120萬噸蘭炭濕法脫硫解析

1、120萬T/a蘭炭裝置生產(chǎn)過程中的富余煤氣濕法脫硫項目初步設計說明1、 濕法脫硫簡介2、 工藝原理3、 主要化學反應4、 對所有裝置要求5、 濕法脫硫催化劑選擇6、 濕法脫硫配套公用工程（土建、環(huán)保、供電、供蒸汽、供水、自控儀表、防腐保溫）二、本設計基本數(shù)據(jù)選擇和設計要求三、總概算四、要說明的問題一、初步設計說明1、濕法脫硫簡介煤氣中脫硫（指硫在還原氣氛中生成的H2S）的方法，分為干法和濕法，本設計采用濕法脫硫。在常溫常壓下，以稀溶液（鈉法或氨法）吸收煤氣中酸性氣體HbS（亦 叫脫硫），同時選擇適當?shù)难趸呋瘎?，將吸收在脫硫液中HS氧化成單質(zhì)硫，從而使脫硫液得到再生，同時將再生時生成的含硫磺顆

2、粒的硫泡沫送 至連續(xù)熔硫裝置（熔硫釜）得到副產(chǎn)品硫磺。此時還原后的氧化催化劑可 以用空氣氧化成氧化態(tài)催化劑，催化劑和再生后的貧液一并循環(huán)使用。2、工藝原理在常溫常壓下，煤氣中H2S穿透氣液兩相介面擴散，由氣相主體轉(zhuǎn)到 液相主體，第一過程是H2S先溶解于水中，第二過程是與堿發(fā)生中和反應， 電離生成H+和HS，即H2S（氣）1H2S（液）宀H+HS;氣相中H2S濃度隨 之降低，其液相分壓也相應上升。如不采取措施任上述過程自行發(fā)展，終 將導致氣液兩相中HbS分壓的平衡，液相中的HS呈飽和狀，上步反應會靜 態(tài)終止。可見，只有破壞上式的平衡態(tài)，或者從開始就不使其形成平衡， 有效的方法之一就是第三過程，借

3、助催化劑的催化氧化功能，加速反應成 的HS的氧化析硫作用，減少其在液相中的濃度。+-H2S（g）H2S（L）fH + HS + 1/2O2TH2O + SJ上述反應隨生成物的減少（硫磺的分離）促使上式正方向進行。 從另一層面，過程的逆向視角看，第三過程的析硫反應（HS-+ 1/2O2=OH + SJ），每析出一個硫原子，就相應生成一個OH, 0H增多，相應 的提高了吸收劑的濃度，化學反應速度與反應物的濃度積成正比，可見， 第三過程對脫硫產(chǎn)生起著十分關(guān)鍵的作用，而脫硫催化劑則決定著第三過 程能否高效的正常進行。脫硫液中HS-生成之后隨這減少，并隨之將單質(zhì)硫從液相中分離，確保了氣液兩相中H2S分壓

4、常態(tài)的平衡，HS(氣) H2S(液)，其分壓差(多 種壓力降)所形成的推動力，促使H2S由氣相快速持續(xù)向液相轉(zhuǎn)移，達到 除HS的目的。3、主要化學反應(以氨為堿源)3.1脫硫塔內(nèi)吸收反應20tt(1mol/L)稀氨水吸收煤氣中H2S；NH3+ H2O = NHOH(或NH3H2O)NHOH + HLS(g)iNH4HS (L)+ H2O + 10.94KcalNHOH + HCN(g)NHCN(L) + H2ONHOH + NMHCOf(NH)2CO + H2O3.2將脫硫液吸收HbS通過氧化生成單質(zhì)S,使脫硫液再生(NHHS中HS被氧化成單質(zhì)S)。NHHS + 02fNH4OH + SJ+

5、43KcalNH4OH + HCN(g)fNH4CN(L)+ H2ONH4OH + NH4HCO3f(NH4)2CO3+ H2O4、對所有裝置的要求及選擇4.1基本原則： 先滿足再生的Q的需求， 據(jù)HS + 1/202fSJ+ H2O知： 氧化1KgHSfS需要空氣1.57M3，而這些O主要靠催化劑吸附，且吸附量較理論值高8-15倍，再生時，在合適的空氣鼓泡吹攪下，硫顆粒與 硫泡沫浮在上面才能分離。4.2脫硫塔（1）選用連續(xù)微分接觸式填料塔1使氣液兩相充分接觸，以提高盡可能大的傳質(zhì)面積和傳質(zhì)系數(shù)， 接觸后兩相又能及時完善分離；2在塔內(nèi)供氣、液兩相具有最大限度接近逆流，以提供最大傳質(zhì)動 力。（2

