炼焦煤气的脱硫工艺流程设计

炼焦煤气的脱硫工艺流程设计

华北科技学院环境工程系

《煤化工》课程设计报告

设计题目 炼焦煤气的脱硫工艺流程设计 学生姓名 学 号 指导老师 专业班级 化工B082班

教师评语

设计起止日期：2011年7月6日 至2011年7月13日

炼焦煤气的脱硫工艺流程设计

目录

1 设计任务书 .................................................................................................................................. 3 2 工艺流程简介 .............................................................................................................................. 4 3 工艺流程中主要发生的化学反应 .............................................................................................. 5 4 脱硫塔的设计 .............................................................................................................................. 5 4.1 物料衡算 ................................................................................................................................... 5

4.1.1入塔的煤气质量 ............................................................................................................. 5 4.1.2 出塔煤气的变化量 ........................................................................................................ 7 4.1.3 m3 的计算.................................................................................................................... 10 4.1.4 m4 的计算................................................................................................................. 10 4.2 热量衡算 ................................................................................................................................. 10

4.2.1 入塔脱硫煤气带入的热量 .......................................................................................... 10 4.2.2 出脱硫塔的煤气带走的热量 ...................................................................................... 12 4.2.3 脱硫过程中发生的溶解热和反应热 .......................................................................... 13 4.2.4 总的热量衡算 .............................................................................................................. 13 4.3 设备计算 ................................................................................................................................. 14

4.3.1 选择填料 ...................................................................................................................... 14 4.3.2 塔径计算 ...................................................................................................................... 14 4.3.3传质面积和填料高度 ................................................................................................... 16 5脱硫塔工艺设计结果表 ............................................................................................................. 17 5.1.总表.......................................................................................................................................... 17 5.2.煤气入塔物质汇总表 .............................................................................................................. 18 5.3.出塔物质汇总表 ...................................................................................................................... 18 5.4.其他数据 .................................................................................................................................. 18 小结 ............................................................................................................................................... 19 参考文献：.................................................................................................................................... 19

炼焦煤气的脱硫工艺流程设计

1 设计任务书

1.1 设计题目

干煤气量为90000Nm/h的炼焦煤气的脱硫的工艺流程设计。

入口煤气中杂质的含量 ：

3

剩余氨水：12470Kg/h,t=75℃,P=0.45MPa,氨的质量分数

10%。

1.2 设计内容

（1）脱硫工艺的选择与工艺流程介绍； （2）脱硫塔的物料衡算； （3）脱硫塔的工艺尺寸计算； （4）绘制脱硫塔装配图和工艺流程图； （5）对设计过程的评述和有关问题的讨论。 1.3主要设计参数

① 太原地区大气压P0=96400kPa ② 脱硫塔空塔气速：0.5～0.7m/s ③ 脱硫效率：98%

④ 脱硫液硫容量：0.18～0.22(H2S)/m ⑤ 脱硫塔传质系数K：15～20kg/(m·h·atm) ⑥ 脱硫塔液气比：>16L/m

⑦ 脱硫塔溶液喷淋密度：>27.5m/(m·h) ⑧ H2S转化为盐的转化率：3～4%

3

2

3

2

3

炼焦煤气的脱硫工艺流程设计

⑨ HCN吸收率:90% ⑩ 干煤气组成：

2 工艺流程简介

焦炉煤气经捕除焦油雾后，先进入中间煤气冷却器由约50℃冷却到36℃。中间煤气冷却器由预冷段、洗气由约50℃被直接冷却到不析出萘的温度，即约38℃.在塔中部的洗萘段，用含萘约5%的洗油喷洒，使煤气中萘段，终冷段三段空喷塔组成。在塔下部的预冷段，煤的含萘量降至约0.36g/m3,这一含量可保证煤气在终冷段无萘析出。洗萘富油的一部分送往粗苯工序处理。煤气最后在塔上部的终冷段被冷却至36℃，然后进入脱硫塔。

