年产合成氨30万吨.docx

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1、目录一、绪论1、概述3、设计任务的依据1二、装置流程及说明2、生产工艺流程说明2、粗苯洗涤4、粗苯蒸储4三、吸收工段工艺计算7、物料衡算7、气液平衡曲线8、吸收剂的用量9、塔底吸收液10、操作线10、塔径计算10、填料层高度计算13、填料层压降计算16四、脱苯工段工艺计算17、管式炉17、物料衡算18、热量衡算22五、主要符号说明25六、设计心得26七、参考文献27一、绪论概述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、硝酸镂、碳酸氢氨、氯化镂等，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

2、生产各和氮肥。因此，合成氨工是氮肥工业的基础，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，氨还是常用的冷嘲热讽冻剂。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

3、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)和曦吩(C4H4S)等。其中硫化氢属于无机化合物，常称为“无机硫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HzS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HzS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

4、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。文献综述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；加氢转化法以钻钥为催化剂，先将有机硫转化为H2S,再脱除。干法脱硫具有郊率高、设备简单、操作简单、维修方

5、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HzS发生的反应，又分为中和法如乙醇胺法和氧化法如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（如环丁碉法等）。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20100cm3/m3o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

6、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法和楮胶法用的比较多；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。设计任务的依据表半水煤气成分组分N2CO2coH2O2CH4H2S体积/%年产合成氨30万吨二、流程方案的确定各脱硫方法对比脱硫方法很多，按脱硫剂物理形态可分为干法和湿法两大类，前者所用脱硫剂为固体，后者为溶液。当含硫气体通过这些脱硫剂时，硫化物被固

7、体脱硫剂所吸附，或被脱硫溶液所吸收而除去。湿法脱硫主要用于脱除原料气中硫化氢。根据脱硫溶液吸收过程性质的不同，湿法脱硫又可分为化学吸收法，物理吸收法和物理化学吸收法三种。化学听收法在化学吸收法中，脱硫溶液与硫化氢发生了化学反应。按反应不同，化学吸收法分为中和法和湿式氧化法。中合法，用弱碱性溶液为吸收济，与原料气中的酸性气体硫化氢进行中和反应，生成硫氢化物而除去。吸收了硫化氢的溶液，在减压、加热的条件下，使硫氢化物分解放出硫化氢，溶液再生后循环使用。中和法主要有烷基醇胺法、氨水法和碳酸法等。湿式氧化法，用弱碱性溶液吸收原料气中的硫化氢，生成硫氢化物，再借助溶液中载氧体（催化剂）的氧化作用，将硫氢

8、化物氧化成元素硫，同时获得副产品硫磺，然后还原载氧体，再被空气氧化成氧化态的载氧体，使脱硫溶液得到再生后循环使用。根据所用载氧体的不同，湿式氧化法主要有慈醍二磺酸钠法（简称ADA法）、氨水对苯二酚催化法、铁氨法、硫酸锌-水杨法、硫酸锦-水杨酸-对苯二酚法（简称MSQ法）、改良碑碱法和榜胶法等。与中和法相比，湿式氧化法脱硫的优点是反应速度快，净化度高，能直接回收硫磺。目前国内中、小氨厂绝大部分采用湿式氧化法脱硫，因此原料气中有机硫含量高时，变换后气体中硫化氢含量增加，需要经过二次脱硫。物理吸收法是依靠吸收剂对硫化物的物理溶解作用进行脱硫的。当温度升高、压力降低时，硫化物解吸出来，使吸收剂再生，循

9、环使用。吸收剂一般为有机溶剂，如甲醇、聚乙二醛二甲醛、碳酸丙烯酯等。这类方法除了能脱硫化氢外，还能脱除有机硫和二氧化碳。生产中往往用这些溶剂，同时脱除原料气中的酸性气体硫化物和二氧化碳。物理化学吸附法用环丁碉的烷基醇的混合溶液，脱除原料气中硫化物的过程，属于物理化学吸收过程，称为环丁碉法。溶液中的环丁飒是物理吸收剂，烷基醇胺为化学吸收剂。我国有少数中型氨厂采这种方法脱硫。干法脱硫是用固体脱硫剂，脱除原料气中硫化物。优点是既能脱除硫化氢，又能脱除在机硫，净化度高，可将气体中硫化物脱除至ICm3m3以下。缺点是再生比较麻烦或者难以再生，回收硫磺比较困难，设备体积较大，有些为间歇操作，一般只作为脱除

10、有机硫和精细脱硫的手段。在气体中含硫量高的情况下，应先采用湿法除去绝大部分的硫化氢，再采用干法脱除有机硫的残余硫化氢。常用的干法脱硫有氧化锌法、钻铝加氢法、活性炭法、分子筛法等。本设计是采用湿法氧化法对水气煤脱硫，主要是采用榜胶脱硫法，榜胶法是我国特有的脱硫技术，是目前国内使用较多的脱硫方法之一。该法主要有砰性榨胶脱硫（以榜胶和偏轨酸钠作催化剂）和氨法榜胶（以氨代替肝）两种。榜胶是由植物的果皮、叶和干的水淬液熬制而成。主要成分是丹宁，由于来源不同，丹宁组分也不同，但都是化学结构十分复杂的多羟基芳香燃化合物组成，具有酚式或醍式结构。格胶法有如下优点：（1）榜胶资源丰富，价廉易得，运行费用比改良A

