合成氨原料气净化脱硫工段设计

15万吨/年合成氨原料气净化脱硫工段设计

1总论

1.1概述

合成氨原料气中的硫是以不同形式的硫化物存在的，其中大部分是以硫化氢形式存在的无机硫化物，还有少量的有机硫化物。具体来说作为原料气的半水煤气中都含有一定数量的硫化氢和有机硫化物(主要有羰基硫、二硫化碳、硫醇、硫醚等)，能导致甲醇、合成氨生产中催化剂中毒，增加液态溶剂的黏度，腐蚀、堵塞设备和管道,影响产品质量。硫化物对合成氨的生产是十分有害的，燃烧物和工业装置排放的气体进入大气，造成环境污染，危害人体健康。硫也是工业生产的一种重要原料。因此为了保持人们优良的生存环境和提高企业最终产品质量，对半水煤气进行脱硫回收是非常必要的。

1.2文献综述

1.2.1合成氨原料气净化的现状

合成氨原料气(半水煤气)的净化就是清除原料气中对合成氨无用或有害的物质的过程，原料气的净化大致可以分为“热法净化”和“冷法净化”两种类型，原料气的净化有脱硫，脱碳，铜洗和甲烷化除杂质等，在此进行的气体净化主要是半水煤气的脱硫的净化。煤气的脱硫方法从总体上来分有两种：热煤气脱硫和冷煤气脱硫。在我国，热煤气脱硫现在仍处于试验研究阶段，还有待于进一步完善，而冷煤气脱硫是比较成熟的技术，其脱硫方法也很多。冷煤气脱硫大体上可分为干法脱硫和湿法脱硫两种方法，干法脱硫以氧化铁法和活性炭法应用较广，而湿法脱硫以砷碱法、ADA、改良ADA和栲胶法颇具代表性。

煤气干法脱硫技术应用较早，最早应用于煤气的干法脱硫技术是以沼铁矿为脱硫剂的氧化铁脱硫技术，之后，随着煤气脱硫活性炭的研究成功及其生产成本的相对降低，活性炭脱硫技术也开始被广泛应用。干法脱硫既可以脱除无机硫，又可以脱除有机硫，而且能脱至极精细的程度，但脱硫剂再生较困难，需周期性

生产，设备庞大，不宜用于含硫较高的煤气，一般与湿法脱硫相配合，作为第二级脱硫使用。

湿法脱硫可以处理含硫量高的煤气，脱硫剂是便于输送的液体物料，可以再生，且可以回收有价值的元素硫，从而构成一个连续脱硫循环系统。现在工艺上应用较多的湿法脱硫有氨水催化法、改良蒽醌二磺酸法（A.D.A法）及有机胺法。其中改良蒽醌二磺酸法的脱除效率高，应用更为广泛。改良ADA法相比以前合成氨生产中采用毒性很大的三氧化二砷脱硫，它彻底的消除了砷的危害。

基于此，在合成氨脱硫工艺的设计中我采用改良ADA法工艺。

1.2.2ADA的理化性质

ADA是蒽醌二磺酸(Anthraqinone Disulphonic Acid)的缩写。作为染料中间体，它有几种主要的异构体。

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。通常制备栲胶溶液的预处理条件列举在表1中：

表1 制备栲胶溶液的与处理条件

将纯碱溶液用蒸汽加热，通入空气氧化，并维持温度80～90℃，恒温10h 以上，让丹宁物质发生降解反应，大分子变小，表面活性物质变成非表面活性物

质，达到预处理目的。

栲胶法脱硫工艺，将碱性栲胶溶液打入溶液循环槽，自循环槽出来，经过滤加压后进入系统的裂脱塔，吸收气体中的H2S，由裂脱塔出来的溶液进入裂脱再生塔，再生好的溶液由塔底流到溶液循环槽，经过滤加压循环使用；脱硫溶液从循环槽出来后经过滤加压送到变脱塔，吸收气体中的H2S，由变脱塔出来的溶液进入变脱溶液再生塔，再生好的溶液由变脱再生塔出来，进入变脱溶液循环槽，再经过滤加压，如此循环使用。

1.2.3栲胶法脱硫的优缺点

1.2.3.1优点

(1) 栲胶资源丰富、价格低廉、无毒性、脱硫溶液成本低，因而操作费用要比改良ADA法低。

(2) 脱硫溶液的活性好、性能稳定、腐蚀性小。栲胶本身既是氧化剂，又是钒的络合剂，脱硫溶液的组成比改良ADA法简单，且脱硫过程没有硫黄堵塔问题。

(3) 脱硫效率大于98℅，所析出的硫容易浮选和分离。

(4) 栲胶法脱硫整个脱硫和再生过程为连续在线过程，脱硫与再生同时进行，不需要设置备用脱硫塔。

(5) 煤气脱硫净化程度可以根据企业需要，通过调整溶液配比调整，适时加以控制，净化后煤气中H2S含量稳定。

1.2.3.2缺点

设备较多，工艺操作也较复杂，设备投资较大。

1.3 设计任务的依据

工艺参数：

半水煤气中H2S，C1=0.16%

净化气中H2S，C2=0.003%

入吸收塔半水煤气量，G0 = 60000m3/h

入冷却塔半水煤气温度，t1=50 ℃

出冷却塔入吸收塔半水煤气温度，t2=35 ℃入吸收塔半水煤气压力，0.04MPa(表)

设计目标：

半水煤气中H2S浓度≤0.003%

2 生产流程或生产方案的确定

焦炉煤气的净化主要是要脱除煤气中的H2S，脱硫的方法有两种：干法脱硫、湿法脱硫。

干法脱硫既可以脱除无机硫，又可以脱除有机硫，而且能脱至极精细的程度，但脱硫剂再生较困难，需周期性生产，设备庞大，不宜用于含硫较高的煤气，一般与湿法脱硫相配合，作为第二级脱硫使用。

湿法脱硫可以处理含硫量高的煤气，脱硫剂是便于输送的液体物料，可以再生，且可以回收有价值的元素硫，从而构成一个连续脱硫循环系统。现在工艺上应用较多的湿法脱硫有氨水催化法、改良蒽醌二磺酸法（A.D.A法）及有机胺法。其中改良蒽醌二磺酸法的脱除效率高，应用更为广泛。但此法在操作中易发生堵塞，而且药品价格昂贵，近几年来，在改良A.D.A的基础上开发的栲胶法克服了这两项缺点。

3 生产流程说明

3.1反应机理

根据栲胶主组分的分子结构，按醌（酚）类物质，变价金属络合物两元氧化还原体系的反应模式，栲胶法脱硫的反应过程如下：

3.1.1碱性水溶液吸收H2S

Na2CO3+H2S→NaHS+NaHCO3

3.1.2五价钒络合物离子氧化HS-析出硫磺，五价钒被还原成四价钒

2V5++HS1-→2V4++S+H1+

3.1.3 醌态栲胶氧化四价钒成五价钒，空气中的氧氧化酚态栲胶使其再生，同时生成H2O2。

TQ（醌态）+V4++2H2O→THQ（酚态）+V5++2OH-

2THQ+O2→2TQ+H2O2

3.1.4 H2O2氧化四价钒和HS-

H2O2+V4+→V5++2OH-

H2O2+HS-→H2O+S+OH-

3.1.5 当被处理气体中有CO2、HCN、O2时产生如下副反应。

NaCO3+CO2+H2O→2NaHCO3

Na2CO3+2HCN→2NaCN+H2O+CO2

NaCN+S→NaCNS

2NaCNS+5O2→Na2SO4+CO2+SO2+N2

2NaHS+2O2→Na2S2O3+H2O

3.2主要操作条件

3.2.1溶液组分

溶液的主要组分是碱度、NaVO3、栲胶。

3.2.1.1 碱度

溶液的总碱度与其硫容量成线性关系，因而提高总碱度是提高硫容量的有效途径，一般处理低硫原料气时，采用的溶液总碱度为0.4N，而对高硫含量的原料气则采用0.8N的总碱度。

3.2.1.2 NaVO3含量

NaVO3的含量取决于脱硫液的操作硫容，即与富液中的HS-浓度符合化学计量关系。应添加的理论浓度可与液相中HS-的摩尔浓度相当，但在配制溶液时往往要过量，控制过量系数在1.3～1.5左右。

3.2.1.3栲胶浓度

作为氧载体，栲胶浓度应与溶液中钒含量存在着化学反应的计量关系。从络合作用考虑，要求栲胶浓度与钒浓度保持一定的比例，同时还应满足栲胶对碳钢表面缓蚀作用的含量要求。目前还无法有化学反应方程计算所需的栲胶浓度，根据实践经验，比较适宜的栲胶与钒的比例为1.1～1.3左右。工业生产中使用的溶液组成见下表2：

表2 工业生产使用的栲胶溶液组成

3.2.2温度

常温范围内，H2S、CO2脱除率及Na2S2O3生成率与温度关系不敏感。再生温度在45℃以下，Na2S2O3的生成率很低，超过45℃时则急剧升高。通常吸收与再生在同一温度下进行，约为30～40℃。

