煤化工課程設(shè)計(jì)---煉焦煤氣的脫硫的工藝流程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　1 設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)1</b></p><p>　　2 工藝流程簡(jiǎn)介2</p><p>　　3 工藝流程中主要發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)3</p><p>　　4 脫硫塔的設(shè)計(jì)4</p><p>　　4.1 物料衡算4</p><p>　　4.1.1入塔的煤氣質(zhì)量4<

2、/p><p>　　4.1.2出塔氣體組成及流量5</p><p>　　4.1.3 全塔物料衡算6</p><p>　　4.2 熱量衡算6</p><p>　　4.2.1 入塔脫硫煤氣帶入的熱量6</p><p>　　4.2.2 補(bǔ)充的水汽帶入的熱量7</p><p>　　4.2.3 出脫硫

3、塔的煤氣帶走的熱量8</p><p>　　4.2.4 脫硫過(guò)程中發(fā)生的溶解熱和反應(yīng)熱9</p><p>　　4.2.5 總的熱量衡算9</p><p>　　4.3 設(shè)備計(jì)算10</p><p>　　4.3.1 選擇填料10</p><p>　　4.3.2 塔徑計(jì)算10</p><p>

4、;　　4.3.3傳質(zhì)面積和填料高度12</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：13</b></p><p><b>　　1 設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)</b></p><p><b>　　1.1 設(shè)計(jì)題目</b></p><p>　　干煤氣量為54292（70000，90000）Nm3/h

5、的煉焦煤氣的脫硫的工藝流程設(shè)計(jì)。</p><p>　　入口煤氣中雜質(zhì)的含量 ：</p><p>　　剩余氨水：12470Kg/h,t=75℃,P=0.45MPa,氨的質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%。</p><p><b>　　1.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容</b></p><p>　?。?）脫硫工藝的選擇與工藝流程介紹；</p>&l

6、t;p>　?。?）脫硫塔的物料衡算； </p><p>　?。?）脫硫塔的工藝尺寸計(jì)算； </p><p>　?。?）繪制脫硫塔裝配圖和工藝流程圖； </p><p>　?。?）對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程的評(píng)述和有關(guān)問(wèn)題的討論。</p><p><b>　　1.3主要設(shè)計(jì)參數(shù)</b></p><p>　　P

7、0=96400Pa</p><p>　　脫硫塔空塔氣速：0.5～0.7m/s</p><p><b>　　脫硫效率：99%</b></p><p>　　脫硫液硫容量：0.18～0.22(H2S)/m3</p><p>　　脫硫塔傳質(zhì)系數(shù)K：15～20kg/(m2·h·atm)</p>&

8、lt;p>　　脫硫塔液氣比：>16L/m3</p><p>　　脫硫塔溶液噴淋密度：>27.5m3/(m2·h)</p><p>　　H2S轉(zhuǎn)化為鹽的轉(zhuǎn)化率：3～4%</p><p>　　HCN吸收率:90%</p><p><b>　　干煤氣組成：</b></p><p&

9、gt;　　2 工藝流程簡(jiǎn)介 </p><p>　　焦?fàn)t煤氣經(jīng)捕除焦油霧后，先進(jìn)入中間煤氣冷卻器由約500C冷卻到360C。中間煤氣冷卻器由預(yù)冷段、洗萘段，終冷段三段空噴塔組成。在塔下部的預(yù)冷段，煤氣由約500C被直接冷卻到不析出萘的溫度，即約380C.在塔中部的洗萘段，用含萘約5%的洗油噴灑，使煤氣中的含萘量降至約0.36g/m3,這一含量可保證煤氣在終冷段無(wú)萘析出。洗萘富油的一部分送往粗苯工序處理。煤氣最

10、后在塔上部的終冷段被冷卻至360C，然后進(jìn)入脫硫塔。</p><p>　　因中間煤氣冷卻器循環(huán)噴灑的氨水中含有萘、焦油霧及渣子等，所以需將其中一部分送至氨水澄清槽，再?gòu)陌彼畠?chǔ)槽送來(lái)補(bǔ)充氨水。</p><p>　　脫硫塔為填料塔，焦?fàn)t煤氣從塔的下部進(jìn)入，與從塔頂噴灑的吸收液對(duì)流接觸，煤氣中的H2S、HCN、NH3即被吸收液吸收。出塔的焦?fàn)t煤氣送往硫酸銨工序。從塔底排出的吸收液用循環(huán)泵送入再生

