煤氣脫硫課程設計

1、1 緒 論1.1概述 粗煤氣中硫化物按其化合態(tài)可分為兩類：無機硫化物，主要是硫化氫（H2S），有機硫化物，如二硫化碳（），硫氧化碳（COS），硫醇（）和噻吩（）等。有機硫化物再 溫度下進行變換時，幾乎全部轉化為硫化氫。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。焦爐煤氣中含硫化氫68g/m3，此外，含0.51.5g/m3氰化氫。 硫化氫再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（）對人體均有毒性，再空氣中含有0.1%的硫化氫就能致命。煤氣中硫化氫的存在會嚴重腐蝕輸氣管道和設備。如果將煤氣用做

2、各種化工原料氣，如合成氨原料氣時，往往硫化物會使催化劑中毒，增加液態(tài)溶劑的黏度，影響產(chǎn)品的質量等。因此，必須進行煤氣的脫硫。1.2文獻綜述半水煤氣凈化的現(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)在仍處于試驗研究階段，還有待于進一步完善，而冷煤氣脫硫是比較成熟的技術，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。煤氣干法脫硫技術應用較早，最早應用于煤氣的干法脫硫技術是以沼鐵礦為脫硫劑的氧化鐵脫硫技術，之后，隨著煤氣脫硫活性炭的研究成功及其生

3、產(chǎn)成本的相對降低，活性炭脫硫技術也開始被廣泛應用。干法脫硫既可以脫除無機硫，又可以脫除有機硫，而且能脫至極精細的程度，但脫硫劑再生較困難，需周期性生產(chǎn)，設備龐大，不宜用于含硫較高的煤氣，一般與濕法脫硫相配合，作為第二級脫硫使用。為氧化劑。基于此，在合成氨脫硫工藝的設計中我采用濕式栲膠法脫硫工藝。栲膠的認識 栲膠是由植物的皮，果，莖及葉的萃取液熬制而成的。氣主要成分為丹寧，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，是有許多結構相似的酚類衍生物所組成的多酚基化合物，由于其含有窘多叫活潑的烴基，所以具有很強的吸氧能力，再脫硫過程中起著載氧的作用。堿性栲膠脫硫液是由栲膠，碳

4、酸鈉及偏釩酸鈉燈主要成分構成的水溶液。栲膠水溶液再空氣中易被氧化，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。特別是當溶液的PH值大于9的時候，丹寧的氧化特別顯著。由于栲膠水溶液在較高濃度時成為典型的膠體溶液，并且在較低溫度時容易出現(xiàn)及沉淀，因此在配制脫硫液前必須對栲膠誰溶液進行熟化預處理。即將含栲膠2033g/l380133g/l的栲膠誰溶液直接通蒸汽與空氣，再8090°C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11g/l 10g/l， 54.5G/L, 6.5g/ld 脫硫液，送入脫硫液儲存槽，稀釋后使用。脫硫過程中，酚類物質經(jīng)空氣再生氧

5、化成醌態(tài)，因其具有較高電位，故能將低價釩氧化成高價釩，進而使吸收在溶液中的硫氫根氧化、析出單質硫。同時丹寧能與多種金屬離子（如釩、鉻、鋁等）形成水溶性絡合物；在堿性溶液中丹寧能用與鐵、銅反應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，必須對其進行預處理，以消除共膠體性和發(fā)泡性，并使其由酚態(tài)結構氧化成醌態(tài)結構，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。當溶液充分氧化后，其消光值則會穩(wěn)定在某一數(shù)值附近，這種溶液就能滿足脫硫要求。通常制備栲膠溶液的預處理條件列舉在表1中：表1 制備栲膠溶液的與處理條件方法項目用Na2

6、CO3配制溶液栲膠濃度(g·L-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，讓丹寧物質發(fā)生降解反應，大分子變小，表面活性物質變成非表面活性物質，達到預處理目的。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，吸收氣體中的H2S，由變脫塔出來的溶液進入變脫溶液再生塔，再生好的溶液由變

7、脫再生塔出來，進入變脫溶液循環(huán)槽，再經(jīng)過濾加壓，如此循環(huán)使用。 栲膠法脫硫的優(yōu)缺點1. .1優(yōu)點栲膠法脫硫是目前工業(yè)化生產(chǎn)中應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，也存在著許多的不足。栲膠是聚酚類（丹寧）物質，可替代ADA作為載氧體，價格低廉，栲膠本身還是良好的絡合劑，不需要添加酒石酸鉀鈉的絡合劑。此法的吸收效果與ADA相近，且具有補容易堵塞脫硫塔填料，栲膠資源豐富，價格便宜以及脫硫液活性好，性能穩(wěn)定，腐蝕性小等優(yōu)點。此外，脫硫效率大于98，所析出的硫容易浮選和分離。栲膠法脫硫整個脫硫和再生過程為連續(xù)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

