2017 年“東華科技陜鼓杯”第十一屆大學(xué)生化工設(shè)計競賽50000Nm3/h 煤制氫廢氣深度脫硫及化利用項目設(shè)計創(chuàng)新性說明書參賽學(xué)校：石油化工學(xué)院參賽團隊：Chemical Man參賽隊員：、吳秉權(quán)、指導(dǎo)：/完成時間：2017.3-2017.7250000Nm³/h 煤制氫廢氣深度脫硫及化利用-創(chuàng)新點說明-目錄深度脫硫技術(shù)1采用 Claus+LT-Scot 組合工藝脫硫11.11.2廢氣脫硫及化利用31.3碳排放減少4反應(yīng)技術(shù)創(chuàng)新5脫硫劑（CT8-26）的應(yīng)用52.1復(fù)合型Claus 段燃燒爐采用富氧空氣72.2

2、分離技術(shù)創(chuàng)新93.1急流線形規(guī)整波紋填料的應(yīng)用9膜噴射無返混塔板（MP）在再生3.2的應(yīng)用12工藝創(chuàng)新144.1增加汽提塔，最大限度減少廢水排放量144.2CO2 冷凝提純段多級壓縮冷凝工藝創(chuàng)新 .15過程節(jié)能技術(shù)創(chuàng)新175.1換熱集成優(yōu)化175.2采用新型多熱泵精餾系統(tǒng)195.3余熱鍋爐的應(yīng)用21新型過程應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新226.1新型制硫燃燒爐襯里結(jié)構(gòu)的應(yīng)用226.2新型吸收塔除霧器的應(yīng)用266.3輸送系統(tǒng)的創(chuàng)新286.4換熱結(jié)構(gòu)創(chuàng)新30系統(tǒng)的創(chuàng)新337.1精確反應(yīng)爐進空氣量337.2APC 和 DCS系統(tǒng)的應(yīng)用34350000Nm³/h 煤制氫廢氣深度脫硫及化利用-創(chuàng)新點說明-環(huán)境保

3、護技術(shù)的創(chuàng)新348.1 廢氣處理.348.1.1 工藝廢氣處理 .358.2 廢水處理.358.2.1脫硫廢水處理 .368.2.2含油污水處理 .378.3 廢固處理.398.3.1制硫催化劑和抗氧保護制硫催化劑 .398.3.2加氫催化劑廢固處理 .408.3.3活性炭廢固處理 .438.4噪聲防治.46參考文獻47450000Nm3/h 煤制氫尾氣深度脫硫及化利用-創(chuàng)新點說明深度脫硫技術(shù)1.1 采用Claus+LT-Scot 組合工藝脫硫本項目為處理 50000Nm3/h 煤制氫尾氣深度脫硫項目，我們主要選取了煤制氫廢氣脫硫常用幾種工藝并進行綜合對比如下：表 1.1-1 煤制氫廢氣脫硫工

4、藝投資對比表表 1.1-2 煤制氫廢氣脫硫工藝對比表1項目雙堿法氨法離子液吸收法Claus+LT-Scot 法脫硫 率， 高硫煤適應(yīng)性副產(chǎn)物防腐三廢排放應(yīng)用業(yè)績90%95%98%99.4%差差好好脫硫石膏硫酸銨度 SO2 或硫酸少量含硫化合物以及CO2，N2防腐要求相對較高防腐要求高防腐要求很高防腐要求較高少量廢水排出大量廢水排出少量廢水排出無廢水，無廢氣，催化劑定期更換少量使用，技術(shù)成熟有業(yè)績，可進一步優(yōu)化目前十余套裝置業(yè)績，可進一步優(yōu)化國內(nèi)外都有使用，技術(shù)成熟項目雙堿法氨法離子液吸收法Claus+LT-Scot 法投資成本運行費用占地面積投資回收期 建廠規(guī)模略高，200250 元較高，30

5、0400 元投資，119. 3 萬較高/kW/kW元/kt,高高低低運行成本相對較低偏大費適中，造價昂貴，但運投資費用較高，行成本運行成本相對較相對較低運行成本低高偏大適中偏大長長較長較長大中型中小型中小型大中型硫酸廠50000Nm3/h 煤制氫尾氣深度脫硫及化利用-創(chuàng)新點說明表1.1-3 煤制氫廢氣脫硫工藝采用吸收劑對比表通過表 1.1-1，表1.1-2，表 1.1-3 的綜合對比，我們最終決定采取的脫硫工藝為Claus+LT-Scot 組合工藝。本項目廠址選在茂名工業(yè)園區(qū)，主要處理的廢氣來自茂名的煤制氫車間。下圖為廢氣的組成表：表 1.1-4 處理前尾氣組成2組成 kmoL/h原料氣流量

6、m³/hH286.29Ar0.00CO127.59CO223808.40N23436.14H2S22421.52COS41.68CH3OH78.38合計50000.00Claus+LT-Scot氨法脫硫雙堿法脫硫離子溶液脫硫選用的吸收劑組成吸收能力吸收溫 度（） 吸收液PH液氣比l/m3 吸收方式吸收劑利用率腐蝕性CT8-26氨水NaOH、Ca(OH)2離子液92%8%添加劑20%的氨水溶液石灰粉（純度85%，90%過 200 目）鈉堿粉（純度90%）以有機陽離子、無機陰離子為主,添加少量活化劑、抗氧化劑和緩蝕劑高較高高極強4045427050701051109.015.56.512

