年产6万吨合成氨脱硫工段工艺设计

毕 业 论 文（设 计）

论文（设计）题目: 年产6万吨合成氨脱硫工段工艺设计

English Topic: The year produces 180,000 tons to synthesize an ammonia

to take off sulphur work a segment a technological design

姓 名： 指导老师：

2008年12月5日

前 言

本设计是年产6万吨合成氨脱硫工段的工艺设计。对合成氨和脱硫工艺的发展概况进行了概述。着重详细介绍了脱硫工段的工艺流程、工艺条件、生产流程、技术指标、热量衡算及物料衡算以及设备计算和选型等内容。就脱硫车间的工艺生产流程，着重介绍化工设计的基本原理、标准、规范、技巧和经验。本书内容是根据湖北省襄樊市金源化工股份有限公司脱硫车间的生产实际情况而编著的，一些工艺参数都是以工厂实际生产为准。

编写本设计总的指导思想是：理论联系实际、简明易懂、经济实用。

本书在编写过程中得到襄樊学院化学与生物科学系田志高老师的指导，在此表示衷心感谢。

由于编者自身的知识水平和认识水平的有限，书中错误与不妥之处，恳请读者批评指正。

编者2008年11月

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目 录

前 言 ................................................................. 2 摘 要 ................................................................. 5 ABSTRACT ............................................................... 6 1． 总 论 ........................................................... 7 1.1 概 述 ........................................................................................................................ 7 1.1.1 栲胶的组成及性质 ................................................................................................................ 8 1.1.2栲胶脱硫的反应机理 ............................................................................................................... 8 1.1.3生产中副产品硫磺的应用...................................................................................................... 9 1.2 文献综述 ................................................................................................................... 9 1.3 设计任务的依据 ..................................................................................................... 10 2. 流程方案的确定 ..................................................... 11 2.1 各脱硫方法对比 ....................................................................................................11 2.2栲胶脱硫法的理论依据 ...........................................................................................11 2.3 工艺流程方框图 ..................................................................................................... 12 3. 生产流程的简述 ..................................................... 13 3.1 简述物料流程 ......................................................................................................... 13 3.1.1气体流程 .................................................................................................................................... 13 3.1.2溶液流程 .................................................................................................................................... 13 3.1.3硫磺回收流程 .......................................................................................................................... 13 3.2 工艺的化学过程 ..................................................................................................... 13 3.3 反应条件对反应的影响 ....................................................................................... 14 3.3.1 影响栲胶溶液吸收的因素 ................................................................................................. 14 3.3.2 影响溶液再生的因素 ........................................................................................................... 16 3.4 工艺条件的确定 ..................................................................................................... 17 3.4.1 溶液的组成 .............................................................................................................................. 17 3.4.2喷淋密度和液气比的控制................................................................................................... 17 3.4.3 温度 ............................................................................................................................................ 18 3.4.4再生空气量 ............................................................................................................................... 18

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4. 物料衡算和热量衡算 ............................................... 20 4.1 物料衡算 ................................................................................................................. 20 4.2 热量衡算 ................................................................................................................. 22 5. 设备计算及选型 ................................................... 26 5.1 脱硫塔的设计计算 ................................................................................................. 26 5.1.1塔径计算 .................................................................................................................................... 26 5.1.2填料高度计算 .......................................................................................................................... 27 5.2 喷射再生槽的计算 ................................................................................................. 28 5.2.1 槽体计算 ................................................................................................................................... 28 5.2.2 喷射器计算 .............................................................................................................................. 31 6. 车间布置说明 ....................................................... 34 7. 三废治理及利用 .................................................... 34 7.1 废水的处理 ............................................................................................................. 34 7.1.1废水的来源及特点 ................................................................................................................. 34 7.1.2废水处理工艺 .......................................................................................................................... 34 7.2 废渣的处理 ............................................................................................................. 34 7.2.1废渣的来源 ................................................................................................................................ 34 7.2.2废渣的处理工艺 ...................................................................................................................... 34 参考文献 .............................................................. 36 附 录 ................................................................ 37 工艺流程图 .................................................................................................................... 37 脱硫塔装配图 ................................................................................................................ 37 车间平面布置图 ............................................................................................................ 37 致 谢 .................................................................................................................................. 38

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年产6万吨合成氨脱硫工段工艺设计

姓 名： 指导老师：

摘 要：

年产6万吨合成氨脱硫工段工艺设计是由指导老师指定产量确定的生产规模，结合生产中收集的各类生产技术指标而设计的。本设计所采用的是栲胶脱硫法，其主要原料是半水煤气和脱硫液。本设计详细的介绍了合成氨脱硫工段的生产原理、工艺流程、工艺参数、热量衡算、物料衡算，以及设备选型、厂房布置和三废处理。本设计在脱硫效率和再生率方面的研究有所突破。

[关键词]：栲胶脱硫法 脱硫液 脱硫塔

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The year produces 60,000 tons to synthesize an ammonia to take off

sulphur work a segment a technological design

Name of stendent:

Director:

Abstract

With an annual output of 60,000 tons of synthetic ammonia Desulfurization Process design is specified by the teacher determine the scale of production output, with production internship in the collection of various production technologies designed to target.