3.2.3 CO2的影响

栲胶脱硫液具有相当高的选择性。在适宜的操作条件下，它能从含99℅的CO2原料气中将200mg/m3（标）的H2S脱除至45mg/m3（标）以下。但由于溶

液吸收CO2后会使溶液的PH值下降，使脱硫效率稍有降低。

3.3工艺流程

拟设计栲胶法脱硫及再生反应过程如下：

(1) 吸收：在吸收塔内原料气与脱硫液逆流接触硫化氢与溶液中碱作用被吸收；

(2) 析硫：在反应槽内硫氢根被高价金属离子氧化生成单质硫；

(3) 再生氧化：在喷射再生槽内空气将酚态物氧化为醌态；

以上过程按顺序连续进行从而完成气体脱硫净化，湿法脱硫和再生工艺流程如下(见图)：

1－分离器；2－脱硫塔；3－水封；4－循环槽；5－溶液泵；6－液位调节器；

7－再生槽；8－硫泡沫槽；9－真空过滤机；10－熔硫釜；11－空气压缩机；

图1 湿法栲胶脱硫工艺流程简图

3.4主要设备介绍

3.4.1填料塔

填料塔用于要求高的H2S脱除效率。用作脱硫的填料塔每段填料间设有人孔，以供检查用。国内有些直径为5～6m大型塔，填料用聚丙烯的塑料鲍尔环

（大小为?76mm×76mm×2.5mm），塑料的表面较光滑，所以不易被硫堵塞，用这种填料同时有很高的脱硫效率。

3.4.2 氧化槽

世界上使用最多的是有空气分布板的垂直槽，圆形多孔板安装于氧化槽的底部，孔径一般为2mm，空气压力必须克服氧化槽内溶液的压头与分布板的阻力，空气在氧化器的截面均匀的鼓泡，液体与空气并流向上流动，硫泡沫在槽顶部的溢流堰分离，分离硫后的清液在氧化槽顶部下面一点引出。这种形式的氧化槽需要鼓风机将空气压入。中国很多工厂使用一种自吸空气喷射型的氧化槽，不需要空气鼓风机。液体加压从喷嘴进入，空气从文丘里的喉管吸入。

氧化槽是一大直径的圆槽，槽内放置多支喷射器。氧化槽目前使用最佳的是双套筒二级扩大式，脱硫液通过喷射再生管道反应，氧化再生后，经过尾管流进浮选筒，在浮选筒进一步氧化再生，并起到硫的浮选作用。由于再生槽采用双套筒，内筒的吹风强度较大，不仅有利于氧化再生，而且有利于浮选。内筒上下各有一块筛板，板上有正方形排列的筛孔，直径15mm，孔间距20mm，开孔率44%。内筒吹风强度大，气液混合物的重度小，而内外筒的环形区基本上无空气泡，因此液体重度大。在内筒和环形空间由于重度不同形成循环。

氧化槽的设计有如下三个基本参数①要求的空气流量；②氧化器的直径；③有效的液体容积。空气流量正比于硫的产量、反比于液体在氧化器内的有效高度，比值可按氧化器内每米有效液面高度氧利用率为0.6%～0.7%来计算。氧化器直径正比于空气流量与空气比重的平方，为了得到良好的硫浮选，空气流速一般选25～30m3/(min·m2)截面。液体在氧化器的停留时间正比于液体流量，要求的停留时间与氧化器数量有关，当用一个氧化器时，停留时间约45min，用两个氧化器停留时间不超过30min，多级氧化器有较高的气液传质效率，第一个氧化器出来的液体供给第二个氧化器，硫泡沫从第二个氧化器顶部分离，第一个氧化器的空气流量大，增大湍流使传质加快。第二个氧化器空气流量较小，使硫浮选。

3.4.3硫泡沫槽

硫泡沫槽是一锥形底的钢制圆筒，槽顶设有15～25转/min的搅拌机一个，

以保持槽内硫泡沫经常呈悬浮状态。此槽容积可按存放3～6h的硫泡沫存量计算。

3.4.4过滤器

工业上常用连续作业的鼓形真空过滤机，所需过滤面积可按每1m2过滤面积于1h内能滤过干燥硫磺60～80kg计算。通常采用的真空过滤机，当过滤面积为10m2时，其直径为2.6m，长为1.3m。

传统的硫回收装置，是将硫泡沫经真空过滤机过滤成硫膏，硫膏再送入熔硫釜中熔融。

中国最近使用戈尔膜过滤器来过滤硫泡沫。该过滤元件是由多振过滤薄膜袋组成，多孔膜的材料是聚四氟乙烯薄膜，可根据工作负荷的大小调整过滤薄膜袋的数量和膜的孔径，以达到良好的过滤效果，单台过滤器的膜面积为22.5～50m2。

戈尔薄膜滤料由于表面有一层致密而多孔的薄膜，不需要传统滤料的初始滤饼层，一开始过滤就是有效过滤，当经过一段时间后滤饼层积累到一定厚度，同样也影响过滤流量，这时可以给滤料一个以秒计的反向推动力，将滤料表面全部的滤饼迅速而轻松地从滤料表面推卸下来，称为反清洗。由于聚四氟乙烯自身的化学特性，它与任何物质均不粘连，因而所有的滤饼均可被清洗下来，滤料又恢复新滤料的过滤能力，这样过滤，反清洗，再过滤，再反清洗，一次又一次循环。这一工艺可在同样的时间内达到传统过滤器5～20倍的过滤流量，而用传统的过滤材料是无法实现这种频繁的反清洗工艺的。

戈尔过滤器是由罐体、管路、花板、滤芯、气动挠性阀、自动控制系统等组成。戈尔膜过滤器一般安装在硫泡沫槽后。泡沫液经1#阀进入过滤器，空气经3#阀排放后关闭3#阀，溶液经上腔进入贮槽。过滤一段时间后滤饼达到定值时，控制系统进入反冲状态，1#、2#、4#阀自动切换，反冲清膜，滤饼脱离袋沉降到锥底部，系统重新进入过滤状态。滤饼达到一定量时，开6#阀排硫膏，去熔硫釜熔成硫磺或脱水生成硫膏出售。

使用戈尔膜过滤器，可将硫泡沫高度净化，如进过滤器前悬浮硫含量为8g/L，出膜过滤器清液悬浮硫含量8mg/L，取出的硫是硫膏，水分含量低，缩短了熔硫

釜的熔硫时间，并节省蒸汽。

3.4.5熔硫釜

熔硫釜是一个装有直接蒸汽和间接蒸汽加热的设备，其操作压力通常为0.4MPa。其容积按能充满70%～75%计算，而放入的硫泡沫含有40%～50%的水分。对于直径1.2m，有效高度2.5m的熔硫釜，每次熔化所需的时间约为3～4h。

脱硫主要设备都用碳钢制作，为了防腐，在吸收塔、再生器的内表面可用适当的涂料涂刷。中国常用大漆、环氧树脂作涂料。中国介绍，用玻璃纤维加强聚酯涂料，在液体浸湿到的部位涂刷1.5～2.0mm厚。溶液泵的主要部分要用不锈钢制作，卧式再生槽的喷射器也用不锈钢，泵的密封用机械密封，以减少溶液的漏损。

4 工艺计算书

4.1原始数据

4.1.1焦炉煤气组分：

4.1.2脱硫液组分：

4.1.3设计工艺参数

焦炉煤气中H2S初始含量C1 = 2.5g/m3

净化气中H2S含量C2 =0.05g/m3

入吸收塔焦炉煤气气量G0 = 60000m3/h

入吸收塔焦炉煤气压力P0 = 0.039 Mpa

出吸收塔焦炉煤气压力P i = 0.037 Mpa

入吸收塔焦炉煤气温度，t0=35o C

硫容S = 0.416 Kg（H2S）/m3

氨产量17.6 t/h

熔硫釜的工作周期4h

熔硫釜的操作压力0.4Mpa

硫泡沫中硫含量S1 = 30 Kg/m3

硫泡沫槽溶液初始温度t1 = 400C；

硫泡沫槽溶液终温t2 = 800C；

熔硫釜硫膏初始温度t3 = 15 0C

熔硫釜加热终温t4 = 135 o C

入熔硫釜硫膏初始含水率80﹪

出熔硫釜硫膏含水率50﹪

硫膏密度ρS = 1500 Kg/m3

硫泡沫密度ρf =1100Kg/m3

硫泡沫比热容,C f =3.68 KJ/(Kg·K)；

常用熔硫釜全容积为V r = 1.6m3

熔硫釜装填系数为70﹪～75%

硫膏的比热容C s = 1.8 KJ/(Kg·K)

硫膏的熔融热C h=38.69 KJ/Kg

熔硫釜周围空间的散热系数λ= 12.56 KJ/(m·h·0C)