6、）選用通量大、壓降低、持液量少、操作彈性大、結(jié)構(gòu)簡單、 維修方便、制造成本低的填料塔。（3）設計脫硫塔從下面四個方面考慮：1填料選擇：它是脫硫塔主要構(gòu)件，是填料塔的核心，其主要作用 是為氣液兩相提供充分接觸面積，增加液體的湍動（又稱紊流）（Re10000呈渦流）程度，以利傳質(zhì)、傳熱（此時主要是傳質(zhì)），并且能通過大數(shù)量的 流體。2塔內(nèi)件選擇：采用先進的氣液分布器，同時采取防壁流、防溝流 措施，排出的液體考慮防渦流裝置等，根據(jù)脫硫塔內(nèi)H2S傳遞反應呈梯度變化（工程上叫連續(xù)微分接觸式）和易堵特點采用一塔一設計等措施。達到 塔內(nèi)氣液兩相充分接觸，最大限度地提高傳質(zhì)面積和傳質(zhì)系數(shù)。3按照填料塔的流體力學

7、特性（如氣體壓降，持液量及氣、液兩相 流體分布等性能）進行設計；4填料塔傳質(zhì)高度取決于分離所需的傳質(zhì)單元數(shù)（或理論板數(shù)）和 傳質(zhì)單元高度（或等板高度）。按原化工部第四設計院規(guī)定執(zhí)行。（4）其它要求按國家民用燃氣規(guī)范GB500282006執(zhí)行。4.3再生裝置（1）濕法脫硫工藝中，因再生方法不同分為氧化法和解吸法二種，本設計用氧化法；（2）氧化法中傾向于垂直插入噴射器的再生氧化槽裝置；（3）噴射氧化再生裝置作用1將HS-進一步氧化成S；2將生成單質(zhì)S浮選出來，供再生后懸浮S盡可能減少。（4）本設計選擇噴射氧化再生技術(shù)1）它較正壓高塔再生技術(shù)有如下優(yōu)點：1效果好，提高了脫硫效率，明顯降低了煤氣中H2

8、S含量；2大大降低投資費用，較高塔再生節(jié)約30；3操作方便，降低勞動強度，減少操作工數(shù)量；4基本杜絕了脫硫氣體液沫夾帶，提高生產(chǎn)的穩(wěn)定性，減少了損失，降低了消耗；5降低了脫硫液循量（10左右），降低了脫硫泵電流，從而降低了 消耗；6便于設備維修，減少了設備的維護和檢修費；7不用購置空壓機，不用修建空壓機廠房，節(jié)約了資金。2）組成：它由噴射組、浮選槽和液位調(diào)節(jié)器三部分組成；目前應用 最廣的是雙套二級擴大式再生槽（叫二聯(lián)體槽或二套槽）。1噴射器組（它是再生系統(tǒng)的心臟）：用特別（0Cr18Ni9）材料制的噴 射器使脫硫液高速通過噴咀形成射流，產(chǎn)生局部負壓吸入空氣，其兩相流 體被高速分散而處于高度渦流

9、狀態(tài)，空氣呈氣泡狀態(tài)分散于溶液中，氣液 接觸面較高塔再生大大增加且不斷更新，從而使脫硫液吸02速度大為增加，使傳質(zhì)過程大大強化， 故在短時間內(nèi)（68min）即可完全再生（本設計一般 按停15min考慮）。所以噴咀既然是系統(tǒng)的心臟，建議用東師大東獅公司 專利產(chǎn)品。2浮選槽：脫硫液經(jīng)噴射氧化再生后進入浮選槽（硫泡沫溝槽）在浮選槽中進一步氧化再生， 并起到硫的浮選作用。 由于采用二套槽， 內(nèi)筒的 吹風強度較大（70120m3/吊H）,有利于氧化和硫泡沫浮選。內(nèi)筒上下 各一塊篩板，板上幵有小孔（18-25），幵孔率44%，在浮選筒和環(huán)形 空間由于重度不同,形成循環(huán)。3液位（貧液）調(diào)節(jié)器：采用溢流式結(jié)構(gòu)