This design is used by the desulfurization extract, its main raw materials and semi-water gas desulfurization liquid.

The detailed design of the Section on the production of ammonia desulfurization principle, process, technology parameters, the heat balance, the material balance and the selection of equipment, plant layout and waste treatment.

The design of the desulfurization efficiency and renewable rate of a breakthrough.

[Keyword]: tannin extract to take off a sulphur method take off a sulphur liquid

take off sulphur tower

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1. 总 论

1.1 概 述[1]

氨是重要的化工产品之一，用途很广。在农业方面，以氨为主要原料可以生产各种氮素肥料，如尿素、硝酸铵、碳酸氢氨、氯化铵等，以及各种含氮复合肥料。液氨本身就是一种高效氮素肥料，可以直接施用。目前，世界上氨产量的85%—90%用于生产各和氮肥。因此，合成氨工业是氮肥工业的基础，对农业增产起着重要的作用。合成氨工业对农业的作用实质是将空气中游离氮转化为能被植物吸收利用的化合态氮，这一过程称为固定氮。

氨也是重要的工业原料，广泛用于制药、炼油、纯碱、合成纤维、合成树脂、含氮无机盐等工业。将氨氧化可以制成硝酸，而硝酸又是生产炸药、染料等产品的重要原料。生产火箭的推进剂和氧化剂，同样也离不开氨。此外，氨还是常用的冷嘲热讽冻剂。

合成氨的工业的迅速发展，也促进了高压、催化、特殊金属材料、固体燃料气化、低温等科学技术的发展。同时尿素的甲醇的合成、石油加氢、高压聚合等工业，也是在合成氨工业的基础上发展起来的。所以合成氨工业在国民经济中占有十分重要的地位，氨及氨加工工业已成为现代化学工业的一个重要部门。

在合成氨工业中，脱硫倍受重视。合成氨所需的原料气，无论是天然气、油田气还是焦炉气、半水煤气都人含有硫化物，这些硫化物主要是硫化氢（H2S）、二硫化碳（CS2）、硫氧化碳（COS）、硫醇（R—SH）和噻吩（C4H4S）等。其中硫化氢属于无机化合物，常称为“无机硫”。

天然气中硫经物的含量（标准状态）一般在0.5—15g/ m3的范围内，有机硫以硫醇为主，在气田经过粗脱磙处理后的天然气，硫化物的含量（标准状态）在20—100mg/ m3左右。

合成氨在生产原料气中硫化物虽含量不高，但对生产的危害极大。

①腐蚀设备、管道。含有H2S的原料气，在水分存在时，就形成硫氢酸（HSH），腐蚀金属设备。其腐蚀程度随原料气中H2S的含量增高而加剧。

②使催化剂中毒、失活。当原料气中的硫化物含量超过一定指标时，硫化物与催化剂活性中心结合，就能使以金属原子或金属氧化物为活性中心的催化剂中毒、失活。

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包括转化催化剂、高温变换催化剂、低温变换催化剂、合成氨催化剂等。

脱硫的任务是除去原料气中的各种硫化物，同时硫是一种重要的资源，应加以回收和利用。因此，无论原料来源如何，合成氨原料必须首先脱硫。 1.1.1 栲胶的组成及性质

栲胶是由植物的皮（如栲树，落叶松）、果（如橡椀）、叶（如漆树）和干（如坚木、栗木）的水淬液熬制而成。栲胶的主要成分是丹宁，丹宁是化学结构十分复杂的化合物组成的混合物。含有大量邻二或邻三羟基酚。多元酚的羟基受电子云的影响，间位羟基比较稳定，而连位或邻位羟基则很活泼，容易被空气中的氧氧化。用于脱硫的栲胶属于水解类热溶栲胶，在碱性溶液中更容易氧化成醌类；已氧化的栲胶在还原过程中氧取代基又被还原为羟基。

虽然丹宁各组分的分子结构相当悬珠，但它们都是具有酚式结构的多羟基化合物，有的还含有醌式结构，这就是栲胶能用于脱硫过程的原因。 1.1.2栲胶脱硫的反应机理

栲胶法脱硫属于湿法脱硫 ,是利用碱性栲胶[T(OH)O2]的水溶液吸收半水煤气中的 H2S，然后借助栲胶和矾作为载体和催化剂将吸收的H2S转化为单质硫，发生吸收反应后的栲胶溶液利用空气在溶液再生槽中进行再生，然后进入溶液循环槽重复循环使用。其脱硫反应机理如下: 1) 碱性溶液吸收 H2S 的反应 ：