因中间煤气冷却器循环喷洒的氨水中含有萘、焦油雾及渣子等，所以需将其中一部分送至氨水澄清槽，再从氨水储槽送来补充氨水。

脱硫塔为填料塔，焦炉煤气从塔的下部进入，与从塔顶喷洒的吸收液对流接触，煤气中的H2S、HCN、NH3即被吸收液吸收。出塔的焦炉煤气送往硫酸铵工序。从塔底排出的吸收液用循环泵送入再生塔底部。再生塔为鼓泡塔、吸收液与空气并流流动，液中的硫氢根离子在催化剂作用下氧化而生成前述的各种铵盐和硫黄。

经过氧化再生的溶液具有吸收H2S的能力，使之从再生塔顶部自流返回脱硫塔顶部循环使用。为了保持各种铵盐及硫黄在吸收液中不大于一定的浓度，部分吸收液需自再生塔顶部自流至希罗哈克斯装置，将硫黄及含硫铵盐湿式氧化为硫酸铵。

从再生塔顶部排出的空气送入第一洗净塔，用硫铵工序来的硫酸铵母液洗涤以吸收废气中的

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氨，吸氨后的母液再送回硫酸铵工序。自第一洗净塔出来的废气再进入第二洗净塔，以此用过滤水喷洒除去母液酸雾后，放入大气中。洗涤水自塔底排出送往活性污泥装置进行处理。

3 工艺流程中主要发生的化学反应

在脱硫塔内的主要反应

NH3 H2O NH4OH

NH4OH H2S NH4HS H2O NH4OH HCN NH4CN H2O

在再生塔内的主要反应

1

NH4HS O2 NH4OH S

2

NH4CN S NH4CNS

2NH4HS 2O2 (NH4)2S2O3 H2O5

NH4HS O2 NH4OH （NH4）2SO4 H2O

2

4 脱硫塔的设计 4.1 物料衡算

4.1.1入塔的煤气质量

（1）干煤气量

干煤气组成表

其中因为煤气中烃类的分子量一般都比较小，所以把CmHn当成C2H6来算 干煤气的平均分子质量为：

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M干煤气 2 0.567 16 0.26 28 0.06 28 0.05 44 0.03 30 0.025 32 0.008 10.7g/mol

