脱硫工段开题报告

毕业设计开题报告题目：100万吨焦炭焦化厂脱硫工段的初步设计学部：专业班级：姓名学号：指导教师：2012年03月10日一、选题背景（含题目来源、应用性和先进性及发展前景等）（一）题目来源：工程实践焦炉煤气既可作为重要的中高热值气体燃料,用于工业和民用,又可作为原料气用于生产合成氨、甲醇等产品。随着煤焦化行业的快速发展,国内外焦炉煤气脱硫脱氰技术及其防止二次污染的废液(废气)处理技术已达50余种,有代表性的约10余种。煤气的脱硫方法按吸收剂的形态可分为干法和湿法两大类。充分了解各种工艺方法及其特点是十分必要的。（二）应用性和先进性及发展前景在焦化厂炼焦过程中，脱硫工段是一个重要工段。焦炉煤气由焦化企业炼焦时产生。从焦炉煤气集气管流出的煤气成为荒煤气，其硫化氢含量与装炉煤料得全流量有关。脱硫的主要目的是脱除煤气中的硫化氢，硫化氢是一种有害物质它腐蚀化学产品管道，硫化氢燃烧生成二氧化硫也是一种有害物质。炼焦生产时，煤料中含有质量分数为0.5％～l.2％的硫，其中有20％～45％的硫代硫化物转到荒煤气中。形成气体杂质。这些硫化物如不脱除将形成严重的空气污染，在使用中硫化氢能引起设备腐蚀和催化剂中毒，导致生产成本增加和产品质量下降。因此，焦炉煤气在用于燃料气和合成气前必须经过脱硫处理。焦炉煤气脱硫有十分重要的意义[1]。一是可以防止设备的腐蚀，减少设备的维修费用，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，保护周围环境。三是降低钢铁企业用煤气中硫化氢的含量可以是钢铁企业产生出优质钢材。四是回收后的硫磺可用于医药、化工等领域，随着行业发展，要求量会进一步加大。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[2]两种。1.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。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，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.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。从目前研究开发的最新工艺看,配合铁法的开发是一个热点,该法具有吸收速度快、脱硫效率高、硫容量大、再生速度快、副反应少、成本低、无毒性等优点,只要开发者进一步解决好硫磺颗粒的改性、络合剂的降解以及副反应控制等问题,该方法将成为湿式氧化法脱硫技术中最具工业应用前景的方法之一。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。湿法脱硫特点[3]:、①脱硫效率高,可使净化后气体的含硫质量分数低于10×10-6，甚至可低于(1～2)×10-6；②可将H2S一步转化为单质硫，无二次污染；③既可在常压下操作,又可在加压下操作；④脱硫剂可以再生,运行成本低。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。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。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。从2O世纪8O代初迄今2O多年来，国内焦炉煤气脱硫、脱氰新工艺新技术不断地得到应用，尤其是湿式氧化法脱硫工艺发展更快，在焦化行业应用极为广泛，下面介绍几种常用的技术。(1)AS法氨—硫化氢循环洗涤法(简称AS法)由德国研制开发，在我国已广泛应用。其脱硫过程是利用焦炉煤气中的氨，用洗氨液吸收煤气中H2S，富含H2S和NH3的液体经脱酸蒸氨后再循环洗氨脱硫。As循环脱硫工艺为粗脱硫，操作费用低，脱硫效率在90％以上，脱硫后煤气中的H2S在200mg/m3～500mg/m3，可以通过控制氨水浓度和改善操作条件，或与干法脱硫串联使用来满足工业和民用对煤气净化的要求。利用AS法进行粗脱硫可以节省精脱硫脱硫剂的消耗[4]。(2)ADA法及改良ADA法ADA法是以蒽醌二磺酸钠(ADA)为催化剂，以稀碳酸钠溶液为吸收剂的脱硫、脱氰方法。在ADA法溶液中添加适量的偏硅酸钠(Na2SiO3)、酒石酸钾钠(NaKC4H4O6)和FeCl3，作为吸收液进行脱硫、脱氰，称改良ADA法。国内普遍应用于市民用煤气净化工艺中，脱硫效率在98％以上。其缺点是：悬浮液的硫磺颗粒小，回收困难，易造成过滤器堵塞；有副反应发生，使脱硫液消耗量增大；有机硫和HCN的脱除效率差；脱硫废液处理困难，国内工业化装置多采用提盐工艺，但流程长、操作复杂、能耗高、操作环境恶劣、劳动强度大、所得盐类产品如硫氰酸钠和硫代硫酸钠品位不高,经济效益差，易造成二次污染；有细菌积累；腐蚀严重。