干法脫硫氧化鋅脫硫

1、合成氨脫硫干法脫硫采用的是氧化鋅脫硫，針對的是處理天然氣經(jīng)過濕法后含硫量的還是超過了國標后的處理方法，以達到國家生產含硫的標準。目錄1 .基本原理31.1 基本原理31.2 氧化鋅脫硫劑31.3 工藝條件52 .合成氨工藝氧化鋅脫硫槽計算工段設計52.1 脫硫劑的選擇62.2 選擇條件73 .脫硫劑填裝量的計算73.1 填料層高度計算73.2 床層壓降計算83.3 器壁厚度計算83.4 管口設計93.5 封頭設計93.6 物料衡算93.7 熱量衡算10干法脫硫氧化鋅脫硫3 .基本原理氧化鋅脫硫劑是以活性氧化鋅為主要成分、內表面積較大、硫容較高的一種無機固體脫硫劑，不僅能快速脫除硫化氫，也能快速

2、脫除除嚷吩之外的有機硫。凈化后的氣體中總硫含量一般小于3X106,最低可達0.1X10.6以下，因此無論從工藝的合理性還是經(jīng)濟性考慮，氧化鋅脫硫法是原料氣精細脫硫的首選方法。3.4 基本原理化鋅脫硫劑可直接脫除硫化氫和硫醇，反應式為nZnO+H2s)ZnS+H2sZnO+C2H5SH，ZnS+C2H6+H2O對于硫氧化碳和二硫化碳等有機硫，化鋅吸收；部分有機硫可直接被氧化鋅吸收,CS2+4H2>CH4+2H2SCO2+H2>CO+H2SZnO+CO2，ZnS+CO2ZnO+CS2>2ZnS+CO2氧化鋅脫硫劑對曝吩的轉化能力很弱，H76.62kJ/molH137.83kJ/t

3、ool則部分先轉化為硫化氫，然后再被氧反應過程為H126.40Kj/molH283.45kJ/mol又不能直接吸收，因此單獨使用氧化鋅脫硫劑是不能把有機硫完全脫除的。氧化鋅脫硫的化學反應速率很快，硫化物從脫硫劑外表面通過毛細也到達其內表面，內擴散速度較慢，無疑是脫硫過程的控制步驟。因此氧化鋅脫硫劑粒度小，孔隙率大，有利于脫硫反應的講行.同樣壓力高也有利于提高脫硫反應速度和脫硫劑利用率。氧化鋅脫硫劑氧化鋅脫硫劑是以氧化鋅為主體，約占95%左右，并添加少量氧化鈕、氧化銅或氧化鎂為助劑。根據(jù)脫硫溫度的不同又可分高溫脫硫氧化鋅脫硫劑和常溫脫硫氧化鋅脫硫劑。T301型氧化鋅脫硫劑高溫型，其主要性能為堆密

4、度為11.39/mL強度70N/cm；適宜溫度為200400C；出口氣體硫含量00.1X10一。LYT-310C常溫氧化鋅脫硫劑的使用條件為凈化體中H2S含量100X106;壓力為常壓8。0MPa溫度為常溫120C；氣空速為5003000h-1;液空速l5h叫；原料氣中氧含量應不大于0.5%。在較長時間里，采用氧化鋅法進行精脫硫的最大障礙是氧化鋅脫硫溫度要求高。因為氧化鋅對硫化氫的吸收即使在常溫下也很容易吸收.生成性質穩(wěn)定的硫化鋅，但對有機硫的分解吸收卻需要較高的溫度（有機硫的分解溫度因其形態(tài)不同而不同，一般在200400。C）。在聯(lián)醇生產中，要獲得如此之高的熱源用于加熱原料氣達到有機硫分解吸

5、收的溫度是很難的，或者其能耗和成本會很大，因此氧化鋅法用于聯(lián)醇生產的精脫硫方面長期得不到推廣的主要原因。中溫乃至常溫氧化鋅脫硫劑的問世與常溫活性炭脫硫劑配套使用，即可達到節(jié)能降耗的目的。又能有效地脫除其中的有機硫化物，為聯(lián)醇生產精脫硫開辟了廣闊的前景。必須注意的是，常溫氧化鋅脫硫劑為一次性使用，吸收硫飽和后不能再生，但可用于金屬鋅的回收。在需用脫氯劑的條件下.脫硫塔應放在脫氯塔之后，因氯化氫可與脫硫劑中已生成的ZnS反應生成ZnCl2而放出H2S,導致脫硫效果的下降。常溫氧化鋅脫硫劑的硫容也隨反應溫度的升高而增大，如T306氧化鋅脫硫劑在350c時，其穿透硫容達25%以上，在200c時其穿透硫

