1、 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 English Topic: The year produces 36 0,000 tons to synthesize an ammonia to take off sulphur work a segment a technological design 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 襄樊学院 2009 届学 士学位设计（论文）报告纸 1 前 言 本设计 是年产 36万吨合成氨脱硫工段的工
2、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 襄樊学院 2009 届学 士学位设计（
3、论文）报告纸 2 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
4、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 襄樊学院 2009 届学 士学位设计（论文）报告纸 3 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
5、 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 襄樊学院 2009 届学 士学位设计（论文）报告纸 4 年产 36 万吨合成氨脱硫工段工
6、艺设计 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 The year produces 360,000 tons to synthesize an ammonia to take 襄樊学院 2009 届学 士学位设计（论文）
7、报告纸 5 off sulphur work a segment a technological design Name of stendent: Director: Abstract With an annual output of 360,000 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
8、 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 he
9、at 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 1. 总 论 1.1 概 述 1
10、 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襄樊学院 2009 届学 士学位设计（论文）报告纸 6 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
11、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
12、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。 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。 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
13、、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。 襄樊学院 2009 届学 士学位设计（论文）报告纸 7 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
14、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
15、+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。 332942 )(242)(2 OHTN a V ON a O HOOHTOVNa 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。 22223 2)(22)(2 OHOOHTOOHT OHN a V OOVNaN
16、a O HOH 2394222 3422 H2O2+NaHS H2O+S+NaOH 襄樊学院 2009 届学 士学位设计（论文）报告纸 8 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
17、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
18、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，再脱除。干法脱硫具有郊率高、设备简
19、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，又分为中和法如乙襄樊学院 2009 届学 士学位设计（论文）报告纸 9 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。