10、，靠其液位在內(nèi)筒升降，使內(nèi)筒與噴射再生槽擴大部分溶液構(gòu)成“U,這時調(diào)節(jié)“U端，則在再 生槽內(nèi)液位也隨這上下移動，從而可以調(diào)節(jié)噴射再生槽溶液溢流量，保證 浮選筒內(nèi)液面保持穩(wěn)定，以利硫泡沫的浮選和分離。4溫度、吹風強度，空氣耗量，停留時間等工藝參數(shù)選擇按GB500282006標準執(zhí)行。4.4硫磺回收裝置（1）只有在濕法脫硫過程再生時直接回收硫磺，將再生系統(tǒng)溢流出 來的硫泡沫中的懸浮硫除去，保證合格的脫硫液供脫硫使用，同時得到副 產(chǎn)品硫磺。（2）連續(xù)熔硫裝置（熔硫釜）連續(xù)熔硫進行硫回收的金屬釜中進 行。硫泡沫進釜過程，也是一個不斷被加熱的過程。受熱的氣泡破裂，粘 于壁上細小硫的顆粒集聚變大向下沉降，

11、進入到釜底高溫區(qū)熔融后，連續(xù) 地排出釜外。與硫分離的溶液上浮，從釜的上部回收脫硫系統(tǒng)。1主要吸收集的硫泡沫進行再處理；2采用脫硫泡沫在熔硫釜中脫水工藝；3熔硫釜宜采用夾套缸式蒸氣加熱；4它的直徑不宜過大，以 600900為宜；5要求熔硫釜傳熱效果好，釜內(nèi)自然對流和傳導方式傳熱，待熔融 物料熱阻力小，加熱分離沉降熔融，層次分明，熔硫效率高。4.5富液槽（1）富液槽是脫硫塔排出脫硫液的短暫貯存容器，不是重要的設備 卻起著重要的作用， 在富液槽的反應是脫硫塔反應的延伸。 脫硫液吸收H2S轉(zhuǎn)為HS后與催化劑反應析出單質(zhì)硫，HS轉(zhuǎn)為單質(zhì)硫的反應相當部分是于富液槽中進行的。 析硫的反應速度小， 脫硫塔之后

12、溶液于富液槽中停留時 間尚需910min。停留時間短，HS來不及轉(zhuǎn)化為單質(zhì)硫，進入再生槽則 被氧化為NHHS0和（NH4）2SQ，兩者是氧化法脫硫液的主要副產(chǎn)物組分，其 含量受溶液PH溫度等因素影響，但主要是受富液停留時間的影響。有的 脫硫裝置為節(jié)省投資將富液槽去掉是非常錯誤的。（2）本設計選擇可停留10分鐘富液量的富液槽。4.6液封槽、貧液槽、硫泡沫槽、冷凝液槽及砼結(jié)構(gòu)地下槽均按照國家民用燃氣規(guī)范GB 50028-2006執(zhí)行。5、濕法脫硫催化劑選擇5.1濕式氧化法脫硫是將HS在液相中氧化成單質(zhì)硫一種脫硫方法，催化劑即發(fā)生了HS +2O2= SJ+ 0H氧化還原反應。5.2選擇適宜的載。2催

13、化劑是濕法脫硫的關(guān)鍵；5.3理論上講，這個載02催化劑其氧化態(tài)必須能氧化HS,其還原態(tài)時又必須能被空氣氧化。所以從氧化反應必須條件來看，此載02催化劑標準電極電位數(shù)值必須大于S2一/so電極電位（s2一/so電子對氧化還原電極電 位0.141V）,同時必須小于空氣中02的電極電位（1.23V）。也即要求0.141VVW1.23V。5.4在實際生產(chǎn)中，應根據(jù)科學試驗及嚴格篩選，載02催化劑最適宜 的標準電位數(shù)值范圍為0.20.75V（因為W0.75V時，大量HS易被過渡氧化S2032-和S042-。鹽類，造 成副反應大大增加）。5.5目前常用催化劑有：改良ADA栲膠、HPF PDS 888、JD