(2)煤气中杂质的质量 ① 焦油：微量，忽略不计。

② 苯：m3

3

苯 90000Nm/h 28.45 10kg/Nm3

2560.5kg/h 查表得 m苯

苯 3.48kg/m3 V苯

2560.5

3.48

Nm3/h 735.78Nm3/h苯

③ H2S：m3 3

3

H2S 90000Nm/h 5.99 10kg/Nm 539.1kg/h 查表得 H2S 1.52kg/m3

VmH2S

H2S

539.1

1.52

Nm3/h 354.67Nm3/h H2

S

④ HCN：m3

3

Nm3

HCN 90000Nm/h 1.57 10kg/ 141.3kg/h 27g/mol

HCN

22.4L/mol

1.21g/L 1.21kg/m3

VH2S

mH2S

141.3

1.21

Nm3/h 116.78Nm3/h H2

S

⑤ NH3

3

3

3：mNH3 90000Nm/h 8.37 10kg/Nm 753.3kg/h 17g/mol

NH3

22.4L/mol

0.76g/L 0.76kg/m3

V3

NH3

mNH

753.3

Nm3/h 991.18Nm3NH

3

0.76

/h ⑥ 萘： m3

0.4 10 3

kg/Nm3

萘 90000Nm/h 36kg/h 3萘

128g/mol

22.4L/mol

5.71g/L 5.71kg/m

Vm萘

萘

36

5.71

Nm3/h 6.30Nm3/h 萘

⑦ 水汽：m3

10 3

kg/Nm3

水汽 90000Nm/h 23.97 2157.3kg/h 水汽

18g/mol

22.4L/mol

0.80g/L 0.80kg/m3

V水汽

m水汽

2157.3

水汽

0.80

Nm3/h 2696.625Nm3/h

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列表如下：

（3）入塔煤气的总质量m1

m1 m干煤气 m苯 mH2S mHCN mNH3 m萘 m水汽

42991.1 2560.5 539.1 141.3 753.3 36 2157.3 49178.6kg/h

体积V1 V干煤气 V苯 VH2S VHCN VNH3 V萘 V水汽

90000 735.78 354.67 116.78 991.18 6.30 2696.625 94901.335Nm3/h

在34℃，压力P1=(96.4+17)kPa=113.4kPa得实际煤气体积：

V煤气实际进入

p0T1101.325307.15

V0 94901.335m3/h 95350.99m3/hP113.4273.151T0

密度 1

m1V煤气实际进入

49178.6

0.516kg/m3

95350.99

4.1.2 出塔煤气的变化量

(1) 干煤气量

保持不变，m干煤气 42991.1kg/h ，V干煤气 90000Nm/h (2) 煤气中杂质的质量 ① 焦油：微量，忽略不计。 ② 苯：保持不变

3

2560.5kg/h， V苯 735.78Nm3/h m苯

③ H2S

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m H

2S 539.1kg/h 90000Nm3/h 0.1 10 3kg/Nm3 530.1kg/h ④ 脱硫效率：

m'

H

2S

m

530.1

539.1 98.33% 98%H2S

Vm

H2SH

2S M

530.1

H2S

34

22.4Nm3/h 349.24Nm3/h⑤ HCN：HCN的吸收率为90%，所以

m HCN

mHCN 90% 141.3 90% 127.17kg/hV3/h 105.504Nm3 HCN m HCNM 127.17

22.4Nm/h

HCN27

⑥ S产率及耗氨量

a. S产率

反应方程式：NH3 H2S NH4HS 2NH4HS 2O2 (NH4)2S2O3 H2O设H2S消耗量为吸收量的3.5%

m H

2S mH 2s 3.5% 530.1 3.5%kg/h 18.55kg/h NH3 HCN NH4CN NH4CN S NH4CNS

NH3CN完全参加反应

m m HCN127.17H

2S M MH2S 34Nm3/h 160.14kg/hHCN27

实际生成S

mm H

2S mH 2S mH 2Ss

M M 18.55 160.14

s

530.1H2S

34

32 330.74kg/h

S产率Y mS

330.74

100% 66.29% m Ms

H

2S M530.1

32

H2S

34

b.耗氨量：每成产1吨S耗氨0.5

m NH3 ms 1/2 330.74 1/2 165.37kg/hV m NH3NH

3 M 22.4

165.37

NH3

17

22.4 217.90Nm3/h

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c.补氨量：

m NH3 24 0.97 18 0.9 39.48kg/h 3 VNH

m NH3MNH3

39.483

22.4 22.4 52.02Nm/h

17

3

36kg/h，V萘 6.30Nm/h ⑦ 萘： 保持不变m萘

⑧ 水汽：出塔时煤气中的水达到饱和，查表得30℃时水的饱和蒸汽p1 4.24253kPa 40℃时

水的饱和蒸汽压p2 7.37575kPa 36℃时

p水 4.24253 6/10 （7.37575 4.24253） 6.122462kPa

出塔后除水蒸汽外气体总体积V

2S VHCN VNH 3 VNH 3 VH2OV V1 VH

94901.335 349.24 105.504 217.90 52.02 2696.625 91584.086Nm3/h

2O V VH

P6.122462水

91584.086 5326.11Nm3/h

P（96.400 15） 6.122462总 P水

2O mH

5326.11 2696.625

18 2112.98kg/h

22.4

（3）出塔煤气的总质量m2

mH 2O mH 2S mHCN mNH 3 m m2 m1NH3

49178.6 2112.98 530.1 127.17 165.37 39.48 50508.42kg/h

2O 91584.086 5326.11 96910.196Nm3/h 体积V2 V VH

在36℃，压力P1=(96.4+15)kPa=111.4kPa得实际煤气体积：

V煤气实际进入

p0T1101.325309.15

V0 96910.196m3/h 99762.87m3/hP111.4273.151T0

密度 2

m2V煤气实际进入

50508.42

0.506kg/m3

99762.87

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4.1.3 m3 的计算

3

脱硫液的硫容取0.2kg/m脱硫液的体积为：V3

2SmH0.2

530.1

2650.5Nm3/h 0.2

因为吸收量不大，因此对液体密度影响不大，可取水的密度。

L HO 1000kg/m3

2

脱硫液的质量为：m3 Lm3 1000 2650.5 2650500kg/h

4.1.4 m4 的计算

由全塔物料衡算得：

m4 m1 m3 m2 49178.6 2650500 50508.42 2649170.18kg/h4.

