年產(chǎn)6萬噸合成氨脫硫工段工藝設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

PAGEPAGE44畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）論文（設(shè)計(jì)）題目:年產(chǎn)6萬噸合成氨脫硫工段工藝設(shè)計(jì)EnglishTopic:Theyearproduces180,000tonstosynthesizeanammoniatotakeoffsulphurworkasegmentatechnologicaldesign

畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。作者簽名：日期：指導(dǎo)教師簽名：日期：使用授權(quán)說明本人完全了解大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。作者簽名：日期：

學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名： 日期：年月日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。作者簽名： 日期：年月日導(dǎo)師簽名：日期：年月日前言本設(shè)計(jì)是年產(chǎn)6萬噸合成氨脫硫工段的工藝設(shè)計(jì)。對合成氨和脫硫工藝的發(fā)展概況進(jìn)行了概述。著重詳細(xì)介紹了脫硫工段的工藝流程、工藝條件、生產(chǎn)流程、技術(shù)指標(biāo)、熱量衡算及物料衡算以及設(shè)備計(jì)算和選型等內(nèi)容。就脫硫車間的工藝生產(chǎn)流程，著重介紹化工設(shè)計(jì)的基本原理、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、技巧和經(jīng)驗(yàn)。本書內(nèi)容是根據(jù)湖北省襄樊市金源化工股份有限公司脫硫車間的生產(chǎn)實(shí)際情況而編著的，一些工藝參數(shù)都是以工廠實(shí)際生產(chǎn)為準(zhǔn)。編寫本設(shè)計(jì)總的指導(dǎo)思想是：理論聯(lián)系實(shí)際、簡明易懂、經(jīng)濟(jì)實(shí)用。本書在編寫過程中得到襄樊學(xué)院化學(xué)與生物科學(xué)系田志高老師的指導(dǎo)，在此表示衷心感謝。由于編者自身的知識(shí)水平和認(rèn)識(shí)水平的有限，書中錯(cuò)誤與不妥之處，懇請讀者批評指正。編者2008年11月目錄前言 2摘要 5Abstract 61．總論 71.1概述 71.1.1栲膠的組成及性質(zhì) 81.1.2栲膠脫硫的反應(yīng)機(jī)理 81.1.3生產(chǎn)中副產(chǎn)品硫磺的應(yīng)用 91.2文獻(xiàn)綜述 91.3設(shè)計(jì)任務(wù)的依據(jù) 102.流程方案的確定 112.1各脫硫方法對比 112.2栲膠脫硫法的理論依據(jù) 122.3工藝流程方框圖 133.生產(chǎn)流程的簡述 143.1簡述物料流程 143.1.1氣體流程 143.1.2溶液流程 143.1.3硫磺回收流程 143.2工藝的化學(xué)過程 143.3反應(yīng)條件對反應(yīng)的影響 153.3.1影響栲膠溶液吸收的因素 153.3.2影響溶液再生的因素 173.4工藝條件的確定 183.4.1溶液的組成 183.4.2噴淋密度和液氣比的控制 183.4.3溫度 193.4.4再生空氣量 194.物料衡算和熱量衡算 204.1物料衡算 204.2熱量衡算 235.設(shè)備計(jì)算及選型 275.1脫硫塔的設(shè)計(jì)計(jì)算 275.1.1塔徑計(jì)算 275.1.2填料高度計(jì)算 285.2噴射再生槽的計(jì)算 295.2.1槽體計(jì)算 295.2.2噴射器計(jì)算 316.車間布置說明 347.三廢治理及利用 357.1廢水的處理 357.1.1廢水的來源及特點(diǎn) 357.1.2廢水處理工藝 357.2廢渣的處理 357.2.1廢渣的來源 357.2.2廢渣的處理工藝 35參考文獻(xiàn) 36附錄 37工藝流程圖 37脫硫塔裝配圖 37車間平面布置圖 37致謝 38年產(chǎn)6萬噸合成氨脫硫工段工藝設(shè)計(jì)姓名：指導(dǎo)老師：摘要：年產(chǎn)6萬噸合成氨脫硫工段工藝設(shè)計(jì)是由指導(dǎo)老師指定產(chǎn)量確定的生產(chǎn)規(guī)模，結(jié)合生產(chǎn)中收集的各類生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)而設(shè)計(jì)的。本設(shè)計(jì)所采用的是栲膠脫硫法，其主要原料是半水煤氣和脫硫液。本設(shè)計(jì)詳細(xì)的介紹了合成氨脫硫工段的生產(chǎn)原理、工藝流程、工藝參數(shù)、熱量衡算、物料衡算，以及設(shè)備選型、廠房布置和三廢處理。本設(shè)計(jì)在脫硫效率和再生率方面的研究有所突破。[關(guān)鍵詞]：栲膠脫硫法脫硫液脫硫塔Theyearproduces60,000tonstosynthesizeanammoniatotakeoffsulphurworkasegmentatechnologicaldesignNameofstendent:Director:AbstractWithanannualoutputof60,000tonsofsyntheticammoniaDesulfurizationProcessdesignisspecifiedbytheteacherdeterminethescaleofproductionoutput,withproductioninternshipinthecollectionofvariousproductiontechnologiesdesignedtotarget.Thisdesignisusedbythedesulfurizationextract,itsmainrawmaterialsandsemi-watergasdesulfurizationliquid.ThedetaileddesignoftheSectionontheproductionofammoniadesulfurizationprinciple,process,technologyparameters,theheatbalance,thematerialbalanceandtheselectionofequipment,plantlayoutandwastetreatment.Thedesignofthedesulfurizationefficiencyandrenewablerateofabreakthrough.[Keyword]:tanninextracttotakeoffasulphurmethodtakeoffasulphurliquidtakeoffsulphurtower 1.總論1.1概述[1]氨是重要的化工產(chǎn)品之一，用途很廣。在農(nóng)業(yè)方面，以氨為主要原料可以生產(chǎn)各種氮素肥料，如尿素、硝酸銨、碳酸氫氨、氯化銨等，以及各種含氮復(fù)合肥料。液氨本身就是一種高效氮素肥料，可以直接施用。目前，世界上氨產(chǎn)量的85%—90%用于生產(chǎn)各和氮肥。因此，合成氨工業(yè)是氮肥工業(yè)的基礎(chǔ)，對農(nóng)業(yè)增產(chǎn)起著重要的作用。合成氨工業(yè)對農(nóng)業(yè)的作用實(shí)質(zhì)是將空氣中游離氮轉(zhuǎn)化為能被植物吸收利用的化合態(tài)氮，這一過程稱為固定氮。