氨水脫硫淺析

1、目錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark15 o Current Document 摘要2 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 一、我國的合成氨現(xiàn)狀分析3（一）能源消耗3 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document （二）技術(shù)特點(diǎn)4 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document （三）未來發(fā)展4 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 二、脫硫技術(shù)簡介5 HYPERLINK l bookmar

2、k42 o Current Document （一）濕法脫硫技術(shù)5 HYPERLINK l bookmark46 o Current Document （二）半干法脫硫技術(shù)5 HYPERLINK l bookmark50 o Current Document （三）干法脫硫技術(shù)6 HYPERLINK l bookmark54 o Current Document 三、我廠的脫硫方法的選擇6 HYPERLINK l bookmark58 o Current Document （一）化學(xué)反應(yīng)基理6 HYPERLINK l bookmark61 o Current Document （二）工藝流程7

3、（三）物料衡算8 HYPERLINK l bookmark69 o Current Document （四）工藝控制要點(diǎn)9 HYPERLINK l bookmark77 o Current Document 四、分析與建議10 HYPERLINK l bookmark84 o Current Document 參考文獻(xiàn)11 HYPERLINK l bookmark87 o Current Document 致謝12摘要在中國化工行業(yè)已經(jīng)飽和的情況下，不同能源的化工廠還有沒有發(fā)展空間。在石油， 天然氣日益匱乏的情況下，以煤為能源的化工的優(yōu)勢就體現(xiàn)出來了。而以煤為化工生產(chǎn) 的原料就少不了脫硫技術(shù)，

4、在各種脫硫技術(shù)中如何設(shè)計(jì)找出最適合本地的脫硫工藝就顯 得尤為重要。如何針對自己的特點(diǎn)來創(chuàng)新，改善系統(tǒng)的工藝，提高脫硫的效率，降低能 源的消耗，加長系統(tǒng)的運(yùn)行周期。實(shí)現(xiàn)安全，穩(wěn)定，環(huán)保的運(yùn)行是一個(gè)沒有終點(diǎn)的“長 跑賽”。關(guān)鍵詞：脫硫改善技術(shù)一、我國的合成氨現(xiàn)狀分析能源消耗氨是最為重要的基礎(chǔ)化工產(chǎn)品之一，其產(chǎn)量居各種化工產(chǎn)品的首位；同時(shí)也是能源 消耗的大戶，世界上大約有10%的能源用于生產(chǎn)合成氨。未來合成氨技術(shù)進(jìn)展的主要趨勢 是“大型化、低能耗、結(jié)構(gòu)調(diào)整、清潔生產(chǎn)、長周期運(yùn)行”。合成氨工業(yè)的發(fā)展迄今已有80多年的歷史，早期合成氨是以焦?fàn)t氣、水電解氫氣及焦炭 氣化產(chǎn)生的水煤氣為原料,70年代開始轉(zhuǎn)向

5、以天然氣、石腦油為原料。國外合成氨裝置 中不同原料所產(chǎn)合成氨占總量如下：原料名稱天然氣石腦油重油煤焦?fàn)t氣其他占比例%71.519421.52近年來，由于天然氣和石腦油資源日益枯竭，世界各國都在積極開發(fā)或建設(shè)以煤為 原料的大型氨裝置，但由于經(jīng)濟(jì)原因，目前還難以與天然氣競爭。我國油、氣資源少，煤 炭資源豐富，又缺少發(fā)展大型氨廠所需技術(shù)和資金，所以實(shí)施與世界各國不同的戰(zhàn)略：同 時(shí)發(fā)展大、中、小型氨廠。資料表明，我國石油開采量為年產(chǎn)0.14Gt，僅為世界開采量的 2.4%,天然氣開采量不到世界總量的1%。煤炭資源約為765Gt,1995年開采量為1.28Gt, 超過美國,居世界第一位。我國能源消耗70

6、%是煤。合成氨廠60%以上是用煤或焦炭為原 料，年用量達(dá)46000kt,占煤炭總用量的3.4%。目前，我國合成氨工業(yè)原料分布及噸氨耗 量與成本見表：類別天然氣石腦油渣油煤焦炭合成氨能力/kt -a1515017702130171602190占總能力(%)18.16.37.5607.7噸氨耗量980m30.85t0.75t1.4t1.4t單價(jià)/元0.81600950350350原料成本/元7841360712.5490490由于資源結(jié)構(gòu)的原因，在我國以油、氣為原料制氨，其原料成本較高,且供應(yīng)往往難 以保證。以煤為原料，成本較低，來源豐富。當(dāng)然，以煤為原料的合成氨工藝存在不少缺 點(diǎn)，如能耗高,流程

