7000Nm3每h焦化厂煤气脱硫工段生产工艺设计.doc

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1、中 国 矿 业 大 学 本科生毕业设 计 姓 名： 学 号： 学 院： 专 业： 设计题目：7000Nm3/h 焦化厂煤气脱硫工段生产工艺焦化厂煤气脱硫工段生产工艺 设计设计 指导教师： 职 称： 讲师讲师 中国矿业大学毕业设计任务书 学院 专业年级 学生姓名 任任务务下下达达日日期期： 毕业设计日期：毕业设计日期： 毕业设计题目：毕业设计题目：7000Nm3/h 焦化厂煤气脱硫工段生产工艺设计焦化厂煤气脱硫工段生产工艺设计 毕业设计主要内容和要求：毕业设计主要内容和要求： 1 按照给定焦化厂设计规模计算煤气处理量，并根据焦化 设计规范的要求，对焦化厂煤气脱硫工段进行工艺论证； 2 确定脱硫工

2、艺流程，进行物料衡算，计算和设计煤气脱硫塔 和再生塔，根据计算进行主要设备的选型，绘制一张非标准设 备图； 3 进行脱硫工段的设备和工艺管道布置，绘制煤气脱硫工 段的工艺流程图、总平面布置图和设备与工艺管道平面图和立 面图； 4 根据目前脱硫工段的生产要求，对脱硫工段设计的非工 艺部分提出要求，根据岗位设置和岗位操作编制岗位人员； 5 进行脱硫工段的投资估算和煤气脱硫生产成本和技术经 济分析； 6 编制设计说明书 院长签字： 指导教师签字： 中国矿业大学毕业设计指导教师评阅书 指导教师评语（基础理论及基本技能的掌握；独立解决实际问题的 能力；研究内容的理论依据和技术方法；取得的主要成果及创新点

3、； 工作态度及工作量；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意 答辩等）： 成 绩： 指导教师签字： 年 月 日 中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书 评阅教师评语（选题的意义；基础理论及基本技能的掌握；综合 运用所学知识解决实际问题的能力；工作量的大小；取得的主要成果 及创新点；写作的规范程度；总体评价及建议成绩；存在问题； 是否同意答辩等）： 成 绩： 评阅教师签字： 年 月 日 中国矿业大学毕业设计答辩及综合成绩 答 辩 情 况 回 答 问 题 提 出 问 题 正 确 基本 正确 有一 般性 错误 有原 则性 错误 没有 回答 答辩委员会评语及建议成绩： 答辩委员会主任签字： 年 月 日 学

4、院领导小组综合评定成绩： 学院领导小组负责人： 年 月 日 摘摘 要要 本设计为 7000Nm3/h 煤气脱硫工段的设计，采用的煤气脱硫方法为湿法脱硫的改 良 A.D.A.法。本设计的主要任务是脱除焦炉煤气中的硫化氢，同时要使生产出来的煤 气各项指标能满足要求，达到民用煤气的标准。 设计的主要内容如下： 1、 煤气脱硫方法的概述。 2、工艺流程的选择与说明。 3、主要设备的计算、选型和布置。 4、保障生产正常进行所必须的非工艺部分，包括供水、供电、采暖、设备维修、 仪表自动化等。 5、经济核算。 本设计的工艺部分包括煤气脱硫和脱硫液再生以及硫磺回收。脱硫采用了脱硫塔， 再生部分用再生塔，对于其

5、基本原理，文中有着详细的论述，回收硫部分采用了戈尔 膜过滤器。 在设计过程中，参考了徐州焦化厂的焦炉煤气净化工艺，并在其基础上将国内外 一些新的、成熟的工艺进行了比较、引用。 关键词：煤气净化 ；脱硫 ；再生 目目 录录 1 1 总论总论.1 1.1 设计要求及任务1 1.2 厂址选择1 1.2.1 地理位置1 1.2.2 气象条件2 1.2.3 动力来源2 2 2 生产流程的确定生产流程的确定.2 2.1 脱硫的目的和意义2 2.2 脱硫方法概述3 2.2.1 干法脱硫.3 2.2.2 湿法脱硫.4 2.3 生产工艺流程的选择11 3 3 改良改良 A.D.AA.D.A 脱硫的生产原理及操作

6、制度脱硫的生产原理及操作制度13 3.1 改良 A.D.A 法生产原理、原料和产品13 3.1.1 生产原理13 3.1.2 原料和产品13 3.2 工艺流程13 3.2.1 工艺流程13 3.2.2 流程说明14 3.3 操作制度和工艺要点15 3.3.1 操作制度15 3.3.2 工艺要点15 4 4 主要设备的计算和选型主要设备的计算和选型.16 4.1 主要设计计算16 4.1.1 原材料的消耗16 4.1.2 主要设计参数.16 4.1.3 物料衡算.17 4.2 脱硫塔的计算18 4.2.1 参数18 4.2.2 计算过程18 4.2.3 塔顶喷淋装置的选择20 4.3 再生塔的计