14、S、DDS ISS、TTS等催化劑;所以本方案選擇東北師大東獅公司最新研究專對焦爐氣適用的JDS催化劑。5.6使用JDS催化劑的好處：1不需加其它輔助催化劑；2脫硫效率高，使用穩(wěn)定；3可較好地脫除有機硫（50-80%）；4硫回收高，貧液中懸浮硫低;5不堵塔，且對硫堵有清洗作用；6在相同工況負荷下，脫硫費用比同類產(chǎn)品低20%;7適用各種低硫，高硫氣體脫硫和HCN8產(chǎn)品已系列化，日前國內(nèi)應用最多催化劑之一；9已向走向國際市場；10屬環(huán)保型催化劑。6、濕法脫硫配套（公用）工程6.1土建工程（1） 建筑1房屋跨度、柱距及層高，按生產(chǎn)工藝要求建筑模數(shù)統(tǒng)一規(guī)定的確 定；沉降縫、伸縮縫及抗震縫規(guī)范要求設置。

15、2屋面：一般采用柔性防水，保溫層采用憎水膨脹珍珠巖。3圍護結(jié)構(gòu)：一般采用磚墻。4樓地面：一般砼地面，水泥砂漿面層；樓面為水泥砂漿或鋪地磚， 工藝有特殊要求的按要求處理。5裝飾：一般內(nèi)墻，頂棚用中等石灰砂漿，刷106白色涂料；外墻為多彩合成樹脂乳液涂料；有特殊要求的按特殊要求。6門窗： 一般鍍鋅鋼窗， 木門。 有防爆要求的， 按防火規(guī)范設置安裝。7油漆：木門采用一般油漆；鋼構(gòu)件用紅丹打底在刷防銹漆，有防腐 要求的，作防腐處理。2）建筑節(jié)能本工程所處寒冷地區(qū)，建筑分區(qū)為一區(qū)，感覺公共建筑節(jié)能設計標準(GB50189-2005)。對建筑節(jié)能方面做如下考慮。1建筑物的朝向在滿足工藝布置的前提下，采用南

16、北向或接近南北 向，主要房間避開冬季主導風向。2外墻節(jié)能采用聚苯板保溫層。3門窗采用保溫性和氣密性較好的彩色涂層鍍鋅鋼板節(jié)能型門窗，且 選用中空玻璃。4屋面節(jié)能采用憎水膨脹珍珠巖。5采暖與非采暖房間之間節(jié)能采用混合砂漿。(3) 結(jié)構(gòu) 圍護為彩鋼板；鼓風機房、綜合泵房、變壓器室及其他輔助生產(chǎn)設施 采用磚混結(jié)構(gòu)。(4)本方案總圖占地：50MK60M=3000M其中建筑面積：120M(平 房)。6.2環(huán)境保護(1)本脫硫裝置生產(chǎn)運行時沒有廢氣、廢渣產(chǎn)生,無二次污染，無二 次排放；(2)由于采用了高效連續(xù)熔硫技術(shù)及環(huán)保型催化劑，溶液回收進入 脫硫系統(tǒng)，保證了脫硫系統(tǒng)水平衡，達到零的排放，同時節(jié)約了脫硫

17、液和 催化劑用量；(3)污水送污水處理工段，待處理合格后，再回收利用。6.3供電（1）總裝機容量1203KV，其中工作容量624KV；（2）電氣設計：含變電、配電、動力、照明、避雷、弱電等工程，1當供電電壓為35KV時，對500KW以上電機選用6KV高壓電機，對500KW以下（含500KW）選380V電機；停電后對于易產(chǎn)生易爆負荷要選擇一級供電負荷；2防火防爆按GB5005“8爆炸和火災危險環(huán)境電力裝置設計規(guī)范執(zhí)行；3防雷接地（保護接地、防雷接地）：按GB50057建筑物防雷設計規(guī) 范”執(zhí)行；4電纜選用：采用耐腐蝕電力電纜和普通控制電器；5電纜敷設方式：建筑物間采用直埋，電纜溝敷設和穿鋼管敷設