0.2MPa蒸汽的汽化热r1 = 2202.26 KJ/Kg

0.4MPa蒸汽的汽化热r2 = 2135.2 KJ/Kg

H2S气体密度ρG = 1.05 Kg/m3；

脱硫液液体密度ρG = 1050 Kg/m3

熔硫釜表面积F= 92 m2

喷射再生槽溶液流速W i = 25 m/s通常W i = 18～28 m/s

喷射再生槽喷嘴入口收缩角α1 = 14° 喷射再生槽喷嘴喉管长度L 6 = 3mm 喷射再生槽吸气室收缩角α2 = 30°

喷射再生槽管内空气流速取W A =3.5 m/s ； 喷射再生槽尾管直径扩张角取α3 = 7° 尾管中流体速W e = 1 m/s ； 4.2物料衡算

4.2.1H 2S 脱除，G 1，kg/h

G 1 =1000

)C -(C G 210 =60000×（2.5-0.05）/ 1000 = 147Kg/h=8.35 Kg/tNH 3

4.2.2溶液循环量L T ，m 3/h

L T =

S

G 1

= 147 / 0.1 = 1470m 3/h=83.52 Kg/tNH 3 式中 S — 溶液硫容量，kg/m 3，S = 0.1 Kg (H 2S)/m 3

4.2.3生成Na 2S 2O 3消耗H 2S 的量G 2, Kg/h

取Na 2S 2O 3的生成率为脱除量的8﹪，则：

G 2 = 147×8﹪ = 11.76 Kg/h=0.67Kg/tNH 3

4.2.4Na 2S 2O 3生成量，G 3，Kg/h

G 3 =

S

H O S Na M M G 23

2222= 11.76×158/2×34 = 27.32 Kg/h=3.59 Kg/tNH 3

式中M Na2S2O3 — Na 2S 2O 3分子量 M H2S — H 2S 分子量

4.2.5理论硫回收量G 4，kg/h

G 4 =（G 1－G 2）M S / M H2S = （147-11.76）×32/34 = 127.28 Kg/h=7.23 Kg/tNH 3 式中 M S — 硫的分子量

4.2.6理论硫回收率θ，﹪

θ= G 4/ G 1 = 127.28/147 = 86.6 ﹪ 4.2.7生成Na 2S 2O 3消耗纯碱的量G 5，Kg/h

G 5 = G 3M Na2CO3/ M Na2S2O3 =27.32×106 / 158 = 18.33 Kg/h=1.04 Kg/tNH 3 式中 M Na2CO3 — 碳酸钠的分子量；

4.2.8硫泡沫生成量G 6，m 3/h

G 6 = G 4/S 1 = 127.28/30 =4.24 m 3/h =0.24 m 3/tNH 3 式中 S 1 — 硫泡沫中硫含量，此处取S 1=30㎏/m 3；

4.2.9入熔硫釜硫膏量G 7

G 7 = G 4/S 2 = 127.28/0.2 = 636.4 Kg/h =36.16Kg/tNH 3 式中 S 2 — 硫膏含量，此处取S 2=20%；

4.2.10回收率η，﹪

η = 1

21C C C -= （2.5-0.05）/ 2.5 =98﹪

4.3热量衡算 4.3.1冷却塔热量衡算

4.3.1.1冷却塔热负荷，1Q ，KJ/t NH 3

()10121122P Q G C

t t W i W i

=-+-???? 式中0G —入冷却塔焦炉煤气量，Kmol/(tNH 3)；

P C —焦炉煤气平均等压比热容，KJ/( kmol.0C)；

07.20/(.)30.15kJ/ kmol P C Kcal Kmol c ==

12,t t —入、出冷却塔焦炉煤气温度；

12,W W —入、出冷却塔焦炉煤气温含水量，Kg/Kmol.

查得 120.784/,0.784/W Kg Kmol W Kg Kmol ==

12,i i —入，出冷却塔条件下水蒸气的焓，Kcal/Kg, 查表知12,i i

12619/2591.63/,619.6/2564.83/i Kcal Kg kJ Kg i Kcal Kg kJ Kg ==== 代入公式计算得

()()1152.1930.4450350.7842591.632564.83Q =-+-????

3152.19(30.44150.78426.8)

72687.65/k J t N H

=??+?=

4.3.1.2冷却水消耗量，3W ，33/m tNH

1

131000Q t W ?=

式中 1t ?——冷却水温升，O C ,此处取15O t C ?=。 ()33372687.6517.6100050.825/W m tNH =÷??=

4.3.2硫泡沫槽热量衡算

4.3.2.1硫泡沫槽热负荷Q 2，KJ/t NH 3

Q 2 = V f P f C f (t 3-t 4) = 4.24/17.6×1100×3.68×（80-40） = 39008 KJ/t NH 3

式中 V f — 硫泡沫体积，m 3，V f =G 6/17.6 ；

ρf — 硫泡沫密度，Kg/m 3 , ρf = 1100Kg/m 3； C f — 硫泡沫比热容，KJ/(Kg·K),C f =3.68 KJ/(Kg·K)；

T 4 — 槽中硫泡沫初温，t 1 = 400C ；

T 3 — 槽中硫泡沫终温，t 2 = 800C ； 17.6— 小时氨产量，t/h

4.3.2.2蒸汽消耗量，W4,Kg/t NH3

W4 = Q2/r1 = 39008/2202.26 =17.71 Kg/t NH3

式中r1－0.2MPa蒸汽的汽化热，r1 = 2202.26 KJ/Kg

4.3.3熔硫釜热量衡算

4.3.3.1熔硫釜热负荷Q3,KJ/釜

Q2 =G8C sρs(t5-t6)+0.5G8ρs C h +4λF(t5-t6)

= 1.2×1.8×1500×（135-15）+ 0.5×1.2×1500×38.69 + 4×12.56×92×（135-15）

= 978270.6 KJ/釜

式中G8－每一釜硫膏量，m3/熔硫釜，G8=0.75V r = 0.75×1.6 = 1.2 m3/釜V r－常用熔硫釜全容积为1.6m3

0.75 －熔硫釜装填系数为75%

C s—硫膏的比热容,KJ/(Kg·K), C s =1.8 KJ/(Kg·K)

C h—硫膏的熔融热，KJ/Kg ，C h=38.69 KJ/Kg

λ —熔硫釜周围空间的散热系数，KJ/(m·h·0C)，λ= 12.56 KJ/(m·h·0C)

F —熔硫釜表面积，F= 92 m2

T6 －入釜硫膏温度，o C，t3= 15 0C

t5 —釜内加热终温, o C ，t4 = 135 o C

0.5 —硫膏中含硫量50﹪

4 —熔1釜所需时间（工作周期），h

ρS—硫膏密度，Kg/m3，ρS = 1500 Kg/m3

4.3.3.2 蒸汽消耗量W2，Kg/釜

W 2 = Q 3 /r 2 = 978270.6/2135.27 = 458.148 KJ/釜 式中 r 2 — 0.4MPa 蒸汽汽化热，r 2 = 2135.27KJ/Kg

5 主要设备的工艺计算和设备选型

5.1主要设备的工艺尺寸 5.1.1 填料吸收塔计算 5.1.1.1 塔径

利用贝恩-霍根关联式计算[10]

1

1

2480.23f t v v L g L l V l u a W l A K g W ρρμερρ??????????=-?? ? ? ? ?????????????

0.204=-11

4814701050 1.051.7560000 1.051050????? ? ??????

=-1.4378

f u = 1.617= 0.85 1.375/f u u m s ==

3.93D m === 圆整得， D =4m

式中 f u -泛点气速,/m s ,

L w － 流体质量流速，Kg/(h.L) ，L w = L T ρL = 1470×1050 = 1543500 Kg/(h.L)；

v w － 气体质量流速，Kg/(h.L) ，v w = G 0ρG = 60000×

1.05 =

63000 Kg/(h.L)；

α－填料比表面积，m2/m3，选用θ50mm×25 mm×1.5mm塑料阶

梯环，α= 114 m2/m3；

ε－填料孔隙率，m3/ m3，ε= 0.927 m3/ m3；

μL－溶液粘度，m·Pa·s，μ= 0.8 m·Pa·s ；

ρv－气体密度，Kg/m3，ρv = 1.05 Kg/m3；

ρL－液体密度，Kg/m3，ρL = 1050 Kg/m3；

A.K-关联常数，查相关数据表得A=0.204,K=1.75

ɡ－重力加速度，m/s2 , ɡ= 9.81 m/s2

D －吸收塔直径，m ；

5.1.1.2填料层高度计算

吸收过程传质系数K G的计算[6]

K G = A·u1.3C Na0.1B-0.01 = 10×(1.375)1.3×(5)0.1×(24.5)-0.01

=17.21 kg/m2·h·MPa

式中K G －传质系数，kg/m2·h·MPa ；

A －经验数，A = 10；

u －操作气速，m/s ；

C Na－溶液中Na2CO3的含量，C Na= 5 g/L；

B－吸收过程液气比，B = L T / G0 3

吸收过程平均推动力ΔP m

ΔP m = (P1-P1*)-(P2-P2*)/ [㏑(P1-P1*)/ (P2-P2*)]

= 0.0023-0.000045/㏑（0.0023÷0.000045）

=0.57×10-3atm ；

式中P1－吸收塔入口气相H2S分压，atm ；

P1 = P0C1×22.4/M H2S =1.39×2.5×22.4/34×1000 = 0.0023atm

P2－吸收塔出口气相H2S分压，atm ；

P2= P i C2×22.4/M H2S= 1.37×0.05×22.4/34×1000 = 0.000045

atm ；

P 0－ 吸收塔入口压力 ，atm ，P 0 = 1.39atm ； P i － 吸收塔出口压力 ，atm ，P i = 1.37atm ；

P 1*，P 2*－ 吸收塔入，出口气相H 2S 平衡分压 ，Mpa ，溶液

中H 2S 含量很低，可以忽略。P 1*= P 2*=0

所需传质面积的计算

A P = G 1/ K G △P m = 147/17.21×0.57×10-3 =14985 m 2 填料层高度的计算

H P = A P /0.785D 2α=14985/0.785×42×114 = 10.47 m 取填料层高度:H P =11 m 对于阶梯环填料，max 8~15,6h

h mm D

=≤ 取

8h

D

=,则 8400032000h mm =?=

计算得填料层高度为11000mm,故无需分段

5.1.1.3 压降的计算

采用Eckert 通用关联图计算填料层压降[10] 横坐标为

0.5

G L

G

L w w ρρ?? ???