7、93-4452345氣-液氣-液氣-液氣-液高較高高高無低無無50000Nm3/h 煤制氫尾氣深度脫硫及化利用-創(chuàng)新點說明表 1.1-5 處理后尾氣組成小結(jié)：經(jīng)過處理，本項目工藝流程最終排放尾氣 SO2 濃度為 28mg/m3，根據(jù)最新的石油化學(xué)工業(yè)污染物排放標準GB31571-2015 大氣污染物排放標準，特殊地區(qū)的二氧化硫排放濃度不得超過 50mg/m3，所以本項目工藝尾氣處理達標。1.2 廢氣脫硫及化利用本項目為處理 50000Nm3/h 煤制氫含硫廢氣并化利用的生產(chǎn)項目，經(jīng)過深度脫硫工藝，為硫磺，生成的硫磺可以作為下游生產(chǎn)硫酸的原料，另外可以作為橡膠制品的添加劑，所產(chǎn)硫磺主要銷往東南亞

8、，有較好的市場利用價值。在處理廢氣的同時，變廢為寶，實現(xiàn)廢氣的化利用。下表項目硫磺的相關(guān)指標：表 1.2-1 本項目硫磺指標小結(jié)：本項目通過采用 Claus+LT-Scot 組合工藝，年產(chǎn) 18 萬噸硫磺的項目帶來了較好的效益，變廢為寶，完全符合的“可持續(xù)發(fā)展”戰(zhàn)略。3項目產(chǎn)量 萬噸/年純度，%凈萬元/年硫磺1899.98%19800項目尾氣爐尾氣溫度/kpa質(zhì)量流量 /（kg/hr） 體積流量/（m3/hr） Mass Flow /（kg/hr） SO2CO2 N2 H2OO2700100168180.5449714.15.05330764.261110002792.812320050000

9、Nm3/h 煤制氫尾氣深度脫硫及化利用-創(chuàng)新點說明1.3 碳排放減少本項目 LT-Scot 尾氣處理單元經(jīng)過再生塔排出的尾氣主要組成為 CO2，N2，根據(jù)物的流量為 24857kg/h，在原處理工藝中是將尾氣中的處理料衡算表得到尾氣中達標后直接排空，但 CO2 作為溫室氣體會加劇溫室效益，按照每年開工 8000 小時換算，排放量達到了 19.9 萬噸/年。在環(huán)保方面不符合每年的“超低排放”的理念?，F(xiàn)將再生塔含碳尾氣在經(jīng)過脫硫，脫水和低溫提純工藝等工藝后，將尾氣中的 CO2制成純度為 99.99%的食品級液態(tài)。下表項目的指標。表 1.3-1 本項目技術(shù)指標小結(jié)：本項目通過增加脫碳單元一方面減少了

10、大量 CO2 溫室氣體對大氣的影響，另一方面變廢為寶，年產(chǎn) 14 萬噸/a 食品級液態(tài) CO2 也項目帶來了每年 1.12 億的效益，符合可持續(xù)發(fā)展的科學(xué)理念。4項目原工藝新工藝改進程度再生塔 CO2 排放量 萬噸/年凈萬元/年19.95.9-14198003100050000Nm3/h 煤制氫尾氣深度脫硫及化利用-創(chuàng)新點說明反應(yīng)技術(shù)創(chuàng)新脫硫劑（CT8-26）的應(yīng)用2.1 復(fù)合型在本項目的 LT-Scot 單元的吸收，需要采用吸收劑來吸收酸性氣中的 H2S 工業(yè)中常用的硫化氫氣體吸收劑為甲基二乙醇胺（）溶液，但在本項目中的吸收，原料氣的 CO2/H2S 比值要高于常規(guī)值。這種條件下且抗發(fā)泡性能

11、也較差。水溶液的脫硫選擇性能較差，CT8-26 是西南油氣田天然氣將溶液改進后的硫化氫吸收劑。下表是脫硫劑（CT8-26）理化性質(zhì)的比較。CT8-26 主要有以純脫硫劑與復(fù)合型下特點:(1) CT8-26 水溶液有更好的脫硫選擇性，在相同操作條件下，雖然 CO2 吸收率比水溶液低 5%，但酸氣中 H2S 濃度有明顯大幅度提高。(2) 隨著脫硫選擇性的，溶液對 CO2 的吸收量降低，所需再生蒸氣量減少，過程能耗進一步降低。(3)CT8-26 新型選擇性脫硫溶劑再生比水溶液容易，貧液 H2S、CO2 含量更低，新型選擇性脫硫溶劑使用方便，如果裝置原使用醇胺溶液脫硫，無需改動，可直接使用。與 CT8

12、-26 性質(zhì)對比表 2.1-15項目原溶液CT8-26對比是否含添加劑CO2 共吸率抗發(fā)泡能力平均腐蝕速率無有-%23.0414-9.04%較小大mm/a0.02810.0221-0.00650000Nm3/h 煤制氫尾氣深度脫硫及化利用-創(chuàng)新點說明與 CT8-26 性能對比表 2.1-2CT8-26優(yōu)點：高適用濃度、高酸氣負荷、低脫硫選擇性、抗發(fā)泡能力；化學(xué)無化學(xué)降解和熱降解，無需溶劑堿性理；性好，處腐蝕、抗降解能力強、高脫硫選擇性、低能耗；缺點：堿性弱，與 CO2 反應(yīng)速度較慢，在低壓下容易出現(xiàn)凈化器 H2S 含量超標性能特點腐蝕性?。惶砑觿┑氖褂?，使其再生比水溶液更容易，貧液 H2S、C