8、據(jù)企業(yè)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(wěn)定。（1）栲膠資源豐富、價格低廉、無毒性、脫硫溶液成本低，因而操作費用要改良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）栲膠法脫硫整個脫硫和再生過程為連續(xù)在線過程，脫硫與再生同時進行，不需要設置備用脫硫塔。（5）煤氣脫硫凈化程度可以根據(jù)企業(yè)需要，通過調整溶液配比調整，適時加以控制，凈化后煤氣中H2S含量穩(wěn)定。.2缺點（1）配制脫硫液和往系統(tǒng)中補加時都要經(jīng)過加熱

9、溶化制備過程。（2）設備較多，工藝操作也較復雜，設備投資較大。.3硫化物對合成氨生產(chǎn)工藝過程有何危害？（1）對催化劑的危害 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）對產(chǎn)品質量的危害 碳銨生產(chǎn)過程中，當變換氣中硫化氫含量高時，在碳化母液中積累增高。使母液粘度增大，碳銨結晶變油，不僅造成分離困難，同時，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，硫化氫進入尿素合成塔時會生成硫脲，污染尿素產(chǎn)品，降低產(chǎn)品質量；（4）對銅洗操作的危害 銅氨液吸收硫化氫生成C uS沉淀，這種沉淀物顆粒很細，懸浮在溶液中導致溶液粘度

10、增大，發(fā)泡性增強，銅耗上升，破壞銅洗系統(tǒng)的正常運行；（5）對金屬腐蝕 硫化氫能使碳鋼設備及管線發(fā)生失重腐蝕，應力腐蝕，氫脆和氫鼓泡，使設備及管線壽命減短；（6）對人體的毒害 硫化氫是強烈的神經(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)進入血液中來不及氧化時就會引起會全身中毒反應，隨硫化氫濃度的增加會造成呼吸麻痹，窒息以致停止呼吸而死亡。因此，為了提高企業(yè)最終產(chǎn)品質量和保持人們優(yōu)良的生存環(huán)境，對半水煤氣進行脫硫使非常必要的。.4半水煤氣脫硫系統(tǒng)的正常開車操作要點是：（1）檢查各設備，管道，閥門，分析取樣及電器，儀表等，必須正

11、常完好。（2）檢查系統(tǒng)內所有閥門的開關位置，應符合開車要求；（3）與供水，供電，供氣部門及造氣，壓縮工段聯(lián)系，作好開車準備；（4）將脫硫液成分調整在工藝指標范圍內。（5）氨規(guī)程進行系統(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的開車，不進行該項工作）（6）調凈氣柜出口水封積水；（7）開啟各氣體冷卻塔和清洗塔進水閥，并調節(jié)好水量及各塔液位；（8）開啟貧液泵進口閥，啟動貧液泵，向脫硫塔打入脫硫液，并調節(jié)好液位；（9）開啟富液泵進口閥，啟動富液泵，向再生槽送液；（10）根據(jù)脫硫液循環(huán)量和再生液槽液位，調節(jié)好貧液泵，富液泵的打液量。并控制好貧液槽，富液槽液位計流量；（11）開啟羅茨鼓風機

12、，并調節(jié)好半水煤氣流量；（12）根據(jù)半水煤氣流量大小，調節(jié)好液氣比。適當開啟清洗塔，放空閥，半水煤氣脫硫合格后，與壓縮工段聯(lián)系，并關閉放空閥，向壓縮機一段送氣；（13）根據(jù)再生槽的硫泡沫形成情況，調節(jié)液位調節(jié)器，保持硫泡沫的正常溢流；（14）分析半水煤氣中氧含量合格后，開啟靜電除焦油塔。.5脫硫后硫化氫含量高的主要原因是：（1）進入系統(tǒng)的半水煤氣中硫化氫含量過高，或進塔半水煤氣氣量過大；（2）脫硫液循環(huán)量?。唬?）脫硫液成分不當；（4）脫硫液再生效率低或懸浮硫含量高；（5）進脫硫塔的半水煤氣或貧液溫度高；（6）脫硫塔內氣液偏流，影響脫硫效率；.6脫硫后硫化氫含量高的處理方法：（1）聯(lián)系造氣工段

13、更換含硫量低的煤炭，降低進脫硫系統(tǒng)半水煤氣中的硫化氫含量或適當減少半水煤氣氣量；（2）適當加大脫硫液循環(huán)量；（3）把脫硫液成分調整掃工藝指標要求范圍內；（4）檢修噴射再生器或適當提高溶液進再生器的壓力，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，降低進系統(tǒng)半水煤氣溫度；（6）檢查清理脫硫塔噴頭及填料，確定氣液分布均勻。1.3 設計任務的依據(jù)工藝參數(shù)：半水煤氣中H2S，C1=0.16%凈化氣中H2S，C2=0.003%入吸收塔半水煤氣量，G0 = 55000m3/h入冷卻塔半水煤氣溫度，t1=5