Na2CO3 + H2S = NaHS + NaHCO3 NaHCO3+H2S＝NaHS+CO2+H2O

2) NaHS与偏钒酸钠反应生成焦钒酸钠：硫氢化钠与偏钒酸钠反应生成焦钒酸钠，析出单质硫。

2NaHS + 4NaVO3 + H2O = Na2V4O9 + 4NaOH + 2S

3) 将 Na2V4O9 氧化成偏钒酸钠：醌态栲胶氧化四价钒络离子为五价钒络离子使钒络离子恢复活性而醌态栲胶被还原为酚态栲胶失去活性。

Na2V4O9?2T(OH)O2?2NaOH?4NaVO3?2T(OH)3

4) 还原态栲胶的氧化：酚态栲胶被氧化获得再生，同时生成H2O2。

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2T(OH)3?2O2?2T(OH)O2?2H2O2

2H2O2?2NaOH?Na2V4O9?4NaVO3?3H2O

H2O2+NaHS＝H2O+S+NaOH

1.1.3生产中副产品硫磺的应用

硫磺是一种重要的化工原料，肥料工业是硫的最大用户， 硫磺的其它用途包括炸药、钢铁酸洗、医药食品工业、安全剥离、水处理、橡胶、电解工业、催化剂、颜料、化学品、硫磺胶泥、硫磺混凝土、醇类、黏合剂、农药、黑色火药、鞭炮等。作为易燃固体，硫磺主要用于制造硫酸、染料和橡胶制品，也应用于医药、农药、火柴、火药和工业陶瓷、建材制品辅助材料等工业部门。 1.2 文献综述

由于生产合成氨的各种燃料中含有一定的硫，因此所制备出来的合成氨原料气中，都含有硫化物，其中大部分是无机硫化物硫化氢（H2S），其次还含有少量的的机硫化物，如二硫化碳（CS2）、硫氧化碳（COS）、硫醇（R—SH）和噻吩（C4H4S）等。原料气中硫化物的含量取决于气化所用燃料中硫的含量。以煤为原料制得的煤气中一般含硫化氢1—6g/ m3 ，有机硫化物0.1—0.8g/ m3 。用高硫煤作原料时，硫化氢高达20—30g/ m3 。天然气、轻油及重油中硫化物含量，因产地不同，差别很大。

原料气中的硫化物，对合成氨生产危害很大，不仅能腐蚀设备和管道，而且能使合成氨生产过程所用的催化剂中毒而失去活性。例如，天然气蒸汽所用镍催化剂，要求原料烃中总硫含量小于0.5cm3 / m3 ，铜锌系低变催化剂要求原料气中总硫含量小于1mg/ m3 ，若硫含量超过上述标准，催化剂将中毒而失去活性。此外，硫是一种很重要的化工原料，应予以回收。因此，原料气中的梳化物，必须脱除干净。脱除原料气中硫化物的过程，称为脱硫。

目前原料气脱硫的方法很多，据统计达四五十种。随着石油化工的发展，还会开发出新的脱硫方法。按脱硫剂的物理形态分为干法（脱硫剂为固态）和湿法（脱硫剂为液态）两大类。

干法脱硫又分为吸附法——以活性炭、分子筛为脱硫剂；接触反应法——以氧化锌、氧化铁等为脱硫剂；加氢转化法——以钴钼为催化剂，先将有机硫转化为H2S，

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再脱除。干法脱硫具有郊率高、设备简单、操作简单、维修方便等优点。但脱硫反应速度慢，脱硫过程是间歇操作，设备庞大；在脱硫剂使用后期，脱硫效率和阻力变大，脱硫剂阻力变大，脱硫剂再行困难。因此，大型合成厂广泛将此法用于业精细脱硫。

湿法脱硫又分为化学吸收法（按脱硫溶液与H2S发生的反应，又分为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（如低温甲醇洗涤法等）和物理化学吸收法（如环丁砜法等）。湿法脱硫有着明显的优点，即脱硫剂是便于输送的液体、可以再生并能回收硫磺，构成一个连续的脱硫系统。但此法净化度不高，出口含硫量在20——100 cm3 / m3 。当原料气含硫较高时，宜先采用湿法脱去大量的硫，然后串联干法精脱，以达到工艺上和经济上都合理的要求。