氨也是重要的工業(yè)原料，廣泛用于制藥、煉油、純堿、合成纖維、合成樹脂、含氮無機(jī)鹽等工業(yè)。將氨氧化可以制成硝酸，而硝酸又是生產(chǎn)炸藥、染料等產(chǎn)品的重要原料。生產(chǎn)火箭的推進(jìn)劑和氧化劑，同樣也離不開氨。此外，氨還是常用的冷嘲熱諷凍劑。合成氨的工業(yè)的迅速發(fā)展，也促進(jìn)了高壓、催化、特殊金屬材料、固體燃料氣化、低溫等科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。同時(shí)尿素的甲醇的合成、石油加氫、高壓聚合等工業(yè)，也是在合成氨工業(yè)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。所以合成氨工業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中占有十分重要的地位，氨及氨加工工業(yè)已成為現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的一個(gè)重要部門。在合成氨工業(yè)中，脫硫倍受重視。合成氨所需的原料氣，無論是天然氣、油田氣還是焦?fàn)t氣、半水煤氣都人含有硫化物，這些硫化物主要是硫化氫（H2S）、二硫化碳（CS2）、硫氧化碳（COS）、硫醇（R—SH）和噻吩（C4H4S）等。其中硫化氫屬于無機(jī)化合物，常稱為“無機(jī)硫”。天然氣中硫經(jīng)物的含量（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)）一般在0.5—15g/m3的范圍內(nèi)，有機(jī)硫以硫醇為主，在氣田經(jīng)過粗脫磙處理后的天然氣，硫化物的含量（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)）在20—100mg/m3左右。合成氨在生產(chǎn)原料氣中硫化物雖含量不高，但對生產(chǎn)的危害極大。①腐蝕設(shè)備、管道。含有H2S的原料氣，在水分存在時(shí)，就形成硫氫酸（HSH），腐蝕金屬設(shè)備。其腐蝕程度隨原料氣中H2S的含量增高而加劇。②使催化劑中毒、失活。當(dāng)原料氣中的硫化物含量超過一定指標(biāo)時(shí)，硫化物與催化劑活性中心結(jié)合，就能使以金屬原子或金屬氧化物為活性中心的催化劑中毒、失活。包括轉(zhuǎn)化催化劑、高溫變換催化劑、低溫變換催化劑、合成氨催化劑等。脫硫的任務(wù)是除去原料氣中的各種硫化物，同時(shí)硫是一種重要的資源，應(yīng)加以回收和利用。因此，無論原料來源如何，合成氨原料必須首先脫硫。1.1.1栲膠的組成及性質(zhì)栲膠是由植物的皮（如栲樹，落葉松）、果（如橡椀）、葉（如漆樹）和干（如堅(jiān)木、栗木）的水淬液熬制而成。栲膠的主要成分是丹寧，丹寧是化學(xué)結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜的化合物組成的混合物。含有大量鄰二或鄰三羥基酚。多元酚的羥基受電子云的影響，間位羥基比較穩(wěn)定，而連位或鄰位羥基則很活潑，容易被空氣中的氧氧化。用于脫硫的栲膠屬于水解類熱溶栲膠，在堿性溶液中更容易氧化成醌類；已氧化的栲膠在還原過程中氧取代基又被還原為羥基。雖然丹寧各組分的分子結(jié)構(gòu)相當(dāng)懸珠，但它們都是具有酚式結(jié)構(gòu)的多羥基化合物，有的還含有醌式結(jié)構(gòu)，這就是栲膠能用于脫硫過程的原因。1.1.2栲膠脫硫的反應(yīng)機(jī)理栲膠法脫硫?qū)儆跐穹摿?是利用堿性栲膠[T(OH)O2]的水溶液吸收半水煤氣中的H2S，然后借助栲膠和礬作為載體和催化劑將吸收的H2S轉(zhuǎn)化為單質(zhì)硫，發(fā)生吸收反應(yīng)后的栲膠溶液利用空氣在溶液再生槽中進(jìn)行再生，然后進(jìn)入溶液循環(huán)槽重復(fù)循環(huán)使用。其脫硫反應(yīng)機(jī)理如下:1)堿性溶液吸收H2S的反應(yīng)：Na2CO3+H2S=NaHS+NaHCO3NaHCO3+H2S＝NaHS+CO2+H2O2)NaHS與偏釩酸鈉反應(yīng)生成焦釩酸鈉：硫氫化鈉與偏釩酸鈉反應(yīng)生成焦釩酸鈉，析出單質(zhì)硫。2NaHS+4NaVO3+H2O=Na2V4O9+4NaOH+2S3)將Na2V4O9氧化成偏釩酸鈉：醌態(tài)栲膠氧化四價(jià)釩絡(luò)離子為五價(jià)釩絡(luò)離子使釩絡(luò)離子恢復(fù)活性而醌態(tài)栲膠被還原為酚態(tài)栲膠失去活性。4)還原態(tài)栲膠的氧化：酚態(tài)栲膠被氧化獲得再生，同時(shí)生成H2O2。H2O2+NaHS＝H2O+S+NaOH1.1.3生產(chǎn)中副產(chǎn)品硫磺的應(yīng)用硫磺是一種重要的化工原料，肥料工業(yè)是硫的最大用戶，硫磺的其它用途包括炸藥、鋼鐵酸洗、醫(yī)藥食品工業(yè)、安全剝離、水處理、橡膠、電解工業(yè)、催化劑、顏料、化學(xué)品、硫磺膠泥、硫磺混凝土、醇類、黏合劑、農(nóng)藥、黑色火藥、鞭炮等。作為易燃固體，硫磺主要用于制造硫酸、染料和橡膠制品，也應(yīng)用于醫(yī)藥、農(nóng)藥、火柴、火藥和工業(yè)陶瓷、建材制品輔助材料等工業(yè)部門。1.2文獻(xiàn)綜述由于生產(chǎn)合成氨的各種燃料中含有一定的硫，因此所制備出來的合成氨原料氣中，都含有硫化物，其中大部分是無機(jī)硫化物硫化氫（H2S），其次還含有少量的的機(jī)硫化物，如二硫化碳（CS2）、硫氧化碳（COS）、硫醇（R—SH）和噻吩（C4H4S）等。原料氣中硫化物的含量取決于氣化所用燃料中硫的含量。以煤為原料制得的煤氣中一般含硫化氫1—6g/m3，有機(jī)硫化物0.1—0.8g/m3。用高硫煤作原料時(shí)，硫化氫高達(dá)20—30g/m3。天然氣、輕油及重油中硫化物含量，因產(chǎn)地不同，差別很大。原料氣中的硫化物，對合成氨生產(chǎn)危害很大，不僅能腐蝕設(shè)備和管道，而且能使合成氨生產(chǎn)過程所用的催化劑中毒而失去活性。例如，天然氣蒸汽所用鎳催化劑，要求原料烴中總硫含量小于0.5cm3/m3，銅鋅系低變催化劑要求原料氣中總硫含量小于1mg/m3，若硫含量超過上述標(biāo)準(zhǔn)，催化劑將中毒而失去活性。此外，硫是一種很重要的化工原料，應(yīng)予以回收。因此，原料氣中的梳化物，必須脫除干凈。脫除原料氣中硫化物的過程，稱為脫硫。目前原料氣脫硫的方法很多，據(jù)統(tǒng)計(jì)達(dá)四五十種。隨著石油化工的發(fā)展，還會(huì)開發(fā)出新的脫硫方法。按脫硫劑的物理形態(tài)分為干法（脫硫劑為固態(tài)）和濕法（脫硫劑為液態(tài)）兩大類。干法脫硫又分為吸附法——以活性炭、分子篩為脫硫劑；接觸反應(yīng)法——以氧化鋅、氧化鐵等為脫硫劑；加氫轉(zhuǎn)化法——以鈷鉬為催化劑，先將有機(jī)硫轉(zhuǎn)化為H2S，再脫除。干法脫硫具有郊率高、設(shè)備簡單、操作簡單、維修方便等優(yōu)點(diǎn)。但脫硫反應(yīng)速度慢，脫硫過程是間歇操作，設(shè)備龐大；在脫硫劑使用后期，脫硫效率和阻力變大，脫硫劑阻力變大，脫硫劑再行困難。因此，大型合成廠廣泛將此法用于業(yè)精細(xì)脫硫。濕法脫硫又分為化學(xué)吸收法（按脫硫溶液與H2S發(fā)生的反應(yīng)，又分為中和法如乙醇胺法和氧化法如ADA法、氨水催化法等）、物理吸收法（如低溫甲醇洗滌法等）和物理化學(xué)吸收法（如環(huán)丁砜法等）。濕法脫硫有著明顯的優(yōu)點(diǎn)，即脫硫劑是便于輸送的液體、可以再生并能回收硫磺，構(gòu)成一個(gè)連續(xù)的脫硫系統(tǒng)。但此法凈化度不高，出口含硫量在20——100cm3/m3。