14、0 出冷卻塔入吸收塔半水煤氣溫度，t2=35 入吸收塔半水煤氣壓力，0.05MPa(表)設計目標：半水煤氣中H2S濃度0.005%2 生產(chǎn)流程或生產(chǎn)方案的確定 焦爐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硫，又可以脫除有機硫，而且能脫至極精細的程度，但脫硫劑再生較困難，需周期性生產(chǎn)，設備龐大，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，且可以回收有價值的元素硫，從而構成一個連續(xù)脫硫循環(huán)系統(tǒng)?，F(xiàn)在工藝上應用較多的濕法脫硫有氨水催化法、改良蒽醌二磺酸

15、法（法）及有機胺法。其中改良蒽醌二磺酸法的脫除效率高，應用更為廣泛。但此法在操作中易發(fā)生堵塞，而且藥品價格昂貴，近幾年來，在改良的基礎上開發(fā)的栲膠法克服了這兩項缺點。3 生產(chǎn)流程說明3.1反應機理反應機理是脫硫的根本，也是整個脫硫過程中的核心部分。以下是栲膠法脫硫的反應機理。3.1.1堿性水溶液吸收H2SNa2CO3+H2SNaHS+NaHCO33.1.2五價釩絡合物離子氧化HS-析出硫磺，五價釩被還原成四價釩2V5+HS1-2V4+S+H1+ 醌態(tài)栲膠氧化四價釩成五價釩，空氣中的氧氧化酚態(tài)栲膠使其再生，同時生成H2O2。TQ（醌態(tài)）+V4+2H2OTHQ（酚態(tài)）+V5+2OH-2THQ+O2

16、2TQ+H2O2 H2O2氧化四價釩和HS-H2O2+V4+V5+2OH-H2O2+HS-H2O+S+OH- 當被處理氣體中有CO2、HCN、O2時產(chǎn)生如下副反應。NaCO3+CO2+H2O2NaHCO3Na2CO3+2HCN2NaCN+H2O+CO2NaCN+SNaCNS2NaCNS+5O2Na2SO4+CO2+SO2+N22NaHS+2O2Na2S2O3+H2O3.2主要操作條件溶液組分溶液的主要組分是堿度、NaVO3、栲膠。.1 堿度溶液的總堿度與其硫容量成線性關系，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，采用的溶液總堿度為0.4N，而對高硫含量的原料氣則采用0.8N

17、的總堿度。PH值再8.59.0。堿度過高，副反應加劇。.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-濃度符合化學計量關系。應添加的理論濃度可與液相中HS-的摩爾濃度相當，但在配制溶液時往往要過量，控制過量系數(shù)在1.31.5左右。.3栲膠濃度作為氧載體，栲膠濃度應與溶液中釩含量存在著化學反應的計量關系。從絡合作用考慮，要求栲膠濃度與釩濃度保持一定的比例，同時還應滿足栲膠對碳鋼表面緩蝕作用的含量要求。目前還無法有化學反應方程計算所需的栲膠濃度，根據(jù)實踐經(jīng)驗，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

18、溶液類別總堿度NNa2CO3(g·L-1)栲膠(g·L-1)NaVO3(g·L-1)稀溶液0.4341.81.5濃溶液0.8688.47.0溫度操作溫度低，再生效果差；溫度過高，副反應加劇，生成大量硫代硫酸鈉燈鹽類，常溫范圍內，H2S、CO2脫除率及Na2S2O3生成率與溫度關系不敏感。再生溫度在45以下，Na2S2O3的生成率很低，超過45時則急劇升高。通常吸收與再生在同一溫度下進行，約為3040。 CO2的影響栲膠脫硫液具有相當高的選擇性。在適宜的操作條件下，它能從含99的CO2原料氣中將200mg/m3（標）的H2S脫除至45mg/m3（標）以下。但由于溶液

19、吸收CO2后會使溶液的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半水煤氣從脫硫塔底部進入，與塔頂上噴淋下來的栲膠脫硫液逆流接觸，再極短時間內完成吸收硫化氫的反應。脫除硫化氫的半水煤氣由塔頂出來，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，液封槽出來進入富液槽，然后又再生泵加壓送到噴射器，在噴射器內自吸空氣并在喉管及擴散管內進行反應，然后液氣一起進入在再生槽，由底部經(jīng)篩板上翻，進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溢流入中間泡沫槽，再由泡沫泵抽