7、長，環(huán)境污染嚴(yán)重,綜合成本較高。但近年來，我國科技人員做了大量 技術(shù)開發(fā)工作，節(jié)能、降耗及減少環(huán)境污染等有了很大的進(jìn)展，在相當(dāng)長時(shí)期內(nèi)，以煤為 原料的氨廠，尤其是中、小型裝置仍有發(fā)展的空間（二）技術(shù)特點(diǎn)從20世紀(jì)20年代世界第一套合成氨裝置投產(chǎn)，到20世紀(jì)60年代中期，合成氨工業(yè) 在歐洲、美國、日本等國家和地區(qū)已發(fā)展到了相當(dāng)高的水平.近10年來，由于低能耗裝 置噸氨能耗已經(jīng)降至28GJ的水平，接近了理論能耗數(shù)值（22GJ），節(jié)能降耗的余地已經(jīng)很 ?。A(yù)計(jì)合成氨裝置噸氨能耗將難以降低到26GJ以下），而且即使能夠降低，其對裝置的 經(jīng)濟(jì)性也將很小?；诖?，為了進(jìn)一步改善裝置的經(jīng)濟(jì)性，技術(shù)專利商均開

8、始轉(zhuǎn)向以實(shí)現(xiàn) 單系列合成氨裝置產(chǎn)量最大化為首要目標(biāo)的研究開發(fā)。20世紀(jì)80年代投產(chǎn)的世界級(jí)合 成氨裝置的平均產(chǎn)量為1120t/d,而最近投產(chǎn)的世界級(jí)合成氨裝置的產(chǎn)量大多已接近 2000t/d,且主要按照現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行放大。（三）未來發(fā)展根據(jù)合成氨技術(shù)發(fā)展的情況分析，估計(jì)未來合成氨的基本生產(chǎn)原理將不會(huì)出現(xiàn)原則 性的改變，其技術(shù)發(fā)展將會(huì)繼續(xù)緊密圍繞“降低生產(chǎn)成本、提高運(yùn)行周期,改善經(jīng)濟(jì)性” 的基本目標(biāo),進(jìn)一步集中在“大型化、低能耗、結(jié)構(gòu)調(diào)整、清潔生產(chǎn)、長周期運(yùn)行”等 方面進(jìn)行技術(shù)的研究開發(fā)。大型化、集成化、自動(dòng)化，形成經(jīng)濟(jì)規(guī)模的生產(chǎn)中心、低能耗與環(huán)境更友好將是 未來合成氨裝置的主流發(fā)展方向。單系列合

9、成氨裝置生產(chǎn)能力將從 2000t/d提高至 4000-5000t/d;以天然氣為原料制氨噸氨能耗已經(jīng)接近了理論水平，今后難以有較大幅 度的降低,但以油、煤為原料制氨，降低能耗還可以有所作為。以“油改氣”和“油改煤”為核心的原料結(jié)構(gòu)調(diào)整和以“多聯(lián)產(chǎn)和再加工”為核 心的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整，是合成氨裝置“改善經(jīng)濟(jì)性、增強(qiáng)競爭力”的有效途徑。全球原油 供應(yīng)處于遞減模式，正處于總遞減曲線的中點(diǎn)，預(yù)計(jì)到2010年原油將出現(xiàn)自然短缺，需用 其他能源補(bǔ)充。石油時(shí)代將逐步轉(zhuǎn)入煤炭（氣體）時(shí)代，原油的加工產(chǎn)品輕油、渣油的價(jià) 格也將隨之持續(xù)升高。目前以輕油和渣油為原料的制氨裝置在市場經(jīng)濟(jì)的條件下，已經(jīng) 不具備生存的基礎(chǔ)，