13、02 含量更低表 2.1-3 采用 CT8-26 配方型溶劑后改進效果由上表對比可知，當吸收塔采用 CT8-26 新型吸收劑后，原料氣中的硫化氫含量大大降低，且再生階段的能耗從 160GcaL/h 降至 132.77GcaL/h，大大降低了生產(chǎn)能耗：并且吸收塔尾氣中硫化氫出口質(zhì)量濃度從 43mgm-3 降至 25 mgm-3，也大大降低了后續(xù)尾氣段的氣消耗，減少了項目的生產(chǎn)成本。6項目水溶液CT8-26改進效果溶液循環(huán)量/t·h-1溶液質(zhì)量分數(shù)，%820777-433030吸收前 H2S/（kg/h）吸收后 H2S/（kg/h）485448541500.01084+416再生能耗/（

14、GcaL/h）吸收塔尾氣中 H2S 質(zhì)量濃度/mg·m-3160.0132.7727.234325-1850000Nm3/h 煤制氫尾氣深度脫硫及化利用-創(chuàng)新點說明2.2 Claus 段燃燒爐采用富氧空氣本項目Claus 單元的燃燒爐需要氧氣來把H2S 反應(yīng)為 SO2，原工藝方案采用鼓入空氣，但以這種燃燒方式助燃空氣僅有 21%的氧氣參與燃燒過程，而空氣中將近 79%的氮氣不但不幫助燃燒，反而吸收了大量的燃燒反應(yīng)放出的熱量，并作為煙氣排出爐體，造成燃料的很大浪費。下圖為燃燒爐中氧氣濃度與裝置處理量的圖，結(jié)論如下:圖 2.2-1 氧氣濃度度與裝置處理量圖在采用一定量的富氧后，對于 H2

15、S 含量越高的酸性氣，生產(chǎn)能力就越強。在生產(chǎn)能力確定的情況下，氧氣濃度越高，燃燒爐的燃燒效率就越好。表 2.2-1 富氧工藝優(yōu)缺點分析7項目富氧工藝備注優(yōu)點缺點降低過程氣量、提高效率和裝置生產(chǎn)能力進入系統(tǒng)的氮氣量相對減少，節(jié)約大量能耗增加 H2S 在燃燒爐內(nèi)直接轉(zhuǎn)化成硫的轉(zhuǎn)化率通過高溫來來增加 H2S 的含量有利于降低過程氣中有機硫的含量通過高溫來減少 COS，CS2 的含量節(jié)約投資至少減少一半總投資節(jié)約 35%以上爐內(nèi)的溫度可達到 1650°C 甚至更高，超過目前所使用的耐火材料所能夠承受的極限現(xiàn)有解決主要有：分段燃燒法多級燃燒嘴法急冷火焰法50000Nm3/h 煤制氫尾氣深度脫硫

16、及化利用-創(chuàng)新點說明經(jīng)過綜合分析，雖然富氧空氣的價格略高于空氣，但考慮到本項目的處理綜合能耗以及相對投資，我們決定采用氧氣濃度為 39%的富氧空氣代替空氣作為燃燒原料，這樣不僅減少了相對總投資，也大幅度提高裝置處理能力。另外制硫裝置投入運行后負荷處于設(shè)計上線，采用富氧空氣后能夠以最大限度提高單套硫磺裝置負荷同時降低能耗。下表過 Aspen Plus 流程模擬分別對采用空氣和富氧空氣燃燒的結(jié)果分析。表 2.2-2 改進前后結(jié)果小結(jié)：可以從上表看到，Claus 燃燒爐在采用富氧空氣燃燒后，氣（天然氣）的消耗量從 1432kg/h 減少到了 742kg/h，按照天然氣購入價格 2820 元/噸計算，

17、每年可以減少天然氣成本 1556.6 萬元。大大減少了生產(chǎn)成本。另外由于燃燒效率的提高，廢熱鍋爐的冷卻水量也減少了 6994kg/h，達到了節(jié)能環(huán)保的目的。考慮到富氧空氣的成本，本項目中采用從廠區(qū)外購入工業(yè)氧氣并與空氣按比例混合鼓入生產(chǎn)區(qū)（混合后氧氣濃度為 39%，其余為氮氣）作為燃燒器的助燃空氣，可以起到節(jié)約能源、提高加熱質(zhì)量、環(huán)境的良好效果。8類型空氣燃燒富氧（39%）燃燒改進結(jié)果消耗量，kg/h 廢熱鍋爐冷卻水量，kg/h1432742-6904345036156-6994相對投資費用，%10060減少30%-35%總硫轉(zhuǎn)化率，%85.3288.69+3.37相對出料率，%100110+

18、1050000Nm3/h 煤制氫尾氣深度脫硫及化利用-創(chuàng)新點說明分離技術(shù)創(chuàng)新3.1 急流線形規(guī)整波紋填料的應(yīng)用本項目急工作原理是將高溫酸性氣從急塔底通入，從塔頂噴入急冷水，裝填陶瓷散堆填料。經(jīng)液對流實現(xiàn)酸性氣降溫效果。在現(xiàn)代工業(yè)的處理酸性氣的填料，為了避免酸性氣的腐蝕，大都采用耐酸堿性能好的陶瓷散堆填料。傳統(tǒng)的填料塔基本上都采用散堆填料，但是由于散堆填料呈無序的堆積，在運行過程中散堆填料之間相互撞擊或摩擦產(chǎn)生的大量粉末，堵塞填料空隙，造成空氣阻力降較大，特別是運行一段時間后，阻力降繼續(xù)慢慢升高，影響裝置的生產(chǎn)能力。采用散堆填料的填料塔，壓降一般都在 2KPa 左右，有的甚至更高，對裝置的生產(chǎn)能