4.1.5脱硫塔的液气比

V32650.5 103

L/m3 28L/m3 16L/m3，符合液气比要求。 V194901.335

其中，V1为入塔煤气的体积,m。 V3为入塔脱硫液的体积,L。 4.2 热量衡算

3

4.2.1 入塔脱硫煤气带入的热量

（1） 干煤气带入的热量Q干煤气：干煤气的比热c干煤气=0.73kcal/(kg·k)。

Q干煤气 m干煤气c干煤气 t (

90000

10.7 0.73 34)kcal/h22.4

1067038.393kcal/h

（2） 苯带入的热量Q苯：苯的比热c苯=0.257kcal/(kg·k)。

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Q苯 m苯c苯 t (2560.5 0.257 34)kcal/h

22373.649kcal/h

(3) H2S带入的热量QH2S：H2S的比热cH2S=0.234kcal/(kg·k)。

QH2S mH2ScH2S t (539.1 0.234 34)kcal/h

4289.08kcal/h

（4） HCN带入的热量QHCN：HCN的比热cHCN 0.317kcal/(kg k)

QHCN mHCNcHCN t (141.3 0.317 34)kcal/h

1522.9314kcal/h

（5） NH3带入的热量QNH3：NH3的比热cNH3=0.503kcal/(kg·k)。

QNH3 mNH3cNH3 t (753.3 0.503 34)kcal/h

12882.9366kcal/h

(6) 萘带入的热量Q萘：萘的比热c萘=0.25kcal/(kg·k)。

Q萘 m萘c萘 t (36 0.25 34)kcal/h

306kcal/h

（7） 水汽带入的热量Q水汽：34℃的水蒸气的焓H水汽=611.17kcal/kg。

Q水汽 m水汽H水汽 (2157.3 611.17)kcal/h

1318477.041kcal/h

(8) 所以煤气带入的总热量：

Q煤气入 Q干煤气 Q苯 QH2S QHCN QNH3 Q萘 Q水汽

1067038.393 22373.649 4289.08 1522.9314 12882.9366 306 1318477.041 2426890.031kcal/h

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4.2.2 出脱硫塔的煤气带走的热量

（1） 干煤气带走的热量Q干煤气：干煤气的比热c干煤气=0.73kcal/(kg·k)。

Q干煤气 m干煤气c干煤气 t (

90000

10.7 0.73 36)kcal/h22.4

1129805.357kcal/h

：苯的比热c苯=0.257kcal/(kg·k)。 （2） 苯带走的热量Q苯

m苯c苯 t (2560.5 0.257 36)kcal/hQ苯

23689.746kcal/h

2S：H2S的比热cH2S=0.234kcal/(kg·k)。 (3) H2S带走的热量QH

2S mH 2ScH2S t ((539.1 530.1) 0.234 36)kcal/hQH

75.816kcal/h

（4） HCN带走的热量QHCN：HCN的比热cHCN 0.317kcal/(kg k)

cHCN t ((141.3 127.17) 0.317 36)kcal/hQHCN mHCN

161.252kcal/h

3：NH3的比热cNH3=0.503kcal/(kg·k)。 （5） NH3带走的热量QNH

3 mN H3cNH3 t ((753.3 165.37 39.48) 0.503 36)kcal/hQNH

11361.140kcal/h

：萘的比热c萘=0.251kcal/(kg·k)。 (6) 萘带走的热量Q萘

m萘c萘 t (36 0.251 36)kcal/hQ萘

325.296kcal/h

：36℃的水蒸气的焓H水汽=612.08kcal/kg。 （7） 水汽带走的热量Q水汽

m水汽 H Q水汽水汽 (

5326.11

18 612.08)kcal/h22.4

2619647.203kcal/h

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(8) 所以煤气带走的总热量：

QH 2S QHCN QNH 3 Q萘 Q水汽 Q煤气出 Q干煤气 Q苯

1129805.357 23689.746 75.816 161.252 11361.140 325.296 2619647.203 3785065.81kcal/h