當(dāng)原料氣含硫較高時(shí)，宜先采用濕法脫去大量的硫，然后串聯(lián)干法精脫，以達(dá)到工藝上和經(jīng)濟(jì)上都合理的要求。這么多濕式氧化法的脫硫方法，如果對它們之間的優(yōu)缺點(diǎn)都進(jìn)行比較，是很困難的。傳統(tǒng)的中型氮肥廠，以前對改良ADA法和栲膠法用的比較多；對小型氮肥廠，以前對苯二酚法用得較多。對氮肥廠來說，采用什么方法，它有多種因素決定，有半水煤氣硫含量高低的問題，有操作費(fèi)用的問題，有習(xí)慣性的問題，有改造資金的問題等等。因此即便有一種方法有明顯的優(yōu)勢，他也不一定就很快采用。1.3設(shè)計(jì)任務(wù)的依據(jù)本課題是指導(dǎo)老師為提高畢業(yè)生設(shè)計(jì)能力而選定的。2.流程方案的確定2.1各脫硫方法對比[2~5]脫硫方法很多，按脫硫劑物理形態(tài)可分為干法和濕法兩大類，前者所用脫硫劑為固體，后者為溶液。當(dāng)含硫氣體通過這些脫硫劑時(shí)，硫化物被固體脫硫劑所吸附，或被脫硫溶液所吸收而除去。濕法脫硫主要用于脫除原料氣中硫化氫。根據(jù)脫硫溶液吸收過程性質(zhì)的不同，濕法脫硫又可分為化學(xué)吸收法，物理吸收法和物理化學(xué)吸收法三種?；瘜W(xué)聽收法在化學(xué)吸收法中，脫硫溶液與硫化氫發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)。按反應(yīng)不同，化學(xué)吸收法分為中和法和濕式氧化法。中合法，用弱堿性溶液為吸收濟(jì)，與原料氣中的酸性氣體硫化氫進(jìn)行中和反應(yīng)，生成硫氫化物而除去。吸收了硫化氫的溶液，在減壓、加熱的條件下，使硫氫化物分解放出硫化氫，溶液再生后循環(huán)使用。中和法主要有烷基醇胺法、氨水法和碳酸法等。濕式氧化法，用弱堿性溶液吸收原料氣中的硫化氫，生成硫氫化物，再借助溶液中載氧體（催化劑）的氧化作用，將硫氫化物氧化成元素硫，同時(shí)獲得副產(chǎn)品硫磺，然后還原載氧體，再被空氣氧化成氧化態(tài)的載氧體，使脫硫溶液得到再生后循環(huán)使用。根據(jù)所用載氧體的不同，濕式氧化法主要有蒽醌二磺酸鈉法（簡稱ADA法）、氨水對苯二酚催化法、鐵氨法、硫酸錳-水楊法、硫酸錳-水楊酸-對苯二酚法（簡稱MSQ法）、改良砷堿法和栲膠法等。與中和法相比，濕式氧化法脫硫的優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)速度快，凈化度高，能直接回收硫磺。目前國內(nèi)中、小氨廠絕大部分采用濕式氧化法脫硫，因此原料氣中有機(jī)硫含量高時(shí)，變換后氣體中硫化氫含量增加，需要經(jīng)過二次脫硫。物理吸收法是依靠吸收劑對硫化物的物理溶解作用進(jìn)行脫硫的。當(dāng)溫度升高、壓力降低時(shí)，硫化物解吸出來，使吸收劑再生，循環(huán)使用。吸收劑一般為有機(jī)溶劑，如甲醇、聚乙二醇二甲醚、碳酸丙烯酯等。這類方法除了能脫硫化氫外，還能脫除有機(jī)硫和二氧化碳。生產(chǎn)中往往用這些溶劑，同時(shí)脫除原料氣中的酸性氣體硫化物和二氧化碳。物理化學(xué)吸附法用環(huán)丁砜的烷基醇的混合溶液，脫除原料氣中硫化物的過程，屬于物理化學(xué)吸收過程，稱為環(huán)丁砜法。溶液中的環(huán)丁砜是物理吸收劑，烷基醇胺為化學(xué)吸收劑。我國有少數(shù)中型氨廠采這種方法脫硫。干法脫硫是用固體脫硫劑，脫除原料氣中硫化物。優(yōu)點(diǎn)是既能脫除硫化氫，又能脫除在機(jī)硫，凈化度高，可將氣體中硫化物脫除至1cm3/m3以下。缺點(diǎn)是再生比較麻煩或者難以再生，回收硫磺比較困難，設(shè)備體積較大，有些為間歇操作，一般只作為脫除有機(jī)硫和精細(xì)脫硫的手段。在氣體中含硫量高的情況下，應(yīng)先采用濕法除去絕大部分的硫化氫，再采用干法脫除有機(jī)硫的殘余硫化氫。常用的干法脫硫有氧化鋅法、鈷鉬加氫法、活性炭法、分子篩法等。目前我國以天然氣的輕油為原料的大型氨廠，通常先采用烷基醇胺等濕法，除去天然氣或輕油中大部分硫化物。以煤和重油為原料的大型氨廠，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(jīng)過濕式氧化法脫硫后不再設(shè)置干法脫硫，因?yàn)殂~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，栲膠法是我國特有的脫硫技術(shù)，是目前國內(nèi)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(xué)結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜的多羥基芳香烴化合物組成，具有酚式或醌式結(jié)構(gòu)。栲膠法有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）栲膠資源豐富，價(jià)廉易得，運(yùn)行費(fèi)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(yù)處理，栲膠質(zhì)量及其配制方法得當(dāng)與否是決定栲膠法使用效果的主要因素。2.2栲膠脫硫法的理論依據(jù)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(jié)構(gòu)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(luò)合作用。其脫硫反應(yīng)機(jī)理如下:1)堿性溶液吸收H2S的反應(yīng)：Na2CO3+H2S=NaHS+NaHCO3NaHCO3+H2S＝NaHS+CO2+H2O2)NaHS與偏釩酸鈉反應(yīng)生成焦釩酸鈉：硫氫化鈉與偏釩酸鈉反應(yīng)生成焦釩酸鈉，析出單質(zhì)硫。2NaHS+4NaVO3+H2O=Na2V4O9+4NaOH+2S3)將Na2V4O9氧化成偏釩酸鈉：醌態(tài)栲膠氧化四價(jià)釩絡(luò)離子為五價(jià)釩絡(luò)離子使釩絡(luò)離子恢復(fù)活性而醌態(tài)栲膠被還原為酚態(tài)栲膠失去活性。4)還原態(tài)栲膠的氧化：酚態(tài)栲膠被氧化獲得再生，同時(shí)生成H2O2。H2O2+NaHS＝H2O+S+NaOH此外,在生產(chǎn)中還有生成硫代硫酸鈉的副反應(yīng):2NaHS+2O2=Na2S2O3+H2O2Na2S2O3+3O2=2Na2SO4+2SO24H2O2+2NaHS＝5H2O+Na2S2O32NaOH+Na2S2O3+4H2O2＝2Na2SO4+5H2O2.3工藝流程方框圖水煤氣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3.生產(chǎn)流程的簡述3.1簡述物料流程3.1.1氣體流程半水煤氣從造氣車間出來后，經(jīng)過洗滌塔除塵、降溫，水封后，從脫硫塔的底部進(jìn)入塔內(nèi)，脫硫液從塔頂噴淋而下，水煤氣與堿性栲膠溶液在塔內(nèi)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。3.1.2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(jīng)脫硫塔液封槽引出至富液槽（又稱緩沖槽）。在富液槽內(nèi)未被氧化的硫氫化鈉被進(jìn)一步氧化，并析出單質(zhì)硫，此時(shí)，溶液中吸收的硫以單質(zhì)懸浮狀態(tài)存在。