产万吨合成氨脱硫工段工艺设计方案

届本科生毕业论文学院毕业论文设计）论文设计）题目:年产36万吨合成氨脱硫工段工艺设计EnglishTopic:Theyearproduces360,000tonstosynthesizeanammoniatotakeoffsulphurworkasegmentatechnologicaldesign系别：化学与生物科学系专业：化学工程与工艺班级：学生：指导老师：20年5月20日1/39前言本设计是年产36万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简况进行了概述。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20年5月于目录2/39前言2摘要5ABSTRACT61．总论71.1概述..........................................................................................................................71.1.1栲胶的组成及性质81.1.2栲胶脱硫的反应机理81.1.3生产中副产品硫磺的应用91.2文献综述....................................................................................................................91.3设计任务的依据......................................................................................................102.流程方案的确定112.1各脱硫方法对比......................................................................................................112.2栲胶脱硫法的理论依据112.3工艺流程方框图123.生产流程的简述133.1简述物料流程133.1.1气体流程133.1.2溶液流程133.1.3硫磺回收流程133.2工艺的化学过程133.3反应条件对反应的影响143.3.1影响栲胶溶液吸收的因素143.3.2影响溶液再生的因素163.4工艺条件的确定173.4.1溶液的组成173.4.2喷淋密度和液气比的控制173.4.3温度183.4.4再生空气量184.物料衡算和热量衡算203/394.1物料衡算..................................................................................................................204.2热量衡算225.设备计算及选型265.1脱硫塔的设计计算265.1.1塔径计算265.1.2填料高度计算275.2喷射再生槽的计算285.2.1槽体计算285.2.2喷射器计算316.车间布置说明347.三废治理及利用347.1废水的处理347.1.1废水的来源及特点347.1.2废水处理工艺347.2废渣的处理347.2.1废渣的来源347.2.2废渣的处理工艺35参考文献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年产36万吨合成氨脱硫工段工艺设计4/39学生姓名：指导老师：摘要：年产36万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，结合生产实习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Theyearproduces360,000tonstosynthesizeanammoniatotakeoffsulphurworkasegmentatechnologicaldesignNameofstendent:5/39Director:AbstractWithanannualoutputof360,000tonsofsyntheticammoniaDesulfurizationProcessdesignisspecifiedbytheteacherdeterminethescaleofproductionoutput,withproductioninternshipinthecollectionofvariousproductiontechnologiesdesignedtotarget.Thisdesignisusedbythedesulfurizationextract,itsmainrawmaterialsandsemi-watergasdesulfurizationliquid.ThedetaileddesignoftheSectionontheproductionofammoniadesulfurizationprinciple,process,technologyparameters,theheatbalance,thematerialbalanceandtheselectionofequipment,plantlayoutandwastetreatment.Thedesignofthedesulfurizationefficiencyandrenewablerateofabreakthrough.[Keyword]:tanninextracttotakeoffasulphurmethodtakeoffasulphurliquidtakeoffsulphurtower1.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%—6/3990%用于生产各种氮肥。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。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7/39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(OHO2]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+NaHCO3NaHCO3+H2S＝NaHS+CO2+H2O2NaHS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+2S3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。332942)(242)(2OHTNaVONaOHOOHTOVNa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。222232)(22)(2OHOOHTOOHTOHNaVOOVNaNaOHOH23942223422H2O2+NaHS＝H2O+S+NaOH8/391.1.3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