7、算21 4.4 循环槽的计算22 4.5 事故槽的计算23 4.6 加热器的计算23 4.7 循环泵的选择24 4.8 空压机的选择27 4.9 硫泡沫槽地计算27 4.10 通风机的选择28 4.11 戈尔膜的选取29 5 5 工段布置及总平面布置图工段布置及总平面布置图.29 5.1 工艺布置原则29 5.1.1 布置要求29 5.1.2 其他要求30 5.2 总平面布置说明30 6 6 非工艺部分说明非工艺部分说明.31 6.1 供水、供电、压缩空气、蒸汽、采暖、环保等31 6.1.1 供水31 6.1.2 供电31 6.1.3 蒸汽与压缩空气32 6.1.4 采暖与通风32 6.1.5

8、 土建32 6.1.6 机修.32 6.2 仪表及自动化33 7 7 工艺设备工艺设备.35 7.1 脱硫塔35 7.2 再生塔35 7.3 循环泵36 8 8 生产操作和劳动定员生产操作和劳动定员.37 8.1 生产操作37 8.1.1 泵工正常操作37 8.1.2 泡沫工正常操作38 8.1.3 戈尔膜工正常操作38 8.1.4 各岗位人员的共同职责39 8.2 劳动定员39 9 9 经济核算经济核算.40 9.1 编制说明40 9.1.1 材料及设备40 9.2 投资概算40 9.2.1 土建部分40 9.2.2 设备部分41 9.2.3 工具费42 9.2.4 设备施工管理费43 9.

9、2.5 化验设备费43 9.2.6 工艺管道和阀门43 9.2.7 仪表费与电气费44 9.2.8 设计费44 9.2.9 不可预见费45 9.3 生产成本分析45 9.3.1 原料费45 9.3.2 动力消耗45 9.3.3 工资及附加费46 9.3.4 工段经费46 9.4 核算46 附录：附录：.47 1.设备一览表设备一览表47 2.图纸说明图纸说明48 参考文献参考文献.49 中国矿业大学 2009 届本科毕业设计第 1 页 1 总论 1.1 设计要求及任务 本次的毕业设计是我们在校阶段最为重要的教学环节，是让我们将所 学的理论知识与实际情况相结合的环节。作为非常重要的毕业设计，它有

10、 以下几点要求：1、需要学生积极的查阅相关的资料；2、对工程技术的规 定和准则要有一定程度的掌握；3、要有自己独特的设计理念；4、对具体 的设计流程有一定的理解，知道该从哪下手以及如何下手；5、学生应当有 一定的绘图能力和计算能力，并且要有一定的经济头脑；6、设计态度要绝 对认真负责，具体的论证及设备选型上要从实际出发。 通过本次设计，我们可以将我们的认识提高到一个新的高度，对各方 面的技能是一次很好的训练，如我们能更加熟练的查阅和运用各种文献， 对如何认识问题，分析问题，解决问题会有更深的体会，对即将走向工作 岗位的我们是一次极好的锻炼。 本次设计的任务是脱除焦炉煤气中的硫化氢，同时要使生产

11、出来的煤 气各项指标能满足要求，达到民用煤气的标准。 煤中含有大量的硫，在炼焦过程中大约有 70%的硫存在于焦炭中，剩 下的分别存在于焦油和煤气中，而煤气中的硫有 90%95%以硫化氢的形式 存在，所以脱硫化氢是煤气脱硫的关键。 1.2 厂址选择 1.2.1 地理位置地理位置 该脱硫工段拟设在江苏徐州郊区，主要由以下几个方面决定： 1、脱硫工段要与焦化厂配套，是与焦化厂的地理位置一致的。 2、徐州煤炭资源丰富，号称“百里煤海” ，是全国十大煤田之一，煤 炭储量 36 亿吨，资源丰富。 3、徐州市的地理区位优越。在我国实行沿海、沿江、沿线开放开发战 略中，处于中部沿海开放带和陇兰（陇海兰新）地带

12、的交汇处，也是 长江三角洲与环渤海湾两大经济区的结合部，具有东靠西移、南北对接、 双向开放、梯度推进的战略区位特征。1986 年苏鲁豫皖四省接壤地区 18 个 城市成立淮海经济区，徐州客观形成了南京以北、济南以南、连云港以西、 中国矿业大学 2009 届本科毕业设计第 2 页 郑州以东这一区域的中心城市，辐射范围近 20 万平方公里，人口 1.09 亿。 国家国土规划纲要将徐州列为近期发展的特大城市：建设在新亚欧 大陆桥陇海兰新线城镇体系规划纲要中，把徐州列为新亚欧大陆桥东端 第一个中心城市。 4、另外徐州市还地处黄淮平原，位于江苏西北部，北扼齐鲁，南屏江 淮，东近黄海，西接中原，素有“五省通

13、衢”、兵家必争之地和商贾云集中 心之称，是全国重要的交通枢纽、能源基地、工业基地、区域性商贸都会、 陇海兰新地带东部和淮海经济区的重要中心城市。 5、为使这一地区政治经济平稳发展，人民生活得到保障，必须建立配 套的公共生活设施，因此在徐州设置焦化厂是势在必行的。 综上，焦化厂设置在徐州地区，并辅以脱硫工段与之配套，不致环境 污染，影响人民居住。才更有利于城市健康快速发展。 1.2.2 气象条件气象条件 气温 平均气温 14 oC 极端最高气温 40.1 oC 极端最低气温 -22.6 oC 气压 平均气压 1.013105 Pa 湿度 平局相对湿度 71% 降水量 年降水量 869.9 mm