11、塔底部。再生塔為鼓泡塔、吸收液與空氣并流流動(dòng)，液中的硫氫根離子在催化劑作用下氧化而生成前述的各種銨鹽和硫黃。</p><p>　　經(jīng)過(guò)氧化再生的溶液具有吸收H2S的能力，使之從再生塔頂部自流返回脫硫塔頂部循環(huán)使用。為了保持各種銨鹽及硫黃在吸收液中不大于一定的濃度，部分吸收液需自再生塔頂部自流至希羅哈克斯裝置，將硫黃及含硫銨鹽濕式氧化為硫酸銨。</p><p>　　從再生塔頂部排出的空氣送入

12、第一洗凈塔，用硫銨工序來(lái)的硫酸銨母液洗滌以吸收廢氣中的氨，吸氨后的母液再送回硫酸銨工序。自第一洗凈塔出來(lái)的廢氣再進(jìn)入第二洗凈塔，以此用過(guò)濾水噴灑除去母液酸霧后，放入大氣中。洗滌水自塔底排出送往活性污泥裝置進(jìn)行處理。</p><p>　　3 工藝流程中主要發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)</p><p>　　在吸收塔中，煤氣中的氨首先溶解生成氨水。</p><p><b>　

13、　4 脫硫塔的設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　4.1 物料衡算</b></p><p>　　4.1.1入塔的煤氣質(zhì)量</p><p><b>　　干煤氣量</b></p><p><b>　　干煤氣組成表</b></p><p>　

14、　其中因?yàn)槊簹庵袩N類(lèi)的分子量一般都比較小，所以把CmHn當(dāng)成C2H6來(lái)計(jì)算</p><p>　　干煤氣的平均分子質(zhì)量為：入口干煤氣量為54292Nm3/h，其質(zhì)量流量為</p><p>　　其他煤氣中組分的量的衡算</p><p><b>　　以苯為例：</b></p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求54292Nm3/h的煤氣

15、中有28.45g/m3的苯，則苯的質(zhì)量流量為</p><p><b>　　kg/h </b></p><p>　　其在340C時(shí)的體積為</p><p><b>　　m3/h</b></p><p>　　用同樣的方法可以得到硫化氫，氰化氫，氨氣，萘，水蒸氣的體積流量和質(zhì)量流量，列表如下：<

16、/p><p>　　入口煤氣的總質(zhì)量為：</p><p>　　m1=2519.2+1544.8+433.9+110.7+454.5+21.7+1301.6=28848.5kg/h</p><p><b>　　入口煤氣總體積為：</b></p><p>　　V1=54292+427.4+160.7+70.5+598.8+3.8+

17、1618.2=57199.3m3/h</p><p><b>　　其平均密度為</b></p><p><b>　　塔中的反應(yīng)消耗情況</b></p><p>　　根據(jù)要求硫化氫要從入口的5.99g/Nm3降至100mg/Nm3以下，因此除H2S總量為：</p><p><b>　　kg/

18、h</b></p><p>　　HCN須有90%被吸收，因此除HCN量應(yīng)為：%=90.63kg</p><p>　　除H2S和HCN的反應(yīng)為：</p><p>　　NH4OH+H2S→NH4HS+H2O</p><p>　　NH4OH+HCN→NH4CN+H2O</p><p>　　H2S和NH4OH反應(yīng)按

19、1：1的物質(zhì)的量比反應(yīng)，消耗NH3的量： </p><p><b>　　按質(zhì)量流量算為/h</b></p><p>　　HCN和NH4OH反應(yīng)按1：1的物質(zhì)的量比來(lái)反應(yīng)，消耗NH3的量：</p><p>　　因此消耗的氨量為42.88+214.2=254.2kg/h</p><p>　　由剩余氨水能帶入NH3為</

20、p><p>　　剩余不足的須從氨氣中補(bǔ)充</p><p>　　反應(yīng)完后氣體氨剩余551.4+39.48-234.05=387.1kg/h 由煤氣帶出脫硫塔</p><p>　　焦油、苯、萘質(zhì)量變化不大，須補(bǔ)充氨254.2kg/h即補(bǔ)充10%氨水質(zhì)量流量2542kg/h</p><p>　　4.1.2出塔氣體組成及流量</p>&