11、DA低。（2）基本上无硫堵塔的问题。（3）楮胶既是氧化剂又是钮的配合剂，溶液的组成比改良ADA法简单。（4）榨胶脱硫液腐蚀性小。（5）榜胶需要熟化预处理，榜胶质量及其配制方法得当与否是决定榜胶法使用效果的主要因素。榜胶脱硫法的理论依据楮胶脱硫是利用碱性楮胶水溶液从气体中脱除硫化氢，属于二元氧化还原过程。楮胶是有酚式结构的多羟基化合物,是一种良好的载氧体,又能对多种重金属离子起络合作用。其脱硫反应机理如下：1）碱性溶液吸收H2S的反应：Na2COa+H2S=NaHS+NaHCO3NaHCOa+H2S=NaHS+CO2+H2O2）NaHS与偏帆酸钠反应生成焦轨酸钠：硫氢化钠与偏帆酸钠反应生成焦帆酸

12、钠，析出单质硫。2NaHS+4NaV03=Na2VQ+4NaOH+2S3)将Na2V4O3氧化成偏帆酸钠：醍态楮胶氧化四价铀络离子为五价帆络离子使帆络离子恢复活性而醍态楮胶被还原为酚态楮胶失去活性。Na2V4O9+2T(OH)O2+2NaOH=4NaVOy+2T(OH)34)还原态榜胶的氧化：酚态楮胶被氧化获得再生，同时生成H2O2。2T(OH)3+2O2=2T(OH)O2+2H2O22W2O2+2NaOH+NazVQ=4NaVCh+3HO2H2O2+NaHS=HiO+NaOH+S此外,在生产中还有生成硫代硫酸钠的副反应：2022NaHS=H2。+Na2s2O3302+2Na2S2O3=2Na

13、2SO4+2S0?4H2O2+2NaHS=5H2O+Na2S2Os4112Oi+2NaOH+NGSi。=ZNaiSO4+5HO工艺流程方框图三、生产流程的简述简述物料流程3.1.1气体流程半水煤气从造气车间出来后，经过洗涤塔除尘、降温，水封后，从脱硫塔的底部进入塔内，脱硫液从塔顶喷淋而下，水煤气与碱性楮胶溶液在塔内逆向接触，其中的大部分硫化氢气体被溶液吸收，脱硫后的气体从塔顶出来至气柜。3.1.2溶液流程从脱硫塔顶喷淋下来的溶液，吸收硫化氢后，称为富液，经脱硫塔液封槽引出至富液槽（又称缓冲槽）。在富液槽内未被氧化的硫氢化钠被进一步氧化，并析出单质硫，此时，溶液中吸收的硫以单质悬浮状态存在。出富

14、液槽的溶液用再生泵加压后，打入再生槽顶部，经喷射器高速喷射进入再生槽，同时吸入足够的空气，以达到氧化榜胶和浮选硫膏之目的。再生后的溶液称为贫液，贫液经液位调节器进入贫液槽，出贫液槽的贫液用脱硫泵打入脱硫塔顶部，经喷头在塔内喷淋，溶液循环使用。再生槽浮选出的单质硫呈泡沫悬浮于液面上，溢流至硫泡沫槽内，上部清液回贫液槽循环使用，沉淀出的硫膏入熔硫釜生成副产品硫磺。3.1.3硫磺回收流程再生槽中溢出的硫泡沫经泡沫槽后在离心机分离，得到硫膏，硫膏放入熔硫釜，用夹套蒸汽加热精制，放出做成98%纯度的硫磺锭，离心分离出的母液至富液槽回系统中使用。工艺条件的确定3.2.1 溶液的组成根据反应机理、吸收速度以

15、及硫负荷来看，主要由碱液浓度和钢酸盐浓度决定，也就是由榜胶浓度决定，一般都是根据帆酸盐的变化和硫化氢的脱除效率来调整溶液组分和PH值。碱度过高吸收硫化氢过多，帆可能会过度还原。实际上丫4+不可能被楮胶降解及时氧化成V5+,当pH9时，可能会造成丫4+的沉淀，引起帆的损失，因此总碱度不宜过高。PH值对硫化氢吸收和其氧化成元素硫有着相反影响。过高PH值会加大生成硫代硫酸的反应速度。实验证实，脱硫传质过程中，当pH9时，认为传质过程为气膜控制，pH在之间时，液膜阻力很明显，pH时，液膜阻力更加增大，因此PH值宜控制在之间，榜胶脱硫和ADA一样，在氧化反应中是有氢离子参加的，氢离子的浓度对氧化反应还原电位是有很大影响的，在不同PH条件下，榜胶的氧化还原性能可能是不相同的，因此必须严格控制溶液的PH值。由于榨胶脱硫溶液是多种氧化还原物质的混合体，电位值又是该混合体氧化还原性的综合体现。因此测量溶液电位尤为重要。溶液电位除与测量溶液的标准电极电位有关外，主要与溶液中各种氧化态和还原态物质的浓度有关。溶液的电位表明溶液的氧化还原能力的大小,反映溶液再生系统溶液再生的好坏,一般控制溶液的电位值在T8OmV左右。3.2.2 喷淋密度和液气比的控制实验证明在PH较高条件下，加大脱硫塔内的气流速度即增加气量可提高传质系数。而PH值较低时加大溶液量即增大