这么多湿式氧化法的脱硫方法，如果对它们之间的优缺点都进行比较，是很困难的。传统的中型氮肥厂，以前对改良ADA法和栲胶法用的比较多；对小型氮肥厂，以前对苯二酚法用得较多。对氮肥厂来说，采用什么方法，它有多种因素决定，有半水煤气硫含量高低的问题，有操作费用的问题，有习惯性的问题，有改造资金的问题等等。因此即便有一种方法有明显的优势，他也不一定就很快采用。 1.3 设计任务的依据

本课题是指导老师为提高毕业生设计能力而选定的。

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2. 流程方案的确定

2.1 各脱硫方法对比[2~5]

脱硫方法很多，按脱硫剂物理形态可分为干法和湿法两大类，前者所用脱硫剂为固体，后者为溶液。当含硫气体通过这些脱硫剂时，硫化物被固体脱硫剂所吸附，或被脱硫溶液所吸收而除去。

湿法脱硫主要用于脱除原料气中硫化氢。根据脱硫溶液吸收过程性质的不同，湿法脱硫又可分为化学吸收法，物理吸收法和物理化学吸收法三种。

化学听收法 在化学吸收法中，脱硫溶液与硫化氢发生了化学反应。按反应不同，化学吸收法分为中和法和湿式氧化法。中合法，用弱碱性溶液为吸收济，与原料气中的酸性气体硫化氢进行中和反应，生成硫氢化物而除去。吸收了硫化氢的溶液，在减压、加热的条件下，使硫氢化物分解放出硫化氢，溶液再生后循环使用。中和法主要有烷基醇胺法、氨水法和碳酸法等。湿式氧化法，用弱碱性溶液吸收原料气中的硫化氢，生成硫氢化物，再借助溶液中载氧体（催化剂）的氧化作用，将硫氢化物氧化成元素硫，同时获得副产品硫磺，然后还原载氧体，再被空气氧化成氧化态的载氧体，使脱硫溶液得到再生后循环使用。根据所用载氧体的不同，湿式氧化法主要有蒽醌二磺酸钠法（简称ADA法）、氨水对苯二酚催化法、铁氨法、硫酸锰-水杨法、硫酸锰-水杨酸-对苯二酚法（简称MSQ法）、改良砷碱法和栲胶法等。与中和法相比，湿式氧化法脱硫的优点是反应速度快，净化度高，能直接回收硫磺。目前国内中、小氨厂绝大部分采用湿式氧化法脱硫，因此原料气中有机硫含量高时，变换后气体中硫化氢含量增加，需要经过二次脱硫。

物理吸收法 是依靠吸收剂对硫化物的物理溶解作用进行脱硫的。当温度升高、压力降低时，硫化物解吸出来，使吸收剂再生，循环使用。吸收剂一般为有机溶剂，如甲醇、聚乙二醇二甲醚、碳酸丙烯酯等。这类方法除了能脱硫化氢外，还能脱除有机硫和二氧化碳。生产中往往用这些溶剂，同时脱除原料气中的酸性气体硫化物和二氧化碳。

物理化学吸附法 用环丁砜的烷基醇的混合溶液，脱除原料气中硫化物的过程，属于物理化学吸收过程，称为环丁砜法。溶液中的环丁砜是物理吸收剂，烷基醇胺为

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化学吸收剂。我国有少数中型氨厂采这种方法脱硫。

干法脱硫是用固体脱硫剂，脱除原料气中硫化物。优点是既能脱除硫化氢，又能脱除在机硫，净化度高，可将气体中硫化物脱除至1cm3/m3以下。缺点是再生比较麻烦或者难以再生，回收硫磺比较困难，设备体积较大，有些为间歇操作，一般只作为脱除有机硫和精细脱硫的手段。在气体中含硫量高的情况下，应先采用湿法除去绝大部分的硫化氢，再采用干法脱除有机硫的残余硫化氢。常用的干法脱硫有氧化锌法、钴钼加氢法、活性炭法、分子筛法等。

目前我国以天然气的轻油为原料的大型氨厂，通常先采用烷基醇胺等湿法，除去天然气或轻油中大部分硫化物。以煤和重油为原料的大型氨厂，用甲醇洗法脱除原料气中的硫化物和二氧化碳等酸性气体。绝大部分中小型氨厂，均采用湿式氧化法脱除原料气中的硫化物，部分厂采用氧化锌等干法脱除残余的硫化物，有铜洗的氨厂，经过湿式氧化法脱硫后不再设置干法脱硫，因为铜洗过程可以除去残余的硫化氢。但近年来，有铜洗的氨厂，在湿法脱硫之后，也串接了干法脱硫，这样可以降低铜洗过程中的铜消耗和防止氨合成催化剂中毒。