21、lt;p>　　出口中焦油、苯、萘質(zhì)量同入口幾乎相同，NH3為387.1kg/h（合338.7m3/h)</p><p>　　H2S剩余100mg/m3即（合）</p><p>　　由于入塔水蒸氣未飽和但在塔中傳熱傳質(zhì)后水蒸氣得以飽和</p><p>　　查得在360C下煤氣中飽和水蒸氣量為50.28g/m3</p><p>　　因此出塔

22、煤氣中含水分</p><p>　　僅煤氣中須有2729.8-1301.6=1428.6kg 水蒸氣進(jìn)行補(bǔ)充</p><p>　　在此塔頂氣體總質(zhì)量為</p><p>　　m3=25196.5+1544.9+21.72+2730.2+5.43+8.53+387.6=29893.5kg/h</p><p><b>　　總體積為<

23、/b></p><p>　　V3=341.3+338.7+3.6+5.8+442.7+3.8+54292=58507.4m3/h</p><p><b>　　其密度為</b></p><p>　　4.1.3 全塔物料衡算</p><p><b>　　入口脫硫液的量</b></p>

24、<p>　　脫硫液容量為0.2kg(H2S)/m3 ，因?yàn)槲樟坎淮?，因此?duì)液體密度影響不大，可取350C時(shí)水的密度993.95kg/m3</p><p><b>　　脫硫液的質(zhì)量為</b></p><p>　　根據(jù)物料守恒應(yīng)有 m1+m2=m3+m4</p><p><b>　　即 </b><

25、;/p><p>　　因吸收H2S前后對(duì)脫硫液密度影響不大，因此可按計(jì)算</p><p>　　脫硫塔的液氣比為>，因此脫硫塔的液氣比符合要求。</p><p><b>　　4.2 熱量衡算</b></p><p>　　4.2.1 入塔脫硫煤氣帶入的熱量</p><p>　　因脫硫液質(zhì)量流量很大，而

26、且接觸時(shí)間比較短，加之煤氣與之傳熱后煤氣溫度變化不大，脫硫液吸收煤氣及溶解鹽后質(zhì)量變化也不大，因此可以認(rèn)為脫硫液進(jìn)出吸收塔前后的溫度不變。查得干煤氣的比熱為0.73kcal/(kg·0C),又因?yàn)?kcal=4186J,所以干煤氣由于溫度變化帶走的熱量為 </p><p>　　干煤氣需補(bǔ)充的熱量為 </p><p>　　硫化氫被吸收達(dá)到平衡后出脫硫塔煤氣中含有硫化氫的量為

27、100mg/Nm3</p><p>　　即有的硫化氫隨煤氣出脫硫塔</p><p>　　硫化氫的比熱為0.24kcal/(kg·0C)</p><p>　　硫化氫從340C升溫到360C吸收熱量為</p><p>　　氨氣的平衡摩爾熱容為35.5kJ/(kmol·K)</p><p>　　吸收完硫化

28、氫和氰化氫的出脫硫塔煤氣中的氨的流量為167.9kg/h，這部分氨在塔中吸熱為</p><p>　　氰化氫被氨吸收后隨煤氣出塔的剩余量為5.55kg/h,氰化氫的比熱為0.28kcal/(kg·0C)</p><p>　　這部分氰化氫會(huì)吸收熱量</p><p><b>　　苯的</b></p><p><

29、b>　　在350C下，</b></p><p><b>　　苯需要吸收的熱量為</b></p><p><b>　　萘的</b></p><p><b>　　在350C時(shí)，</b></p><p>　　萘從340C升溫到360C需吸收熱量</p>

30、<p>　　硫化氫的溶解熱為-19.3kJ/mol</p><p>　　所有參加反應(yīng)的硫化氫均需要溶解，這部分硫化氫溶解時(shí)放出的總熱量為</p><p>　　總?cè)芙獾陌钡牧繛?70.9-43.88=128.1kg/h</p><p><b>　　這部分氨溶解放熱</b></p><p>　　所有參加反應(yīng)的氰化

31、氫均需要溶解，全部溶解的氰化氫的量為</p><p><b>　　氰化氫溶解吸熱</b></p><p>　　4.2.2 補(bǔ)充的水汽帶入的熱量</p><p>　　經(jīng)查得1000C的飽和水蒸氣熱量為2677.23kJ/kg</p><p>　　360C的飽和水蒸氣熱量為2559.1kJ/kg</p><