19、力造成很大影響。下圖為原填料塔采用的陶瓷散堆填料實物圖：圖 3.1-1 原填料塔采用陶瓷散堆填料實物圖經(jīng)過文獻查找及對比分析我們發(fā)現(xiàn)萍鄉(xiāng)市車田工業(yè)瓷廠研發(fā)的 S 流線型規(guī)整波紋填料具有比表面積大、壓降低的特點，能有效解決急壓降高的，適用于新裝置采用和老裝置提能改造。950000Nm3/h 煤制氫尾氣深度脫硫及化利用-創(chuàng)新點說明一.流線型規(guī)整波紋填料特點流線型規(guī)整波紋填料具有以下特點：一是填料上端和下端的通道垂直設(shè)置，并與傾斜狀的通道圓滑過渡連接，當介質(zhì)流經(jīng)填料時，能垂直地從上到下進行，方向發(fā)生變化，阻力小，更暢通，分而更均勻，從而可提燥效果；二是該填料在干燥呈有序堆積，填料之間相互撞擊或摩擦，

20、填料之間的空隙不容易堵塞，填料孔隙率大，因而可大大降低了阻力，提高介質(zhì)速度，減少阻力降，可延長干燥塔運行周期，降低運行成本。圖 3.1-2 流線型規(guī)整波紋填料實物圖流線型規(guī)整波紋填料與普通規(guī)整波紋填料、散堆填料相比，具有比表面積大、壓降低的特點，其性能參數(shù)如下：表 3.1-1 填料效率對比表（體積傳質(zhì)系數(shù) Kxa， ）：10液體噴淋密度m³/.h 100L/h（12.74m3/m2/h）200L/h（25.48m3/m2/h）300L/h（38.22m3/m2/h）F 因子流線型規(guī)整普通規(guī)整波紋填料波紋填料1.72375838311.923876無法操作1.53442456761.7

21、25287無法操作1.537763無法操作50000Nm3/h 煤制氫尾氣深度脫硫及化利用-創(chuàng)新點說明表 3.1-2 塔壓降對比表（mm 水柱/米填料）：從以上數(shù)據(jù)對比可以看出，流線形填料相對于普通填料具有較低的降，說明這種填料可以在較高的氣液負荷下運行。當液量是 200L/h 和 300L/h 時候，普通規(guī)整波紋填料的極限動能因子 FV 為 1.15-1.34 之間，流線形規(guī)整波紋填料的極限動能因子FV 為 1.51.92。在較高的氣液負荷下（FV>1.5），流線形填料因降比較小，可正常操作，并表現(xiàn)出了較好的傳質(zhì)性能，降低了能源的損耗，提高了企業(yè)和的效益。另外填料使用可達 10 年以上

22、，且每年檢修無須掏出，無須添加填料。二、改造后的效益分析小結(jié)：改造后急冷水泵流量下降 11.7m3/h，節(jié)約了電耗。以本工藝 5 萬 Nm3/h 酸性氣的處理量考慮，按年運行 8000 小時計算，可減少急冷水流量為：8000h×11.7m3/h=9.36萬 m3×1.0（水密度，g/m3）=9.36 萬噸。僅此一給企業(yè)帶來可觀的效益，并且改造后，填料塔壓降大大降低，能使裝置產(chǎn)能和性有一定提升。考慮到流線型規(guī)整波紋填料的優(yōu)良性能，我們決定在LT-Scot 單元的吸收塔也采用同種塔板，一定程度上也可以提高吸收塔工作的提高裝置產(chǎn)能。性，11項目改造前改造后改進結(jié)果噴淋量 m3/h

23、塔板壓降 Pa2614.3-11.74000900-3100液體噴淋密度m³/.h 100L/（12.74m3/m2/h）200L/h（25.48m3/m2/h）300L/h（38.22m3/m2/h）F 因子流線型規(guī)整普通規(guī)整波紋填料波紋填料1.7247741.92621601.5353621.72681481.1528641.534824050000Nm3/h 煤制氫尾氣深度脫硫及化利用-創(chuàng)新點說明3.2 膜噴射無返混塔板（MP）在再生的應(yīng)用一、LT-Scot 單元中再生塔屬于加熱汽提塔，胺液在蒸汽加熱的情況下蒸發(fā)反應(yīng)分解， 酸性氣體從胺液中分解出來，達到再生的目的。原工藝中再生

24、塔采用的是傳統(tǒng)浮閥塔板，其實物圖如下圖所示：圖 3.2-1 再生塔原浮閥塔板但是隨著運行時間的增加，再生塔出現(xiàn)了攔液及帶液現(xiàn)象，使得塔板效率及整塔效率均大幅降低，導(dǎo)致一系列的產(chǎn)生：富胺液再生效果變差，即再生后的貧胺液不達標，進而直接影響脫硫效果及脫硫指標。胺液被夾帶到氣體中，進入后續(xù)工段，既加大了胺液的損耗，又影響了后部硫磺裝置的操作。塔底再沸器蒸汽消耗加大，能耗增加。處理能力及生產(chǎn)能力受限。可能的，決定將原浮閥塔板全部更換為膜噴射無返混塔板。二.改造方案這些將原有浮閥塔板全部更換，采用市創(chuàng)舉科技提供的新型膜噴射無返混塔板（MP），膜噴射無返混塔板通過液膜噴射、V 型分離等技術(shù)，新型塔板具有以