本课题是采用湿法对水气煤脱硫，主要是采用栲胶脱硫法，栲胶法是我国特有的脱硫技术，是目前国内使用较多的脱硫方法之一。该法主要有矸性栲胶脱硫（以栲胶和偏钒酸钠作催化剂）和氨法栲胶（以氨代替矸）两种。栲胶是由植物的果皮、叶和干的水淬液熬制而成。主要成分是丹宁，由于来源不同，丹宁组分也不同，但都是化学结构十分复杂的多羟基芳香烃化合物组成，具有酚式或醌式结构。

栲胶法有如下优点：（1）栲胶资源丰富，价廉易得，运行费用比改良ADA低。（2）基本上无硫堵塔的问题。（3）栲胶既是氧化剂又是钒的配合剂，溶液的组成比改良ADA法简单。（4）栲胶脱硫液腐蚀性小。（5）栲胶需要熟化预处理，栲胶质量及其配制方法得当与否是决定栲胶法使用效果的主要因素。 2.2 栲胶脱硫法的理论依据

栲胶脱硫是利用碱性栲胶水溶液从气体中脱除硫化氢 ,属于二元氧化还原过程。栲胶是有酚式结构的多羟基化合物,是一种良好的载氧体,又能对多种重金属离子起络合作用。其脱硫反应机理如下: 1) 碱性溶液吸收 H2S 的反应 ：

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Na2CO3 + H2S = NaHS + NaHCO3 NaHCO3+H2S＝NaHS+CO2+H2O

2) NaHS与偏钒酸钠反应生成焦钒酸钠：硫氢化钠与偏钒酸钠反应生成焦钒酸钠，析出单质硫。

2NaHS + 4NaVO3 + H2O = Na2V4O9 + 4NaOH + 2S

3) 将 Na2V4O9 氧化成偏钒酸钠：醌态栲胶氧化四价钒络离子为五价钒络离子使钒络离子恢复活性而醌态栲胶被还原为酚态栲胶失去活性。

Na2V4O9?2T(OH)O2?2NaOH?4NaVO3?2T(OH)3

4) 还原态栲胶的氧化：酚态栲胶被氧化获得再生，同时生成H2O2。

2T(OH)3?2O2?2T(OH)O2?2H2O2

2H2O2?2NaOH?Na2V4O9?4NaVO3?3H2O

H2O2+NaHS＝H2O+S+NaOH

此外 ,在生产中还有生成硫代硫酸钠的副反应:

2NaHS + 2O2 = Na2S2O3 + H2O 2Na2S2O3 + 3O2 = 2Na2SO4 + 2SO2

4H2O2+2NaHS＝5H2O+Na2S2O3 2NaOH+Na2S2O3+4H2O2＝2Na2SO4+5H2O

2.3 工艺流程方框图

贫液槽 水煤气 洗涤塔 脱硫塔 至气柜富液槽 再生槽 熔硫釜 硫磺 泡沫贮槽

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3. 生产流程的简述

3.1 简述物料流程 3.1.1气体流程

半水煤气从造气车间出来后，经过洗涤塔除尘、降温，水封后，从脱硫塔的底部进入塔内，脱硫液从塔顶喷淋而下，水煤气与碱性栲胶溶液在塔内逆向接触，其中的大部分硫化氢气体被溶液吸收，脱硫后的气体从塔顶出来至气柜。 3.1.2溶液流程

从脱硫塔顶喷淋下来的溶液，吸收硫化氢后，称为富液，经脱硫塔液封槽引出至富液槽（又称缓冲槽）。在富液槽内未被氧化的硫氢化钠被进一步氧化，并析出单质硫，此时，溶液中吸收的硫以单质悬浮状态存在。出富液槽的溶液用再生泵加压后，打入再生槽顶部，经喷射器高速喷射进入再生槽，同时吸入足够的空气，以达到氧化栲胶和浮选硫膏之目的。再生后的溶液称为贫液，贫液经液位调节器进入贫液槽，出贫液槽的贫液用脱硫泵打入脱硫塔顶部，经喷头在塔内喷淋，溶液循环使用。再生槽浮选出的单质硫呈泡沫悬浮于液面上，溢流至硫泡沫槽内，上部清液回贫液槽循环使用，沉淀出的硫膏入熔硫釜生成副产品硫磺。 3.1.3硫磺回收流程

再生槽中溢出的硫泡沫经泡沫槽后在离心机分离，得到硫膏，硫膏放入熔硫釜，用夹套蒸汽加热精制，放出做成98%纯度的硫磺锭，离心分离出的母液至富液槽回系统中使用。

3.2工艺的化学过程

水煤气经过洗涤塔进入脱硫塔，脱硫液从塔顶喷淋下来，气液两相在塔里充分接触后,硫化氢被脱硫液吸收，吸收硫化氢的脱硫液在再生槽中氧化再生后解析出单质硫。

栲胶脱硫的反应过程如下：

（1）碱性水溶液吸收气相中的H2S，生成HS-

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Na2CO3+H2S＝NaHS+NaHCO3 2—1 NaHCO3+H2S＝NaHS+CO2+H2O 2—2 （2）硫氢化钠与偏钒酸钠反应生成焦钒酸钠，析出单质硫