20、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，硫泡沫經(jīng)真空過濾機過濾，濾液流入地下槽，硫膏進入熔硫釜進行熔硫，熔融硫流入鑄模，待冷卻成型后即成為副產(chǎn)品，硫膏。擬設計栲膠法脫硫及再生反應過程如下：（1） 吸收：在吸收塔內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：在反應槽內硫氫根被高價金屬離子氧化生成單質硫；（3）再生氧化：在噴射再生槽內空氣將酚態(tài)物氧化為醌態(tài)；以上過程按順序連續(xù)進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液位調節(jié)器； 7再生槽；8硫泡沫槽；9真空過濾機；10熔

21、硫釜；11空氣壓縮機；圖1 濕法栲膠脫硫工藝流程簡圖3.4主要設備介紹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有人孔，以供檢查用。填料塔結構簡單，造價低廉，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系，選擇填料應當遵循一下原則：單位體積填料的表面積大，氣液相接觸的自由體積大；填料空隙率要大，氣相阻力??；重量輕，機械強度高；耐介質腐蝕，經(jīng)久耐用，價格低廉。而填料的類型，尺寸和堆積方式?jīng)Q定于所處理的介質的性質。氣液流量的大小和允許的壓力降。本次設計，我選用

22、的是聚丙烯塑料鮑爾環(huán)（大小為 ø76mm×76mm×2.5mm）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，用這種填料同時有很高的脫硫效率。填料的作用是完成對脫硫液及氣體的再分布，同時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，與經(jīng)填料空隙上升的氣體接觸，完成對H2S的吸收。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，孔徑一般為2mm，空氣壓力必須克服氧化槽內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，硫泡沫在槽頂部的溢流堰分離，

23、分離硫后的清液在氧化槽頂部下面一點引出。這種形式的氧化槽需要鼓風機將空氣壓入。中國很多工廠使用一種自吸空氣噴射型的氧化槽，不需要空氣鼓風機。液體加壓從噴嘴進入，空氣從文丘里的喉管吸入。氧化槽是一大直徑的圓槽，槽內放置多支噴射器。氧化槽目前使用最佳的是雙套筒二級擴大式，脫硫液通過噴射再生管道反應，氧化再生后，經(jīng)過尾管流進浮選筒，在浮選筒進一步氧化再生，并起到硫的浮選作用。由于再生槽采用雙套筒，內筒的吹風強度較大，不僅有利于氧化再生，而且有利于浮選。內筒上下各有一塊篩板，板上有正方形排列的篩孔，直徑15mm，孔間距20mm，開孔率44%。內筒吹風強度大，氣液混合物的重度小，而內外筒的環(huán)形區(qū)基本上無

24、空氣泡，因此液體重度大。在內筒和環(huán)形空間由于重度不同形成循環(huán)。氧化槽的設計有如下三個基本參數(shù)要求的空氣流量；氧化器的直徑；有效的液體容積。空氣流量正比于硫的產(chǎn)量、反比于液體在氧化器內的有效高度，比值可按氧化器內每米有效液面高度氧利用率為0.6%0.7%來計算。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/(min·m2)截面。液體在氧化器的停留時間正比于液體流量，要求的停留時間與氧化器數(shù)量有關，當用一個氧化器時，停留時間約45min，用兩個氧化器停留時間不超過30min，多級氧化器有較高的氣液傳質效率，第一個氧化器出來的液體供給第二個氧化

25、器，硫泡沫從第二個氧化器頂部分離，第一個氧化器的空氣流量大，增大湍流使傳質加快。第二個氧化器空氣流量較小，使硫浮選。反應槽內有隔板以塊。主要作用是增加脫硫液的反應時間。貧液泵完成對貧液的升壓與輸送任務。H=54m,10SH-6A,Q=468 m3/h。硫泡沫槽硫泡沫槽是一錐形底的鋼制圓筒，槽頂設有1525轉/min的攪拌機一個，以保持槽內硫泡沫經(jīng)常呈懸浮狀態(tài)。此槽容積可按存放36h的硫泡沫存量計算。 過濾器工業(yè)上常用連續(xù)作業(yè)的鼓形真空過濾機，所需過濾面積可按每1m2過濾面積于1h內能濾過干燥硫磺6080kg計算。通常采用的真空過濾機，當過濾面積為10m2時，其直徑為2.6m，長為1.3m。傳統(tǒng)

26、的硫回收裝置，是將硫泡沫經(jīng)真空過濾機過濾成硫膏，硫膏再送入熔硫釜中熔融。中國最近使用戈爾膜過濾器來過濾硫泡沫。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)工作負荷的大小調整過濾薄膜袋的數(shù)量和膜的孔徑，以達到良好的過濾效果，單臺過濾器的膜面積為22.550m2。戈爾薄膜濾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，當經(jīng)過一段時間后濾餅層積累到一定厚度，同樣也影響過濾流量，這時可以給濾料一個以秒計的反向推動力，將濾料表面全部的濾餅迅速而輕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特性，它與任何物質均不粘連，因而所