25、下幾點特點：1250000Nm3/h 煤制氫尾氣深度脫硫及化利用-創(chuàng)新點說明（1）無返混、無濃度梯度（2）高傳質(zhì)效率（3）阻力降低（4）抗堵性強（5）適用范圍廣圖 3.2-2 新型膜噴射無返混塔板實體圖三、改造結(jié)果表 3.2-1 新型塔板應(yīng)用狀況小結(jié)：通過采用新型膜噴射無返混塔板（MP），裝置的處理量增加了 30t/h，大大提高了生產(chǎn)能力。另外單板壓降也降至 440Pa，提高了生產(chǎn)性和安全性，單單蒸汽消耗就減少 13.5t/h（低于設(shè)計值），按每年開工 8000 小時計算，每年可以減少蒸汽消耗 10.8 萬噸蒸汽，大大降低了生產(chǎn)成本?？紤]到膜噴射無返混塔板的優(yōu)良性能，本項目的汽提塔和提純塔也都

26、采用該種塔板，這樣一定程度上提高了裝置性和處理量，從而提高了裝置產(chǎn)能。13項目傳統(tǒng)浮閥塔板新型膜噴射無返混塔板改進結(jié)果處理量壓降單板壓降貧液含硫質(zhì)量濃度蒸汽消耗胺液質(zhì)量分數(shù)t/h210240+30k Pa157100-57Pa520440-80g/L51.6-3.4t/h3016.5-13.5%3440+650000Nm3/h 煤制氫尾氣深度脫硫及化利用-創(chuàng)新點說明工藝創(chuàng)新4.1 增加汽提塔，最大限度減少廢水排放量在 LT-Scot 單元的急產(chǎn)生大量廢水，其中含酸性水由于不能直接排放，常用工藝需要進入單元，運行費用昂貴，操作難度大。在本項目中經(jīng)過分析決定在急后增加汽提單元，將 LT-Scot

27、單元急酸性廢水提濃。汽提單元極大的減少了廢水的排放量。產(chǎn)生的表4.1-1 汽提塔物料平衡表14ITEMINOUT溫度/kpa氣相分率Q-INQ-PROQ-G1Q-L19595116.939124.73652001801802300010質(zhì)量流量 kg/hr體積流量 m3/hr20900.5614533.8816158.0919276.3521.7422215.1262715969.2420.52917Mass Flowkg/hr-H2S1.8878354.35E+006.2707382.55E-20COH20.4470950.8293731.2764681.47E-232.53E-071.62

28、E-082.70E-072.16E-27CO2N25.178064.1736989.4136664.71E-260.0904973.61E-030.094113.00E-26H2OO220892.8714524.4416141.0319276.358.46E-085.59E-099.02E-086.80E-25H3O+2.29E-022.10E-0204.09E-04HS-0.0108650.01896703.54E-26HCO3-0.0533120.0325204.58E-1750000Nm3/h 煤制氫尾氣深度脫硫及化利用-創(chuàng)新點說明小結(jié)：對于本項目而言，污水處理費平均為 5.0 元/噸(

29、COD<500)，對于處理量20900kg/h 的汽提塔，每年至少節(jié)省運行成本 83.6 萬，大大降低了運行成本。同時對生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢氣和廢水循環(huán)利用，減少了廢氣和廢水的排放量，積極響應(yīng)關(guān)于節(jié)能減排的產(chǎn)業(yè)政策。有顯著的效益。4.2 CO2 冷凝提純段多級壓縮冷凝工藝創(chuàng)新在脫碳單元原料氣經(jīng)過干燥塔來達到干燥除水的效果，再經(jīng)過壓縮機和冷凝器來使原料氣液化，原工藝采用的是直接用壓縮機將原料氣從常溫常壓加壓至 3.5MPa，然后經(jīng)過冷凝器用液氨降溫至-25來得到液態(tài)的。但在設(shè)計過程中發(fā)現(xiàn)壓縮機出口原料氣的溫度高達 507.8，這對壓縮機，間連接管道以及預(yù)冷器的耐高溫性能要求非常高，而且在原料

30、氣的冷凝液化過程中液氨的用量也較高。經(jīng)過工藝對比，我們決定采用多級壓縮多級冷凝的工藝，將第一個壓縮機出口設(shè)為 1.4MPa，再經(jīng)過預(yù)冷器換熱降溫，再用第二個壓縮機將原料氣加壓至3.5MPa，最后再用液氨冷凝降溫至-25。其 Aspen 模擬流程圖分別。圖 4.2-1 改進前液化裝置15CO3-6.91E-083.20E-0806.42E-2650000Nm3/h 煤制氫尾氣深度脫硫及化利用-創(chuàng)新點說明圖 4.2-2 改進后分離提純裝置表 4.2-1 原工藝與多級壓縮多級冷凝工藝比較由上表數(shù)據(jù)可得，采用新的多級壓縮多級冷凝工藝雖然上較原工藝多增加了一個壓縮機，但新工藝中兩個壓縮機的總能耗卻大幅度

