全國(guó)賽文件提交-石油大學(xué)北京碣石觀滄海團(tuán)隊(duì)1設(shè)計(jì)集3創(chuàng)新性說(shuō)明

2017年“東華科技-陜鼓杯”第十一屆大學(xué)生化工設(shè)計(jì)競(jìng)賽創(chuàng)新性說(shuō)明團(tuán)隊(duì)名稱： 團(tuán)隊(duì)成員：葉陽(yáng)曾偉邵青楠崔怡洲王奧誠(chéng)指導(dǎo)老師：黃星亮鄧春孟祥海杜巍徐建20172017年“東華科技-陜鼓杯”第十一屆大學(xué)生化工設(shè)計(jì)競(jìng)賽創(chuàng)新性說(shuō)明團(tuán)隊(duì)名稱： 團(tuán)隊(duì)成員：葉陽(yáng)曾偉邵青楠崔怡洲王奧誠(chéng)指導(dǎo)老師：黃星亮鄧春孟祥海杜巍徐建2017年8月目錄一、工藝創(chuàng)新 11.11.21.31.41.5硫化氫的資源化利用 1的捕集與利用 1硫化氫循環(huán)處理工藝 1赤泥-氧化鋅聯(lián)合脫硫工藝 2廢氣中硫化物的近零排放 3二、反應(yīng)與分離技術(shù)創(chuàng)新 42.1目錄一、工藝創(chuàng)新 11.11.21.31.41.5硫化氫的資源化利用 1的捕集與利用 1硫化氫循環(huán)處理工藝 1赤泥-氧化鋅聯(lián)合脫硫工藝 2廢氣中硫化物的近零排放 3二、反應(yīng)與分離技術(shù)創(chuàng)新 42.1硫化氫-甲醇一步法甲硫醇 4MDEA-SF混合吸收劑的運(yùn)用 4反應(yīng)產(chǎn)物水作第三組分萃取精餾 5反應(yīng)分離集成技術(shù) 6三、節(jié)能技術(shù)創(chuàng)新 7反應(yīng)氣二級(jí)冷凝與汽提塔雙股進(jìn)料 7甲醇-水雙效精餾 8四、設(shè)備創(chuàng)新 9新型環(huán)流式氣體分布器 9列管式固定床反應(yīng)器 10FSV浮動(dòng)篩片塔板 114.44.54.64.7新型帶文氏棒吸收段的填料塔 12新型泵 13新型板翅式空冷器 14高通量再沸器 14五、安全技術(shù)創(chuàng)新 155.1有害氣體無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 155.2新型硫化氫捕消劑和捕消器 161.1硫化氫的資源化利用，還可作為和-甲醇一步法生產(chǎn)甲硫醇并副產(chǎn)二甲硫醚，充分利用了 加值的化學(xué)品，具有良好的發(fā)展前景。1.2的捕集與利用原料廢氣中的含量超過(guò)了55.0mol%，每年排量近5萬(wàn)噸，經(jīng)過(guò)MDEA-SF選擇性吸收硫化氫后，塔頂排出的氣體中含量進(jìn)一步上升，氧化碳標(biāo)準(zhǔn)1.1硫化氫的資源化利用，還可作為和-甲醇一步法生產(chǎn)甲硫醇并副產(chǎn)二甲硫醚，充分利用了 加值的化學(xué)品，具有良好的發(fā)展前景。1.2的捕集與利用原料廢氣中的含量超過(guò)了55.0mol%，每年排量近5萬(wàn)噸，經(jīng)過(guò)MDEA-SF選擇性吸收硫化氫后，塔頂排出的氣體中含量進(jìn)一步上升，氧化碳標(biāo)準(zhǔn)資源的充分利用。1.3硫化氫循環(huán)處理工藝對(duì)于反應(yīng)后硫化氫的循環(huán)以及排空的方式，美國(guó)專利US005866721A1-1所示。1-1雙甲醇洗滌塔工藝1/16B2創(chuàng)新性說(shuō)明B2，吸收殘余的硫化氫氣體，處理后的氣體進(jìn)入食品級(jí)生產(chǎn)工段，B225AspenPlus模擬并不佳。專利的回收，氣體進(jìn)入食品級(jí)1-2所示。氣體循環(huán)回提濃工段氣體循環(huán)回反應(yīng)器回收1-2改進(jìn)工藝方案US005866721A且提升了對(duì)硫化氫吸收效果。