27、有的濾餅均可被清洗下來，濾料又恢復新濾料的過濾能力，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間內達到傳統(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現(xiàn)這種頻繁的反清洗工藝的。戈爾過濾器是由罐體、管路、花板、濾芯、氣動撓性閥、自動控制系統(tǒng)等組成。戈爾膜過濾器一般安裝在硫泡沫槽后。泡沫液經(jīng)1#閥進入過濾器，空氣經(jīng)3#閥排放后關閉3#閥，溶液經(jīng)上腔進入貯槽。過濾一段時間后濾餅達到定值時，控制系統(tǒng)進入反沖狀態(tài)，1#、2#、4#閥自動切換，反沖清膜，濾餅脫離袋沉降到錐底部，系統(tǒng)重新進入過濾狀態(tài)。濾餅達到一定量時，開6#閥排硫膏，去熔硫釜熔成硫磺或脫水生成硫膏出售。

28、使用戈爾膜過濾器，可將硫泡沫高度凈化，如進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間，并節(jié)省蒸汽。 熔硫釜熔硫釜是一個裝有直接蒸汽和間接蒸汽加熱的設備，其操作壓力通常為0.4MPa。其容積按能充滿70%75%計算，而放入的硫泡沫含有40%50%的水分。對于直徑1.2m，有效高度2.5m的熔硫釜，每次熔化所需的時間約為34h。脫硫主要設備都用碳鋼制作，因為其價格低廉，同時在許多的場合其性能可以滿足使用的要求。為了防止設備被腐蝕，除選擇適當?shù)哪透g材料制造設備外，還可以采用防腐措施對設備進行防腐。如在吸收塔，再生器的內表面可

29、適當?shù)耐扛脖Ｗo層?；蛱砑泳徫g劑等。而泵的密封采用機械密封，以減少溶液的漏損。機械密封是一種功耗小，泄漏率低，密封性能可靠，使用壽命長的轉軸密封，被廣泛地應用于各個技術領域中。以減少溶液的漏損。機械用適當?shù)耐苛贤克榱朔栏谖账?、再生器的表面可用適當?shù)耐苛贤克ⅰ? 工藝計算書4.1原始數(shù)據(jù)焦爐煤氣組分：組分COCO2H2N2O2CH4Ar體積/%26.9710.1339.8220.930.391.30.49脫硫液組分：組分Na2CO3NaHCO3栲膠NaVO3g/L5.53252.031.12設計工藝參數(shù)焦爐煤氣中H2S初始含量C1 = 3.2g/m3凈化氣中 H2S含量C2 = 0.05g

30、/m3入吸收塔焦爐煤氣氣量G0 = 55000m3/h 入吸收塔焦爐煤氣壓力P0 = 0.050 Mpa 出吸收塔焦爐煤氣壓力Pi = 0.037 8Mpa 入吸收塔焦爐煤氣溫度，t0=34oC 出吸收塔焦爐煤氣溫度，t1=36 oC硫容S = 0.416 Kg（H2S）/m3氨產(chǎn)量17.6 t/h 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硫泡沫槽溶液初始溫度t1 = 400C；硫泡沫槽溶液終溫t2 = 800C；熔硫釜硫膏初始溫度t3 = 15 0C熔硫釜加熱終溫t4 = 135 o C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

31、 = 1500 Kg/m3硫泡沫密度f =1100Kg/m3硫泡沫比熱容,Cf =3.68 KJ/(Kg·K)；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/(Kg·K) 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/(m·h·0C)0.2MPa蒸汽的汽化熱r1 = 2202.26 KJ/Kg0.4MPa蒸汽的汽化熱r2 = 2135.2 KJ/KgH2S氣體密度G = 1.05 Kg/m3 ；脫硫液液體密度G = 1050 Kg/m3熔硫釜表面積F = 92

32、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°噴射再生槽管內空氣流速取WA =3.5 m/s ；噴射再生槽尾管直徑擴張角取3 = 7°尾管中流體速We = 1 m/s ；4.2物料衡算H2S脫除，G1，kg/hG1 = =55000×（23.2-0.05）/ 1000 = 173.25Kg/h溶液循環(huán)量LT，m3/h LT = = 147 / 0.1 = 1732.5m3/h式中 S 溶液硫容量，kg/m3，S =