31、降低了，壓縮機總能耗從4.5075MW 降低到 3.6439MW，按年開工 8000 小時計算，每年可節(jié)省電能消耗6908800kW·h，可節(jié)省年投資 518 萬。另外經(jīng)過第一個壓縮機的出口溫度大大降低，這對壓縮機，預(yù)冷器以及間連接管道的耐高溫要求大大降低，從而降低了總費。最主要的冷凝器所消耗的液氨量也明顯降低，大大降低了食品級的生產(chǎn)成本。16項目原液化工藝多級壓縮冷凝工藝改進效果壓縮機出口溫度/°C507.8147-360.8壓縮機能耗/MW 液氨消耗量 kg/hr4.50753.6439-0.867562028140-47480總能耗成本元/噸 CO2264193-71

32、50000Nm3/h 煤制氫尾氣深度脫硫及化利用-創(chuàng)新點說明過程節(jié)能技術(shù)創(chuàng)新5.1 換熱集成優(yōu)化對于我們這套處理量為 50000Nm3/h 煤制氫含硫廢氣的生產(chǎn)裝置，工藝流程比較復(fù)雜，運行成本較高。我們通過換熱流程的設(shè)計和換熱的優(yōu)化盡可能的進行內(nèi)部熱量的集成和最大化利用。在設(shè)計換熱時，需要考慮工藝流股換熱的可能性，最好還要將費用等因素也考慮進去，以便獲得最為合理的換熱。我們選取換熱優(yōu)化前與換熱優(yōu)化后進行比較。設(shè)計方案如圖5.1-1 和圖5.1-2所示：圖 5.1-1 優(yōu)化前換熱表 5.1-1 優(yōu)化前換熱成本指標一覽表17Cost index% of TargetHeatingCost/s Co

33、olingCost/s OperatingCost/s CapitalCostTotal CostCost/s0.4021166.44.678×10-326.540.4069156.75.808×10672.040.4662136.350000Nm3/h 煤制氫尾氣深度脫硫及化利用-創(chuàng)新點說明圖 5.1-2 優(yōu)化前換熱表 5.1-2 優(yōu)化后換熱成本指標一覽表表 5.1-3 優(yōu)化前后換熱性能對比18優(yōu)化前優(yōu)化后改進結(jié)果HeatingkJ/h CoolingkJ/h Number of Units Number of Shells Total Aream2Total CostC

34、ost/s167.0119.9-47.1207.2131.9-75.362.96103.740.7434.3226.04-8.2888.0946.18-41.910.46620.3362-0.13Cost index% of TargetHeatingCost/s CoolingCost/s OperatingCost/s CapitalCostTotal CostCost/s0.2898119.91.193×10-266.370.3017116.23.377×10641.880.336298.3250000Nm3/h 煤制氫尾氣深度脫硫及化利用-創(chuàng)新點說明優(yōu)化后，總的換熱

35、面積減少了 41.91m2，小結(jié)：通過以上數(shù)據(jù)對比可以看出，換熱另外總投資減少了（0.4662-0.3362）/0.4462=27.9%，節(jié)能效果顯著。雖然換熱單元數(shù)有增加，但是減少的公用工程總費遠大于增加的總費，因此該換熱優(yōu)化達到了節(jié)能降耗的目的。5.2 采用新型多熱泵精餾系統(tǒng)熱泵裝置是一種利用少量位機械能，將低溫位熱能的溫度提高到更高水平的有用能的裝置。獲得熱泵的基本方式是機械壓縮。熱泵精餾是依據(jù)熱力學(xué)第二定律給系統(tǒng)加入一定的機械功，將溫度較低的塔頂蒸汽加壓升溫作為高溫釜的熱源。因為回收的潛熱用于過程本身，又省去了塔頂冷凝器，冷卻能耗和塔釜加熱能耗，可使精餾的能耗明顯降低。設(shè)計過程中 T4

36、02 低溫精餾符合使用熱泵的條件。釜溫度 0.95、塔頂溫度-42.25，頂?shù)诇夭畈淮?，如下圖所示，常壓恒沸精餾塔熱泵精餾是以塔頂采出氣體作為工質(zhì)的熱泵精餾，精餾頂氣體與塔底采出的釜液換熱，冷凝放熱使釜液再沸，冷凝液經(jīng)節(jié)流閥減壓降溫后，一部分作為出料，另一部分作為精餾頂?shù)幕亓?。熱泵精餾取消了塔頂冷凝器，以塔底再沸器代替，這實際上是用一個換熱器兼作塔頂冷凝器和塔底再沸器。圖 5.2-1 常規(guī)精餾塔模擬1950000Nm3/h 煤制氫尾氣深度脫硫及化利用-創(chuàng)新點說明圖 5.2-2 熱泵精餾示意圖表 5.2-1 常規(guī)精餾與熱泵精餾模擬結(jié)果對比小結(jié)：與單塔精餾相比，塔頂蒸汽直接壓縮式熱泵精餾可節(jié)省熱耗

37、：1-0.6181×3.29/2.0848=2.46%與單塔精餾相比，可節(jié)省冷耗 1-0.3708/2.6802=86.17%。，優(yōu)化后換熱耗，減小生產(chǎn)成本的同時達到了節(jié)能環(huán)保的目的。大大減小了冷20序號項目常規(guī)精餾頂蒸汽直接壓縮式熱泵改進效果1塔頂采出/(kmoL/h)487.0921541.1758+54.0923塔頂冷凝器熱負荷/MW-2.6802/塔釜再沸器熱負荷/MW2.0848/45輔助冷凝器熱負荷/MW/-0.3708輔助負荷/MW/0618150000Nm3/h 煤制氫尾氣深度脫硫及化利用-創(chuàng)新點說明5.3 余熱鍋爐的應(yīng)用一般工藝上的燃燒反應(yīng)爐的出口尾氣可高達 110