14、年降水 92 天 最大积雪厚度/冻土深度 25 cm/24 cm 平均风速 最大风速及风向 16WS 最大风向及频率 C14ESE12 1.2.3 动力来源动力来源 水源 地下水 电源 市供电网 气源 厂锅炉房 中国矿业大学 2009 届本科毕业设计第 3 页 2 生产流程的确定 2.1 脱硫的目的和意义 焦炉煤气由焦化企业炼焦生产时产生。从焦炉集气管流出的煤气称为 荒煤气，其硫化氢含量与装炉煤料的全硫量有关。一般干煤全硫的质量分 数为0.5%1.2%，其中有2045转到荒煤气中，煤气中95以上的硫以 硫化氢形态存在，其他为有机硫。硫化氢在煤气中的质量浓度一般为3g/标 m3干煤气 15 g/

15、标m3干煤气。焦炉煤气中的硫化氢是非常有害的，在空气中 含有0.1%的H2S就能使人致命。当焦炉煤气最终用作燃料时，硫化氢及其燃 烧产物二氧化硫均有毒，会严重破坏周围环境，影响人类健康,因而焦炉煤 气中的硫化氢必须予以脱除。 焦炉煤气脱硫有十分重要的意义：一是可以防止设备的腐蚀，减少设 备维修费用，降低生产成本，提高回收产品的质量和产量。二是提高焦炉 煤气的品质，减少焦炉煤气燃烧后产生的污染。煤气脱硫可以有效降低煤 气燃烧后产生的二氧化硫等有害物质，保护周围的环境。三是降低钢铁企 业用煤气中硫化氢的含量可以使钢铁企业生产出优质钢材。四是回收后的 硫磺可用于医药、化工等领域，随着行业的发展，需求

16、量会进一步加大。 因焦炉煤气的产量、用途、周围环境等原因，焦化企业焦炉煤气中硫 化氢脱除方式也有很大的不同。常用的方法主要为干法脱硫和湿法脱硫两 种。 2.2 脱硫方法概述 2.2.1 干法脱硫干法脱硫 干法脱硫主要是利用氢氧化铁与其他制剂合成的脱硫催化剂脱除煤气 中的硫化氢，经过再生的脱硫剂可重新使用。干法脱硫主要用于气量较小 的煤气脱硫或脱硫精度高的二次脱硫。 干法脱硫是将焦炉煤气通过含有氢氧化铁的脱硫剂，使氢氧化铁与硫 化氢反应生成硫化铁或硫化亚铁，当饱和后，使脱硫剂与空气接触，在有 水分存在时，空气中的氧将铁的硫化物转化成氢氧化物，脱硫剂再生连续 使用。其原理如下： 脱硫反应式，当碱性

17、时： 中国矿业大学 2009 届本科毕业设计第 4 页 2Fe(OH)3+3H2SFe2S3+6H2O 2Fe(OH)3+H2S2Fe(OH)2+S+2H2O Fe(OH)2+H2SFeS+2H2O 再生反应式，当水分足量时： 2Fe2S3+3O2+6H2O4Fe(OH)3+6S 4FeS+3O2+6H2O4Fe(OH)3+4S 干法脱硫的特点是实行的历史悠久，所以在操作上成熟，运行也非常 可靠，其工艺简单，净化程度很高，并且对设备的要求不是很高。这种方 法既可脱除煤气中的硫化氢，又可脱除氰化物，并且其脱除效果还不错。 煤气的干法脱硫装置常用的多为箱式，箱式干法脱硫装置设备较笨重，占 地面积大

18、，更换脱硫剂时劳动强度大。对环境的污染也非常严重，废脱硫 剂难以再利用。故此在煤气的脱硫程度要求较高或者煤气处理量比较小时 倒是适宜采用这种工艺，在焦化厂已很少采用。 2.2.2 湿法脱硫湿法脱硫 湿法脱硫适用于较大煤气处理量的装置，在工业上得到广泛应用。湿 法脱硫按溶液的吸收与再生性又分为氧化法、化学吸收法和物理吸收法。 （1）氧化法：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，再用空气氧化使溶液获得再生。一般有砷碱法、改良 A.D.A. 法、萘醌法、液相氨水催化法和铁碱法等。氧化法也需要用碱液作为吸收 液。 （2）化学吸收法：是以稀碱液为脱硫剂与硫化氢进行化学反应而形成