33、0.1 Kg (H2S)/m3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 = G1×8=173.25×8 = 13.96 Kg/hNa2S2O3生成量，G3，Kg/hG3 = =13.86×158/2×34 = 32.20 Kg/h式中M Na2S2O3 Na2S2O3分子量 M H2S H2S分子量理論硫回收量G4，kg/h G4 =（G1G2）MS/ M H2S = （173.25-13.86）×32/34 =150.01 Kg/h式中 MS 硫的分子量 理論硫回收率，= G4/ G1 =

34、150.01/173.25×100=86.58生成Na2S2O3消耗純堿的量G5，Kg/hG5 = G3M Na2CO3/ M Na2S2O3 =32.20×106 / 158 = 21.60Kg/h式中 M Na2CO3 碳酸鈉的分子量；硫泡沫生成量G6，m3/h G6 = G4/S1 =150.01/30 =5.00m3/h式中 S1 硫泡沫中硫含量，此處取S1=30/m3；入熔硫釜硫膏量G7 G7 = G4/S2 = 150.01/0.2 5= 6000.04 Kg/h式中 S2 硫膏含量，此處取S2=25%；回收率， = = （3.2-0.05）/ 3.2×

35、;100=98.4%.硫膏的理論產(chǎn)量 W理論=32V C1/34=32×55000×3.2×0.984/34=1.63×105g/tNH3 式中 W理論硫化氫的原子量 V 焦爐煤氣氣量，m3 （標）/ g/tNH3 C1脫硫前半水煤氣中硫化氫含量，g/m3 （標） 脫硫效率， 32 硫的原子量4.3熱量衡算冷卻塔熱量衡算.1冷卻塔熱負荷，KJ/t NH3 式中入冷卻塔焦爐煤氣量，Kmol/(tNH3)；焦爐煤氣平均等壓比熱容，KJ/( kmol.0C)； 入、出冷卻塔焦爐煤氣溫度； 入、出冷卻塔焦爐煤氣溫含水量，Kg/Kmol. 查得 入，出冷卻塔條件下

36、水蒸氣的焓，Kcal/Kg, 查表知 代入公式計算得 .2冷卻水消耗量， 式中 冷卻水溫升，,此處取。 硫泡沫槽熱量衡算 .1硫泡沫槽熱負荷Q2，KJ/t NH3Q2 = Vf PfCf (t3-t4) = 5.00/17.6×1100×3.68×（80-40）= 46000 KJ/t NH3式中 Vf 硫泡沫體積，m3，Vf =G6/17.6 ； f 硫泡沫密度，Kg/m3 , f = 1100Kg/m3； Cf 硫泡沫比熱容，KJ/(Kg·K),Cf=3.68 KJ/(Kg·K)；T4 槽中硫泡沫初溫，t1 = 400C； T3 槽中硫泡沫

37、終溫，t2 = 800C； 17.6 小時氨產(chǎn)量，t/h.2蒸汽消耗量，W4,Kg/t NH3 W4 = Q2/r1 =46000/2202.26 =2202.26 Kg/t NH3式中 r1 0.2MPa蒸汽的汽化熱，r1 = 2202.26 KJ/Kg熔硫釜熱量衡算.1熔硫釜熱負荷Q3,KJ/釜 Q3=G8Css(t5-t6)+0.5G8sCh +4F(t5-t6) = 1.2×1.8×1500×（135-15）+ 0.5×1.2×1500×38.69 + 4×12.56×92×（135-15）= 9

38、78270.6KJ/釜式中G8 每一釜硫膏量，m3/熔硫釜，G8=0.75Vr = 0.75×1.6 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/(Kg·K), Cs =1.8 KJ/(Kg·K) 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/(m·h·0C)，= 12.56 KJ/(m·h·0C)F 熔硫釜表面積，F(xiàn) = 92 m2T6 入釜硫膏溫度，oC，t3= 15 0Ct5 釜內加熱終溫, o

39、C ，t4 = 135 o C 0.5 硫膏中含硫量504 熔1釜所需時間（工作周期），hS 硫膏密度，Kg/m3，S = 1500 Kg/m3.2 蒸汽消耗量W2，Kg/釜 W2 = Q3 /r2 = 978270.6 /2135.27= 458.15 KJ/釜式中 r2 0.4MPa蒸汽汽化熱，r2 = 2135.27KJ/Kg 5 主要設備的工藝計算和設備選型5.1主要設備的工藝尺寸填料吸收塔設計計算.1塔徑的確定塔徑可以用下式計算 圓整得， 式中 -泛點氣速, 流體質量流速，Kg/(h.L) ， = LTL = 1470×1050 = 1543500 Kg/(h.L)； 氣體