38、0，這股熱量屬于位能量，為了能夠更好的將其回收利用，本項目決定通過使用余熱鍋爐將其回收利用，并轉(zhuǎn)化為中壓蒸汽通過蒸汽應(yīng)用到各個耗能單元中，從而使整個項目達到節(jié)能減耗的效果。圖 5.3-1 余熱鍋爐使用示意圖通過余熱鍋爐的使用后，本項目的優(yōu)化效果表如下：表 5.3-1 優(yōu)化后效果表21項目使用余熱鍋爐前使用余熱鍋爐后效果對比回收中壓蒸氣回收能量t/h03.6+3.6MW02.73+2.7350000Nm3/h 煤制氫尾氣深度脫硫及化利用-創(chuàng)新點說明新型過程應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新6.1 新型制硫燃燒爐襯里結(jié)構(gòu)的應(yīng)用一.Claus 單元制硫燃燒爐是硫磺回收裝置的之一，該反應(yīng)爐條件比較苛刻。由于制硫燃燒爐爐膛內(nèi)

39、正常操作溫度為 1100，實際生產(chǎn)中燃燒器周邊爐膛溫度達1400以上，并隨軸向方向降低。在燃燒器周邊流速很大，最高流速可達 lOm/s 以上， 對周邊的耐火襯里具有很大的沖刷力。長時間工作會將爐體部分燒穿。圖 6.1-1 制硫燃燒爐示意圖2250000Nm3/h 煤制氫尾氣深度脫硫及化利用-創(chuàng)新點說明二.原工藝制硫爐襯里結(jié)構(gòu):圖 6.1-2 原工藝制硫爐襯里結(jié)構(gòu)圖表 6.1-1 原燃燒爐襯里材料一覽表：原制硫燃燒爐前錐段外壁易出現(xiàn)不同程度的超溫現(xiàn)象，導(dǎo)致爐體前錐段耐火襯里部分脫落，致使爐壁溫度過燒穿。這一對其結(jié)構(gòu)進行改造。23段最外層中間層最內(nèi)層材料厚度材料（mm）厚度材料（mm）厚度（mm）

40、輕質(zhì)漂珠澆注料高鋁制澆80注料剛玉質(zhì)高強耐火燒73注料100前錐段 工作段輕質(zhì)漂珠澆注料高鋁制澆80注料剛玉質(zhì)高強耐火燒150注料150輕質(zhì)漂珠澆注料高鋁制澆80注料150剛玉磚14550000Nm3/h 煤制氫尾氣深度脫硫及化利用-創(chuàng)新點說明三.改造后制硫爐襯里結(jié)構(gòu)：圖 6.1-3 改造后制硫爐襯里結(jié)構(gòu)表6.1-2 新型制硫燃燒爐襯里結(jié)構(gòu)24段最外層中間層最內(nèi)層材料厚度材料（mm）厚度（mm）材料厚度（mm）輕質(zhì)耐火澆注料高鋁制澆注80料異形耐火73磚100前錐段 工作段輕質(zhì)耐火澆注料高鋁制澆注80料異形耐火150磚150輕質(zhì)耐火澆注料高鋁制澆注80料150剛玉磚14550000Nm3/h

41、煤制氫尾氣深度脫硫及化利用-創(chuàng)新點說明表6.1-3 改造前后襯里結(jié)構(gòu)對比小結(jié)：Claus 燃燒爐的前錐段通過采用新型耐火襯里材料后，在正常工作條件下設(shè)備大大增加，生產(chǎn)過程也更加。大大減少了維修停工的幾率，提高了生產(chǎn)效率。所以我們采用新型耐火襯里復(fù)合結(jié)構(gòu)的制硫燃燒爐。25項目原工藝制硫燃燒爐改進后制硫燃燒爐適用范圍特點發(fā)展期望適用于爐徑較?。ㄐ∮?3400mm） 的爐體，抗熱震能力強、耐磨損、耐腐蝕、機械強度高；對于爐體爐徑過大（大于 3400mm）的爐體，抗熱震能力下降，尤其是爐體前錐段異型部位易脫落適用范圍較廣，抗熱震能力強、耐腐蝕、整體性強1.機械強度高、耐腐蝕、抗沖蝕能力強1、耐腐蝕性強

42、、抗剝落性強、整體性強2.由于磚縫，耐火膠泥品質(zhì)差，收縮縫，容易穿透爐襯2.綜合隔熱性能強、熱震性好3.爐襯整體性差，如果爐頂單塊磚脫落， 會造成頂部大面積塌陷，尤其是錐段異型部位3.施工簡便、工期較短，但施工質(zhì)量及烘爐要求高4.維修難度大，施工工期較長4.可快速升溫5.異型磚及施工難度大5.易于修補6.對設(shè)計、施工及材料要求較高6.特別適合溫度劇變的爐頂或異型部位7.磚與澆注料結(jié)合不緊密7.兩種澆注料結(jié)合緊密耐火品質(zhì)以及隔熱層澆注料材質(zhì)的收縮系數(shù)，使其余耐火磚膨脹系數(shù)接近進一步復(fù)合材料品質(zhì)，增強其耐磨損、耐沖蝕能力50000Nm3/h 煤制氫尾氣深度脫硫及化利用-創(chuàng)新點說明6.2 新型吸收塔