4.2.3 脱硫过程中发生的溶解热和反应热

1.熔解热Q熔解热

（1）H2S的熔解热，查表得它的熔解热为139.3kcal/kg

2S 530.1 139.3kcal/kg 73842.93kcal/h QH

（2） NH3的熔解热，查表得它的熔解热为497.3 kcal/kg

3 (165.37 39.48) 497.3kcal/kg 62605.097kcal/h QNH

（3）HCN的熔解热，查表得它的熔解热为6.02kcal/mol

6.02 QHCN

127.17

103kcal/mol 28354.2kcal/h 27

(4) 总的熔解热为：

2S QNH 3 QHCN 73842.93 62605.097 28354.2 164802.227kcalQ熔解热 QH

2.反应热Q反应热

（1）H2S的反应热，查表得它的反应热为11kcal/mol

2S QH

530.1

103 11 171502.9412kcal/h 34

（2）HCN的反应热，查表得它的反应热为100.4kcal/mol

QHCN

127.17

103 100.4 472884kcal/h 27

(3) 总的反应热为：

2S QHCN 171502.9412 472884 644386.9412kcal/h Q反应热 QH

4.2.4 总的热量衡算

Q煤气入 Q脱硫液入 Q补充水 Q煤气出 Q脱硫液出 Q熔解热 Q反应热

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由于在整个过程中脱硫液质量变化不大，温度基本不变，所以可以近似认为

Q脱硫液入 Q脱硫液出

所以，

Q补充水 Q煤气出 Q煤气入 Q反应热 Q熔解热

3785065.81 2426890.031 644386.9412 164802.227 548986.6108kcal/h

即639.85m补充水=Q补充水 所以，m补充水=857.99kg/h。 4.3 设备计算

4.3.1 选择填料

因为散装填料有折装麻烦，传质不均匀，性能不好等诸多不足，因此在此选择规整填料，因为设备中介质较复杂而且有H2S、HCN等本性气体，以及易堵塞填料的苯、萘等物料，因此在选用不锈钢孔板波纹填料能满足生产要求（型号为250Y）。 此填料比表面积a=250m/m，空隙率 ε=97%。

2

3

4.3.2 塔径计算

由恩贝-霍根公式即可计算泛点气速：

V 0.2 0.291 1.75 L V 8 lg L LL G

2

F

14

1

1

m149178.6 0.518kg/m3V194901.335

m50508.42 2 2 0.5212kg/m3

V296910.196

平均密度

1 2

236 34

350C 平均温度t 2

17 15

16kPa,（绝压117.325kPa) 平均表压为 2

0.518 0.5212

0.5196kg/m3

2

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V 标

故

T标pV273.15117.325 0.5196 0.5333kg/m3TVp标273.15 35101.325

故

V0.5333 5.365 10 4 L993.95

m1 m249178.6 50508.42

49843.51kg/h 22

G

L m3 2650500kg/h

3

（ 其中， 1kg/m）进口煤气密度， 2(kg/m)出口煤气密度

3

F为泛点气速，m/s g为重力加速度，取g 9.8m/s2

a为填料塔比表面积,取a 250m2/m3 为填料空隙率，取 97 V为气体密度， L 993.95kg/m V 0.5333kg/m3 L为脱硫液密度， L脱硫液黏度， L 0.7225mPa s