出富液槽的溶液用再生泵加壓后，打入再生槽頂部，經(jīng)噴射器高速噴射進(jìn)入再生槽，同時(shí)吸入足夠的空氣，以達(dá)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(jīng)液位調(diào)節(jié)器進(jìn)入貧液槽，出貧液槽的貧液用脫硫泵打入脫硫塔頂部，經(jīng)噴頭在塔內(nèi)噴淋，溶液循環(huán)使用。再生槽浮選出的單質(zhì)硫呈泡沫懸浮于液面上，溢流至硫泡沫槽內(nèi)，上部清液回貧液槽循環(huán)使用，沉淀出的硫膏入熔硫釜生成副產(chǎn)品硫磺。3.1.3硫磺回收流程再生槽中溢出的硫泡沫經(jīng)泡沫槽后在離心機(jī)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(tǒng)中使用。3.2工藝的化學(xué)過程水煤氣經(jīng)過洗滌塔進(jìn)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(zhì)硫。栲膠脫硫的反應(yīng)過程如下：（1）堿性水溶液吸收氣相中的H2S，生成HS-Na2CO3+H2S＝NaHS+NaHCO32—1NaHCO3+H2S＝NaHS+CO2+H2O2—2（2）硫氫化鈉與偏釩酸鈉反應(yīng)生成焦釩酸鈉，析出單質(zhì)硫2NaHS+4NaVO3+H2O=Na2V4O9+4NaOH＋2S↓2—3此反應(yīng)過程中五價(jià)釩被還原成四價(jià)釩，但是這個(gè)反應(yīng)不能用吹空氣的方法倒轉(zhuǎn)回去使釩再生，必須靠氧化態(tài)栲膠將四價(jià)釩氧化成五價(jià)釩，而還原態(tài)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(tài)栲膠氧化四價(jià)釩絡(luò)離子為五價(jià)釩絡(luò)離子使釩絡(luò)離子恢復(fù)活性而醌態(tài)栲膠被還原為酚態(tài)栲膠失去活性。2—4（4）酚態(tài)栲膠被氧化獲得再生，同時(shí)生成H2O22—52H2O2+2NaOH+Na2V4O9＝4NaVO3+3H2O2—6H2O2+NaHS＝H2O+S+NaOH2—7式中——醌態(tài)栲膠——酚態(tài)栲膠氣體中含CO2、O2及溶液中的H2O2引起的副反應(yīng)Na2CO3+CO2+H2O＝2NaHCO32—82NaHS+2O2＝Na2S2O3+H2O2—94H2O2+2NaHS＝5H2O+Na2S2O32—102NaOH+Na2S2O3+4H2O2=2Na2SO4+5H2O2—113.3反應(yīng)條件對反應(yīng)的影響3.3.1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、NaHCO3、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(yīng)加劇、堿耗大、浪費(fèi)嚴(yán)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(yīng)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0.75～1.0g(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(yīng)快；T(OH)O2過多，溶液膠性過強(qiáng)硫粒細(xì)、出硫差，一般控制在1.5～2.0g(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(yīng)加快，一般控制在8.15～9.12。(5)總堿度：溶液中的堿度較高時(shí)，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(yīng)的發(fā)生，同時(shí)會(huì)使硫的回收困難，硫磺產(chǎn)量下降。故堿度應(yīng)控制在21.3~31.8g/L。(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(fā)生沉淀從而堵塞管道設(shè)備，還會(huì)影響吸收再生，同時(shí)伴有副反應(yīng)發(fā)生。Ⅱ、吸收塔噴淋密度的影響噴淋密度是指吸收塔內(nèi)單位截面積的溶液循環(huán)量。適當(dāng)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(huì)使溶液質(zhì)量下降，還會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)阻力上升。Ⅲ、液氣比的影響液氣比增加，溶液的循環(huán)量增加，可提高氣體的凈化度，防止H2S過高，易產(chǎn)生礬-氧-硫沉淀；如液氣比小，溶液的循環(huán)量小，對氣體的凈化度有影響，同時(shí)產(chǎn)生的硫顆粒易沉積在填料環(huán)、管道、設(shè)備中，時(shí)間長易造成脫硫塔塔阻上漲。但液氣比過高則溶液在反應(yīng)罐和再生槽內(nèi)的停留時(shí)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(huì)使溶液濃度急劇下降。若半水煤氣入塔溫度過高，則會(huì)使煤氣中夾帶水分混入溶液，溶液稀釋，且易產(chǎn)生溶液夾帶，因此，半水煤氣的入塔溫度應(yīng)嚴(yán)格控制在30～35℃之間。(2)循環(huán)系統(tǒng)溶液溫度的影響：若循環(huán)系統(tǒng)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(yīng)加劇;若循環(huán)系統(tǒng)溫度低則H2S的吸收和析硫反應(yīng)速度降低，脫硫效率差，因此，溶液溫度應(yīng)控制在38～50℃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(yīng)以系統(tǒng)中的溶液量及循環(huán)量為依據(jù)，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(yīng)將塔底部液位控制在液位顯示的50%～60%為宜。(2)循環(huán)槽液位的影響循環(huán)槽液位可根據(jù)循環(huán)系統(tǒng)中的溶液量及再生槽和脫硫塔等設(shè)備內(nèi)的液位，溶液循環(huán)量進(jìn)行控制，一般情況下以不低于液位顯示的50%及不高于循環(huán)槽放空管口為宜，以保證貧液泵正常工作及避免循環(huán)槽內(nèi)形成真空。3.3.2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(shí)間。Ⅰ、溫度的影響溫度高再生速度加快，但副產(chǎn)物增多，硫泡沫發(fā)粘，不易分離，且氧溶解度降低，所以應(yīng)控制溶液溫度在35±5℃。Ⅱ、再生壓力的影響再生槽溶液噴射壓力是根據(jù)再生槽內(nèi)硫泡沫的形成和栲膠的氧化情況進(jìn)行控制的。噴頭的開關(guān)個(gè)數(shù)決定了噴射壓力的高低，噴射壓力越高則空氣吸入越多，栲膠再生效果越好，泡沫越易形成，一般不應(yīng)低于0.13MPa。另外要注意將所開噴頭分散開，盡量保證噴射均勻，以增大反應(yīng)面積。Ⅲ、再生槽液位的影響再生槽液位是根據(jù)再生槽硫泡沫層的厚度和循環(huán)系統(tǒng)的液位來進(jìn)行控制的，通過調(diào)節(jié)再生槽上液位調(diào)節(jié)器平衡管的高度調(diào)節(jié)液位高低。若液位過高,則會(huì)出現(xiàn)溶液溢流過多，跑液嚴(yán)重，影響正常生產(chǎn)；若液位調(diào)節(jié)過低,則硫泡沫無法溢流,隨溶液一起進(jìn)入脫硫塔內(nèi)，使塔阻升高，不能正常生產(chǎn)。