6、容只有10%以上，因此，在有余熱可供利用的情況下盡量將原料氣溫度提高一些；此外當原料氣中含適量的水汽時，其硫容量反而明顯增大，這一點與一般的高溫脫硫劑正好相反。氧化鋅脫硫劑一個顯著特點是裝填后無需還原，升溫后便可直接使用。T305型氧化鋅脫硫劑是一種適應性較強的新型脫硫劑，具有較高的催化活性和較大的硫容量，并具有耐高水汽的特性。氧化鋅脫硫劑裝入設備后，先用氮氣置換至氧氣含量o.5%,再用氮氣或原料氣進行升溫。升溫速率見表3-6。表3-6氧化鋅脫硫劑升溫步驟升溫范圍常溫120c120c恒溫120220c220c恒溫輕負荷生產升溫速度3050c/h2h50C/hlh4h升壓速度恒溫過程即為升壓過程

7、，升壓速度一般為0.5MP然lOmin,直至操作壓力。在溫度和壓力達到要求后先維持4h的輕負荷生產，然后再逐步轉入正常生產。目前國內研制和生產的氧化鋅脫硫劑有數(shù)十種之多，其中適用于聯(lián)醇生產精脫硫的氧化鋅脫硫工藝條件操作溫度脫除硫化氫時，操作溫度在200c左右即可，脫除有機硫時，操作溫度必須在350400。C。一般溫度升高，脫硫反應速度加快，硫容量增加，但溫度高于400。C時，能耗顯著增大，脫硫能力反而隨之降低。因此工業(yè)生產中操作溫度一般為350400C0操作壓力氧化鋅脫硫反應屬于內擴散控制過程，因此提高壓力有利于加快反應速率。在生產中實際操作壓力取決于原料氣的壓力和脫硫工序在聯(lián)醇工藝中部位，一

8、般操作壓力為1.82.8MPa硫容量硫容量是指單位質量新的氧化鋅脫硫劑吸收硫的量。如15%的硫容量是指100kg新脫硫劑吸收15kg硫。硫容量與脫硫劑性能有關，也與操作條件有關，隨著操作溫度的降低而降低，隨著空速和水蒸氣流量增大而降低。(4)工藝流程工業(yè)上為了提高和充分利用硫容量，采用了雙床串聯(lián)倒換法，即總是將舊脫硫劑作為第一床，新脫硫劑為第二床，當?shù)谝淮哺鼡Q新脫硫劑后，則改為第二床，將原來的第二床改為第一床操作。一般單床操作時，單位質量氧化鋅脫硫劑的硫容僅為13%18%,而采用雙床操作，第一床飽和質量硫容可達25%,甚至更高。采用脫硫槽出槽氣體來預熱進槽氣體，同時還設置了塔前加熱爐，可用高溫

9、燃燒氣提供熱源。一方面供開車時加熱用，另一方面，當脫硫槽出槽氣體不足以預熱進槽氣體達到起始反應溫度時，作為補充加熱之用。其工藝流程圖如圖3-9所示。2.合成氨工藝氧化鋅脫硫槽計算工段設計進口原料總流量：161.3m3/h進口原料組成：硫化氫進口含量：C1=5.74mg/L出口含量:C2=0.2ppm操作壓力與溫度：p=28bar=2.8MpaT=370C脫硫劑的選擇T305氧化鋅脫硫劑主要成分：活性ZnO添加促進劑主要理化性能及技術指標：蓑，1305型氧化鋅脫硫劑物化性能及質鼠指標'abtc-1EMiysiaNTJianical明,紀日運1305desuiruri«iti（H