可通过控制适当的工艺参数,实现对副反应的控制[5]，以保证脱硫工艺运行的最佳效益。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（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%；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。(3)FRC法FRC法由日本研制开发,它是利用焦炉煤气中的氨，在催化剂苦味酸的作用下脱除H2S，利用多硫化铵脱除HCN。其脱硫效率高达99％以上、脱氰效率为93％，煤气经脱硫塔后，H2s可降到20mg/m3，HCN可降到100mg/m3[6]。催化剂苦味酸耗量少且便宜易得，操作费用低；再生率高，新空气用量少、废气含氧量低，无二次污染。但因苦味酸是爆炸危险品，运输存储困难，且工艺流程长、占地多、投资大等因素，其使用受到一定的限制。(4)TH法该技术由Takahax法脱硫脱氰和Hirohax法废液处理两部分组成。脱硫是以煤气中的氨为碱源，以1，4-萘醌2-磺酸钠为催化剂的氧化法脱硫脱氰工艺，脱硫效率可达99%。因所使用的吸收剂不同分为氨型塔卡哈克斯法和钠型塔卡哈克斯法[7]。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。氨型塔卡哈克斯法的工艺流程特点（TAKAHAX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，氰化氢的脱除率为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。(5)栲胶法(TV法)栲胶法由我国自主开发，是目前国内使用较多的脱硫方法之一。其原理是以栲胶为主催化剂，湿式二元氧化脱硫法以栲胶的碱性氧化降解物为中间载氧体，并作为钒的络合剂与碱钒配成水溶液，将气态硫化氢吸收并转化为单质硫。其特点是硫容高、副反应少、传质速率快、脱硫效率高且稳定、原料消耗低、腐蚀轻、硫回收率高等，在管理、脱硫液组分含量、溶液循环量及设备满足工艺要求的情况下，栲胶脱硫不易堵塞设备、管道。栲胶法的操作弹性大；栲胶资源丰富，价廉易得；可使H降低至20mg/m3以下，脱硫效率达99％以上。栲胶需要熟化预处理，因此栲胶质量及其配制方法得当与否是决定栲胶法使用效果的主要因素。P型和V型栲胶不需预处理可以直接加入系统[6]。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(可作络合剂)，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，然后进行脱硫和再生。①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，生成焦钒酸钠，并析出硫：2NaHS+4NaVO3+H2O→Na2V4O9+4NaOH+2S↓也有人认为按下式进行；NaHS+2NaVO3+NaHCO3→Na2V2O5+Na2CO3+H2O+S↓②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+O2→4NaVO3+2R(OH)3而还原态酚式栲胶被空气氧化再生成醌式：2R(OH)3+O2→2R(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。(6)PDS法PDS法由我国自主开发，是以双核酞菁钴磺酸盐为脱硫催化剂的脱硫方法。PDS催化活性好、用量小、无毒。其工艺特点是：脱硫脱氰能力优于ADA溶液；抗中毒能力强，对设备的腐蚀性小；易再生，易分离单质硫，回收率高，有机硫脱除率在50％以上；可单独使用，不加钒，无废液排出；无堵塔；脱硫成本只有ADA法的300左右，运行经济，是非常具有竞争力的方法。当PDS质量浓度大于3.0x10-6时，脱硫效率可达98％以上[8]。PDS脱硫催化剂具有较高的硫容，适用于高硫焦炉煤气的初脱硫，但不适用于精脱硫。该方法碱耗低，副盐硫氰酸钠和硫代硫酸钠提取方便、质量优。该方法经过不断改进和完善，PDS可以和ADA、栲胶联合使用，效果很好。催化剂也已由最初的原型，发展到目前的P-400，888型等，形成诸如HPF法等新方法。通过脱硫液的pH值和总碱度、进塔煤气温度和循环脱硫液温度、循环脱硫液与煤气的液气比的控制，选PDS溶液和碱液加入方式，及时收集硫泡沫，可以优化PDS法煤气脱硫装置的运行。将洗苯塔作为捕雾器，减少洗苯贫油的杂质量和煤气中的焦油雾、萘及苯族烃等物质，防止PDS中毒。用旋风分离器