3

L 脱硫液流量，L m3 2650500Kg/hG 煤气流量，G 49843.51kg/h

解得 F=1.4m/s

对于填料塔，操作气速为泛点气速的0.5～0.8倍， （1）当操作气速为泛点气速的0.5倍时

空塔气速为 ：u 0.5 F 0.5 1.4 0.7m/s 2520m/h

V1 V294901.335 96910.196

95905.7655m3/h22

塔径：。

D 7.0m

V

（2）当操作气速为泛点气速的0.8倍时,

空塔气速为 u 0.8 F 0.8 1.4 1.12m/s 4032m/h

塔径：D

5.5m 所以塔径圆整到D=7.0m。

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塔截面积为A2T

4

D

4

72 38.465m2

实际空塔气速：u

VSA 95905.7655 2493.33m/h 0.69m/s T38.465

在0.5—0.7m/s的范围内符合要求。 则脱硫塔脱硫液的喷淋密度为

V液

A 2650.5 68.91m3 m2 h 27.5m3 m2

h T38.465

因此设计符合实际生产要求。

4.3.3传质面积和填料高度 （1）吸收推动力 P

P

P入 P出

ln P入 P出

式中 P入为入塔前H2S吸收推动力（atm）

P出为出塔后H2S吸收推动力（atm）

P17000入 （1

101325） 5.99 （22.4

34） 10-3 0.0046atm

P出

（1 15000101325） 0.1 （22.4

36） 10-3 0.000071atm P

P入 P出

0.0046 0.000071ln

0.0011atm

入 Pln出

0.000071（2）总传质系数K在15～20kg/(m3

·h·atm)

取K=18 kg/(m3

·h·atm) （3）传热面积的计算

A

G530.1K P kg/h18kg/(m3

h atm) 0.0011atm

26772.73m2 式中 A——吸收面积（m2

）

P为吸收推动力（atm）

炼焦煤气的脱硫工艺流程设计

G为吸收H2S的质量(kg/h)

K为总传质系数（kg/m2 h atm）

（4）填料高度

填料层体积：V

A26772.73 107.09m3 a250

V107.09m3

填料高度：Z 2.8m 2

AT38.465m

圆整后 Z=3.0m

因此应该设计两座吸收塔来吸收硫化氢即可满足生产要求，平时生产时两座塔都开，当一座发生故障时另一座足以满足生产任务。

5脱硫塔工艺设计结果表

5.1.总表

炼焦煤气的脱硫工艺流程设计

5.2.煤气入塔物质汇总表

入塔干煤气90000Nm3/h，温度为34oC,压力为17000pa

5.3.出塔物质汇总表

出塔温度为36oC,压力为15000pa

5.4.其他数据

（1）入塔脱硫液质量流量为m3 2650500kg/h

（2）出塔富液的质量流量由几部分组成，包括入塔脱硫液量，生成盐以及补充蒸

汽生成水量。

（3）出塔富液的质量流量为m4 2649170.18kg/h （4）补入水蒸气量为m水蒸气 857.99kg/h

炼焦煤气的脱硫工艺流程设计

小结：

在课程设计过程中，有苦也有甜，了解了许多相关的知识，知道了什么是干法脱硫，什么是湿法脱硫，干法脱硫包括氢氧化铁干法脱硫，运用的脱硫剂为天然沼铁矿或人工氧化铁，湿法脱硫包括A.D.A法脱硫，塔卡哈克斯法脱硫，本次课程设计运用的是塔卡哈克斯法脱硫。

在设计时，首先应该明白脱硫的原理，只有这样才能够有思路，做起来才顺手，再次涉及到计算时，要细心，这样可以帮你少出错，总的来说，设计时要灵活运用相关知识，查找自己所需资料，计算时要有耐心。

由于自身知识的有限，设计时难免有不足之处，恳请老师批评指正。

参考文献：

(1). 《化工原理》（上.下册）, 柴诚敬主编。天津：高等教育出版社 2007

(2). 《煤气设计手册》编写组 , 煤气设计手册。北京：中国建筑工业出版社(3) 《煤焦油分离与精制》, 水恒福等编。化学工业出版社 2006 （4）《化工热力学》，朱自强，吴有庭编著。化学工业出版社 2009

1983

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/9r7e.html