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年产25万吨合成氨半水煤气脱硫生产工艺--再生塔设计
摘要
本设计是以煤为原料年产 25 万吨合成氨半水煤气脱硫生产工艺流程进行设计。设计中对合成氨半水煤气脱硫生产工艺流程进行了研究；根据工艺参数对半水煤气脱硫生产工艺流程、再生塔进行了物料衡算、热量衡算及设计计算。完成了合成氨半水煤气脱硫生产工艺流程带控制点的工艺流程图、平面布置图和喷射氧化再生塔结构图的设计。
关键词：合成氨；半水煤气；脱硫；再生塔；设计

第一章：绪论

1.1 半水煤气脱硫再生系统简介

半水煤气脱硫工艺是合成氨系统气体净化的粗脱硫阶段，通常采用常压湿法脱硫，随着人类的环境保护意识的逐渐增强，人类越来越关心周围生存环境的质量。工业排放的废气中所含的 H2S 气体，不仅能够引起管道和催化剂的中毒、致使工艺条件恶化、设备的腐蚀，影响脱硫率，而且对整个合成氨生产造成很大的影响［1］。同时还造成了相当严重的环境污染，甚至危害人类生存。因此，必须对排放的 H2S 气体进行治理。

再生槽是再生系统的主要设备，再生效率的好坏决定整个脱硫系统的高效与否，溶液在再生槽内的停留时间一般以 20～30min 为宜， 再生时间太短，再生效率差，硫泡沫浮选不彻底，悬浮硫高易堵塔；再生时间过长，副反应增加，生成三氧化硫离子的量增多,硫颗粒下沉，再生塔底易积硫，会加剧对设备的腐蚀［1］。

脱硫装置中的再生槽及其喷射器是一个相当重要的单元设备，喷射器由进液口、气口、进液管、喷嘴、气室、喉管、扩散管、尾管。一般进液口压力为 0.4-0.45Mpa时喷嘴处的流速为 18-25m/s,喷射器的喷液量由喷嘴大小而定。

喷射器应用于气——液传质过程，具有充分利用并流原理的优点。脱硫液以高速度通过喷射器的喷嘴形成射流。此射流产生局部负压吸引空气。此时由于两相流体立即被高速分散而处于高速湍流状态，气-液接触面大大增加，且不断更新。因此使传质过程进展极为迅速。脱硫液则被快速有效的再生氧化，而形成的硫颗粒在再生槽内被浮选溢流出来，从而完成了脱硫液由富液向贫液的转化。

喷射器的抽吸系数这个数据很重要，它与脱硫负荷和脱硫方法有关，从安全起见,

宁大忽小,过大一点对再生效果没有坏处,只是动力消耗高一点。喷射器恐怕是再生槽的最关健部件，只要它运行不理想，再生系统就要出问题，从而使整个脱硫系统形成恶性循环。喷射器部件不大，但关健部位甚多。设计计算主要有这么几项：一是喷嘴计算；二是混合管计算；三是吸气室计算；四是尾管直径计算；五是扩散管长度计算。

1.2 概述

1.2.1 氨的性质、规格及用途

（1）在常温常压下，氨是有强烈刺激性臭味的无色气体。能灼伤皮肤、眼睛、呼吸道粘膜，氨有强烈的毒性，若空气中有 0.5%（体积）的氨，就能使人在几分钟内窒息而死，接触时应小心。如果不慎接触过多的氨而出现病症，要及时吸入新鲜空气和水蒸气，并用大量水冲洗眼睛［6］。

（2）密度小，在标准状况下相对密度为 0.5971（空气=1.00）。

（3）沸点较高，氨很容易液化，临界温度为 132.4℃,临界压力为 11.22MPa，沸点为-33.5℃，熔点为-77.7℃，在常压下冷却至-33.5℃或在常温下加压至 700KPa 至800KPa，气态氨就液化成无色液体，同时放出大量的热。液态氨汽化时要吸收大量的热，使周围物质的温度急剧下降，所以氨常作为制冷剂。

（4）易溶于水氨极易溶于水，在常温、常压下，1 体积水能溶解约 700 体积的氨。

（5）主要用途：NH3 用于制氨水、液氨、氮肥（尿素、碳铵等）、HNO3、铵盐、纯碱，广泛应用于化工、轻工、化肥、制药、合成纤维、塑料、染料、制冷剂等。

1.2.2 硫化氢（H2S）的理化性质

硫化氢为无色有臭味的有毒气体，比空气中，沸点为-60.7℃，自燃点为：345-380℃，与空气混合成为爆炸性气体，在空气中燃烧火焰呈微蓝色，能溶于水中，浓度低时嗅不出气味，但其中毒后果严重[15]。

1.2.3 ADA 的理化性质

由于栲胶水溶液是胶体溶液，在将其配制成脱硫液之前，必须对其进行预处理，以消除共胶体性和发泡性，并使其由酚态结构氧化成醌态结构，这样脱硫溶液才具有活性。在栲胶溶液氧化过程中，伴随着吸光性能的变化。当溶液充分氧化后，其消光值则会稳定在某一数值附近，这种溶液就能满足脱硫要求。