40、質量流速，Kg/(h.L) ， = G0G = 60000×1.05 = 63000 Kg/(h.L)； 填料比表面積，m2/m3，選用50mm×25 mm×1.5mm塑料階梯環(huán)，= 114 m2/m3 ； 填料孔隙率，m3/ m3，= 0.927 m3/ m3；L 溶液粘度，m·Pa·s，= 0.8 m·Pa·s ；v 氣體密度，Kg/m3，v = 1.05 Kg/m3 ；L 液體密度，Kg/m3，L = 1050 Kg/m3 ； A.K-關聯(lián)常數(shù)，查相關數(shù)據(jù)表得A=0.204,K=1.75 重力加速度，m/s2 , =

41、9.81 m/s2 D 吸收塔直徑，m ；.2填料層高度計算吸收過程傳質系數(shù)KG的計算 6KG = Au1.3CNa0.1B-0.01 式中 KG 傳質系數(shù)，kg/m2·h·MPa ；A 經(jīng)驗數(shù)，A = 10；u 操作氣速，m/s ；CNa 溶液中Na2CO3的含量，CNa= 5 g/L；B 吸收過程液氣比，B = LT / G0 3 則KG = Au1.3CNa0.1B-0.01 = 20×(1.001)1.3×(5)0.1×(31.5)-0.01 =22.72kg/m2·h·MPa 吸收過程平均推動力PmPm = (P1

42、-P1*)-(P2-P2*)/ (P1-P1*)/ (P2-P2*) 式中 P1 吸收塔入口氣相H2S分壓 ，atm ；P1 = P0C1×22.4/M H2S =1.39×2.5×22.4/34×1000 = 0.0023atmP2 吸收塔出口氣相H2S分壓 ，atm ；P2 = PiC2×22.4/M H2S = 1.37×0.05×22.4/34×1000 = 0.000045 atm；P0 吸收塔入口壓力 ，atm ，P0 = 1.39atm ；Pi 吸收塔出口壓力 ，atm ，Pi = 1.37atm ；

43、P1*，P2* 吸收塔入，出口氣相H2S平衡分壓 ，Mpa ，溶液中H2S含量很低，可以忽略。P1*= P2*=0則Pm = (P1-P1*)-(P2-P2*)/ (P1-P1*)/ (P2-P2*) = 0.0029-0.00005/（0.0029÷0.00005） =7.02×10-4atm ；所需傳質面積的計算AP = G1/ KGPm =173.25/17.21×7.02×10-4 =10862.45 m2填料層高度的計算HP = AP/0.785D2=10862.45/0.785×4.52×114 = 5.99 m考慮到計算

44、公式的偏差實際取填料高度為：HP =6 m對于階梯環(huán)填料，取,則計算得填料層高度為6000mm說明：填料高度根據(jù)所需的傳質單元理論板數(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，對于拉西環(huán)，每段填料層高度為它徑的3倍，對于鮑爾環(huán)及鞍形填料為510倍，為3液位分布良好，兩段之間液體再分布裝置。.3壓降的計算采用Eckert通用關聯(lián)圖計算填料層壓降10橫坐標為 縱坐標為 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，氣體的質量流量，查圖得填料層壓降為 塔徑與填料尺寸之比：4500/50=

45、450 > 10 所以填料選擇正確。查得：液體的噴淋密度 l = 22m3/m 2·h 填料的潤濕率LWLW=l/ = 22/114=0.192 m3/m 2·h > 0.08 m3/m 2.h 合適式中 填料的比表面積，m2/m3 ；塔截面積A=0.785D2=0.785×4.52=15.89m2式中 A 塔截面積，m2 D 塔徑，m ；填料個數(shù)N =d-3 = 0.77×（0.05）-3= 6160 個/m3式中 N 單位體積內填料的個數(shù)，個/m3 ；d 填料尺寸，m ； 常數(shù)， = 0.77 ；持液量的計算：Ht = 0.143(L/d

46、e)0.6 = 0.143(1732.5/0.05)0.6 =75.71m3液體/m3填料【1】式中 Ht 總持液量，m3液體/m3填料 ；L 液相流率，m3/m2·h ；de 填料直徑,m ；噴射再生槽的計算.1槽體再生槽直徑D1的計算 D1 = = = 5.94m 圓整：D1 = 6 m 式中 D1 槽體直徑，mAi 吹風強度，m3 /(h·m2)，Ai = 150 m3 /(h·m2)GA 空氣量，m3/h ，GA =LtCi = 1470×2.4 = 3528 m3/h Ci 噴射器抽吸系數(shù)，m3/m2，設Ci=2.4m3/m2再生槽擴大部分直徑

47、D2的計算 D2 = 0.4 + D1 = 0.4 +6 =6.4 m再生槽高度計算H1 = = 1732.5×8/0.785×62×60 = 8.17m圓整：H1 = 8.2 m式中 H1 再生槽有效高度，m； 溶液在再生槽內的停留時間，min，取 8min；HT = H1 + H2 + H3 = 8.2 + 1.5 + 0.5 = 10.2 m式中 HT 再生槽高度，m；H2 噴射器出口到槽底距離，m，H2 取0.5 mH3 擴大部分高度，m，H3 取1.5m；.2噴射器(1) 噴嘴的計算 噴嘴個數(shù)，n個 n = LT/Li 式中 Li 每個噴射器溶液量，m3