10、以“油改氣”和“油改煤”為核心的原料結(jié)構(gòu)調(diào)整勢在必行;借氮肥 裝置原料結(jié)構(gòu)的調(diào)整之機(jī)，及時(shí)調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，聯(lián)產(chǎn)氫氣及多種C1化工產(chǎn)品亦是裝置改 善經(jīng)濟(jì)性的有效途徑。實(shí)施與環(huán)境友好的清潔生產(chǎn)是未來合成氨裝置的必然和惟一的選擇。生產(chǎn)過程中 不生成或很少生成副產(chǎn)物、廢物，實(shí)現(xiàn)或接近“零排放”的清潔生產(chǎn)技術(shù)將日趨成熟和 不斷完善。提高生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性，延長運(yùn)行周期是未來合成氨裝置“改善經(jīng)濟(jì)性、增強(qiáng)競 爭力”的必要保證。有利于“提高裝置生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)率、延長運(yùn)行周期”的技術(shù)，包括工藝 優(yōu)化技術(shù)、先進(jìn)控制技術(shù)等將越來越受到重視。二、脫硫技術(shù)簡介脫硫氣體中硫化氫的方法很多，一般可分為濕法與干法兩大類。濕法脫硫按溶液

11、的 吸收于再生性質(zhì)，又可分為氧化法，化學(xué)吸收法，物理吸收法三類。（一）濕法脫硫技術(shù)濕法脫硫工藝應(yīng)用最多，占脫硫總裝機(jī)容量85%。而其中占主導(dǎo)地位的石灰石-石膏 法是目前技術(shù)上最成熟、實(shí)用業(yè)績最多、運(yùn)行狀況最穩(wěn)定的脫硫工藝，已有近30年的 運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，其脫硫效率在90%以上，副產(chǎn)品石膏可回收利用，也可拋棄處置。20世紀(jì)70 年代末，石灰石-石膏法FGD技術(shù)在美國、德國和英國基本過關(guān)，開始大規(guī)模推向市場， 到80年代中期，這些國家的FGD市場漸趨飽和。各供應(yīng)商在完成項(xiàng)目的過程中不斷積 累經(jīng)驗(yàn)，形成了各自的特點(diǎn)，但從總體上看，還是大同小異，共性大于個(gè)性。（二）半干法脫硫技術(shù)半干法的工藝特點(diǎn)是：反應(yīng)在氣

12、、固、液三相中進(jìn)行，利用煙氣顯熱蒸發(fā)吸收液中 的水分，使最終產(chǎn)物為干粉狀，若與袋式除塵器配合使用，可提高10%的脫硫效率。脫 硫廢渣一般拋棄處置，但最近德國將此廢渣成功地用于建材生產(chǎn)，使半干法的應(yīng)用前景 更為樂觀。爐內(nèi)噴鈣增濕活化法（LIFAC法）：此法是芬蘭IVO公司采用袋式除塵調(diào)節(jié)方法則系 統(tǒng)總脫硫效率為60%80%,波蘭WROCLAW電廠的半干法則在此基礎(chǔ)上在噴霧塔中以霧狀 形式加入一種催化劑。據(jù)了解其脫硫效率穩(wěn)定在70%左右，其噴霧塔使用5年仍未見銹 蝕，其投資僅為濕法脫硫裝置的20%，操作簡單，用于對老電廠的改造很方便。（三）干法脫硫技術(shù)干法的工藝特點(diǎn)是：反應(yīng)在干燥的狀態(tài)下進(jìn)行，吸收

13、劑和反應(yīng)產(chǎn)物均為干粉狀，不 存在腐蝕、結(jié)露等問題。干法脫硫技術(shù)包括：荷電干試噴射脫硫法（CDSI法）、等離子 體法、回流式循環(huán)流化床法等.三、我廠的脫硫方法的選擇（）化學(xué)反應(yīng)基理H2S+NH4OH=NH4HS+H2O 吸收反應(yīng)（放熱）NH4HS+1/2OS+NH3+H2O 解析反應(yīng)特點(diǎn)：1）利用煤氣自身的氨為堿源，不需催化劑；2）依靠回送脫酸貧液提高氨硫 比，從而提高脫硫效率.硫化氫的吸收經(jīng)歷兩個(gè)過程，即硫化氫從氣相向液相移動(dòng)的溶解過程和硫化氫分子 在溶液中的離解過程。隨著硫化氫的離解，溶液中的硫化氫隨之減少，并降低界面上硫 化氫的分壓，從而使氣相中的硫化氫繼續(xù)向液相移動(dòng)。過程的終點(diǎn)是離解達(dá)到