参考文献

[1] 温福亚、张考全、杜敬来、周国样_《小氮肥设计技术》脱硫再生系统的优化及新型喷射器的应用， 2005 年 01 期：29-35 

[2]温福亚、张考全、杜尊来、张国祥_《脱硫再生系统的优化及新型喷射器的应用》_2005 年第26 卷第 1 期-27206：21-23

[3] 全家骧《化肥设计》以渣油为原料的中型氮肥厂技术改造方案， 1993_04 :13-16 [4]汪碧容,周 斌,吴 玫，合成氨厂半水煤气脱硫技术现状及展望；(四川理工学院材料与化学工程学院,四川 自贡 643000 )

[5]《化工产品大全》[M]

[6]陈五平.《无机化工工艺学》第三版上下册[M].北京:化学工业出版社.2001

[7]魏兆灿,李宽宏.《塔设备设计》[M].上海:上海科学技术出版社.1988,11

[8]梅安华.《小合成氨厂工艺技术与设计手册》[M].北京：化学工业出版社

[9]马可，《湿法氧化脱除硫化氢的研究现状与进展》[J]，2014,19

[10]黄澎，凌开成，《栲胶法脱除硫化氢影响因素的研究》[M]，2005,2

[11]柴诚敬 .《化工原理》[M].北京：高等教育出版社

[12]谭天恩.麦本熙.丁惠华《化工原理》[M].北京：化学工业出版社.1998

[13]中国石化集团上海工程有限公司.《化工工艺设计手册》[M].北京：化学工业出版社

[14]《化工原理课程设计》/王卫东主编.—北京：化学工业出版社，2011.9

[15]沾益化工合成氨进化工段半水煤气脱硫操作规程

[16]李芳.《化工原理课及设备课程设计》[M].北京：化学工业出版

[17]贾绍义.柴诚敬《化工原理课程设计》[M].天津：天津大学出版社.2002

[18]陈国桓.《化工设备机械基础》 [M]. 北京:化学工业出版社.1995-2.174-175，205-208

[19]王树仁.《合成氨生产工艺》[M].北京:化学工业出版社. 2005-02

[20]HGT 20546-2009《化工装置设备布置设计规定》

[21]化工部第六设计院编.《化学工程手册》[M].北京:化学工业出版社.1980

[22] 贾邵义 柴诚敬.《化工传质与分离过程》[M].上海: 化学工业出版社.2005 . 278-284
 

目录

 

第一章：绪论 6

1.1 半水煤气脱硫再生系统简介 6

1.2 概述 7

1.2.1 氨的性质、规格及用途 7

1.2.2 硫化氢（H2S）的理化性质 7

1.2.3 ADA 的理化性质 7

1.2.4 硫（硫磺）的理化性质 8

1.3 文献综述 10

1.3.1 硫化氢脱除工艺简介 10

1.3.2 湿式氧化法脱硫工艺 11

1.2.3 半水煤气脱硫工艺技术展望 12

1.4 生产流程或生产方案的确定 13

1.4.1 栲胶法脱硫的优缺点 14

1.4.2 生产流程说明 14

1.4.2.1 反应机理 14

1.4.2.2 脱硫的主要副反应 15

1.4.2.3 溶液组分及影响 16

1.5 项目选址及生产规模 17

1.5.1 项目选址 17

1.5.2 生产规模 20

第二章： 生产工艺 21

2.1 生产原料来源 21

2.2 工艺流程简介 21

2.3 主要设备介绍 22

2.3.1 填料塔 22

2.3.2 氧化槽 23

2.3.3 硫泡沫槽 23

2.3.4 过滤器 24

2.3.5 熔硫釜 24

2.3.6 氧化再生槽 25

2.3.6.1 再生工艺条件的选择 25

2.3.6.2 再生系统设备的技术设计 26

第三章：工艺计算 28

3.1 原始数据 28

3.1.1 设计工艺参数 28

3.2 物料衡算 29

3.2.1 热量衡算 33

3.3 主要设备的工艺计算和设备选型 35

3.3.1 主要设备的工艺尺寸 35

3.3.2，1#塔（年产 15 万吨氨） 38

3.3.2.1，1#塔（年产 15 万吨氨）脱硫工艺计算 38

3.3.2.2，1#塔（年产 15 万吨氨）再生工艺计算 49

3.3.3，2#塔（年产 10 万吨氨） 52

3.3.3.1，2#塔（年产 10 万吨氨）脱硫工艺计算 52

3.3.3.2，2#塔（年产 10 万吨氨）再生工艺计算 63

第四章：设备选型 67

4.1 主要设备 67

4.2 辅助设备 67

第五章：环境保护、劳动安全卫生 71

5.1 环境保护 71

5.1.1 合成氨行业准入条件 71

5.1.2 脱硫废水处理技术 71

5.1.2.1 脱硫废水的主要污染物 71

5.1.2.2 脱硫废水的处理方法 71

5.2 劳动安全卫生 72

5.2.1 正常操作控制要点 72

5.2.2 安全注意事项 73

5.2.2.1 工艺流程的工艺安全 73

5.2.2.2 管线综合布置、消防通道、疏散通道与安全出口 74

5.2.2.3 主要设备及管道的选择和防护措施 74

5.2.3 事故判断及处理 74

5.2.4 岗位人员安全注意事项 77

5.2.4.1 安全防护措施 77

5.2.4.2 安全环保注意事项 79

5.2.4.3 特殊应急处理措施 79

5.2.4.4 急救 80

参考文献 81

附录 83

谢词 90