10、iwrbmt外觀粒度，rnmZnO含9/%徑向抗壓碎強度均值/NcniT磨耗率/%穿透硫容/%白或淡灰色條狀物直徑+4乂415:95>40色E62301350匕）,>20（220t）去21305型氧化怦脫硫劑與國外同類F國性能Tabk2Prnpertics獷翔aiwlolherdeslt'uri闌ionsortait腳版A（英國）B侯國）C(WD（德國）T3O5(中即外觀白酬粒娥黃色狀白色條狀淡黃色條狀白色赧灰色條狀粒度/mmfiftKO4X48直徑夠*57。直徑蚪乂68直隹協(xié)410堆密度收出1.15U5-1.25L3-L41.10t.2-1.25向抗壓破碎置度均值/N”m

11、，11.6CN/S)>10>20>40>40比表面MgT29307,023.7628孔容0J70.300.270.250M平均孔半徑/加21.320.077,021.028,4ZnOW%M.38099.969595350七旅客屣27.610.2023.5313表現(xiàn)活化豺中油】34.022.9110.62反應原理ZnO+H2S=ZnS+H2OH=-76.62KJ/mol選擇條件.空速:5003000h-1（氣）;0.53h-1（液）;.溫度：200400C;.壓力:1.82.8Mpa。由表2可以看出，T305型脫硫劑活性氧化鋅含量較高，C脫硫劑雖最高,但屬非活性氧化鋅，而

12、且T305型脫硫劑比表面和孔容都較大，具有優(yōu)良的微孔結構，加之較高的強度和硫容，綜合上述優(yōu)點，選T305為最優(yōu)脫硫劑。.脫硫劑填裝量的計算VR=Vs0Xs1%2t10，arsVr:脫硫劑裝填量m3Vs0：原料氣體在標況下的流量m3/hXs1：標況下原料氣的平均含硫量mg/m3Xs2：標況下凈化氣的平均含硫量mg/m3T:脫硫劑周期ha：硫容30%rs:脫硫劑堆密度1200kg/LVR=Vs0Xs1一42t10上161.35740-200q372010=0.01787m33012003.1填料層高度計算去床層速度為Ua=1.2m/s則床層截面積為AVo161.32AR=0.037mUa1.236

13、000.0373.14=0.22m吸收劑的床層高度H=0.01787=0.483mAR0.037床層的空隙率為0.3,則實際的高度H=1.3X0.483=0.6279m每個塔的床層高度H=0.314m3.2床層壓降計算fdruRe=m公式中：Pb為壓力Paf為修正摩擦系數(shù)P為流體密度kg/m3u為空塔線速m/sd為吸收劑的顆粒直徑me為床層空隙率H為床層高度m為流體的絕對粘度pa.sRe為雷諾數(shù)a、b系數(shù)采用ERGUN出的數(shù)值，其中a=1.75b=150取u=1.2m/se=0.3p=0.7kg/m3=2.32*10-5pa.sd=4mmdru1-eRe=144.83f=a+b(1e)=2.4

14、7mReru21-e）P=H父f父尸0.4874kpad<eJ3.3器壁厚度計算溫度為370c操作壓力為2.8Mpa焊接方式采用雙面焊對接接頭，100%£損揮傷，焊接系數(shù)小=1根據(jù)化工設備機械基礎表8-8選用15CrMoFffi板該溫度下的許用應力6t=118MpaG=1.5mm（腐蝕裕量）PD八2.8220dd二tC2=1.5=2.65mm2父/e-3.72x118x1-2.8取整為3mm校核：(rt=118Mpa(rs=295MpaPt=p+0.1=2.8+0.1=2.9MapPt=1.15p=1.15X2.8=3.22Map取較大值：Pt=3.22Mpa校核公式：ptDd

15、d3.222202.65st=-=54.76Mpa<0.8295Mpa=236Mpat2ddf22.652.47滿足強度要求，所以填料塔的塔徑為220mm厚度為3mm內彳全為217mm氣體分布板采用側縫式錐帽分布板管口設計進入管道的速度為u=30m/s4Vso4161.30.0019m二u,3.14303600采用DN=2.0的壓力管口（根據(jù)GB/T1057-1995）封頭設計采用標準的橢圓形封頭，其厚度與塔身厚度一致為3mm深度h=D=220=55mm44查化工設備機械基礎表8-12得：直邊高度h0=3mm外徑為223rl取人孔2個，直徑大小為32mm（根據(jù)HG21515-95。物料衡算ZnO+H2S=ZnS+H2OH2s的質量流量：66170