1.4創(chuàng)新性說(shuō)明B2，吸收殘余的硫化氫氣體，處理后的氣體進(jìn)入食品級(jí)生產(chǎn)工段，B225AspenPlus模擬并不佳。專利的回收，氣體進(jìn)入食品級(jí)1-2所示。氣體循環(huán)回提濃工段氣體循環(huán)回反應(yīng)器回收1-2改進(jìn)工藝方案US005866721A且提升了對(duì)硫化氫吸收效果。1.4赤泥-氧化鋅聯(lián)合脫硫工藝進(jìn)入食品級(jí)生產(chǎn)工段的氣體中硫化氫含量為0.14mol%，含硫總量59.9噸/年，如果選擇去回收這部分硫，經(jīng)濟(jì)效益不明顯。所以本項(xiàng)目選擇干法脫硫?qū)⑦@部分硫化氫直接固定。260.43噸/（23%計(jì)442.7萬(wàn)元。2/1612%1-3所示。1-3赤泥-氧化鋅聯(lián)合脫硫流程簡(jiǎn)圖本項(xiàng)目消耗赤泥505.9噸12%1-3所示。1-3赤泥-氧化鋅聯(lián)合脫硫流程簡(jiǎn)圖本項(xiàng)目消耗赤泥505.9噸/年，氧化鋅硫劑13.9噸/年，脫硫費(fèi)用為99.5萬(wàn)元/343.2萬(wàn)元/年。使用后的赤泥堿性減弱，對(duì)運(yùn)往云南文山鋁業(yè)赤泥堆場(chǎng)堆放。降低，1.5廢氣中硫化物的近零排放MDEA-SF吸收和赤泥–氧化鋅聯(lián)合脫硫工藝，實(shí)現(xiàn)了深度脫硫2.07×10-7mol%3.14×10-3mg/Nm3，甲硫醇含量低至1.27×10-5mg/Nm3，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過(guò)程中硫化物的近零排放。3/16創(chuàng)新性說(shuō)明2.1硫化氫-甲醇一步法甲硫醇目前國(guó)內(nèi)外甲硫醇 方法中，硫化氫-甲醇法甲硫醇工藝具有反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率大，目標(biāo)產(chǎn)物收率高，產(chǎn)品質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)。反應(yīng)方程式如下：主反應(yīng)：CH3OHH2S→CH3SHH2O副反應(yīng)：2CH3OH創(chuàng)新性說(shuō)明2.1硫化氫-甲醇一步法甲硫醇目前國(guó)內(nèi)外甲硫醇 方法中，硫化氫-甲醇法甲硫醇工藝具有反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率大，目標(biāo)產(chǎn)物收率高，產(chǎn)品質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)。反應(yīng)方程式如下：主反應(yīng)：CH3OHH2S→CH3SHH2O副反應(yīng)：2CH3OHH2S→(CH3)2SH2O2W43上制得的鎢系催化劑K31是甲硫醇反應(yīng)得以高效進(jìn)行。2.2MDEA-SF混合吸收劑的運(yùn)用傳統(tǒng)的脫硫脫碳工藝使用MDEA吸收劑對(duì)氣體中硫化氫進(jìn)行選擇性吸收，由于本工藝中MDEA吸收劑的吸收選擇性較難滿足本工藝的需要。MDEA:SF:H2O=50:10:40）來(lái)提高吸收劑的吸收選擇性，以吸收劑吸收H2S/CO21.7atmAspenPlus模擬兩種吸收劑的吸收選2-1。2-1兩種吸收劑吸收選擇性對(duì)比4/1610wt%環(huán)丁砜相比于不添加環(huán)丁砜，在低壓情況下吸收選擇性能夠提升1倍，而對(duì)硫化氫的吸收效果影響較小。