18、等，建筑物內(nèi)采用電纜橋架。局部采用穿管暗敷或明敷；6電氣控制傳動i長期工作的設備設短路、過負荷保護、缺相保護、功率因素補償系 統(tǒng)，使用設備采用斷路器：ii對容量在150-500KW（含500KV）采用低壓變頻（對電動機實現(xiàn)變頻調(diào)速的裝置）啟動；iii對容量在500KW以上均采用高壓變頻啟動；iv變頻控制系統(tǒng)：采用一備一用轉(zhuǎn)換系統(tǒng)（即兩臺共一臺變頻器）， 變頻器具有PLC功能、PID調(diào)節(jié)、I/O擴展接口，具有過流、過壓、過載， 短路、欠壓、過熱等保護功能；v對控制設備運行，設現(xiàn)場機旁操作和集中控制操作兩種方式；?；?操作選用防爆操作；7照明i按國家建委頒布的“工業(yè)企業(yè)人員照明標準執(zhí)行” ；ii車

19、間照明選用反射式高壓鈉燈照明；iii高大廠房采用深照型金屬鹵化物燈照明；iv各種泵房、風機房、防水、防塵、防爆型工廠燈；v配電室、操作室用熒光燈照明，并設事故照明燈；vi廠外用防水、防爆燈照明。8弱電火警信號、警衛(wèi)信號、電話、電視監(jiān)控均按現(xiàn)場和甲方要求執(zhí)行。6.4自動控制與儀表(1)自控：由于壓力和溫度都為常規(guī)儀表，不必用DCS或PLC系統(tǒng)來控制管理，若廠方需要可將有關(guān)信號引到中央控制室。(2)儀表1溫度測量：共十點(其中冷卻塔進出口2點，脫硫塔出口2點，熔硫釜3點，其7點用于熱電阻和毫伏計集中引到操作室即可，熔硫釜就地用0-150C雙金屬溫度計3塊)。2壓力測量：共13點(其中：0-40KP

20、a膜盒式壓力表2塊，脫硫塔進 出口、貧液泵、富液泵、硫泡沫泵、液下泵共用0-1MPa彈簧管壓力表7塊，三臺熔硫釜用0.6MPa彈簧管壓力表3塊，1.25MPa壓力表1塊總蒸氣 用)。3液位測量i富液槽、貧液槽、硫泡沫槽采用磁翻板液位計共三塊；ii脫硫塔液位由液封槽自動控制4分析測量i脫硫塔進出口H2S分析，由化驗人員現(xiàn)場取對象再到化驗室分析；ii脫硫液到富液泵排氣口取樣到化驗室分析。6.5安全生產(chǎn)與消防及其它（1）設計時充分考慮了有害作業(yè)（如防毒、防高溫、防噪聲等）場 所的防范措施；（2）對設備管道泄漏處理及滅火方法；（3）操作崗位上建立必要的消防裝置；（4）所有供電系統(tǒng)有完整的保護裝置；（5

21、）脫硫崗位要設立專職的安全員，負責安全教育和安全檢查工作。6.6設備、管道防腐保溫（1）工程竣工時，所有設備、管道的防腐保溫要同步進行。（2）按設備及管道防腐保溫規(guī)定GB8175執(zhí)行，1防腐：i不保溫設備：除銹后，面漆在保護層外刷各色酚醛調(diào)和漆二道；ii不保溫管道：除銹后，先刷灰酚醛防銹漆二道，再刷各色酚醛調(diào) 和漆二道。2保溫層：用復合硅酸鹽保溫隔熱材料，按GB8175執(zhí)行。6.7供水（1）原始開車配脫硫液用軟水外，其它生產(chǎn)時只需少量軟水補充， 約1T/d；（2）工業(yè)用水：3T/H。6.8供蒸氣：1T/H（1.3MPa）。二、本設計基本數(shù)據(jù)選擇和設計要求1、 處理煤氣量：按甲方提供煤氣來源：120萬T/a為53000 x104mi/a4 33和50萬T/a煤焦油深加工項目為19000 x10 m/a， 計為10萬m/h （標態(tài)）【每年按7200小時計】。2、未凈化前煤氣中含H2S按3.5g/m3計（據(jù)神木縣煤總硫含量為0.3%計）3、脫硫后煤氣中含HS按20m