通常以硫泡沫能均勻溢流、泡沫層厚度適宜為基準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)節(jié)。Ⅳ、再生時(shí)間與再生空氣量再生時(shí)間長，則再生空氣量大，有利于將還原態(tài)栲膠氧化成氧化態(tài)栲膠。但是再生時(shí)間過長，溶液循環(huán)量要減小，有可能導(dǎo)致吸收不好，使脫硫塔出口氣體H2S超標(biāo)(H2S≤2mg/m3)，同時(shí)再生空氣多，副反應(yīng)加快，一般可根據(jù)煤氣量相應(yīng)地調(diào)節(jié)再生時(shí)間與空氣量。3.4工藝條件的確定3.4.1溶液的組成根據(jù)反應(yīng)機(jī)理、吸收速度以及硫負(fù)荷來看，主要由堿液濃度和釩酸鹽濃度決定，也就是由栲膠濃度決定，一般都是根據(jù)釩酸鹽的變化和硫化氫的脫除效率來調(diào)整溶液組分和pH值。堿度過高吸收硫化氫過多，釩可能會(huì)過度還原。實(shí)際上V4+不可能被栲膠降解及時(shí)氧化成V5+，當(dāng)pH>9時(shí)，可能會(huì)造成V4+的沉淀，引起釩的損失，因此總堿度不宜過高。pH值對硫化氫吸收和其氧化成元素硫有著相反影響。過高PH值會(huì)加大生成硫代硫酸的反應(yīng)速度。實(shí)驗(yàn)證實(shí)，脫硫傳質(zhì)過程中，當(dāng)pH>9時(shí)，認(rèn)為傳質(zhì)過程為氣膜控制，pH在8.6~8.9之間時(shí)，液膜阻力很明顯，pH<8.6時(shí)，液膜阻力更加增大，因此pH值宜控制在8.5~9.0之間，栲膠脫硫和ADA一樣，在氧化反應(yīng)中是有氫離子參加的，氫離子的濃度對氧化反應(yīng)還原電位是有很大影響的，在不同pH條件下，栲膠的氧化還原性能可能是不相同的，因此必須嚴(yán)格控制溶液的pH值。由于栲膠脫硫溶液是多種氧化還原物質(zhì)的混合體，電位值又是該混合體氧化還原性的綜合體現(xiàn)。因此測量溶液電位尤為重要。溶液電位除與測量溶液的標(biāo)準(zhǔn)電極電位有關(guān)外，主要與溶液中各種氧化態(tài)和還原態(tài)物質(zhì)的濃度有關(guān)。溶液的電位表明溶液的氧化還原能力的大小，反映溶液再生系統(tǒng)溶液再生的好壞，一般控制溶液的電位值在－180mV左右。3.4.2噴淋密度和液氣比的控制實(shí)驗(yàn)證明在pH較高條件下，加大脫硫塔內(nèi)的氣流速度即增加氣量可提高傳質(zhì)系數(shù)。而pH值較低時(shí)加大溶液量即增大噴淋密度可明顯增加脫除硫化氫量。當(dāng)負(fù)荷較低時(shí)，噴淋密度影響較小，說明液氣比對吸收效果是有影響的，因此，根據(jù)生產(chǎn)過程的氣量，及時(shí)調(diào)節(jié)溶液循環(huán)量，控制噴淋密度和液氣比在適宜范圍內(nèi)是非常必要的。適當(dāng)?shù)囊簹獗纫环矫婵杀ＷC氣體凈化度，防止溶液中NaHS濃度過高而產(chǎn)生硫—氧—釩沉淀，另一方面是使其動(dòng)力消耗不會(huì)增得過高，而致提高生產(chǎn)成本，適宜的液氣比在設(shè)計(jì)中已經(jīng)確定。3.4.3溫度提高反應(yīng)溫度可加快反應(yīng)速度，對吸收和再生都有利，冬天溫度過底生成硫磺的粒子細(xì)，硫泡沫很難捕集，所以在噴射再生槽前設(shè)有溶液加熱器調(diào)節(jié)溶液溫度。但是溫度過高，大于50℃就會(huì)加快硫代硫酸鹽的生成，造成溶液對設(shè)備管道的腐蝕。溫度超過60℃以后，硫代硫酸鹽的生成速度急劇上升。為使吸收、再生和析硫三者都能順利進(jìn)行，溶液溫度宜控制在35～45℃。3.4.4再生空氣量空氣的作用是供氧和形成捕集硫粒的氣泡。按2H2S+O2=2H2O+S計(jì)算，每公斤硫需要1.67M3空氣，采用噴射再生的空氣量可能要少一些，主要是在喉管中氣液接觸好，反應(yīng)激烈，接觸時(shí)間也少得多，一般再生時(shí)間需要30min以上，由于采用噴射再生，12min就滿足了工藝要求，但吹風(fēng)強(qiáng)度大，達(dá)到136m3/(㎡·h)。故空氣量不宜過大，過大會(huì)招致空氣中的O4.物料衡算和熱量衡算4.1物料衡算[6-10]1基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 表4.1半水煤氣成分組分N2CO2COH2O2體積/％19.558.7727.8243.450.4表4.2脫硫液成分組分Na2CO3NaHCO3總堿總釩栲膠濃度（g/L）5.050.6⑶半水煤氣中硫化氫含量C1=711mg/m3⑷凈化氣中硫化氫含量C2=1.5mg/m3⑸入洗滌塔的半水煤氣的溫度t1=60℃⑹出洗滌塔入脫硫塔的半水煤氣的溫度t2=45⑺出脫硫塔半水煤氣的溫度t3=41⑻入脫硫塔半水煤氣的壓力P=0.125MPa（絕壓）2計(jì)算原料氣的體積及流量以每年300個(gè)工作日，每天工作24小時(shí)，則每小時(shí)生產(chǎn)合成氨為：60000÷（300×24）=8.33t/h考慮到在合成時(shí)的損失，則以每小時(shí)生產(chǎn)8.36噸計(jì)算為基準(zhǔn)，所以nNH3=8360Kg÷17Kg/Kmol=491.76則合成NH3所需要N2的物質(zhì)的量為nN2=nNH3÷2=245.88Kmol考慮到半水煤氣經(jīng)過洗滌、脫硫、變換等工序到合成的過程中氮?dú)獾膿p失，則損失率以1%計(jì)，則半水煤氣中氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量為nN2=245.88×（1+1%）=248.34Kmol所以原料氣中N2的體積為VN2=22.4Nm3/Kmol×248.34Kmol=5562.84Nm3根據(jù)原料氣中各氣體的體積比，則其它氣體的體積為VCO2=8.77÷19.55×VN2=2495.45Nm3VCO=27.82÷19.55×VN2=7916.02Nm3VH2=43.45÷19.55×VN2=12363.44Nm3VO2=0.4÷19.55×VN2=113.81Nm3則總氣體的體積V=VN2+VCO2+VCO+VH2+VO2=5562.84Nm3+2495.45Nm3+7916.02Nm3+12363.44Nm3+113.81Nm3=12477.25Nm3根據(jù)氣體方程，將0℃、101.325KPa下的體積換算成125KPa、45℃時(shí)V0=101.325×12477.25×(273.15+45)/(125×273.15)m3=11780.29則進(jìn)入脫硫塔的氣體的流量為G=11780.29m3/h3根據(jù)氣體中H2S的含量計(jì)算H2S的質(zhì)量入脫硫塔中H2S的質(zhì)量：m1=711mg/m3×11780.29m3=8.375Kg根據(jù)設(shè)計(jì)要求，出塔氣體中H2S的含量為1.5~2mg/m3,取出塔氣中H2S的含量為1.5mg/m3，則塔的脫硫效率是η=（711－1.5）/711×100%=99.8.%.