32、;p>　　360C的液體水的熱量為146.55kJ/kg</p><p>　　出塔氣體溫度為360C，在這樣的溫度下每立方米的干煤氣中飽和水蒸氣為50.28g</p><p>　　出塔的飽和水蒸氣的質(zhì)量為</p><p>　　進(jìn)入吸收塔的煤氣中帶有的水分為847.4kg/h,因此僅氣態(tài)中需要補(bǔ)充水蒸氣的量為1777.5-847.4=930.1kg/h，這部分水

33、蒸氣能放的熱量為</p><p>　　其他的熱量靠水蒸氣液體為360C的液態(tài)水來(lái)提供，每千克的水液化能提供熱量2677.2-146.55=2530.65kJ/kg</p><p>　　總的需要補(bǔ)充的水蒸氣的量為 </p><p>　　m補(bǔ)充水=1366.1kg/h</p><p>　　生成的鹽和液化成的水全部進(jìn)入液相，從脫硫液富液離開(kāi)脫硫塔，

34、但是由于其質(zhì)量相對(duì)于脫硫液的量很小，因此進(jìn)出脫硫塔的液體的量可以看似不變。</p><p>　　4.2.3出脫硫塔的煤氣帶走的熱量</p><p>　　（1） 干煤氣帶走的熱量：干煤氣的比熱=0.73kcal/(㎏·℃)。</p><p>　　（2） 苯帶走的熱量：苯的比熱=0.30kcal/(㎏·℃)。</p><p>

35、　　(3) H2S帶走的熱量：H2S的比熱=0.25kcal/(㎏·℃)。</p><p>　?。?） NH3帶走的熱量：NH3的比熱=0.54kcal/(㎏·℃)。</p><p>　　(5) 萘帶走的熱量：萘的比熱=0.31kcal/(㎏·℃)。</p><p>　?。?） 水汽帶走的熱量：36℃的水蒸氣的焓=612.08kcal/

36、kg。</p><p>　　所以煤氣帶走的總熱量：</p><p>　　Q煤氣出=（662050.2+16681.4+9.72+6636.2+243.3+1670825.6）kcal/h</p><p>　　=2357084.5kcal/h</p><p>　　4.2.4脫硫過(guò)程中發(fā)生的溶解熱和反應(yīng)熱</p><p>

37、　　（1） H2S的熔解熱，查表得它的熔解熱為-19.3kJ/mol</p><p>　　所以，熔解熱為243.2 (-135.67)kcal/h=-32996kcal/h</p><p>　?。?） NH3的熔解熱，查表得它的熔解熱為-34.7kJ/mol</p><p>　　所以，熔解熱為（454.4-449.2） (-487.84)kcal/h=-2564.1

38、kcal/h</p><p>　?。?）H2S與NH3的反應(yīng)熱，</p><p>　　△H=-11kcal/g=-0.011kcal/kg</p><p>　　所以，反應(yīng)熱為243.2kg/h×(-0.011kcal/kg)=-2.7kcal/h</p><p>　?。?）HCN與NH3的反應(yīng)熱，</p><p&

39、gt;　　△H=-100.4kcal/g=-0.10kcal/kg</p><p>　　所以，反應(yīng)熱為85.23kg/h×90%×(-0.10kcal/kg)=-7.68kcal/h</p><p>　　（5）總的溶解熱和反應(yīng)熱為：</p><p>　　△H總=-（32996+2564.1+2.7+7.68）kcal/kg=-35571kcal/

40、h</p><p>　　4.2.5總的熱量恒算</p><p>　　由于在整個(gè)過(guò)程中脫硫液質(zhì)量變化不大，溫度基本不變，所以可以近似認(rèn)為</p><p><b>　　所以，</b></p><p>　　即639.85m補(bǔ)充水=2357084.5-1447018-35571</p><p>　　所以，

41、m補(bǔ)充水=1366.7kg/h。</p><p><b>　　4.3主要設(shè)備計(jì)算</b></p><p><b>　　4.3.1選擇填料</b></p><p>　　因?yàn)樯⒀b填料有折裝麻煩，傳質(zhì)不均勻，性能不好等諸多不足，因此在此選擇規(guī)整填料，因?yàn)樵O(shè)備中介質(zhì)較復(fù)雜而且有H2S、HCN等本性氣體，以及易堵塞填料的苯、萘等物料

42、，因此在此AX不銹鋼孔板波網(wǎng)填料能滿(mǎn)足生產(chǎn)要求。</p><p>　　此填料比表面積 a=250m2/m3 空隙率 ε=95% 出塔時(shí)為0.51kg/m3</p><p><b>　　4.3.2塔徑計(jì)算</b></p><p>　　平均密度==0.505kg/m3</p><p><b>　　平均溫度