14、平衡，即 液相中的硫化氫在界面上的分壓與氣相中硫化氫的分壓達(dá)到平衡。變換氣脫硫從變換送出來的變換氣（變換氣壓力2.1PMa）,經(jīng)二次脫硫清洗塔后進(jìn)入二次脫硫塔, 脫硫后送壓縮工段。變換氣脫硫流程如圖所示。（二）工藝流程氨水脫硫包括洗滌和脫酸蒸氨兩部分，洗滌部分就是氨和硫化氫等的吸收部分，脫 酸蒸氨就是氨和硫化氫等的解吸部分。半水煤氣經(jīng)氣柜到靜電除焦，通過靜電除焦除去煤氣中的焦油和粉塵后送到羅茨鼓 風(fēng)機(jī)的進(jìn)口，氣體通過羅茨鼓風(fēng)機(jī)的加壓后，由出口進(jìn)入冷卻塔的底部，與冷卻塔的上 部的循環(huán)水逆流接觸對煤氣進(jìn)行降溫后，從冷卻塔的上部出來送至脫硫塔的底部，與上 部的脫硫液逆流接觸，脫出煤氣中的H2S后從脫

15、硫塔的上部出來，送至清洗塔的底部， 與上部的循環(huán)水逆流接觸，除去煤氣中的氨水等雜質(zhì)后送至后工段。氣柜一羅茨鼓風(fēng)機(jī)一冷卻塔一脫硫塔一富液池一再生槽一貧液槽 工藝流程圖： 半水煤氣脫硫從造氣車間送出來的半水煤氣經(jīng)氣柜通過靜電除焦器和羅茨鼓風(fēng)，經(jīng)冷卻后進(jìn)入脫 硫塔，脫硫后的半水煤氣再機(jī)進(jìn)入冷卻清洗塔的下段凈化后的半水煤氣送氮?dú)錃鈮嚎s機(jī) 一段入口。半水煤氣脫硫流程如圖所示：靜點(diǎn)除焦器司冷卻清洗塔|J羅茨鼓風(fēng)機(jī)|_，脫硫塔下部 冷卻清洗塔上部 壓縮脫硫液流程在再生槽再生的脫硫液分別經(jīng)貧液泵及二次脫硫泵從脫硫塔及二次脫硫塔頂部噴 淋而下。從脫硫塔底排出的溶液經(jīng)富液泵壓至噴射再生器吸入空氣在再生槽再生，析出

16、硫磺 后的溶液再循環(huán)使用，脫硫液流程如圖所示：脫硫液再生槽分液泵脫硫塔回收流程硫磺泡沫在再生槽頂部溢流至硫泡沫混合槽，以硫泡沫泵壓至硫泡，分離出硫膏，進(jìn) 入熔硫釜，加熱熔融后，硫磺呈液態(tài)流出冷卻成形后作為副產(chǎn)品出售?；厥樟鞒倘鐖D所 示：再生槽I硫泡沫槽J泡沫泵物料衡算已知條件：進(jìn)口 HS濃度：1.2g.m-1出口 ：0.05g.m-1羅茨機(jī)每小時(shí)打氣量：1088ms2Y1=0.015Y0.0036x0 x2=1.14成分H2COCO2O 2N2HS2合計(jì)%39.9023.5414.160.420.81.20100混合煤氣去壓縮機(jī)一段壓力350mmHg混合煤氣進(jìn)口溫度30C混合煤氣出脫硫塔溫度2

17、5C最小氣液比：M=e/p=0.0015 (l/v)min=Y1-Y2/(Y1/m-X2)=9.1V=43.9kmol/hL=1.5lmin=600kmol/h填料高度計(jì)算：Z=N g*HogKG=DP/RTZ PBm=4.1X10-6GNA=KG(P -P *)=2.7X10-6=K (Y -Y ) A AY 12fKY=2.4X10-4 kmol/(m2.s)HOG二V/%a Q =40mNOG=Y -Y/(AY-AY)/lnAY/AY=0.3121212Z=H .N =12m脫硫效率：V=95.8%（四）工藝控制要點(diǎn)煤氣溫度在脫硫的整個(gè)過程中煤氣的溫度對脫硫的效果，能力都有直接的影響。各