19、的化合物，当富液温度升高，压力下降时，该化合物分解放出硫化氢，脱 硫剂得到再生。烷基醇胺法和碱性盐溶液法即属这一类。 （3）物理吸收法：常用有机溶剂脱除硫化氢，完全是物理吸收过程。 当压力升高，吸收硫化氢，减压时，吸收硫化氢后的吸收剂（富液）解析 硫化氢，溶剂可循环使用，如环丁砜法。 虽然湿法脱硫的方法很多，但基本上包括吸收与再生两部分。吸收的 目的在于吸收即将气体中所含硫化氢尽可能脱除，而使脱硫后的煤气符合 要求。再生的目的则是使吸收了硫化氢的吸收剂复原，并回收其中的硫。 以下为几种常见的湿法脱硫方法。 (一) 砷减法与改良砷减法 这两种方法都属于湿式氧化脱硫法，改良砷减法是砷减法的改进也称

20、 为 G-V 法（Giammaarco-Vetrocoke Process） 。两种方法都以碳酸钾（或碳酸 中国矿业大学 2009 届本科毕业设计第 5 页 钠）的水溶液中添加白砒活化剂作为吸收液，但吸收机理却有着本质上的 区别。 (1) 砷减法的脱硫机理 砷减法主要依靠多硫代砷酸盐对硫化氢的吸收作用，主要化学反应如 下： 吸收反应 M4AS2S5O2 + H2SM4AS2S6O + H2O M4AS2S6O + H2SM4AS2S7 + H2O 再生反应 M4AS2S7 +O2M4AS2S6O + S 2 1 M4AS2S6O +O2M4AS2S5O2 + S 2 1 上述的吸收反应速度较慢

21、，产物为硫代砷酸盐，在溶液中容易离解成 硫氢根离子，它不易被氧化成硫代硫酸盐，从而增加了液面上的硫化氢成 份，影响了煤气的脱硫程度。而当煤气中含有氰化氢时，还产生硫氰化物 的副反应。因此，砷碱法已基本淘汰。 (2) 改良砷碱法的脱硫机理 改良砷碱法虽然也是用极毒物质白砒为活化剂，但其脱硫效率高、副 反应少、硫容量大、操作范围广，至今仍被应用。主要化学反应为： 吸收反应： M3ASO3 +3 H2SM3ASS3 + 3H2O 熟化反应： M3ASS3 + 3M3ASO43M3ASO3S + M3ASO3 酸化反应： M3ASO3SM3ASO3 + S 氧化反应： M3ASO3 + O2M3ASO

22、4 2 1 综上所述反映可知最终的反应为硫化氢的氧化反应，即湿式氧化脱硫 中国矿业大学 2009 届本科毕业设计第 6 页 的基本反应，即 3H2S + O23S + 3H2O 2 3 吸收反应生成的硫代亚砷酸盐具有低的硫化氢分压，从而可使煤气的 脱硫净化程度高。硫代亚砷酸盐经熟化反应，缓慢的转化成一硫代砷酸盐 和亚砷酸盐，一硫代砷酸盐的硫化氢分压更低。熟化反应在氧化塔中进行。 在氧化塔中还生成一硫代砷酸盐最终酸化分解为亚砷酸盐和元素硫，以及 亚砷酸盐氧化为砷酸盐的反应。由元素硫制取熔融硫的过程与 A.D.A.法相 同。 砷碱法脱硫从制备新鲜脱硫剂到脱硫剂的吸收、再生，工艺都十分复 杂，所耗动

23、力及所需设备较多， 操作毒性大，危害工人的身体健康，且容 易堵塔，在我国已逐渐被改良A.D.A.法取代。 (二) 改良 A.D.A.法 改良 A.D.A.法（又称改良蒽醌二磺酸钠法）是湿法脱硫中一种较成熟 的方法，它是在 A.D.A 法的基础上开发出来的，具有脱硫效率高（可达 99.5%以上） 、对硫化氢含量不同的煤气适应性较大、溶液无毒性、对操作 温度和压力的适应范围较广、对设备腐蚀较轻及所得副产品硫磺的质量较 好等优点。目前在我国已得到广泛应用。 (1) A.D.A.法的脱硫原理 该法是由英国西北煤气局和克里顿苯胺公司联合开发的技术，称为蒽 醌二磺酸钠法简称 A.D.A.法。 以碳酸钠的水

24、溶液为吸收剂，以 A.D.A.为活 性添加剂进行脱硫，其脱硫过程主要发生以下化学反应: 碱液吸收硫化氢： Na2CO3 + H2SNaHS + NaHCO3 A.D.A.被还原： RC=O + NaHS RC ONa SH 其中 RC 代表蒽醌二磺酸钠，它有几种异构体，其中以 2，6- A.D.A.和 2，7- A.D.A.的脱硫性能较佳。目前用以脱硫的即为两者的混合物。其结构 式分别为： SO3Na NaO3S O O O O SO3Na NaO3S 中国矿业大学 2009 届本科毕业设计第 7 页 2，6蒽醌二磺酸 2，7蒽醌二磺酸 氧化析硫： 2RC + NaHCO3 + O2RC=O