由于原料氣中H2S的含量低，故在脫硫的過程中原料氣進(jìn)入脫硫塔和出脫硫塔的體積流量視為不變，則出塔氣體的流量W0≈11780.29m3/h所以出塔氣中H2S的質(zhì)量為m2=1.5mg/m3×11780.29m3=0.0176Kg故在脫硫塔中吸收的H2S的質(zhì)量為G1=m1－m2=8.375－0.0176=8.3574Kg4脫硫液循環(huán)量的計(jì)算取脫硫液中硫容量為S=100g/m3,根據(jù)液氣比L/G=(C1-C2)/S式中：C1為進(jìn)脫硫塔氣體中硫化氫的含量，g/m3C2為出脫硫塔氣體中硫化氫的含量，g/m3S為硫容量，g/m3L為脫硫液的循環(huán)量，m3/hG為進(jìn)脫硫塔氣體的流量，m3/h則液氣比為L/G=(0.711－0.0015)/100=0.0071脫硫液的循環(huán)量L=0.0071×11780.29=82.462m3/h因脫硫液在循環(huán)中有損失及再生率為95%，取損失率為10%則液體的循環(huán)量為LT=L（1+10%）=82.462×（1+10%）=90.708m3/h5生成Na2S2O3消耗的H2S的質(zhì)量G2，Kg/h取Na2S2O3的生成率為H2S脫除量的8%，則G2=8.3574×8%=0.668Kg6Na2S2O3的生成量G3，Kg/h2H2S~Na2S2O3G3=G2MNa2S2O3/(2MH2S)式中MNa2S2O3——Na2S2O3的分子量MH2S——H2S的分子量G3=0.668×158/（2×34）=1.55Kg7理論硫回收量G4，Kg/hG4=（G1-G2）×MS/MH2S式中MS——硫的分子量G4=（8.3574－0.668）×32/34=7.23Kg理論硫回收率，ψ=G4/G1ψ=7.23/8.3574×100%=86.51%8生成Na2S2O3消耗的純堿量G5，Kg/hG5=G3MNa2CO3/MNa2S2O3式中MNa2CO3——Na2CO3的分子量G5=1.55×106÷158=1.04Kg9硫泡沫生成量G6，Kg/m3G6=G4/S1式中S1——硫泡沫中硫含量，kg/m3,取S1=30kg/m3G6=7.23kg/h÷30kg/m3=0.24110入熔硫釜硫膏量G7=G4/S2式中S2——硫膏含硫量，取S2=98%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）G7=7.23÷98%=7.377Kg表4.3物料衡算表（以每小時(shí)計(jì)）：入脫硫塔氣體流量1出脫硫塔氣體流量11780.29脫硫液循環(huán)量90.708硫泡沫生成量0.241硫化氫吸收量8.3574硫膏量7.377消耗的純堿量1.04硫代硫酸鈉生成量1.554.2熱量衡算（以0℃為計(jì)算基準(zhǔn)）1基礎(chǔ)數(shù)據(jù)①半水煤氣的平均式量M=(28×19.55%)+(44×8.77%)+(28×27.82%)+(2×43.45%)+(32×0.4%)=18.1半水煤氣的密度：ρg=PM/TR=1.25×18.1×102/[(273.15+40)×8.314]=0.869kg半水煤氣的質(zhì)量流量G0=V0ρg=11780.29×0.869kg/h=10237.07kg/h②脫硫液密度計(jì)算用公式：ρL=1.0641－0.000446T（g/cm3）脫硫液入脫硫塔時(shí)的溫度T=45℃，ρ=1.0641－0.000446×45=1.04403g/cm3=104403入脫硫塔脫硫液的質(zhì)量流量W=90.708ρ=94701.87kg/h脫硫液出脫硫塔是的溫度T≈45℃ρ出L≈ρ出脫硫塔脫硫液的質(zhì)量流量W出L≈W③平均比熱容的計(jì)算根據(jù)比熱容的計(jì)算式Cp=a+bT+cT2，J/(mol·K)將半水煤氣中的各組分的a、b、c值列于表中物質(zhì)COH2CO2N2O2a26.53726.8826.7527.3228.17b/10－37.68314.34742.2586.2266.297c/10－6－1.172－0.3265－14.25－0.9502－0.7494表4例如在60℃的比熱容CO:Cp=26.537+7.6831×10-3×(273.15+60)－1.172×10-6×(273.15+60)2=28.967KJ/(kmol·K)H2:CP=26.88+4.347×10-3×(273.15+60)-0.3265×10-6×(273.15+60)2=28.292KJ/(kmol·K)CO2:CP=26.75+42.258×10-3×(273.15+60)-14.25×10-6×(273.15+60)2=40.832KJ/(kmol·K)N2:CP=27.32+6.226×10-3×(273.15+60)-0.9502×10-6×(273.15+60)2=29.289KJ/(kmol·K)O2:CP=28.17+6.297×10-3×(273.15+60)-0.7494×10-6×(273.15+60)2=30.275KJ/(kmol·K)平均比熱容Cpm=ΣYi×Cpi式中Yi——各氣體的體積分?jǐn)?shù)Cpi——各氣體的比熱容故半水煤氣在60攝氏度的比熱容C60P=29.78KJ/(kmol·K)同理：半水煤氣在45攝氏度的比熱容C45P=29.30半水煤氣在41攝氏度的比熱容C41P=29.30K④脫硫液的比熱容CP，J/(g℃)CP=3.839+0.00352T脫硫液的進(jìn)口溫度為41℃Cp1=3.839+0.00352×41=3.9833J/(g·℃)=3.983KJ/(kg·℃)脫硫液的出口溫度約為41Cp2≈Cp12洗滌塔熱量衡算①洗滌塔熱負(fù)荷Q1，KJ/hQ1=G0(C60Pt1－C45式中G0——入洗滌塔半水煤氣量Q1=10237.07/18.1×（29.78×60－29.30×40）=0.919×106KJ②冷卻水消耗量W3，m3/hW3=Q1/（CH2O·Δt）式中Δt——冷卻水溫升，取Δt=5℃,CH2O=4.2KJ/(Kg℃),ρ=1000Kg/m3W3=0.919×106/（4.2×1000×5）=43.76m3硫泡沫槽熱量衡算①硫泡沫槽熱負(fù)荷，KJQ2=VFρFCF（t3－t4）式中VF——硫泡沫體積，m3，VF=G6=0.241m3ρF——硫泡沫密度，kg/m3,ρF=1100kg/m3CF——硫泡沫比熱容，KJ/（kg·℃）,CF=3.68KJ/（kg·℃）t3——槽中硫泡沫末溫，℃，t3=64.5℃t4——槽中硫泡沫初溫，℃，t4=4Q2=0.241×1100×3.68×（64.5－41）=0.22×105KJ②蒸汽消耗量W4，kg/hW4=Q2/r1式中r1——130℃蒸汽的液化熱，KJ/kg，r1W4=Q2/r1=0.22×105/2177.6=10.534熔硫釜熱量衡算①熔硫釜熱負(fù)荷Q3，KJ/釜Q3=G8CSρS(t5－t6)+0.98G8ρSCh+4λF6(t5－t6)式中G8——每一釜硫膏量，m3/釜，設(shè)全容積為3m3，熔硫釜裝填系數(shù)為75%，則G8=3×0.75=CS——硫膏比熱容，KJ/（kg﹒℃），CS=1.8KJ/（kg﹒℃）ρS——硫膏密度，kg/m3，ρS=1770kg/m3t5——加熱終溫，℃，t5=150℃t6——入釜溫度，℃，t6=64.5℃Ch——硫膏的熔融熱，KJ/kg，Ch=49.8KJ/kgλ——熔硫釜向周圍空間的散熱系數(shù)，KJ/（m2·h·℃)，λ=12.56KJ/（m2·h·℃）F6——熔硫釜表面積，m2，F(xiàn)6=10m4——熔一釜所需時(shí)間，h0.98——硫膏中含硫膏98%G8CSρS(t5－t6)表示硫膏升溫吸收熱量；0.98G8ρSCh表示硫膏熔融吸收熱量；4λF6(t5－t6)表示向環(huán)境散熱量。Q3=2.25×1.8×1770×(150－64.5)+0.98×2.25×1770×49.8+4×12.56×10×(150－64.5)=850223.88KJ/釜②蒸汽消耗量，W5，KJ/釜W5=Q3/r2式中r2——130℃蒸汽的液化熱，KJ/kg，r2=2177.6KJ/kgW5=850223.88/2177.6=390Kg表4.4熱量衡算表：收入KJ/kg支出KJ/kg洗滌塔(/h)半水煤氣帶入的熱量G0C1.01×106半水煤氣帶出的熱量0.091×106冷卻水吸收的熱量0.919×106總和1.01×106總和1.01×106硫泡沫槽(/h)脫硫液帶入的熱量2.77×105脫硫液帶出的熱量2.99×105蒸汽冷凝放出的熱量0.22×105總和2.99×105總和2.99×105熔硫釜/（釜）硫膏帶入的熱量4.624×105硫膏帶出的熱量1.302×106蒸汽冷凝放出的熱量8.502×105環(huán)境吸收的熱量0.107×105總和1.3126×106總和1.3126×1065.