2NaHS +4NaVO3 +H2O = Na2V4O9 + 4NaOH ＋2S↓ 2—3

此反应过程中五价钒被还原成四价钒，但是这个反应不能用吹空气的方法倒转回去使钒再生，必须靠氧化态栲胶将四价钒氧化成五价钒，而还原态栲胶则可利用吹空气再生，这便是栲胶脱硫的根本所在。

（3）醌态栲胶氧化四价钒络离子为五价钒络离子使钒络离子恢复活性而醌态栲胶被还原为酚态栲胶失去活性。

Na2V4O9?2T(OH)O2?2NaOH?4NaVO3?2T(OH)3 2—4 （4）酚态栲胶被氧化获得再生，同时生成H2O2

2T(OH)3?2O2?2T(OH)O2?2H2O2 2—5 2H2O2+2NaOH+Na2V4O9＝4NaVO3+3H2O 2—6 H2O2+NaHS＝H2O+S+NaOH 2—7 式中 T(OH)O2——醌态栲胶 T(OH)3——酚态栲胶

气体中含CO2、O2及溶液中的H2O2引起的副反应

Na2CO3+CO2+H2O＝2NaHCO3 2—8 2NaHS+2O2＝Na2S2O3+H2O 2—9 4H2O2+2NaHS＝5H2O+Na2S2O3 2—10 2NaOH+Na2S2O3+4H2O2=2Na2SO4+5H2O 2—11

3.3 反应条件对反应的影响 3.3.1 影响栲胶溶液吸收的因素

Ⅰ、溶液组分浓度的影响 栲胶法中含有Na2CO3 、 NaVO3 、 T(OH)O2 ，此外还有生成物S、NaHCO3、Na2S2O3 等，上述组分均影响溶液的吸收。

(1) 溶液中Na2CO3：若Na2CO3过低则吸收H2S不完全，脱硫效果差;若过高则副反应加剧、碱耗大、浪费严重，一般Na2CO3浓度控制在 3～5g/L。

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造煤车间进行再利用。

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[参考文献]

⑴ 陈五平主编《无机化工工艺学》（第三版）,化学工业出版社，2005.2 ⑵ 赵育祥主编《合成氨工艺》,.北京.化学工业出版社，1985 ⑶黄仲九 房鼎业主编《化学工艺学》, 高等教育出版社，2001.7 ⑷ 崔恩选主编《化学工艺学》,北京.高等教育出版社，1985 ⑸ 雷仲存 主编《工业脱硫技术》,化学工业出版社，2001

⑹ 吴志泉主编 《化工工艺计算》(物料,能量衡算), 华东化工学院出 1992 ⑺ 化学工业部教育培训中心编 《物料衡算与热量衡算》,化学工业出版社，1997 ⑻ 《化工工艺设计手册》编委会, 天津电子出版社，2004 ⑼ 夏清 陈常贵《化工原理》,天津大学出版社，2005.1

⑽ 朱自强 徐汛 合编《化工热力学》,化学工业出版社，1991.6

⑾ 贺匡国主编《化工容器及设备简明设计手册》,化学工业出版社，2002 ⑿董大勤 主编《化工设备机械基础》, 化学工业出版社， 2003.1 ⒀郑晓梅 主编《化工制图》,化学工业出版社，2002.1 ⒁陈声宗 主编《化工设计》,化学工业出版社，2001.1

⒂ 余国琮主编《化工机械工程手册(下卷)》,化学工业出版社，2002.12 ⒃ 《最新化工设备设计制造与标准零部件选配及国内外设计标准规范实用全书》编委会北京,工业大学出版社 ，2005

⒄ 娄爱娟 吴志泉 主编 《化工设计》,华东理工大学出版社，2002 ⒅ 时钧等主编《化学工程手册》,（第二版）化学工业出版社，1996 ⒆ 姜圣阶 主编《合成氨工学》第二卷, 石油化学工业出版社，1976