25、+ RC+ Na2CO3+ 2S+ H2O ONa SH 2 1 ONa H 还原态的 A.D.A.氧化为氧化态 A.D.A.： 2RC + O2+ NaHCO3 2RC=O + Na2CO3 + H2O ONa SH 2 1 上述反应是在脱硫塔中进行的，反应和反应是在循环槽中进行 的，反应是在再生塔中进行的。第二步反应的反应速度很慢，所需反应 时间长，而还原态 A.D.A.与溶解氧之间的反应速度受到吸收液中溶解氧浓 度的限制，只是溶液的硫容量很低，需要大量的溶液进行循环。 为了克服上述 A.D.A.法的缺点，在吸收液中添加了偏钒酸钠和酒石酸 钾钠。改良后的方法称为改良 A.D.A.法。 (2

26、) 改良后 A.D.A.法脱硫原理 改良 A.D.A.法改变了化学吸收液中硫氢根离子氧化析硫的机理。由于 偏钒酸钠中的钒离子能够变价（钒离子可以由 4 价正离子变为 5 价正离子 或反之） ，当脱硫液中加入偏钒酸钠后，可改变传递氧的途径。 改良 A.D.A.法的反应过程为： H2S被碱液吸收： Na2CO3 + H2S Na HS + NaHCO3 偏钒酸钠与硫氢化钠反应，生成焦钒酸钠并析出元素硫： 4NaVO3+ 2 Na HS + H2O Na2V4O9 + 2S+ 4NaOH 焦钒酸钠在碱性脱硫液中为A.D.A.（氧化态）氧化再生成为偏钒酸 钠： Na2V4O9 + 2A.D.A.(氧化

27、态) + 2 NaOH + H2O 4 NaVO3 + 2A.D.A.(还原态) 还原态的A.D.A.于再生塔内，用通入空气的方法使之氧化再生成氧 化态： 2A.D.A.（还原态）+ 2O2 2A.D.A.（氧化态）+ 2NaOH 碱液再生： NaHCO3 + NaOHNa2CO3 + H2O 这样，从理论上看，在整个脱硫反应过程中，偏钒酸钠、A.D.A.和碳 酸钠都可获得再生，供脱硫过程中循环使用。 中国矿业大学 2009 届本科毕业设计第 8 页 一般由于焦炉煤气中含有一定量的二氧化碳和少量的氰化氢及氧，所 以在脱硫过程中还发生下列副反应： 煤气中二氧化碳与碱液反应： Na2CO3 + C

28、O2 + H2O2NaHCO3 煤气中的氰化氢和氧参与反应： Na2CO3 + 2HCN2NaCN + H2O + CO2 NaCN + SNaCNS 2NaHS + 2O2Na2S2O3 + H2O 部分 Na2S2O3被氧化为 Na2SO4 ： 2Na2S2O3 + O22Na2SO4 + 2S 在反应过程中还产生钒-氧-硫的黑色络合物沉淀。为了防止沉淀生成， 在溶液要添加少量的酒石酸钾钠，酒石酸钾钠能与多数金属离子结合成络 离子，形成可溶性的络合物，从而防止金属离子从碱性溶液中沉淀出来， 以减少钒的消耗。 改良 A.D.A.法脱除硫化氢系统的主要设备为脱硫塔和再生塔。脱硫塔 可采用填料塔

29、（木格填料或聚丙烯特拉雷特填料）或空喷塔。再生塔为钢 板焊制，从中段至塔底装有 3 块筛板，使硫泡沫和空气均匀分布。其顶部 设有扩大部分，塔壁与扩大圈间形成环隙。这种再生它具有效率高、操作 稳定的优点，但设备高大且空气鼓风的动力消耗大是其缺点。近年来已开 始改用喷射再生槽及立式氧化槽。 目前，改良 A.D.A.脱硫工艺又有所改进，如英国霍姆公司推荐的改进 A.D.A.法，其流程包括四个工序： a.脱除硫化氢，用硫化钠和硫组成的溶液洗涤煤气，使 HCN 转为 NaCNS，然后经此溶液送往下一工序处理，脱 HCN 效率可达 95%。 b.用改良 A.D.A.溶液洗涤煤气，脱硫效率可达 99.9%。

30、 c.将硫泡沫制成纯度高达 99.8%的硫磺。 d.将固定盐类回收加工，生成含有 H2S 的气体和钠盐，前者用于制取 硫酸，后者钠盐重新利用。 (三) 栲胶法 所谓栲胶是从植物中含有丹宁丰富的皮、果、叶及它们的干等原料中 提取的浆状或粉状物。丹宁结构复杂，含有大量的羟基(可作氧化剂)和镄基 (可作络台剂)，且资源丰富，价格便宜。栲胶法已被一些工厂采用。其脱硫 原理如下：栲胶溶液在碱性条件下通入空气使丹宁降解，然后按下式进行 脱硫和再生。 中国矿业大学 2009 届本科毕业设计第 9 页 脱硫：用碱液吸收硫化氢 Na2CO3+H2S NaHCO3+ NaHS 硫化氢在液相中与偏钒酸钠反应，生成焦