0.5

14701050 1.05

60000 1.051050

???=? ???? 24.50.03=?

0.775= 纵坐标为

20.2

20.2998 1.051.375890.8105010509.81

G

L L u g ρφ?μρ????

?? ?????

= ???

0.016=

u －空塔气速，m/s

g －重力加速度，9.81m/s 2

φ－填料因子，m -1

ψ－液体密度校正系数，ψ=ρ水/ρ液

L ρ,G ρ－液体,气体的密度，3/kg m L μ－液体粘度，a mp s

L W ,G W －液体，气体的质量流量，/kg s 查图得/40/a P Z P m ?= 填料层压降为 4011

440

a p p ?=?= 塔径与填料尺寸之比：4000/50=80 > 10 所以填料选择正确。

查得：液体的喷淋密度 l = 22m 3/m 2·h 填料的润湿率L W

L W =l/α = 22/114=0.192 m 3/m 2·h > 0.08 m 3/m 2.h 合适 式中 α－ 填料的比表面积，m 2/m 3 ； 塔截面积A=0.785D 2=0.785×42=12.56m 2 式中 A －塔截面积，m 2 D － 塔径，m ；

填料个数N =αd -3 = 0.77×（0.05）-3= 6160 个/m 3 式中 N － 单位体积内填料的个数，个/m 3 ；

-合成氨原料气的制备方法

年产五十万吨合成氨的原料气制备工艺筛选 合成氨生产工艺流程简介 合成氨因采用的工艺不同其生产流程也有一定的差别，但基本的生产过程都大同小异，基本上由原料气的生产、原料气的净化、合成气的压缩以及氨合成四个部分组成。 ●原料气的合成 固体燃料生产原料气：焦炭、煤 液体燃料生产原料气：石脑油、重油 气体燃料生产原料气：天然气 ●原料气的净化 CO变换 ●合成气的压缩 ●氨的合成 工业上因所用原料制备与净化方法不同，而组成不同的工艺流程，各种原料制氨的典型流程如下： 1)以焦炭（无烟煤）为原料的流程 50年代以前，世界上大多数合成氨厂采用哈伯-博施法流程。以焦炭为原料的吨氨能耗为88GJ，比理论能耗高4倍多。 我国在哈伯-博施流程基础上于50年代末60年代初开发了碳化工艺和三催化剂净化流程： ◆碳化工艺流程将加压水洗改用氨水脱除CO2得到的碳酸氢铵经结晶，分离后作 为产品。所以，流程的特点是气体净化与氨加工结合起来。 ◆三催化剂净化流程采用脱硫、低温变换及甲烷化三种催化剂来净化气体，以替代 传统的铜氨液洗涤工艺。 2)以天然气为原料的流程 天然气先要经过钴钼加氢催化剂将有机硫化物转化成无机硫，再用脱硫剂将硫含量脱除到以下，这样不仅保护了转化催化剂的正常使用，也为易受硫毒害的低温变换催化剂应用提供了条件。 3)以重油为原料的流程 以重油作为制氨原料时，采用部分氧化法造气。从气化炉出来的原料气先清除炭黑，经CO耐硫变换，低温甲醇洗和氮洗，再压缩和合成而得氨。 二、合成氨原料气的制备方法简述 天然气、油田气、炼厂气、焦炉气、石脑油、重油、焦炭和煤，都是生产合成氨的原料。除焦炭成分用C表示外，其他原料均可用C n H m来表示。它们呢在高温下与蒸汽作用生成以H2和CO为主要组分的粗原料气， 这些反应都应在高温条件下发生，而且为强吸热反应，工业生产中必须供给热量才能使其进行。 按原料不同分为如下几种制备方法： ●以煤为原料的合成氨工艺 各种工艺流程的区别主要在煤气化过程。 典型的大型煤气化工艺主要包括固定床碎煤加压气化工艺、德士古水煤浆加压气化工艺以及壳牌干煤粉加压气化工艺。 ①固定床碎煤气化

年产30万吨合成氨脱碳工段工艺设计

年产30万吨合成氨脱碳 工艺项目 可行性研究报告 指导教师：姚志湘 学生：魏景棠

目录 第一章总论 (3) 1.1 概述 (3) 1.1.1 项目名称 (3) 1.1.2 合成氨工业概况 (3) 1.2 项目背景及建设必要性 (4) 1.2.1 项目背景 (4) 1.2.2 项目建设的必要性 (4) 1.2.3 建设意义............................................................................. 错误！未定义书签。 1.2.4 建设规模 (4) 第二章市场预测 (6) 2.1国内市场预测 (6) 2.2 产品分析 (6) 第三章脱碳方法及种类.. (7) 3.1 净化工序中脱碳的方法. (7) 3.1.1 化学吸收法 (7) 3.1.2 物理吸收法 (8) 3.1.3 物理化学吸收法................... (8) 3.1.4 固体吸收法 (10) 3.2碳酸丙烯酯（PC）法脱碳基本原理 (10) 3.2.1 PC法脱碳技术国内外的情况 (10) 3.2.2 发展过程 (10) 3.2.3 技术经济 (11) 3.2.4 工艺流程 (11) 3.2.5 存在的问题及解决方法 (12) 3.2.6 PC脱碳法发展趋势 (13)

第一章项目总述 2.1 概述 1.1.1项目名称 年产30万吨合成氨脱碳工段工艺设计 1.1.2合成氨工业概况 1898年，德国A.弗兰克等人发现空气中的氮能被碳化钙固定而生成氰氨化钙（又称石灰氮），进一步与过热水蒸气反应即可获得氨： CaCN2＋3H2O（g）→2NH3（g）＋CaCO3 在合成氨工业化生产的历史中，合成氨的生产规模（以合成塔单塔能力为依据）随着机械、设备、仪表、催化剂等相关产业的不断发展而有了极大提高。50年代以前，最大能力为200吨/日，60年代初为400吨/日，美国于1963年和1966年分别出现第一个600t/d 和1000t/d的单系列合成氨装置，在60-70年代出现1500-3000t/d规模的合成氨。 世界上85%的合成氨用做生产化肥，世界上99%的氮肥生产是以合成氨为原料。虽然全球一体化的发展减少了用户的选择范围，但市场的稳定性却相应地增加了，世界化肥生产的发展趋势是越来越集中到那些原料丰富且价格便宜的地区，中国西北部有蕴藏丰富的煤炭资源，为发展合成氨工业提供了极其便利的条件。 2.2 项目背景及建设必要性 1.2.1 项目背景 我国是一个人口大国，农业在国民经济中起着举足轻重的作用，而农业的发展离不开化肥。氮肥是农业生产中需要量最大的化肥之一，合成氨则是氮肥的主要来源，因而合成氨工业在国民经济中占有极为重要的位置。 我国合成氨工业始于20世纪30年代，经过多年的努力，我国的合成氨工业得到很大的发展，建国以来合成氨工业发展十分迅速，从六十年代末、七十年代初至今，我国陆续引进了三十多套现代化大型合成氨装置，已形成我国特有的煤、石油、天然气原料并存和大、中、小规模并存的合成氨生产格局。目前我国合成氨产能和产量己跃居世界前列。 但是，由于在我国合成氨工业中，中小型装置多，技术基础薄弱，国产化水平低，远远不能满足农业生产和发展的迫切需要，因此，开发新技术的同时利用计算机数学模型来提高设汁、生产、操作和管理等的核算能力，促进设计、管理和生产操作的优化，从而推动合成氨工业发展，提升整体技术水平，己成为国内当前化学工程科研、工程设计的重要课题。