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附 录

工艺流程图

（双击图标打开）

脱硫塔装配图

（双击图标打开）

车间平面布置图

（双击图标打开）

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致 谢

通过本次毕业设计，所得到的体会与所收获有一些，同时我们还认识到理论联系实际是密不可分的。

在本次设计中对脱硫的各生产方法进行了比较，总结了各生产方法的利弊，为了提高脱硫效率和再生率，采用了栲胶脱硫方法，因为栲胶是从由橡腕树产生的，产量大且易分解，不会对环境产生污染，生产工艺也比较简单。对氧化栲胶采用氧气还原进行再利用。浮选硫膏溢流至硫泡沫槽内，进入熔硫釜生成副产品硫磺，减少了硫的处理经济费用，提高经济效率。

感谢为我提供的学习环境，感谢老师对我的谆谆教导，感谢公司给我实习的机会，

感谢我的同学给我的支持和鼓励。

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所以原料气中N2的体积为

VN2=22.4Nm3/Kmol×248.34Kmol=5562.84 Nm3

根据原料气中各气体的体积比，则其它气体的体积为

VCO2=8.77÷19.55×VN2= 2495.45 Nm3 VCO=27.82÷19.55×VN2=7916.02Nm3 VH2=43.45÷19.55×VN2=12363.44 Nm3 VO2=0.4÷19.55×VN2=113.81Nm3

则总气体的体积V= VN2 +VCO2 +VCO +VH2 +VO2

=5562.84Nm3+2495.45Nm3+7916.02Nm3+12363.44Nm3+113.81 Nm3 =12477.25Nm3

根据气体方程，将0℃、101.325KPa下的体积换算成125KPa、45℃时的体积V0

V0=101.325×12477.25×(273.15+45)/(125×273.15) m3=11780.29m3

则进入脱硫塔的气体的流量为G=11780.29m3/h 3 根据气体中 H2S的含量计算H2S的质量

入脱硫塔中H2S的质量：m1=711mg/m3×11780.29m3 =8.375Kg

根据设计要求，出塔气体中H2S的含量为1.5~2mg/m3,取出塔气中H2S的含量为1.5 mg/m3，则塔的脱硫效率是η=（711－1.5）/711×100%=99.8.%.

由于原料气中H2S的含量低，故在脱硫的过程中原料气进入脱硫塔和出脱硫塔的体积流量视为不变，则出塔气体的流量W0≈11780.29m3/h

所以出塔气中H2S的质量为m =1.5mg/m3×11780.29m3 =0.0176 Kg 故在脱硫塔中吸收的H2S的质量为G1= m1－m4 脱硫液循环量的计算

取脱硫液中硫容量为S=100g/m3,根据液气比L/G=(C1-C2)/S 式中：C1为进脱硫塔气体中硫化氢的含量，g/m3

C2为出脱硫塔气体中硫化氢的含量，g/m3 S为硫容量，g/m3

L为脱硫液的循环量，m3/h G为进脱硫塔气体的流量，m3/h

2

2

=8.375－0.0176 =8.3574Kg

20

则液气比为L/G=(0.711－0.0015)/100=0.0071 脱硫液的循环量L=0.0071×11780.29=82.462m3/h

因脱硫液在循环中有损失及再生率为95%，取损失率为10% 则液体的循环量为LT=L（1+10%）=82.462×（1+10%）=90.708m3/h 5 生成Na2S2O3消耗的H2S的质量G2，Kg/h 取Na2S2O3的生成率为H2S脱除量的8%，则

G2 =8.3574×8%=0.668 Kg/h

6 Na2S2O3的生成量G3，Kg/h 2H2S~ Na2S2O3

G3 = G2MNa2S2O3/(2MH2S)

式中MNa2S2O3 ——Na2S2O3的分子量

MH2S ——H2S的分子量 G3 =0.668×158/（2×34）=1.55 Kg/h 7 理论硫回收量G4，Kg/h

G4=（G1-G2）× MS/MH2S

式中MS ——硫的分子量

G4=（8.3574－0.668）× 32/34=7.23 Kg/h

理论硫回收率，ψ=G4/G1

ψ=7.23/8.3574×100%=86.51% 8 生成Na2S2O3消耗的纯碱量G5，Kg/h

G5=G3MNa2CO3/MNa2S2O3

式中MNa2CO3——Na2CO3的分子量

G5=1.55×106÷158=1.04Kg/h

9 硫泡沫生成量G6，Kg/m3

G6=G4/S1

式中S1——硫泡沫中硫含量，kg/m3,取S1=30kg/m3

G6=7.23kg/h÷30kg/m3=0.241m3/h

10 入熔硫釜硫膏量

G7=G4/S2

21

式中 S2——硫膏含硫量，取S2=98%（质量分数）

G7=7.23÷98%=7.377Kg/h

表4.3 物料衡算表（以每小时计）：

入脱硫塔气体流量 脱硫液循环量 硫化氢吸收量 消耗的纯碱量

11780.29m3 90.708m3 8.3574Kg 1.04Kg

出脱硫塔气体流量 硫泡沫生成量 硫膏量 硫代硫酸钠生成量

11780.29m3 0.241 m3 7.377Kg 1.55Kg

4.2 热量衡算（以0℃为计算基准） 1 基础数据

①半水煤气的平均式量 M=(28×19.55%)+(44×8.77%)+(28×27.82%)+(2×43.45%)+(32×0.4%)=18.1kg/kmol 半水煤气的密度：