31、钒酸钠，并析出硫。 2NaHS+ 4NaVO3+H2ONa2V4O9 + 4NaOH + 2S 也有人认为按下式进行； NaHS+ 2NaVO3+ NaHCO3Na2V2O5 + Na2CO3+ H2O + S 再生 氧化态醌式栲胶将焦钒酸钠氧化为偏钒酸钠，而氧化态的醒式栲胶变 成还原态的酚式栲胶： Na2V4O9 + 2R(OH)O2+ 2NaOH +O24NaVO3+2R(OH)3 而还原态酚式栲胶被空气氧化再生成醌式： 2R(OH)3+ O22R(OH)O2+2H2O 其中R代表芳基 大量的试验和生产实践表明，栲胶法具有脱硫效率高，活性比ADA大， 塔压稳定，不堵塔的优点，但硫容较低。

32、(四) APS 法 APS法亦称苦味酸法，该法以煤气中的氨为碱源，苦味酸作催化剂，具 有脱硫效率高，操作简便，不污染大气，脱硫液无毒性，易再生等特点。 其脱硫机理如下： 硫化氢的吸收： NH3+H2SNH4HS 硫氢化物的氧化： NH4HS +RNO +H2ONH4OH + S + RNHOH 苦味酸再生： RNHOH+02RNO+H2O 2 1 其中RNO代表苦味酸 试验结果表明，APS法脱硫，能较彻底地消除硫对大气和水源的污染， 减轻对回收设备的腐蚀。但废液处理工艺复杂，腐蚀性强。 (五) 塔卡哈克斯法 塔卡哈克斯法系由日本东京煤气公司所发明，脱硫效率可达 99%。因 所使用的吸收剂不同分

33、为氨型塔卡哈克斯法和钠型塔卡哈克斯法。氨型塔 卡哈克斯法所使用的吸收剂为煤气本身所含的 NH3，钠型塔卡哈克斯法用 中国矿业大学 2009 届本科毕业设计第 10 页 的吸收剂是 Na2CO3和 NH4OH,两种方法分别使用 1.4-萘醌-2-磺酸铵和 1.4- 萘醌-2-磺酸钠为触媒。下面主要讨论氨型塔卡哈克斯法脱硫。该法由湿法 脱硫（氨型塔卡哈克斯法）及脱硫废液处理（希罗哈克斯 HIROHAX 湿式 氧化法）两部分组成，经处理后的脱硫液送往硫铵母液系统制取硫铵。 (1)氨型塔卡哈克斯法脱硫 脱硫原理：该法以煤气中铵作为碱源，以 1，4-萘醌-2-磺酸铵（以符号 NQ 表示）作氧化催化剂。氧

34、化催化剂子吸收液中呈离子状态存在。其主要 反应如下： 吸收反应 NH3 + H2ONH4OH NH4OH + H2SNH4HS + H2O NH4OH + HCNNH4CN + H2O 在吸收塔中，当焦炉煤气与吸收液接触时，煤气中的氨水首先生成氨 水，然后，氨水吸收煤气中的氰化氢和硫化氢，生成氰化铵和硫氢化铵。 氧化反应 硫氢化铵在氧化催化剂的作用下析出硫 NH4HSNQ(氧化态) + H2O NH4OH + S+ NQ(还原态) 氧化态 NQ 的分子式为： SO3NH4 O O 还原态 NQ 的分子式为： SO3NH4 OH OH 再生反应 在再生塔，向吸收液吹入空气，催化剂即从还原态再生为

35、氧化态。 另外硫氢化铵、氰化铵在萘醌催化剂的作用下进行如下再生反应： NH4SH + O2NH4OH + S 2 1 中国矿业大学 2009 届本科毕业设计第 11 页 NH4CN + SNH4CNS NH4HS+ 2O2(NH4)2S2O3 NH4HS + 2O2 + NH4OH(NH4)2SO4 + H2O 经过再生的吸收液返回吸收塔循环使用。但是，在循环过程中，吸收 液里逐渐积累了硫、硫氰酸铵、硫代硫酸铵和硫酸安等物质。必须从循环 液中提取一部分吸收液进一步处理。 (2) 希罗哈克斯（HIROHAX）湿式氧化法处理废液 为了保持脱硫吸收液中的各种铵盐及硫磺不大于一定的浓度，必须从 吸收液

36、中提取一部分进行废液处理，将硫磺及含硫铵盐湿式氧化为硫铵。 先简单介绍由日本新日铁公司开发的希罗哈克斯（HIROHAX）法。 希罗哈克斯处理废液反应原理: S + O2 + H2OH2SO4 2 3 (NH4)2S2O3 + 2O2 + H2O(NH4)2SO4 + H2SO4 NH4CNS + 2O2 + 2H2O(NH4)2SO4 + CO2 NH3 + H2SO4(NH4)2SO4 从塔卡哈克斯装置来的吸收液，在反应塔内被氧化生成硫铵和硫酸， 硫氰酸铵中的碳转化为二氧化碳气体。反应是在一定压力、一定温度下与 空气鼓泡接触进行，这些反应都是放热反应。 氨型塔卡哈克斯法的工艺流程特点（TAK