18、介質(zhì)溫度 必須調(diào)整至設(shè)計(jì)值，溫度升高，洗滌效率明顯降低。一般脫硫吸收溫度控制在23 土 1C, 要求低溫的依據(jù)：1）吸收為放熱反應(yīng)，溫度低有利于反應(yīng)進(jìn)行；2）低溫有利于NH3和 是是的溶解。在低溫的.煤氣溫度過低會(huì)導(dǎo)致再生效率低，泡沫稀，懸浮硫高。使再生 副反應(yīng)加劇，不利于硫的浮選。根據(jù)不系統(tǒng)的特點(diǎn)，為了達(dá)到最好的吸收效果，煤氣溫 度控制在28-37最為合理。煤氣溫度過高，脫硫的傳質(zhì)過程會(huì)向傳熱過程傾斜，脫硫液中的有效成分會(huì)加快揮 發(fā)速度，降低脫硫效率并會(huì)帶入煤氣中加重后工段的負(fù)荷。當(dāng)煤氣從氣柜來時(shí)，一直到脫硫塔，只有羅茨鼓風(fēng)機(jī)對煤氣做工使煤氣的溫度上升，所 以為了保證溫度的合格率就必須保證：

19、1）氣柜的煤氣溫度，在進(jìn)脫硫塔前只有冷卻塔降 溫，而冷卻塔的降溫是有極限的，只有保證氣柜的煤氣溫度不超那么到脫硫工段就能有 效的控制住進(jìn)塔的煤氣溫度。2）冷卻塔的出口溫度，在冬天盡量的讓出口的溫度高點(diǎn)， 在夏天盡量讓出口的煤氣溫度低點(diǎn)。盡量的減少外在環(huán)境對溫度的影響。脫硫液成分脫硫液的有效成分過低不利于煤氣的脫硫，易造成硫后高。脫硫液的有效成分過高 造成消耗高，脫硫液容易結(jié)晶吸附在脫硫的填料上，影響脫硫的接觸面積，使脫硫的阻 力上升，生產(chǎn)周期縮短。脫硫液的循環(huán)量當(dāng)脫硫液的循環(huán)量過小時(shí)，脫硫效果差，循環(huán)量過大對吸收雖然有利，但會(huì)增加動(dòng) 力消耗，縮短再生時(shí)間還增加了羅茨機(jī)得負(fù)荷。再生的影響壓力：當(dāng)

20、再生壓力高時(shí)，空氣吸入量也就越多對再生也就越有利，但容易造成再生 液位不穩(wěn)，跑沫卷入脫硫液中，懸浮硫增加。壓力低的時(shí)候空氣的吸收量又不足，再生 不完全，會(huì)減少脫硫液的有效成分從而降低脫硫效率。再生槽的液位，再生槽的液位在整個(gè)的溶液再生循環(huán)中起著非常重要的作用，液位低時(shí) 泡沫不能完全浮選出來，當(dāng)泡沫吸附到一定的程度就會(huì)大于溶液的密度從而增加懸浮 硫。當(dāng)液位過高時(shí)，脫硫液就會(huì)隨著流走，溶液的損失加大，同時(shí)再生的時(shí)間減少也會(huì) 同樣造成再生不完全。四、分析與建議建議加大脫硫液的再生量，即時(shí)的把硫泡沫從溶液中浮選出來。減少了脫硫液中 懸浮硫的含量，對加強(qiáng)脫硫效果有很大的幫助。建議將循環(huán)水改為一次水，循環(huán)

21、水的降溫能力有限，到了夏天不能很好的保證溫 度的合格率，影響脫硫效果，而一次水的溫度低能很好的起到降溫作用，特別是在夏天 效果非常明顯。根據(jù)本廠的實(shí)習(xí)經(jīng)歷，在不同的脫硫方法中。不同的原料氣有不同的適用方法， 在選擇不同的方法要跟據(jù)煤氣中的硫的組成成分而選擇不同的脫硫的方法。在以煤為原 料的氣中，一般要選擇濕法脫硫，其成本小，設(shè)備簡單。在大系統(tǒng)和其他為原料的脫硫 方法選擇要根據(jù)不同的廠的情況而定。參考文獻(xiàn)【1】淺談氨水脫硫的工藝設(shè)計(jì) 金萍【2】薛榮書.化工工藝學(xué).第二版.重慶大學(xué)出版社，【3】焦?fàn)t煤氣脫硫工序存在的問題與對策 郝學(xué)民【4】焦?fàn)t煤氣脫硫工藝分析與優(yōu)化韓新萍【5】合成氨工藝技術(shù)的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢 蔣德軍【6】合成氨脫硫工段“精脫硫”技改的實(shí)踐 張君 曹志功【7】以煤為原料的合成氨工藝選擇 劉俊蘭致謝首先我要感謝在我實(shí)習(xí)期間給我無私的關(guān)注和幫助