合成氨工艺设计

合成氨工艺设计 摘要：介绍了不同原料的合成氨和合成氨各个工段工艺流程，指出了我国合成氨工艺技术现状及其未来发展趋势，认为未来合成氨技术进展的主要趋势是大型化、低能耗、结构调整、清洁生产、长周期运行。 关键词：合成氨；发展现状；发展趋势 氨是最为重要的基础化工产品之一, 其产量居各种化工产品的首位; 同时也是能源消耗的大户, 世界上大约有10% 的能源用于生产合成氨。氨主要用于农业, 合成氨是氮肥工业的基础, 氨本身是重要的氮素肥料, 其他氮素肥料也大多是先合成氨、再加工成尿素或各种铵盐肥料, 这部分约占70% 的比例, 称之为“化肥氨”; 同时氨也是重要的无机化学和有机化学工业基础原料, 用于生产铵、胺、染料、炸药、制药、合成纤维、合成树脂的原料, 这部分约占30%的比例, 称之为“工业氨”。未来合成氨技术进展的主要趋势是“大型化、低能耗、结构调整、清洁生产、长周期运行”。 一、不同原料合成氨工艺流程 1、以固体燃料（煤或焦炭）为原料的合成氨的简要生产过程 煤或焦炭造气脱硫 CO变换 精制脱CO2 压缩 合成合成尿素 氨尿素 2、以天然气或轻油为原料的合成氨的简要生产过程 天然气或轻油脱硫一段转化二段转化 CO高变 CO低变 压缩甲烷化脱CO2 合成合成尿素 氨尿素 3、以重油为原料的合成氨的简要生产过程 重油油气化除炭黑脱硫 CO变化 空气空分脱CO 2 液氨洗涤合成尿素

尿素 压缩合成 氨 二、合成氨各工段工艺流程（以煤为原料） 1、造气工段（间歇式气化过程在固定床煤气发生炉中进行的） （1）五个阶段： ①吹风阶段：吹入空气，提高燃料层温度，吹风气放空。 工艺流程：空气—煤气炉底部—燃料层—炉顶—上旋风除尘器—废热锅炉—烟囱放空或送吹风气系统回收。 ②一次上吹制气阶段：自下而上送入水蒸汽进行气化反应，燃料层下部温度下降，上部升高。 工艺流程：水蒸汽和加氮空气—煤气炉底部—燃料层—炉顶—上旋风除尘器—废热锅炉—洗气箱—洗气塔—煤气总管—气柜 ③下吹制气阶段：水蒸汽自上而下进行反应，使燃料层温度趋下均衡。 工艺流程：蒸汽（不加空气）—炉顶—燃料层—炉底—废热锅炉—洗气箱—洗气塔—煤气总管—气柜 ④二次上吹制气阶段：使底部下吹煤气排净，为吹入空气做准备。工艺流程与一次上吹阶段相同。 ⑤空气吹净阶段：此部分吹风气加以回收，作为半水煤气中氮的主要来源。 工艺流程：空气—煤气炉底部—燃料层—炉顶—上旋风除尘器—废热锅炉—洗气箱—洗气塔—煤气总管—气柜 （2）工艺条件： ①温度：炉温应较熔点温度低50℃ ②吹风速度：吹风速度直接决定放热。 ③蒸汽用量：是改善煤气质量和提高煤气产量的重要手段之一。 ④循环时间及其分配：等于或略少于3min 2、净化工段

合成氨精脱硫工艺介绍

氨气合成工艺流程图新乡中科化工合成氨工艺 煤…… 造气…… 净化除尘……静电除尘…… 脱硫……合成甲醇（CO+2H 2-----CH 3 OH △H1 =651kj/mol 吸热） CO置换……

脱碳…… 精制气体……制取氨气……

气体循环……气体回收 1）予脱塔 原料气进入工段经过预脱塔先进行初脱硫。 2）预热塔 用蒸汽加热到40-80℃，为接下来的水解塔工段进行做准备。 3）水解塔 使用水解催化剂，脱出无机硫。在温度为320～350℃、压力为1.3～1.5MPa的条件下，在钴钼脱硫剂的作用下进行有机硫加氢转化反应及氧化锌吸收生成H2S ZnS，排入地沟。 4）水冷器 水冷器是为使水冷却到常温，方便后一阶段的精脱硫。 5）精脱塔 这个工段脱出的是有机硫，把最后残余的硫进行精脱，减少氨气中硫的含量。 经过这5个工段后，硫的含量小于0.06×10－6，甲醇催化剂寿命大大延长， 减少更换甲醇催化剂，生产时间和能力大幅度提高。 用到的设备有预脱塔、预热器、水解塔、水冷器、精脱塔。 合成氨 氨氨（Ammonia，旧称阿莫尼亚）是重要的无机化工产品之一，在国民经济中占有重要地位。农业上使用的氮肥，除氨水外，诸如尿素、硝酸铵、磷酸铵、氯化铵以及各种含氮复合肥都是以氨为原料生产的。合成氨是大宗化工产品之一，世界每年合成氨产量已达到1亿吨以上，其中约有80%的氨用来生产化学肥料，20%作为其它化工产品的原料。 合成氨指由氮和氢在高温高压和催化剂存在下直接合成的氨。别名氨气，分子式为NH3，英文名：synthetic ammonia。世界上的氨除少量从焦炉气中回收外，绝大部分是合成的氨。 合成氨主要用于制造氮肥和复合肥料。氨作为工业原料和氨化饲料，用量约占世界产量的12％。硝酸、各种含氮的无机盐及有机中间体、磺胺药、聚氨酯、聚酰胺纤维和丁腈橡

合成氨循环气分离工艺设计

文献综述 1.氨的性质及主要用途 氨是一种无色、有刺激性气味的气体，极易溶于水(1:700)，密度比空气小，易液化（在常压下冷却至-33.5℃或常温下加压至70-80bar）。氨是制造化肥、硝酸、炸药的重要原料。氨对地球上的生物相当重要，它是许多食物和肥料的重要成分。氨也是所有药物直接或间接的组成。氨有很广泛的用途，同时它还具有腐蚀性等危险性质。由于氨有广泛的用途，氨是世界上产量最多的无机化合物之一，多于八成的氨被用于制作化肥。 2.世界(或国内)合成氨的生产现状及发展前景 2.1合成氨的生产现状 国际肥料工业协会在第七十七届年会上发布《全球肥料和原材料供需展望》报告，预期全球合成氨产量将由2008年的1.809亿吨(实物量NH3，下同)增长至2013年的2.178亿吨，届时全球合成氨海运贸易总量将达到2060万吨。其中，全球新建合成氨装置中有三分之一来自中国，其余来自阿尔及利亚、特立尼达、委内瑞拉、沙特、巴基斯坦、印度等国家。随着新建合成氨装置的投产，区域合成氨贸易将继续增加，全球合成氨生产和海运贸易都将迎来新的增长期。 据IFA对全球合成氨产量的调查显示，2008年全球合成氨产量接近1.528亿吨，比2007年减少了1%。中国、澳大利亚、欧洲、俄罗斯、特立尼达和多巴哥、印度、沙特等国均由于市场需求疲软而减少，伊朗、加拿大、印度尼西亚、墨西哥、委内瑞拉等需求继续增加。2008年全球合成氨产能达到1.809亿吨，比2007年增加500万吨，主要来自于中国、非洲、西亚等地区。 目前，约有80%的合成氨用来生产化学肥料，其余作为生产其他化工产品的原料。除了生产尿素，硝酸及硝酸铵等产品间接用于工业生产外，合成氨还直接用于丙烯腈、己内酰胺等产品的生产。同时，在其他工业领域也有十分广泛的应用，如用作制冰箱、空调、冷藏系统的制冷剂，在冶金工业中用来提炼矿石中的铜、镍等金属、在医药和生物化学方面用作生产磺胺类药物、维生素、蛋氨酸和其他氨基酸等[1]。 2.2我国合成氨及下游产品工业消费现状与预测 我国是世界上最大的合成氨生产国，产量约占世界总产量的1/3。“十一五”期间，合成

吨合成氨脱硫系统工艺设计方案

3000吨型合成氨厂脱硫系统工艺 目录 1.设计任务 (3) 2.脱硫方法的选择 (4) 3.工艺流程 (5) 4.物料衡算 (8) 5.热量衡算 (12) 6.设备尺寸计算 (15) 7.主要设备及其工艺参数 (20) 8.致谢 (24) 1 / 24