37、AHAX 与 HIROHAX） a.属于脱硫效率高的流程之一，脱硫效率高达 99%，在脱除硫化氢的同 时可以脱出氰化氢，氢化氢的脱除率为 85%90%。 b.该法以煤气中的氨为碱源，可节省大量碳酸钠碱液。并且在整个过程 中，氨还可以回收利用。 c.采用湿式氧化处理废液，使废液中的硫氢化铵和硫代硫酸铵及元素硫 氧化成硫铵和硫酸，其转化分解率高达 99.5%100%，无二次污染。 d.在湿式氧化过程中，相当于将煤气中 100%的硫化氢转化为硫酸可替 代硫铵耗酸量的 50%60%。大大降低了硫铵成本。 e.脱硫装置放置在硫铵饱和器之前，可以消除终冷气对大气对水体的污 染。 f.该法的缺点，与其他脱硫

38、方法比较具有： 中国矿业大学 2009 届本科毕业设计第 12 页 A.耗电量较高， B.要求吸收液喷淋密度大（比一般脱硫方法搭 10 倍以上） C.废液处理装置带有高温、高压及腐蚀性介质。 2.3 生产工艺流程的选择 从上面的论述中我们可以看出干法脱硫效果好，不过仅适用于硫化氢 含量较低，脱除要求比较高的场合。焦化厂的情况不属于此类，故一般采 用湿法脱硫。在我国，改良ADA法为焦化厂常采用的一种脱硫方法。本设 计即采用改良ADA法脱硫，需要说明一下的是：本设计采用戈尔膜作为回 收硫的装置，这种装置的回收效果好，且工艺比较简单，值得推广。 改良ADA法是湿法脱硫中一种比较成熟的方法，它是在AD

39、A法的基础 上开发出来的，目前在我国已经得到了广泛的应用，这种方法有如下一些 优点： 1、脱硫效率高，可达99%以上。 2、脱硫溶液的硫容量较高，故此进行吸收操作时对溶液中硫化氢的含 量限制不是很严格。 3、由于偏钒酸钠和硫氢化钠的反应很快，溶液的碱度不需要太高，pH 值可取8.59.0.这样的话就降低硫氢化物形成硫代硫酸钠的速度。并且整个 化学反应在脱硫塔内，传质系数较大，有利于反应。 4、催化剂容易再生，反应比较稳定，脱硫效率高，且硫回收效率高， 副反应少，运行费用较少。 它的不足之处在于：在运行过程中由于钒的存在，会形成一种黑色络 合物（钒氧硫化合物）的沉淀。为了消除所生成的沉淀，一种方

40、法是 延长吹空气的时间，使其复原成为可溶的钒酸盐；另一种方法是向溶液中 添加少量的酒石酸钾钠，因为多数金属离子能与酒石酸根结合成络离子， 形成可溶性络合物，可防止金属离子从碱性溶液中沉淀出来。另外，析出 的元素硫容易使脱硫塔的木格堵塞，并且所需的溶液循环量大。 本设计的再生系统采用再生塔，效率高、操作稳定，但是再生塔很高 大，还需压力较高的空气压缩机。 本设计硫的回收不采用真空过滤机，这样可以省电、水和减少维修。 现在，工艺的优化可以考虑以下几点： 1、流程尽可能成熟 成熟的工艺运行可靠，工艺简单，维护方便，保持较高的效率。如石 中国矿业大学 2009 届本科毕业设计第 13 页 灰石石膏法，

41、以其优越性得到了广泛的应用。但有些方法如活性炭吸收法， 流程复杂，稳定性差，活性炭再生困难，成本较大，在选择时应该慎重。 2、投资节省，运转费用低，保证较好的经济效益 从目前中国的经济情况看，制约脱硫推广的不是技术问题，是经济问 题。由于高额的投资和运转费用，使许多企业望而却步，所以选择经济效 益好的装备将具有更好的竞争力。 3、可以以废制废，实现综合利用 脱硫工艺的运行需要消耗大量的吸收剂，给企业造成巨大的经济负担， 如果能利用工业废物替代常用的脱硫剂，则会降低成本，实现经济效益和 环境效益的有机统一。如果用电石渣、钢渣代替石灰石，以及高炉煤气洗 涤水代替碱液脱硫等。 4、充分考虑综合利用和

42、副产品回收 一般脱硫系统产生的副产品如石膏等，没有销售市场，造成副产品的 积压，经济效益较差。因此在选择脱硫方法时，应该把副产品销路和再利 用作为考虑的一个问题。如磷酸铵肥法PAFP流程，由于副产品可以作为复 合肥料，发展前景看好。 3 改良 A.D.A 脱硫的生产原理及操作制度 3.1 改良 A.D.A 法生产原理、原料和产品 3.1.1 生产原理生产原理 焦炉煤气进入吸收塔，与从塔顶吸收下来的吸收液逆流接触，煤气中 的硫化氢被脱硫液吸收后，从塔顶排出。由塔底排出的饱和溶液经循环槽 用泵送入再生塔，经空气氧化再生并析出元素硫后，又自流到脱硫塔顶部 循环使用。 脱硫液是在等比例的2，6-蒽醌二