43、除霧器的應(yīng)用煙氣在通過 LT-Scot 裝置的吸收塔時，要通過的除霧器來脫除凈煙氣中的液沫和霧滴，如果液滴除霧全，或運行時吸收塔液面不好，由于重力影響，導(dǎo)致在吸收塔上部附著，造成堵塞無法正常運行。通過比較不同類型除霧器特點，來選取適合本工藝的除霧器來提高吸收塔工作效率，增加效益。脫硫吸收塔常用除霧器從除霧塔板布置形式上，可分為平板式和屋脊式兩種。屋脊式除霧器設(shè)計流速大，經(jīng)波紋板碰撞下來的霧滴可集中流下，減輕產(chǎn)生煙氣夾現(xiàn)象，除霧面積也比水平式大，因此除霧效率高，出口排放的液滴濃度低于常規(guī)濃度標準。圖 6.2-1 屋脊式除霧器布置示意圖2650000Nm3/h 煤制氫尾氣深度脫硫及化利用-創(chuàng)新點說

44、明圖 6.2-2 平板式除霧器實物布置圖表6.2-1 吸收塔除霧器對比表27除霧器類型平板式折流板屋脊式折流板極限霧滴粒徑：m極限流速：m/s32155.57.5適用條件常溫低流速煙氣高溫低流速煙氣特點結(jié)構(gòu)特點除霧面積大， 費用低一半結(jié)構(gòu)簡單除霧效率較好抗拉伸強度一般除霧面積更大整體剛度大 沖洗效果好 維修費用較低除霧效率高抗拉伸強度高，每平米荷載可達500KG除霧效果不足應(yīng)用市場出口煙氣中的霧滴濃度低于100mg/Nm3出口煙氣中的霧滴濃度低于75mg/Nm3除霧效率不高不易不適用于高濃度煙氣除霧（不易清洗）廣泛應(yīng)用于煙氣脫硫除霧廣泛應(yīng)用于煙氣脫硫除霧50000Nm3/h 煤制氫尾氣深度脫硫

45、及化利用-創(chuàng)新點說明小結(jié)：通過綜合對比，屋脊式除霧器除了價格較貴外，其他性能要優(yōu)越的多，我們決定在吸收用除霧效果相對好的屋脊式除霧器來代替原來的平板式除霧器。在采用屋脊式除霧器后，除霧效率大大提高。另外屋脊式除霧器節(jié)省了空間體積，降低了吸收塔的高度。輸送系統(tǒng)的創(chuàng)新6.3在本項目的 Claus 單元三級硫冷凝器出口氣體中的氣態(tài)硫磺，進入液硫分離器后，大量單質(zhì)硫磺不能充分分離脫除，接著隨工藝氣進入急，與溫度較低的急冷水接觸后，一方面尾氣溫度降低，所含的氣態(tài)硫磺冷凝下來，成為固體，粘結(jié)在急塔板上，堵塞，造成急壓差上升。另一方面，硫回收尾氣在管道輸送過程中溫度不斷下降，氣態(tài)硫磺會冷卻為液態(tài)，當溫度低于

46、硫磺熔點 119時，就會凝固，在管道和閥門處越積越多，造成堵塞。造成了很大部分的損失。為了避免這種情況，只有將管道中的硫蒸汽保持在 119以上，即另外加一條伴熱管來防止液流凝固。可以將 Claus 熱反應(yīng)的余熱進行再次利用，保持恒定加熱蒸汽(0.4MPa，130)加熱。另外減小輸送管道的長度，就近回收液流以及固態(tài)硫，減少由于長距離造成的溫度損失。通過查閱相關(guān)文獻，本項目伴熱管安裝采用外伴熱形式，具體如下圖所示：50000Nm3/h 煤制氫尾氣深度脫硫及化利用-創(chuàng)新點說明圖6.3-1 外伴熱管示意圖圖6.3-2 蒸汽伴熱系統(tǒng)安裝示意圖圖 6.3-3 加設(shè)伴熱管道后儀表流程圖小結(jié)：通過加設(shè)伴熱管后

47、，硫冷凝器避免了硫磺堵塞管道和閥門的現(xiàn)象，另外外伴熱管鋼材用量很少，整體投資低，施工安裝簡單，為了盡可能減少投資成本，采用的加熱介質(zhì)為工藝自產(chǎn)的低壓蒸汽。在輸送液硫的過程中大大減小了硫冷凝過程的損失。2950000Nm3/h 煤制氫尾氣深度脫硫及化利用-創(chuàng)新點說明6.4 換熱結(jié)構(gòu)創(chuàng)新本項目原采用的換熱器均為管殼式換熱器，在實際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)有的管殼式換熱器換熱效率不高，且占地面積較大，經(jīng)過對比分析，我們決定采用一種新型的箱型管殼式換熱器，該管殼式換熱器不僅可以實現(xiàn)多流程純逆流的設(shè)計，而且能提高低溫差無相變液體間的換熱效果。它綜合了管式和板式換熱器的特點，具有高效的換熱效果和廣泛的適用性，能夠最大限度的滿足熱網(wǎng)加熱器的安全與高效使用。傳統(tǒng)管殼式換熱器主部件主要由、管板、換熱管、殼體等組成。腐蝕性的酸性氣走管程的換熱管，以便于