合成氨脱硫工艺设计说明书 第一节设计任务 1．设计工程：合成氨脱硫工艺设计 2．年生产能力：3000吨 3．设计依据：合成氨原料气中，一般总含有不同数量的无机硫化物和有机硫化物，这些硫化物的成分和含量取决于气化所用燃料的性质及其加工的方法。原料气中的硫含量，可以认为于燃料只能跟硫含量成正比。一般说来，以焦碳3,有机/标准M或无烟煤制的的水煤气或半水煤气中，较高者，硫化氢达4-6克3<主要为硫氧化碳；其次为二氧化碳，约占百分之十标准M硫0.5-0.8克/33。但是近标准M，有机硫0.05-0.2克/几）；较低者，硫化氢1-2克/标准M来有些小合成氨厂用当地高硫煤作原料，制得的煤气中硫化氢含量也有高达33<主要为二氧化碳。其次为硫氧化碳标准M.标准M，有机硫1-2克//20-30克硫醇和噻吩）。天然气中硫化氢的含量，则因地区不同有极大的差异，约在3的范围内变动，有机硫则以硫醇为主。重油.M轻油中的硫含量0.5-15克/标准亦因不同的石油产地而有极大的差异。重油部分氧化法的制气过程中，重油只能感的硫分有95%以上转化成硫化氢，只有小部分变成有机硫，其主要组分为硫氧化碳。例如，含硫分0.3-5.5%的重油，气体得到的气体中含硫化氢1.1-33。原料气中碳化物的存在，会增M克0.03-0.4/标准M/2.0克标准和硫氧化碳加气体对金属的腐蚀并使催化剂中毒。此外，硫本身也是一种重要的资源，应当予以回收。为此。必须对原料气进行脱硫4.其它：由于本设计为假定的设计，因此有关设计任务书的其它工程，如进行设计的依据、厂区或厂址、主要经济技术指标、原料的供应、技术规格以及燃2 / 24 料种类、水电汽的主要来源、与其它工业企业的关系、建厂期限、设计单位、设计进度及设计阶段的规定等均从略。 第二节脱硫方法的选择 脱硫气体中硫化氢的方法很多，一般可分为湿法与干法两大类。湿法脱硫按溶液的吸收于再生性质，又可分为氧化法，化学吸收法，物理吸收法三类。 氧化法是借溶液中载氧体的催化作用，把被吸收的硫化氢氧化成硫磺，使溶液获得再生。主要有葱醌二磺酸纳法.氨水催化法.砷碱法和砷碱法

合成氨原料气净化脱硫工段设计

15万吨/年合成氨原料气净化脱硫工段设计 1总论 1.1概述 合成氨原料气中的硫是以不同形式的硫化物存在的，其中大部分是以硫化氢形式存在的无机硫化物，还有少量的有机硫化物。具体来说作为原料气的半水煤气中都含有一定数量的硫化氢和有机硫化物(主要有羰基硫、二硫化碳、硫醇、硫醚等)，能导致甲醇、合成氨生产中催化剂中毒，增加液态溶剂的黏度，腐蚀、堵塞设备和管道,影响产品质量。硫化物对合成氨的生产是十分有害的，燃烧物和工业装置排放的气体进入大气，造成环境污染，危害人体健康。硫也是工业生产的一种重要原料。因此为了保持人们优良的生存环境和提高企业最终产品质量，对半水煤气进行脱硫回收是非常必要的。 1.2文献综述 1.2.1合成氨原料气净化的现状 合成氨原料气(半水煤气)的净化就是清除原料气中对合成氨无用或有害的物质的过程，原料气的净化大致可以分为“热法净化”和“冷法净化”两种类型，原料气的净化有脱硫，脱碳，铜洗和甲烷化除杂质等，在此进行的气体净化主要是半水煤气的脱硫的净化。煤气的脱硫方法从总体上来分有两种：热煤气脱硫和冷煤气脱硫。在我国，热煤气脱硫现在仍处于试验研究阶段，还有待于进一步完善，而冷煤气脱硫是比较成熟的技术，其脱硫方法也很多。冷煤气脱硫大体上可分为干法脱硫和湿法脱硫两种方法，干法脱硫以氧化铁法和活性炭法应用较广，而湿法脱硫以砷碱法、ADA、改良ADA和栲胶法颇具代表性。 煤气干法脱硫技术应用较早，最早应用于煤气的干法脱硫技术是以沼铁矿为脱硫剂的氧化铁脱硫技术，之后，随着煤气脱硫活性炭的研究成功及其生产成本的相对降低，活性炭脱硫技术也开始被广泛应用。干法脱硫既可以脱除无机硫，又可以脱除有机硫，而且能脱至极精细的程度，但脱硫剂再生较困难，需周期性

合成氨原料气的生产

合成氨原料气的生产 一．煤气化 （1）气化原理 煤在煤气发生炉中由于受热分解放出低分子量的碳氢化合物，而煤本身逐渐焦化，此时可将煤近似看作碳。 ①反应速率 以空气为气化剂 C+O2→CO2 △H=-393.770kJ/mol C+1/2O2→CO △H=-110.595kJ/mol C+CO2→2CO △H=172.284kJ/mol CO+1/2O2→CO2 △H=-283.183kJ/mol 在同时存在多个反应的平衡系统，系统的独立反应数应等于系统中的物质数减去构成这些物质的元素数。 以水蒸气为气化剂 C+H2O→CO+H2 △H=131.39kJ/mol C+2H2O→CO2+2H2△H=90.20kJ/mol CO+H2O→CO2+H2△H=-41.19kJ/mol C+2H2→CH4△H=-74.90kJ/mol ②反应速率 气化剂和碳在煤气发生炉中的反应属于气固相非催化剂反应。随着反应的进行，碳的粒度逐渐减小，不断生成气体产物。反过程一般由气化剂的外扩散、吸附、与碳的化学反应及产物的吸附，外扩散等组成。反应步骤分为： A. C+O2→CO2 的反应速率研究表明，当温度在775O C以下时，其反应速率大致表示为： R=ky o2 式中 r-碳与氧生成二氧化碳的反应速率 k-反应速率常数 y o2- 氧气的速率 B.C+CO2→2CO的反应速率此反应的反应速率比碳的燃烧反应慢得多， 的一级反应。 在2000O C以下属于化学反应控制，反应速率大致是CO 2

C.CO+H2O→CO2+H2的反应速率碳与水蒸气之间的反应，在400-1000O C 的温度范围内，速度仍较慢，因此为动力学控制，在此范围内，提高温度是提高反应速率的有效措施。 二．制取半水煤气的工业方法 由以上可知，空气与水蒸气同时进行气化反应时，如不提供外部热源，则气+CO)的含量大大低于合成氨原料气的要求。为解决气体成分与热量化产物中(H 2 平衡这一矛循，可采用下列方法： (1)外热法如利用原子能反应堆余热或其他廉价高温热源，用熔融盐、熔融铁等介质为热载体直接加热反应系统，或预热气化剂，以提供气化过程所需的热能。这种方法目前尚处于研究阶段。 50%左右)和水蒸气作为气化剂同 (2)富氧空气气化法用富氧空气(含O 2 时进行气化反应。由于富氧空气中含氮量较少，故在保证系统自热运行的同时，半水煤气的组成也可满足合成氨原料气的要求。此法的关键是要有较廉价的富氧空气来源。 (3)蓄热法空气和水蒸气分别送入燃料层，也称间歇气化法。其过程大致为：先送入空气以提高燃料层温度，生成的气体(吹风气)大部分放空；再送入水蒸气进行气化反应，此时燃料层温度逐渐下降。所得水煤气配入部分吹风气即成半水煤气。如此间歇地送空气和送蒸汽重复进行，是目前用得比较普遍的补充热量的方法，也是我国多数中、小型合成氨厂的重要气化方法。 三.间歇式生产半水煤气 工业上间歇式气化过程，是在固定层煤气发生炉中进行的，如图3-3。块状燃料由顶部间歇加入，气化剂通过燃料层进行气化反应，灰渣落入灰箱后排出炉外。

合成氨的工艺流程.doc

合成氨的工艺流程 氨是重要的无机化工产品之一，在国民经济中占有重要地位。除液氨可直接作为肥料外，农业上使用的氮肥，例如尿素、硝酸铵、磷酸铵、氯化铵以及各种含氮复合肥，都是以氨为原料的。合成氨是大宗化工产品之一，世界每年合成氨产量已达到1亿吨以上，其中约有80%的氨用来生产化学肥料，20%作为其它化工产品的原料。 德国化学家哈伯从1902年开始研究由氮气和氢气直接合成氨。于1908年申请专利，即“循环法”，在此基础上，他继续研究，于1909年改进了合成，氨的含量达到6%以上。这是目前工业普遍采用的直接合成法。反应过程中为解决氢气和氮气合成转化率低的问题，将氨产品从合成反应后的气体中分离出来，未反应气和新鲜氢氮气混合重新参与合成反应。合成氨反应式如下： N2+3H2=2NH3(该反应为可逆反应,等号上反应条件为:"高温，高压",下为:"催化剂") 合成氨的主要原料可分为固体原料、液体原料和气体原料。经过近百年的发展，合成氨技术趋于成熟，形成了一大批各有特色的工艺流程，但都是由三个基本部分组成，即原料气制备过程、净化过程以及氨合成过程。 合成氨是由氮和氢在高温高压和催化剂存在下直接合成的氨。别名：氨气。分子式NH3英文名：synthetic ammonia。世界上的氨除少量从焦炉气中回收副产外，绝大部分是合成的氨。 1.合成氨装置模型图： 工业生产上合成氨装置图 2、合成氨工艺流程叙述： (1)原料气制备将煤和天然气等原料制成含氢和氮的粗原料气。对于固体原料煤和焦炭，通常采用气化的方法制取合成气；渣油可采用非催化部分氧化的方法获得合成气；对气态烃类和石脑油，工业中利用二段蒸汽转化法制取合成气。 (2)净化对粗原料气进行净化处理，除去氢气和氮气以外的杂质，主要包括变换过程、脱硫脱碳过程以及气体精制过程。 ①一氧化碳变换过程 在合成氨生产中，各种方法制取的原料气都含有CO，其体积分数一般为12%~40%。合成氨需要的两种组分是H2和N2，因此需要除去合成气中的CO。变换反应如下：