43、磺酸（A.D.A）和2，7-蒽醌二磺酸 （A.D.A.）的钠盐溶液配制而成的。通过将溶液的总碱度控制在 0.40.6mol/L之间来维持溶液的pH值在8.59.1之间。pH值若小于8.5会导致 反应速度太慢，如太高则会增加副反应，使碱耗增加，同时还会增快硫的 析出而导致堵塔。 改良A.D.A.法过程的反应过程如前所述。 中国矿业大学 2009 届本科毕业设计第 14 页 3.1.2 原料和产品原料和产品 原料： Na2CO3 纯度98% 蒽醌二磺酸 纯度80% 酒石酸钾钠 纯度98% NaVO3 纯度98% 产品： 熔融硫 纯度98% 3.2 工艺流程 3.2.1 工艺流程工艺流程 工艺流程如

44、图1所示 中国矿业大学 2009 届本科毕业设计第 15 页 图图1 焦化厂煤气脱硫工段工艺流程图焦化厂煤气脱硫工段工艺流程图 3.2.2 流程说明流程说明 1、煤气系统 洗苯后的焦炉煤气进入脱硫工段的脱硫塔，从塔顶喷淋脱硫液以吸收 硫化氢，脱硫后的煤气经分离，筛出的泡沫后，离开进入输送管道。 2、脱硫液系统 本系统很关键，吸收了硫化氢的溶液从塔底排出，经脱硫塔液封进入 反应槽，从捕沫槽分离出来的溶液经捕沫槽进入地下槽，后经地下泵进入 反应槽，然后溶液经循环泵进入加热器，加热后进入再生塔，同时空气经 压缩机进入再生塔底部，溶液在再生塔中再生后经液位调节器，返回脱硫 塔循环使用。 3、硫泡沫系统

45、 大量的硫泡沫是在再生塔中生成的，泡沫被空气流推至塔顶扩大部分。 故而利用液位差进入硫泡沫槽，通过搅拌、加热、澄清后进入戈尔膜，而 溶液进入反应槽，继续循环。 3.3 操作制度和工艺要点 3.3.1 操作制度操作制度 煤气入脱硫塔温度 3040 oC 脱硫塔压力 100mm水柱 脱硫塔pH值 8.59.1 加热器出口溶液温度 3540 oC 脱硫塔溶液温度高于煤气温度 35 oC 硫泡沫槽内溶液温度 6580 oC 溶液中硫代硫酸钠及硫氰酸钠含量之和 250g/L 中国矿业大学 2009 届本科毕业设计第 16 页 总碱度 0.4N 其中 Na2CO3 0.1N NaHCO3 0.3N A.D

46、.A. 25 g/L NaKC4H4O6 1g/L 3.3.2 工艺要点工艺要点 1、如果煤气入塔时温度较低，则反应速度较慢，反之若是温度过高， 则会增加副反应的速度，经过验证，3040 oC的温度最为合适。 2、脱硫液中的pH值要是小于8.5 则反应速度会变慢，而要是pH值太高， 则会增加副反应的反应速度，并且碱的消耗亦会增多，而使脱硫在塔内的 析出速度增快，这样容易导致堵塔，故此pH为8.59.1最为合适。 3、脱硫塔溶液温度高于煤气温度35 oC，这是系统水平衡的需要，尤 其是在不提取硫氰酸钠时更为必要。 4、溶液中的硫代硫酸钠及硫氰酸钠含量总和大于 250 g/L 时，会导致 脱硫反应

47、速度降低，恶化操作，因此需要时时检测控制它们的含量，即将 之提取出来。 5、再生塔硫泡沫的溢流量是通过液位调节器和空气量来调节的。 6、开工用的溶液量应可以满足在生产状态下充满再生塔、反应槽、溶 液管线及脱硫塔滞留的液量。一般以装满整个事故槽作为考虑标准。 7、若是工业级五氧化二钒及偏钒酸盐溶液无法供应，偏钒酸钠则可用 废钒催化剂通过碱液萃取法制备。 4 主要设备的计算和选型 4.1 主要设计计算 脱硫塔空塔气速 0.50.7 m/s 脱硫效率 99% A.D.A 溶液硫容量 0.20.25 kg /SH2 3 m 脱硫塔传质系数 1520 kg/()atmhm2 脱硫塔液气比 16 L/ 3

48、 m 脱硫塔溶液喷淋密度 27.5 )hm/(m 23 再生塔溶液停留时间 2530 min 中国矿业大学 2009 届本科毕业设计第 17 页 再生塔空气鼓风强度 100300 )hm/(m 23 再生塔空气用量 913 (空气)/kg 硫 3 m 反应槽内溶液停留时间 810 min 硫化氢转化为硫代硫酸钠的转化率 34% 4.1.1 原材料的消耗原材料的消耗 表 4.1 原材料的消耗 名称规格指标 （kg/kg 硫） 32CO Na 纯度按 100%计0.5 3 NaVO 纯度按 100%计0.0015 A.D.A纯度按 100%计0.003 酒石酸钾钠纯度按 100%计0.0006 4.1.2 主要设计参数主要设计参数 脱硫前煤气含量 10 SH2 3 g/Nm 脱硫后煤气含量 20 mSH2 3 g/Nm 脱硫前煤气含 HCN 量 600 m 3 g/Nm 脱硫后煤气含 HCN 量 6