設(shè)備計(jì)算及選型5.1脫硫塔的設(shè)計(jì)計(jì)算[11-19]脫硫吸收塔采用填料塔，填料為76×76×2.6聚丙烯鮑爾環(huán)，公稱直徑為76cm，空隙率為ε=0.92，比表面積為α=72.2m2/m35.1.1塔徑計(jì)算（a）利用泛點(diǎn)速度計(jì)算圖求液泛速度首先根據(jù)液體質(zhì)量流速（L，Kg/h）、氣體質(zhì)量流速（G，Kg/h）、氣體密度（ρg，Kg/m3）、液體密度（ρL，Kg/m3），用泛點(diǎn)速度計(jì)算圖橫座標(biāo)的式子算出數(shù)據(jù)，以此數(shù)據(jù)查出“泛點(diǎn)速度計(jì)算圖”的縱座標(biāo)上的數(shù)據(jù)，再用縱座標(biāo)上的式子，求解出泛點(diǎn)速度W0（m/s）。\o"點(diǎn)擊圖片看全圖"圖一圖中W0——液泛速度，m/s；L——液體質(zhì)量流速，kg/h；G——?dú)怏w質(zhì)量流速，kg/h；ρL——液體密度，kg/m3ρg——?dú)怏w密度，kg/m3；α——填料比表面積，m2/m3ε——填料空隙率，%；μ——液體粘度，mPa·S，μ=0.837mPa·Sg——重力加速度，m/s2對于本系統(tǒng)：（L/G）1/4（ρg/ρL）1/8=[(484.13×1044.03)/(0.869×61988.94)]1/4(0.871/1045.81)1/8=0.72123由圖可讀出對應(yīng)縱坐標(biāo)為0.0664即：W20/g(α/ε3)(ρg/ρL)μ0.2=0.0664所以,W0=[0.0664g(ε3/α)(ρL/ρg)/μ0.2]1/2=[0.0664×9.81×（0.923/72.2）×（1044.03/0.869）/0.8370.2]1/2=（b）利用泛點(diǎn)速度W0，算出操作氣速W1，m/s取空塔氣速為泛點(diǎn)速度的45%，則實(shí)際空速為u=0.45W0=.1.331m/s（c）根據(jù)操作態(tài)的每小時(shí)氣體處理量算出塔徑D，mD=式中：D——吸收塔直徑，m；VS——?dú)怏w的體積流量，m3/sD=[4×61988.94÷3600÷(3.14×1.331)]1/2=4.06圓整后D取4.2m5.1.2填料高度計(jì)算（a）吸收過程傳質(zhì)系數(shù)KG計(jì)算KG=AW1.3Na0.1B-0.01

式中：KG——傳質(zhì)系數(shù)，Kg/（m2·h·atm）；A——經(jīng)驗(yàn)數(shù)，取A=20；W——吸收塔操作氣速，m/s；Na——溶液中Na2CO3含量，g/L；B——吸收過程液氣比，L/m3。KG=20×1.3311.3×5.00.1×（484130/61988.94）﹣0.01=33.38Kg/（m2（b）計(jì)算吸收過程平均推動(dòng)力ΔPM,atmΔPM=[（P1－P1*）－（P2－P2*）]/ln[（P1－P1*）/（P2－P2*）]式中：P1——吸收塔入口氣相H2S分壓，atm；P2——吸收塔出口氣相H2S分壓，atm；P1=（40.92/34）/（53868.39/18.1）×1.25=5.055×10-4atmP2=（0.086/34）/（53868.39/18.1）×1.25=1.062×10-6atmP1*，P2*——吸收塔入、出口H2S分壓，atm，溶液中H2S含量很低，可以忽略，P1*=P2*=0。ΔPM=（5.055×10-4－1.062×10-6）/ln[（5.055×10-4）/（1.062×10-6）]=8.182×10-5atm（c）計(jì)算傳質(zhì)面積FP，m2FP=G1/（KG×ΔPM）式中：G1——H2S脫除量，Kg/h；KG——傳質(zhì)系數(shù)，Kg/（m2·h·atm）;ΔPM——吸收過程平均推動(dòng)力，atm。FP=43.98/（33.38×8.182×10-5）=16103.097（d）根據(jù)以上數(shù)據(jù)計(jì)算出填料高度HP=FP/(0.785D2×a)

式中a——填料比表面面積

HP=16103.097/(0.785×4.22×72.2)=16.取HP=1填料分兩段，上段8㎝下段9㎝.5.2噴射再生槽的計(jì)算5.2.1槽體計(jì)算（a）再生槽直徑計(jì)算再生槽直徑計(jì)算可用下式計(jì)算：D1=（GA/0.75Ai）1/2式中:Ai——吹風(fēng)強(qiáng)度，m3/（h·m2），取Ai=70m3/（h·m2D1——槽體直徑，m；GA——空氣量，m3/h。而空氣量用下式計(jì)算：GA=LT×Ci式中:Ci——噴射器抽吸系數(shù)，m3/m3；Ci=2.4m3/mLT——溶液循環(huán)量，m3/h。GA=484.13×2.4=1162mD1=（1162/0.75×70）1/2=4.70（b）計(jì)算再生槽擴(kuò)大部分直徑D2，mD2=0.4+D1D2=0.4+4.70=5.（c）計(jì)算再生槽高度HT，mHT=H1+H2+H3H1——再生槽有效高度，m；H2——噴射器出口到槽底距離，取H2=0.5m;H3——擴(kuò)大部分高度，取H3=1.5m;再生槽有效高度H1下式計(jì)算:H1=(LT×τ)/（0.785D12×60）式中:τ——溶液在再生槽內(nèi)停留時(shí)間，min，一般取τ=13min；LT——溶液循環(huán)量，m3/h；D1——槽體直徑，m0.785——/4再生槽有效高度H1=(484.13×13)/（0.785×4.702×60）=6.0再生槽高度HT=6.05+0.5+1.5=8.05.2.2噴射器計(jì)算（a）噴嘴計(jì)算噴嘴個(gè)數(shù)（n）確定：n=LT/Li式中：Li——每個(gè)噴射器溶液量，m3/h，取Li=40mLT——溶液循環(huán)量，m3/h。n=484.13/40=12.1取n=13噴嘴孔徑（dj），mdj=（Li/0.785×3600×wj）1/2式中wj——噴嘴處溶液流速，m/s，取wj=20mdj=（40/0.785×3600×20）1/2=0.02溶液入口管直徑dL，mdL=3djdL=3×0.027=0.081m=81mm噴嘴入口收縮段長度L5，mL5=(dL-dj）/2tan(α1/2）式中α1——噴嘴入口收縮角，通常取α1=14°L5=(0.081–0.027)/2tan(14/2）=0.03噴嘴喉管長度L0，m通常噴嘴喉管長度取L0=3mm。噴嘴總長度L，mL=L0+L5L=0.003+0.033=0.036m（b）混合管計(jì)算混合管直徑（dm）：dm=1.13（0.785dj2×M）1/2式中:M—噴射器形狀系數(shù)，通常取M=8.5dm=1.13（0.785×0.0272×8.5）1/2=0.079m取Φ89×4熱軋無縫鋼混合管長度（L3）：L3=25dmL3=25×0.079=1.957（c）吸氣室計(jì)算