合成氨粗原料气的脱硫工艺概述

Hefei University 题目：合成氨粗原料气的脱硫工艺综述系别：化学材料与工程系 班级：12化工（2） 姓名： 学号： 教师：朱德春

合成氨粗原料气的脱硫工艺 【摘要】合成氨原料气中的硫是以不同形式的硫化物存在的，其中大部分是以硫化氢形式存在的无机硫化物，还有少量的有机硫化物。具体来说作为原料气的半水煤气中都含有一定数量的硫化氢和有机硫化物(主要有羰基硫、二硫化碳、硫醇、硫醚等)，能导致甲醇、合成氨生产中催化剂中毒，增加液态溶剂的黏度，腐蚀、堵塞设备和管道，影响产品质量。硫化物对合成氨的生产是十分有害的，燃烧物和工业装置排放的气体进入大气，造成环境污染，危害人体健康。硫也是工业生产的一种重要原料。因此为了保持人们优良的生存环境和提高企业最终产品质量，对半水煤气进行脱硫回收是非常必要的。 【关键词】脱硫；钴钼加氢法；改良ADA法 【Abstract】ammonia synthesis feed gas sulfur is present in different forms sulfides, most of which is present in the form of inorganic sulfur compounds hydrogen sulfide, a small amount of organic sulfides. Specifically, as the raw material gas semi-water gas contain a certain amount of hydrogen sulfide and organic sulfides (mainly carbonyl sulfide, carbon disulfide, mercaptans, sulfides, etc.) can lead to methanol, ammonia synthesis catalyst poisoning, increasing the liquid solvent viscosity, corrosion, plugging equipment and pipelines, affecting product quality. Sulfide production of ammonia is very harmful, gas combustion and industrial installations emissions into the atmosphere, causing environmental pollution and endanger human health. Sulfur is also an important raw material for industrial production. So in order to keep good people and improve the living environment of the final product quality, semi-water gas desulfurization recovery is necessary. 【Keywords】desulfurization; cobalt-molybdenum hydrogenation; modified ADA 【前言】固体燃料为原料所制得的粗原料气，经除尘后，含有一定量的硫化物、CO、CO2，这些都是氨合成催化剂的毒物，必须除去；而以液态烃、气态烃为原料制合成气，因原料中含有一定量的硫化物，在蒸气转化反应前就必须先行除去，否则会引起镍催化剂中毒。简而言之在合成反应之前，必须除去粗原料气中的硫化物、CO、CO2，即必须要进行净化操作。合成氨的脱硫方法从总体上来分有两种：干法广，脱硫和湿法脱硫。用较而湿法脱硫以砷气碱法、ADA、改

年产14万吨合成氨脱硫工艺设计论文

郑州大学 化工与能源学院 专业化学工程与工艺班级 4班 姓名张晓丹学号 20110380429 题目年产14万吨合成氨脱硫工艺设计 指导老师万亚珍职称教授 李亦帆职称博士 系主任侯翠红职称教授

2015年 1 月 24 日

目录 1.设计任务书 (4) 1.1设计要求 (4) 1.2设计依据 (4) 2.工艺设计条件 (6) 3.工艺流程叙述 (7) 3.1概述 (7) 3.2生产流程简述 (8) 3.2.1原理 (8) 3.2.2工艺流程简图 (10) 4.要紧工艺指标 (11) 4.1设计方案的确定 (11) 4.2物料衡算 (11)

4.2.1汲取塔的物料衡算 (12) 4.2.2各流股的物料衡算 (13) 4.3热量衡算 (14) 5.工艺设计 (15) 5.1 基础物性数据 (15) 5.2 汲取塔的设计 (16) 5.2.1 塔径计算 (16) 5.2.2 塔径校核 (18) 5.2.3 填料层高度及分段 (19) 5.2.4 填料塔压降的计算 (23) 5.2.5 填料支撑板 (25) 5.3喷射氧化再生槽的计算 (26) 5.3.1 槽体的计算 (26) 5.3.2 扩大部分直径 (27) 5.3.3 再生槽高度 (27) 5.3.4 喷射器计算 (28) 5.4 冷却塔的设计 (32) 5.4.1 冷却塔的计算 (32) 5.4.2 冷却塔校核 (34)

5.4.3 分布器的设计 (47) 5.4.4 丝网除沫器的设计 (51) 5.4.4冷却塔的选管 (53) 5.4.5塔底防涡器的设计 (55) 6.设计感悟 (56) 1.设计任务书 1.1设计要求 设计年产14万吨合成氨脱硫工艺，半水煤气含硫4.8g/Nm3, 脱硫方法用氨水液相催化法，填料塔脱硫；富液再生采纳喷射氧化再生槽。 1.2设计依据 1)《化工工艺设计手册（第四版）》（上、下册） 2)《小合成氨厂工艺技术与设计手册》（上、下册） 3)陈声宗等主编，化学工业出版社出版的《化工设计》第三版教材 4)《填料手册（第二版）》 5)《化工设备设计全书（塔设备分册）》 6)《塔填料产品及技术手册》 7)《小合成氨厂工艺技术与设计手册》（上、下册） 8)《给水排水设计手册》

合成氨工艺

合成氨工艺 合成氨的介绍 基本简介： 生产合成氨的主要原料有天然气、石脑油、重质油和煤（或焦炭）等。 ①天然气制氨。天然气先经脱硫，然后通过二次转化，再分别经过一氧化碳变换、二氧化碳脱除等工序，得到的氮氢混合气，其中尚含有一氧化碳和二氧化碳约0.1％～0.3％（体积），经甲烷化作用除去后，制得氢氮摩尔比为3的纯净气，经压缩机压缩而进入氨合成回路，制得产品氨。以石脑油为原料的合成氨生产流程与此流程相似。 ②重质油制氨。重质油包括各种深度加工所得的渣油，可用部分氧化法制得合成氨原料气，生产过程比天然气蒸气转化法简单，但需要有空气分离装置。空气分离装置制得的氧用于重质油气化，氮作为氨合成原料外，液态氮还用作脱除一氧化碳、甲烷及氩的洗涤剂。 ③煤（焦炭）制氨。随着石油化工和天然气化工的发展，以煤（焦炭）为原料制取氨的方式在世界上已很少采用。 用途氨主要用于制造氮肥和复合肥料，氨作为工业原料和氨化饲料，用量约占世界产量的12％。硝酸、各种含氮的无机盐及有机中间体、磺胺药、聚氨酯、聚酰胺纤维和丁腈橡胶等都需直接以氨为原料。液氨常用作制冷剂。

贮运商品氨中有一部分是以液态由制造厂运往外地。此外，为保证制造厂内合成氨和氨加工车间之间的供需平衡，防止因短期事故而停产，需设置液氨库。液氨库根据容量大小不同，有不冷冻、半冷冻和全冷冻三种类型。液氨的运输方式有海运、驳船运、管道运、槽车运、卡车运。直接合成氨。于1908年申请专利，即“循环法”，在此基础上，他继续研究，于1909年改进了合成，氨的含量达到6%以上。这是目前工业普遍采用的直接合成法。反应过程中为解决氢气和氮气合成转化率低的问题，将氨产品从合成反应后的气体中分离出来，未反应气和新鲜氢氮气混合重新参与合成反应。 合成氨反应式如下：N2+3H2≒2NH3(该反应为可逆反应，等号上反应条件为：“高温高压”，下为：“催化剂”) 合成氨的主要原料可分为固体原料、液体原料和气体原料。经过近百年的发展，合成氨技术趋于成熟，形成了一大批各有特色的工艺流程，但都是由三个基本部分组成，即原料气制备过程、净化过程以及氨合成过程。 氨是重要的无机化工产品之一，在国民经济中占有重要地位。除液氨可直接作为肥料外，农业上使用的氮肥，例如尿素、硝酸铵、磷酸铵、氯化铵以及各种含氮复合肥，都是以氨为原料的。合成氨是大宗化工产品之一，世界每年合成氨产量已达到1 亿吨以上，其中约有80%的氨用来生产