ρg=PM / TR=1.25×18.1×102/[(273.15+40)×8.314]=0.869kg/m3

半水煤气的质量流量G0=V0ρg =11780.29×0.869kg/h=10237.07kg/h ② 脱硫液密度计算

用公式：ρL=1.0641－0.000446T（g/cm）

3

脱硫液入脱硫塔时的温度T入=45℃，则

ρ入45=1.04403g/cm3=104403kg/m3 L=1.0641－0.000446×

入脱硫塔脱硫液的质量流量

入W入L=90.708ρL=94701.87kg/h

脱硫液出脱硫塔是的温度T出≈45℃，则

入ρ出L≈ρL

出脱硫塔脱硫液的质量流量 WL≈W入L

出

22

③ 平均比热容的计算 根据比热容的计算式

Cp=a+bT+cT2，J/(mol·K)

将半水煤气中的各组分的a、b、c值列于表中

物质 a b/10－3 c/10－6

CO 26.537 7.6831 －1.172

H2 26.88 4.347 －0.3265

表4

例如在60℃的比热容：

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=28.292 KJ/(kmol·K) CO2: CP=26.75+42.258×10-3×(273.15+60)-14.25×10-6×(273.15+60)2=40.832 KJ/(kmol·K) N2: CP=27.32+6.226×10-3×(273.15+60)-0.9502×10-6×(273.15+60)2=29.289 KJ/(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) 平均比热容 Cpm=ΣYi×Cpi 式中 Yi——各气体的体积分数 Cpi——各气体的比热容

故半水煤气在60摄氏度的比热容 C60 K) P=29.78KJ/(kmol·同理：

半水煤气在45摄氏度的比热容 C45 K) P=29.30KJ/(kmol·半水煤气在41摄氏度的比热容 C41 K) P=29.30KJ/(kmol·④脱硫液的比热容CP，J/(g℃)

CP=3.839+0.00352T

脱硫液的进口温度为41℃，则进口时的比热容

Cp1=3.839+0.00352×41=3.9833J/(g·℃)=3.983 KJ/(kg·℃)

脱硫液的出口温度约为41℃,则出口时的比热容

Cp2≈Cp1

2 洗涤塔热量衡算

CO2 26.75 42.258 －14.25

N2 27.32 6.226 －0.9502

O2 28.17 6.297 －0.7494

23

①洗涤塔热负荷Q1，KJ/h

45

Q1=G0(C60 Pt1－CPt2)

式中 G0——入洗涤塔半水煤气量

Q1=10237.07/18.1×（29.78×60－29.30×40）=0.919×106KJ ②冷却水消耗量W3，m3/h

W3=Q1/（CH2O·Δt）

式中 Δt——冷却水温升，取Δt=5℃, CH2O=4.2KJ/(Kg℃), ρ=1000Kg/m3

W3=0.919×106/（4.2×1000×5）=43.76m3/h

3 硫泡沫槽热量衡算 ①硫泡沫槽热负荷，KJ

Q2=VFρFCF（t3－t4）

式中 VF——硫泡沫体积，m3，VF=G6=0.241m3

ρF——硫泡沫密度，kg/m3, ρF =1100kg/m3

CF——硫泡沫比热容，KJ/（kg·℃）, CF=3.68 KJ/（kg·℃） t3——槽中硫泡沫末温，℃， t3=64.5℃ t4——槽中硫泡沫初温，℃， t4=41℃

Q2=0.241×1100×3.68×（64.5－41）=0.22×105KJ

②蒸汽消耗量W4，kg/h

W4=Q2/r1

式中 r1——130℃蒸汽的液化热，KJ/kg，r1=2177.6KJ/kg

W4=Q2/r1=0.22×105/2177.6=10.53kg

4 熔硫釜热量衡算 ① 熔硫釜热负荷Q3，KJ/釜

Q3=G8CSρS(t5－t6)+0.98G8ρSCh+4λF6(t5－t6)

式中 G8——每一釜硫膏量，m3/釜，设全容积为3m3，熔硫釜装填系数为75%，则

G8=3×0.75=2.25m3

CS——硫膏比热容，KJ/（kg﹒℃），CS=1.8KJ/（kg﹒℃） ρS——硫膏密度，kg/m3，ρS=1770kg/m3 t5——加热终温，℃，t5=150℃

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