但是隨著環(huán)丁砜的繼續(xù)增加，吸收劑MDEA:SF:H2O=50:10:40的吸收劑對(duì)廢氣中的硫化10wt%環(huán)丁砜相比于不添加環(huán)丁砜，在低壓情況下吸收選擇性能夠提升1倍，而對(duì)硫化氫的吸收效果影響較小。但是隨著環(huán)丁砜的繼續(xù)增加，吸收劑MDEA:SF:H2O=50:10:40的吸收劑對(duì)廢氣中的硫化氫進(jìn)行提純，雖然增加了質(zhì)量吸收劑的費(fèi)用，但是減少了吸收劑的循環(huán)量，2.3反應(yīng)產(chǎn)物水作第三組分萃取精餾硫化氫汽提塔塔底出來(lái)的液相主要成分為水（32.85mol%）、甲醇（41.25（19.98（5.93t-x-y2-2所示。2-2甲醇-二甲硫醚常壓t-x-y相圖--二甲硫醚可以在不添加外來(lái)萃取劑的情況下通過(guò)精餾得到分離。AspenPlus2.5×10-4mol%-二甲硫醚混合物，達(dá)到分離要求。5/16創(chuàng)新性說(shuō)明2.4反應(yīng)分離集成技術(shù)MDEA-SF混合吸收劑用以分離硫化氫和1atm環(huán)境下發(fā)生化學(xué)解吸成為貧液循環(huán)2-1所示。2-1MDEA-SF-H2O-H創(chuàng)新性說(shuō)明2.4反應(yīng)分離集成技術(shù)MDEA-SF混合吸收劑用以分離硫化氫和1atm環(huán)境下發(fā)生化學(xué)解吸成為貧液循環(huán)2-1所示。2-1MDEA-SF-H2O-H2S-CO2反應(yīng)體系6/16化學(xué)反應(yīng)反應(yīng)方程式H2O?H++OH-MDEA的質(zhì)子化反應(yīng)AmH+?Am(aq)+H+H2S的離解反應(yīng)（1）H2S(aq)?HS-+H+H2S的離解反應(yīng)（2）HS-?S2-+H+CO2的水解反應(yīng)（1）CO2(aq)+H2O?HCO3-+H+CO2的水解反應(yīng)（2）- 2- +HCO3?CO3+H3.1反應(yīng)氣二級(jí)冷凝與汽提塔雙股進(jìn)料3-1、3-2所示。3-1一級(jí)冷凝單股進(jìn)料3-2二級(jí)冷凝雙股進(jìn)料20℃，V0302T0302進(jìn)行H23.1反應(yīng)氣二級(jí)冷凝與汽提塔雙股進(jìn)料3-1、3-2所示。3-1一級(jí)冷凝單股進(jìn)料3-2二級(jí)冷凝雙股進(jìn)料20℃，V0302T0302進(jìn)行H2S汽提。一次冷凝的液相包含甲醇、水、甲硫醇、二甲硫醚。二甲硫醚，第二次冷凝至20℃，冷凝液相大部分為甲硫醇、二甲硫醚和甲醇。T0302汽提塔不同位置進(jìn)料。T03023-1。3-1兩種工藝能耗效果對(duì)比19.40%22.25%的再沸器能耗，同時(shí)減少了高品質(zhì)冷量的消耗，達(dá)到了節(jié)能的效果。7/16一級(jí)冷凝單股進(jìn)料二級(jí)冷凝雙股進(jìn)料節(jié)能效率冷凝器耗能（kW）3762.263034.0319.40%T0302（kW）993.82770.4122.25%創(chuàng)新性說(shuō)明3.2甲醇-水雙效精餾-水雙效精餾替代單塔精餾，同時(shí)3-3所示：創(chuàng)新性說(shuō)明3.2甲醇-水雙效精餾-水雙效精餾替代單塔精餾，同時(shí)3-3所示：3-3順流結(jié)構(gòu)甲醇-水雙效精餾29.70%熱能和33.10%冷量，通過(guò)使3-4。3-4雙效精餾與簡(jiǎn)單精餾能耗對(duì)比8/164.1新型環(huán)流式氣體分布器本項(xiàng)目中的甲硫醇區(qū)域的溫度過(guò)高，催化劑失活加快，進(jìn)而將影響反應(yīng)的高效進(jìn)行。4-1，分布器由上下環(huán)板、氣體導(dǎo)管和中間環(huán)形通道組成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。