48、/h，取Li =150/h ； 則 n = LT/Li = 1732.5/150=11.55個 圓整：n = 12噴嘴孔徑，di，m di = = = 0.047 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 = 3×0.047 =0.141m 噴嘴入口收縮段長度，L5，mm L5 = = 0.141-0.047/2tg（14/2）= 0.38 m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 = 0.003+ 0.38= 0.383m(2) 混

49、合管的計算混合管直徑dm ，mdm = 1.13 = 1.13×= 0.121 m式中 m 噴射器形狀系數(shù)，取m = 8.5混合管長度L3 ，mL3 = 25dm = 25×0.121=3.025m圓整：L3 =3.1 m(3) 吸氣室的計算空氣入口管直徑da ，mm da = 18.8= 18.8×= 187.06 mmWA 管內空氣流速，m/s，取WA =3.5 m/s ；吸氣室直徑dM ，mm dM = = = 329.35m m吸氣室高度L1 取L1=340mm吸氣室收縮長度L2L2 = = 329.35-121/2tg（30/2）= 390.16 mm式

50、中 2 吸氣室收縮角，取2 = 30° 尾管直徑的計算 de =18.8= 18.8×= 230.25 mm式中 de 尾管直徑，mm ；We 尾管中流體速度，m/s，取We = 1 m/s ；擴張管長度的計算L4 = = 284-158/ 2tg（7/2）= 1030 mm式中 L4 擴張管長度，mm ；3 擴張角，取3 = 7°5.2輔助設備的選型液體分布裝置 （噴淋裝置）噴淋裝置的作用是使液體的初始分布盡可能地均勻。液體噴淋裝置設計不合理，將導致液體分布不量，減少填料的潤濕面積，增加溝流和壁流現(xiàn)象，直接影響填料的處理能力和分離效率。液體噴淋裝置的結構設計要求

51、：能使整個截面的填料表面很好的潤濕，均勻法分散液體，通過不易堵塞，結構簡單，制造維修方便等。本次設計我采用溢流型槽式分布器。這種分布器適應性能較好，特別適宜大流量操作。 采用溢流槽式布液器，具體尺寸如下表5.1：表5.1 溢流分布器尺寸塔徑(mm)噴淋槽分配槽液體負荷范圍外徑（mm）數(shù)量中心距（mm）數(shù)量中心距（mm）（m3/h）4500D-45123752135030600槽寬140mm，高度340mm液體再分布器當液體流經(jīng)填料層時，液體有流向器壁造成“壁流”的傾向。亂堆填料的阻力較大，填料層較高時更高容易流向塔壁的彌散現(xiàn)象，使液體分布不均勻，降低了填料塔的效率，嚴重時可使塔中的填料不能潤濕

52、而成“干堆”。為消除此現(xiàn)象，常將填料分段填裝，層間設置液體再分布器以便在整個角度內填料都得到均勻噴淋。采用梁型再分布器，具體尺寸如下：表5.2 梁型再分布器尺寸塔徑（mm）盤外徑（mm）螺栓圓直徑（mm）分塊數(shù)升氣管數(shù)液體負荷范圍（m3/h）45002962283528920820填料支承板 填料壓緊裝置分為填料壓板和床層限制板兩大類。本次設計采用的是床層限制板。因為床層限制板適用于金屬，塑料等制成的不易破碎的散裝填料。限制板通常由螺栓（或支耳）固定于塔壁。要求：限制板外徑比塔徑小25mm，用塑料制品。采用梁型氣體噴射式支承板，具體尺寸如下：表5.3梁型氣體噴射式支承板尺寸塔徑（mm）板外徑（

53、mm）梁的條數(shù)承載能力（Pa）近似重量（N）450029629235203050支承板采用塑料材料，板厚6mm，最大液體負荷200m3/m2·h，最大跨度1600mm5.2.4封頭 容器封頭是化工容器殼體的主要組成部分，容器封頭又稱端蓋。本次設計采用的是凸形封頭的橢圓形封頭。選用橢圓型封頭，具體尺寸如下：表5.4橢圓型封頭尺寸橢圓型封頭內徑（mm）曲面高度(mm)直邊高度(mm)內表面積（m2）容積（m3）450010005017.99.02 塔的總高：H = 10000+5700+5000+1000=21700m5.2.5裙座 裙座，即塔設備的支座。裙座主要由基礎環(huán)。螺栓座和裙座圈組成。