年产30万吨合成氨脱硫工段设计

目录 1. 总论......................................... 错误！未定义书签。 1.1.1栲胶的组成及性质............................................................................. 错误！未定义书签。 1.1.2栲胶脱硫的反应机理............................................................................ 错误！未定义书签。 1.1.3生产中副产品硫磺的应用 .................................................................... 错误！未定义书签。 2. 流程方案的确定............................... 错误！未定义书签。 2.1栲胶脱硫法的理论依据................................................. 错误！未定义书签。 2.2工艺流程方框图.............................................................. 错误！未定义书签。 3. 生产流程的简述............................... 错误！未定义书签。 3.1简述物料流程 ............................................................... 错误！未定义书签。 3.1.1气体流程................................................................................................ 错误！未定义书签。 3.1.2溶液流程................................................................................................ 错误！未定义书签。 3.1.3硫磺回收流程........................................................................................ 错误！未定义书签。 3.2工艺的化学过程.............................................................. 错误！未定义书签。 3.3反应条件对反应的影响 ............................................... 错误！未定义书签。 3.3.1 影响栲胶溶液吸收的因素 ................................................................... 错误！未定义书签。 3.3.2 影响溶液再生的因素 ........................................................................... 错误！未定义书签。 3.4工艺条件的确定............................................................. 错误！未定义书签。 3.4.1 溶液的组成........................................................................................... 错误！未定义书签。 3.4.2 喷淋密度和液气比的控制 ................................................................... 错误！未定义书签。 3.4.3 温度....................................................................................................... 错误！未定义书签。 3.4.4再生空气量............................................................................................ 错误！未定义书签。 4. 物料衡算和热量衡算........................... 错误！未定义书签。 4.1物料衡算[6-10] ............................................................... 错误！未定义书签。 4.2热量衡算（以0℃为计算基准） ................................. 错误！未定义书签。 5. 车间布置说明.................................. 错误！未定义书签。 6. 三废治理及利用............................... 错误！未定义书签。 6.1废水的处理 ................................................................... 错误！未定义书签。 6.1.1废水的来源及特点................................................................................ 错误！未定义书签。 6.1.2废水处理工艺........................................................................................ 错误！未定义书签。

年产30万吨合成氨工艺设计

年产30万吨合成氨工艺设计 作者姓名000 专业应用化工技术11-2班 指导教师姓名000 专业技术职务副教授（讲师）

目录 摘要 (4) 第一章合成氨工业概述 (5) 1.1氨的性质、用途及重要性 (5) 1.1.1氨的性质 (5) 1.1.2 氨的用途及在国民生产中的作用 (6) 1.2 合成氨工业概况 (6) 1.2.1发展趋势 (6) 1.2.2我国合成氨工业发展概况 (7) 1.2.3世界合成氨技术的发展 (9) 1.3合成氨生产工艺 (11) 1.3.1合成氨的典型工艺流程 (11) 1.4设计方案确定 (13) 1.4.1原料的选择 (13) 1.4.2 工艺流程的选择 (14) 1.4.3 工艺参数的确定 (14) 第二章设计工艺计算 2.1 转化段物料衡算 (15) 2.1.1 一段转化炉的物料衡算 (16) 2.2 转化段热量衡算 (24) 2.2.1 一段炉辐射段热量衡算 (24) 2.2.2 二段炉的热量衡算 (32) 2.2.3 换热器101-C、102-C的热量衡算 (34) 2.3 变换段的衡算 (35) 2.3.1 高温变换炉的衡算 (35) 2.3.2 低温变换炉的衡算 (38) 2.4 换热器103-C及换热器104-C的热负荷计算 (41) 2.4.1 换热器103-C热负荷 (41) 2.4.2 换热器104-C热负荷 (42)

2.5 设备工艺计算 (42) 2.6 带控制点的工艺流程图及主要设备图 (46) 2.7 生产质量控制 (46) 2.8 三废处理 (47)

摘要 氨是重要的基础化工产品之一，在国民经济中占有重要地位。合成氨生产经过多年的发展，现已发展成为一种成熟的化工生产工艺。 本设计是以天然气为原料年产三十万吨合成氨的设计。近年来合成氨工业发展很快，大型化、低能耗、清洁生产均是合成氨设备发展的主流，技术改进主要方向是开发性能更好的催化剂、降低氨合成压力、开发新的原料气净化方法、降低燃料消耗、回收和合理利用低位热能等方面上。 设计采用的工艺流程简介：天然气经过脱硫压缩进入一段转化炉，把CH4和烃类转化成H2，再经过二段炉进一步转化后换热进入高变炉，在催化剂作用下大部分CO和水蒸气反应获H2和CO2，再经过低变炉使CO降到合格水平，去甲烷化工序。 关键词：合成氨天然气 ABSTRACT Ammonia is one of the important basic chemical products, occupies an important position in national economy. Ammonia production after years of development, has now developed into a mature chemical production process. This design is the design of the natural gas as raw material to produce three hundred thousand tons of synthetic ammonia. Synthetic ammonia industry develops very fast in recent years, large scale, low energy consumption, clean production is the mainstream in the development of synthetic ammonia equipment, technical improvement is the main direction of development of better performance of catalyst, reducing ammonia synthesis pressure, the development of new materials gas purification methods, reduce fuel consumption, recovery and rational utilization of low heat, etc. Introduction to the design process used: compressed natural gas after desulfurization enter reformer, the CH4 and hydrocarbons into H2, and then further transformed after Sec furnace heat exchanger into the hypervariable furnace, most CO and water

合成氨脱硫工艺设计

第一章绪论 1.1 我国脱硫技术发展的回顾 1.1.1湿法脱硫 20世纪70年代，特别是70年代后期，我国生产氮肥上采用的脱硫方法开始多样化。由于一批有经验的专家进入气体净化队伍，并且有大量小化肥厂作为方便的生产实验场所，研究出较多别具特色的湿法脱硫方法，如MSQ（郑州大学）、栲胶法（广西化工研究所）、FD法（福州大学）、茶酚法（浙江化工研究所）和EDTA络合铁法（郑州大学工学院），并且在生产中得到了应用。同时，还对传统的ADA法和醇胺法也开始了更为深入的研究。80年代以来，除了ADA、MSQ等方法外，PDS（酚氰钴，东北师范大学开发）法和栲胶法[1]是络合催化、酚酞催化两大类方法的典型代表，各具特色，应用最广。他们对防止塔内结垢和硫堵都有很好的效果。此外，PDS还有一定脱初有机硫的能力。 1.1.2阶段研究的鲜明特点 ⑴研究具有深度及理论特色 剖析了ADA的多种异够化合物，提出了用于脱硫的主要活性体。考察了湿法脱硫的控制段，提出了其传质过程的数学模型。 ⑵理论和实践结合紧密 在传质量研究的基础上，提出了旋流板塔、喷旋塔等新型脱硫装置以及喷射再生工艺。 ⑶深入的调查研究 通过查定，揭示和运用了氮肥厂整个生产链中硫的变化规律。碳化系统加铁二次脱硫（太原理工大学）、无硫氨水脱硫（江苏如皋化肥厂）的新方法就是在此基础上诞生的。 ⑷脱硫技术体现了全方位开发 研究的内容不仅涉及到催化剂，还包括了脱硫再生设备和工艺条件的优

化，以及分析手段的改进。广西大学、浙江大学和上海化工研究院在这方面做了突出的贡献。 ⑸大力宣传国外脱硫新技术 对国外脱硫最新动态的情报研究及宣传，为我国开发脱硫技术提供了很好的借鉴。中国科技情报研究所重庆分所在这方面做的工作对我国当时的脱硫技术的发展起到了很重要的作用。 1.1.3干法脱硫 70年代湿法脱硫在氮肥净化系统几乎占到统治地位。当时化工生产还比较粗放，小化肥厂尤其如此。人们对干法脱硫的认识也较肤浅，直到70年代后期，郑州大学采用廉价煤种为原料制出RS型活性炭并用于化肥厂煤气粗放硫和原料气二次脱硫；太原理工大学开辟新的原料资源，制备TC系列成型/粉状氧化铁脱硫剂应用于燃气（煤气、沼气等）的粗脱硫及化工原料气的脱硫；西南化工研究院利用贵州锰矿资源[2]，制备MF型铁锰复合中温脱硫剂并用于天然气净化，在全国干法脱硫技术上迈出了新的一步。干法脱硫开始形成锌-铁-碳-锰四元并存的新格局。它们在化工生产中发挥了越来越大的作用，也逐步改变了干法脱硫在人们心目中的地位。 1.1.4干法脱硫和湿法脱硫的比较 干法脱硫净化度高，并能脱除绝大多数的有机硫。但是脱硫剂或者不能再生或者再生非常困难，并且周能周期性操作，设备庞大，劳动强度高，因而干法脱硫仅仅适用于气体含硫量较低和净化度要求高的场合。湿法脱硫有ADA 法、氨水中和法、栲胶法、PDS法等。它们具有吸收速率快、生产能力大，同时脱硫剂还可以再生循环使用，能够实现连续操作。目前，对于生产氮肥采用煤以及含硫量较高的重油、天然气为原料的的制氨流程中，因为含硫量都相对较高，绝大多数原料气净化脱硫系统仍采用湿法脱硫。当气体净化度要求很高时，可在湿法脱硫系统之后串联干法脱硫，使脱硫在工艺和经济上都更为合理。目前较多采用ADA法和栲胶法脱硫。由于此次工艺设计工作是在安阳化学工业集团有限公司（以下简称安阳化肥厂）合成一车间净化ADA脱硫工段基础上进行研究的，所以此次脱硫设计采用ADA法，对其他的研究方法就不再介