新型環(huán)流式分布器環(huán)板內(nèi)徑4.1新型環(huán)流式氣體分布器本項(xiàng)目中的甲硫醇區(qū)域的溫度過(guò)高，催化劑失活加快，進(jìn)而將影響反應(yīng)的高效進(jìn)行。4-1，分布器由上下環(huán)板、氣體導(dǎo)管和中間環(huán)形通道組成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。新型環(huán)流式分布器環(huán)板內(nèi)徑40mm4-2。4-1新型環(huán)流式氣體分布器4-2反應(yīng)器切向進(jìn)料管（1027根本項(xiàng)目對(duì)添加氣體分布器的反應(yīng)器4-34-4分別是頂部速度分布云圖和頂部流線圖：4-3速度分布云圖4-4頂部流線圖9/16創(chuàng)新性說(shuō)明分發(fā)展，為了更好的體現(xiàn)氣體進(jìn)入各管子的分布情況，導(dǎo)出各管入口氣體流量，管入口的空間內(nèi)氣速分布較為均勻。4-5反應(yīng)器管子入口流量分布4.2創(chuàng)新性說(shuō)明分發(fā)展，為了更好的體現(xiàn)氣體進(jìn)入各管子的分布情況，導(dǎo)出各管入口氣體流量，管入口的空間內(nèi)氣速分布較為均勻。4-5反應(yīng)器管子入口流量分布4.2列管式固定床反應(yīng)器4-6Aspen模擬本項(xiàng)目中最主要的反應(yīng)器設(shè)備為甲硫醇連續(xù)冷卻區(qū)，反應(yīng)物加熱至370℃后進(jìn)入絕熱區(qū)，通過(guò)反應(yīng)自身的放熱繼續(xù)升溫至450℃后進(jìn)入連續(xù)冷卻區(qū)。這種設(shè)計(jì)方法巧妙地利用了反應(yīng)熱，同時(shí)降低了高品質(zhì)熱能的消耗，減少了公用工程用量。連續(xù)冷卻區(qū)通過(guò)冷卻介質(zhì)進(jìn)行取熱，防止反應(yīng)溫度過(guò)高產(chǎn)生“飛溫”或者熱量較大，本項(xiàng)目使用的冷卻介質(zhì)為中壓水（2.6MPa），主要利用水的汽化潛熱來(lái)進(jìn)行取熱。蒸汽離開(kāi)反應(yīng)器后可用于公用工程。中壓水取熱充分利用了水的汽化潛熱，同時(shí)將反應(yīng)熱進(jìn)行了充分4-7所示。10/162.6MPa中壓水4-7甲硫醇反應(yīng)器示意圖4.3FSV浮動(dòng)篩片塔板FSV浮動(dòng)篩片塔板，該塔板由中國(guó)洛陽(yáng)4-8。2.6MPa中壓水4-7甲硫醇反應(yīng)器示意圖4.3FSV浮動(dòng)篩片塔板FSV浮動(dòng)篩片塔板，該塔板由中國(guó)洛陽(yáng)4-8。4-9。4-8FSV浮動(dòng)篩片閥件結(jié)構(gòu)4-9FSV浮動(dòng)篩片閥件的三種工作狀態(tài)相比于一般浮閥塔板，F(xiàn)SV浮動(dòng)篩片塔板具有以下幾點(diǎn)性能的提高：11/16創(chuàng)新性說(shuō)明FSV200~300Pa。FSV10%左右。。FSV塔板霧沫夾帶上限與浮閥大致相當(dāng)。損，大大減少安裝和維修工作量。創(chuàng)新性說(shuō)明FSV200~300Pa。FSV10%左右。。FSV塔板霧沫夾帶上限與浮閥大致相當(dāng)。損，大大減少安裝和維修工作量。持較高的分離效率。4.4新型帶文氏棒吸收段的填料塔受大學(xué)（北京）孫國(guó)剛教授關(guān)于一種文氏棒噴淋空塔專利MDEA-SF吸收塔，可進(jìn)一步提高脫硫率。4-11的薄層并造成H2S出的新鮮胺液傳質(zhì)效果不佳。在設(shè)置文氏棒層后，錯(cuò)位布置的文氏棒形成無(wú)數(shù)個(gè)漸縮漸擴(kuò)的文丘里上方形成鼓泡傳質(zhì)的高速向上的氣流擊碎，產(chǎn)生新的傳質(zhì)表面，如圖4-12面，使填料層上段的氣液傳質(zhì)得以強(qiáng)化。