43、=0C</b></p><p>　　平均表壓為kpa,（絕壓117.325kpa)</p><p><b>　　kg/m3</b></p><p><b>　　故</b></p><p><b>　　kg/h</b></p><p><

44、b>　　根據(jù) lg=</b></p><p><b>　　為泛點(diǎn)氣速， </b></p><p><b>　　為重力加速度，取</b></p><p><b>　?。?50C水）</b></p><p>　　塔內(nèi)煤氣平均質(zhì)量流量：</p>&l

45、t;p><b>　　塔內(nèi)煤氣密度為：</b></p><p><b>　　泛點(diǎn)氣速為lg=</b></p><p>　　解得 =4.12m/s</p><p>　　對(duì)于填料塔，操作氣速為泛點(diǎn)氣速的0.5到0.8倍，當(dāng)操作氣速為泛點(diǎn)氣速的0.5倍時(shí)</p><p>　　空塔氣速為 ，&l

46、t;/p><p><b>　　塔徑：。</b></p><p>　　當(dāng)操作氣速為泛點(diǎn)氣速的0.8倍時(shí),，空塔氣速為 </p><p><b>　　塔徑：</b></p><p><b>　　所以塔徑圓整到4。</b></p><p><b>

47、;　　塔截面積為</b></p><p><b>　　實(shí)際空塔氣速：</b></p><p>　　在0.5—0.7m/s的范圍內(nèi)符合要求，則脫硫塔脫硫液的噴淋密度為</p><p>　　>27.5，因此此設(shè)計(jì)符合實(shí)際生產(chǎn)要求。</p><p>　　4.3.3傳質(zhì)面積和填料高度</p>&l

48、t;p><b>　　1．吸收推動(dòng)力</b></p><p>　　式中 為塔下部吸收推動(dòng)力（kpa）</p><p>　　為塔上部吸收推動(dòng)力（kpa）</p><p><b>　　塔下部吸收推動(dòng)力為</b></p><p>　　式中 為入塔粗氣中硫化氫分壓（kpa） </p>&l

49、t;p>　　為出塔富油面上硫化氫的蒸氣壓（kpa）</p><p>　　入塔硫化氫的分壓= </p><p>　　為出塔富液硫化氫分壓kpa</p><p><b>　　塔上部吸收推動(dòng)力為</b></p><p>　　式中 為塔出口粗氣中粗苯分壓（kpa）</p><p>　　為入塔貧油面

50、上粗苯蒸氣壓（kpa）</p><p>　　由此求得=0.0072-0=0.0072kpa</p><p>　　根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，求得吸收推動(dòng)力</p><p><b>　　傳熱面積的計(jì)算</b></p><p>　　式中 A——吸收面積（）</p><p>　　為吸收推動(dòng)力（kpa）</p

51、><p>　　G為吸收硫化氫的質(zhì)量，取G=394.5</p><p><b>　　K為總傳質(zhì)系數(shù)（）</b></p><p>　　總傳質(zhì)系數(shù)取為18。</p><p><b>　　所以傳質(zhì)面積為</b></p><p><b>　　2．填料層體積</b>&l

52、t;/p><p><b>　　填料高度：</b></p><p>　　因此應(yīng)該設(shè)計(jì)兩座吸收塔來(lái)吸收硫化氫即可滿(mǎn)足生產(chǎn)要求，平時(shí)生產(chǎn)時(shí)兩座塔都開(kāi)，當(dāng)一座發(fā)生故障時(shí)另一座足以滿(mǎn)足生產(chǎn)任務(wù)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　《煤氣設(shè)計(jì)手冊(cè)》編寫(xiě)組。煤氣設(shè)計(jì)手冊(cè)。北京：中國(guó)建

53、筑工業(yè)出版社。1983</p><p>　　《煉焦化產(chǎn)理化常數(shù)》編寫(xiě)組。煉焦化產(chǎn)理化常數(shù)。北京：冶金工業(yè)出版社。1980</p><p>　　劉乃鴻主編。工業(yè)塔新型規(guī)整填料應(yīng)用手冊(cè)。天津大學(xué)出版社。1993</p><p>　　《焦化設(shè)計(jì)參考資料》編寫(xiě)組。焦化設(shè)計(jì)參考資料。北京：冶金工業(yè)出版社。1980</p><p>　　郭樹(shù)才主編。煤化工