空氣入口管直徑da，mmda=18.8[GA/(w2×n)]1/2式中w2——管內(nèi)空氣流速，m/s，取=3.5m/s;GA——空氣流量，m3/h；n——噴嘴個(gè)數(shù)da=18.8[(1162/(3.5×12)]1/2=98.9mm取Φ108×4吸氣室直徑（dM）：dM=（3.1×da2）1/2式中da——空氣入口管直徑，mmdM=（3.1×1002）1/2=176mm取Φ194×5熱軋無縫鋼管吸氣室高度L1，mm；取L1=330mm吸氣室收縮管長度L2，mmL2=（dM－dm）/[2tan(α2/2）]式中α2——吸氣室收縮角，通常取30°；dM，dm——分別是吸氣室直徑和混合管直徑。L2=（184-79）/[2tan(30°/2）]=19（d）尾管直徑計(jì)算（de）de=18.8(Li/we）1/2式中Li——每個(gè)噴射器溶液量，m3/h；we——尾管中流體速度，m/s，通常取we=1m/sde=18.8(40/1）1/2=118.9mm取Φ127×4熱軋無縫鋼管（e）擴(kuò)散管長度計(jì)算L4，mmL4=（de－dm）/[2tan(α3/2）]式中α3——擴(kuò)散角，取α3=7°；de，dm——分別是尾管直徑和混合管直徑L4=（119－79）/[2tan(7°/2）]=327.0表5.1設(shè)備計(jì)算一覽表脫硫塔的塔徑4.噴嘴孔徑0.027傳質(zhì)面積16103.097混合管規(guī)格Φ89×4填料層高度1混合管長度1.975再生槽直徑4.空氣入口管規(guī)格Φ108×4再生槽擴(kuò)大部分直徑5.吸氣室規(guī)格Φ194×5再生槽高度8尾管規(guī)格Φ127×4噴嘴個(gè)數(shù)13擴(kuò)散管長度0.6.車間布置說明車間布置是設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)，既要符合工藝的要求，又要經(jīng)濟(jì)實(shí)用，合理布局。車間布局直接影響到項(xiàng)目建設(shè)的投資，建設(shè)后的生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)正常，設(shè)備維修和安全，以及各項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的完成。所以在進(jìn)行車間布置要做到充分掌握有關(guān)資料，全面權(quán)衡，在布置時(shí)要做到深思熟慮，仔細(xì)推敲，以取得最佳方案。車間布置主要是設(shè)備布置，首先確定設(shè)備的初步方案，對廠房建筑的大小、平立面結(jié)構(gòu)、跨度、層次、門窗、樓梯等以及與生產(chǎn)操作、設(shè)備安裝有關(guān)的平臺(tái)、預(yù)留空等向土建專業(yè)提出設(shè)計(jì)要求，待廠房設(shè)計(jì)完成后，在根據(jù)廠房建筑圖，對設(shè)備布置進(jìn)行修改和補(bǔ)充，最終的設(shè)備布置（施工圖）就作為設(shè)備安裝和管道安裝的依據(jù)。車間布置時(shí)，在總圖礎(chǔ)上明確車間的位置，熟悉生產(chǎn)工藝流程及有關(guān)物性數(shù)據(jù)與車間等級相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。了解土建、設(shè)備、儀表、電力等專業(yè)和機(jī)修、安裝、操作、管理等方面的要求，并考慮運(yùn)輸、消防及它們之間的關(guān)系。車間布置時(shí)，要根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模、生產(chǎn)特點(diǎn)、廠區(qū)面積、廠區(qū)地形以及地質(zhì)情況等對廠房進(jìn)行安排。一般對生產(chǎn)規(guī)模較小，可將車間的生產(chǎn)、生活部門集中布置在一棟廠房內(nèi)，對生產(chǎn)規(guī)模較大，易燃易爆廠房的安排主要采用單體式。按照脫流的生產(chǎn)工藝的特點(diǎn)，脫流是以塔為主，故為露天布置，用裙式支座直接安裝于基坐上。按流程一排布置，其輔助設(shè)備的框架及接管安排一側(cè)，另一側(cè)作為安裝塔的空間。塔上設(shè)置平臺(tái)，相互連接便于操作。脫硫塔比較高大采用獨(dú)立布置，利用塔身設(shè)操作平臺(tái)，供進(jìn)出人孔、操作、維修儀表及閥們之用；其他的塔數(shù)量不多、結(jié)構(gòu)及大小相似采用成組布置，各塔通過平臺(tái)的鉸接相互連接，便于生產(chǎn)操作控制。7.三廢治理及利用7.1廢水的處理7.1.1廢水的來源及特點(diǎn)合成氨工藝中的造氣工段產(chǎn)生的水煤氣或半水煤氣溫度較高并含有粉塵，需經(jīng)洗滌塔除塵、降溫后才能進(jìn)入脫硫塔。洗滌塔的排水即稱為造氣廢水。一般來說，造氣廢水水溫較高，大多含有氰化物，硫化物等，好氧量高。造氣廢水冷卻塔的作用一是將50℃左右的廢水降至33℃左右,以滿足煤氣洗滌要求。二應(yīng)能去除從水中逸出的硫化物、氰化物及揮發(fā)酚，使之不在廢水中積累，滿足重復(fù)使用的要求。7.1.2廢水處理工藝洗滌塔排放出的造氣廢水溫度為50攝氏度左右，并且含有大量的煤粉、每灰等機(jī)械雜質(zhì)，通過明溝重力流至平流式沉淀池，經(jīng)熱水池收集后，由加壓泵加壓送入造氣廢水冷卻塔冷卻，然后由冷水泵加壓，送回造氣車間重復(fù)利用。入洗滌塔的洗滌水的主要作用是對從造氣爐中產(chǎn)生的初水煤氣進(jìn)行降溫及除塵，及降低初水煤氣的溫度及洗去其夾帶的碳粒，對進(jìn)水的水質(zhì)要求并不高，低于環(huán)境排放要求。因此，造氣廢水只需經(jīng)過沉淀池去除懸浮物，再經(jīng)冷卻塔降溫，即可滿足工藝使用要求,沒有必要將造氣廢水處理至排放標(biāo)準(zhǔn)后，再送至造氣車間重復(fù)使用，這樣可以縮短流程，節(jié)省基建投資，降低處理單耗。7.2廢渣的處理7.2.1廢渣的來源經(jīng)過洗滌塔洗滌的水在沉降池中沉降后產(chǎn)生大量的煤粉和灰渣，這些廢渣若不及時(shí)處理，到處堆積，不僅侵占大量土地，而且會(huì)污染土壤、水體、大氣及環(huán)境衛(wèi)生，造成大量的財(cái)力和資源的費(fèi)。7.2.2廢渣的處理工藝將沉降池中沉降的煤粉通過機(jī)械打撈起來，放在煤粉堆積處存放，再將煤粉送到造煤車間進(jìn)行再利用。[參考文獻(xiàn)]⑴陳五平主編《無機(jī)化工工藝學(xué)》（第三版）,化學(xué)工業(yè)出版社，2005.2⑵趙育祥主編《合成氨工藝》,.北京.化學(xué)工業(yè)出版社，1985⑶黃仲九房鼎業(yè)主編《化學(xué)工藝學(xué)》,高等教育出版社，2001.7⑷崔恩選主編《化學(xué)工藝學(xué)》,北京.高等教育出版社，1985⑸雷仲存主編《工業(yè)脫硫技術(shù)》,化學(xué)工業(yè)出版社，2001⑹吳志泉主編《化工工藝計(jì)算》(物料,能量衡算),華東化工學(xué)院出1992⑺化學(xué)工業(yè)部教育培訓(xùn)中心編《物料衡算與熱量衡算》,化學(xué)工業(yè)出版社，1997⑻《化工工藝設(shè)計(jì)手冊》編委會(huì),天津電子出版社，2004⑼夏清陳常貴《化工原理》,天津大學(xué)出版社，2005.1⑽朱自強(qiáng)徐汛合編《化工熱力學(xué)》,化學(xué)工業(yè)出版社，1991.6⑾賀匡國主編《化工容器及設(shè)備簡明設(shè)計(jì)手冊》,化學(xué)工業(yè)出版社，2002⑿董大勤主編《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》,化學(xué)工業(yè)出版社，2003.1⒀鄭曉梅主編《化工制圖》,化學(xué)工業(yè)出版社，2002.1⒁陳聲宗主編《化工設(shè)計(jì)》,化學(xué)工業(yè)出版社，2001.1⒂余國琮主編《化工機(jī)械工程手冊(下卷)》,化學(xué)工業(yè)出版社，2002.12⒃《最新化工設(shè)備設(shè)計(jì)制造與標(biāo)準(zhǔn)零部件選配及國內(nèi)外設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范實(shí)用全書》編委會(huì)\o"搜索'北京工業(yè)大學(xué)出版社'出版的更多圖書"北京,工業(yè)大學(xué)出版社

，2005⒄婁愛娟吳志泉主編《化工設(shè)計(jì)》,華東理工大學(xué)出版