4-10文氏棒填料塔示意圖12/164-11文氏棒層示意圖4-12文氏棒原理示意圖4.5新型泵為了保證裝置運(yùn)行的安全性、輸送機(jī)械的低能耗以及維修的低成本少人力，本項(xiàng)目所用泵采用上海奧一泵業(yè)制造所生產(chǎn)的新型臥式4-13所示。貴的易泄漏的液體。該型泵相比于一般泵具有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：（1）該型泵葉輪采用先進(jìn)的水力模型，具有效率高，性能好等特點(diǎn)。關(guān)閉，不會(huì)使介質(zhì)流出泵外，能確保泵的正常運(yùn)行。本與人力。4-11文氏棒層示意圖4-12文氏棒原理示意圖4.5新型泵為了保證裝置運(yùn)行的安全性、輸送機(jī)械的低能耗以及維修的低成本少人力，本項(xiàng)目所用泵采用上海奧一泵業(yè)制造所生產(chǎn)的新型臥式4-13所示。貴的易泄漏的液體。該型泵相比于一般泵具有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：（1）該型泵葉輪采用先進(jìn)的水力模型，具有效率高，性能好等特點(diǎn)。關(guān)閉，不會(huì)使介質(zhì)流出泵外，能確保泵的正常運(yùn)行。本與人力。4-13WPB臥式不銹鋼泵示意圖13/16創(chuàng)新性說(shuō)明4.6新型板翅式空冷器過(guò)時(shí)將使空冷式空冷器具有結(jié)構(gòu)緊湊、傳熱效率高、節(jié)水效果好的特點(diǎn)。4.7高通量再沸器再沸器有效傳熱面積大大增加，單管沸騰傳熱系數(shù)可為光管的3.5倍以上。了氣4-14創(chuàng)新性說(shuō)明4.6新型板翅式空冷器過(guò)時(shí)將使空冷式空冷器具有結(jié)構(gòu)緊湊、傳熱效率高、節(jié)水效果好的特點(diǎn)。4.7高通量再沸器再沸器有效傳熱面積大大增加，單管沸騰傳熱系數(shù)可為光管的3.5倍以上。了氣4-14，由無(wú)錫化工裝備生產(chǎn)。4-14多孔高通量管14/165.1有害氣體無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)本項(xiàng)目硫化氫氣體檢測(cè)系統(tǒng)采用中國(guó)青島安全工程開(kāi)發(fā)的有害氣體無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，分布點(diǎn)由兩類檢測(cè)點(diǎn)組成。15m，15m，830~60cm。監(jiān)測(cè)儀分布密度高，足以滿足要求。需要及入無(wú)線檢測(cè)系統(tǒng)中。青島安全工程5.1有害氣體無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)本項(xiàng)目硫化氫氣體檢測(cè)系統(tǒng)采用中國(guó)青島安全工程開(kāi)發(fā)的有害氣體無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，分布點(diǎn)由兩類檢測(cè)點(diǎn)組成。15m，15m，830~60cm。監(jiān)測(cè)儀分布密度高，足以滿足要求。需要及入無(wú)線檢測(cè)系統(tǒng)中。青島安全工程立體定位，定位精度≤5m?？蓪?shí)現(xiàn)狀態(tài)、位置監(jiān)測(cè)、軌跡回放，儀器與平信息雙向傳輸，多方式推送。 有害氣體無(wú)線監(jiān)測(cè)5-1。5-1安工院有害氣體無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)15/16創(chuàng)