150万吨焦化厂焦炉煤气脱硫工段毕业论文

150万吨焦化厂焦炉煤气脱硫工

段毕业论文

目录

1 绪论 (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 生产流程的确定 (3)

2.1脱硫的目的和意义 (3)

2.2脱硫方法概述 (3)

2.2.1干法脱硫 (4)

2.2.2湿法脱硫 (4)

2.3生产工艺流程的选择 (10)

3 改良A.D.A脱硫的生产原理及操作制度 (12)

3.1改良A.D.A法生产原理、原料和产品 (12)

3.1.1生产原理 (12)

3.1.2原料和产品 (12)

3.2工艺流程 (13)

3.2.1焦化厂煤气脱硫工段工艺流程图 (13)

3.2.1流程说明 (13)

3.3操作制度和工艺要点 (14)

3.3.1操作制度 (14)

3.3.2工艺要点 (14)

4 主要设备的计算和选型 (15)

4.1主要设计计算 (15)

4.1.1原材料的消耗 (15)

4.1.2主要设计参数 (15)

4.1.3物料平衡计算 (15)

4.2脱硫塔的计算 (17)

4.2.1参数 (17)

4.2.2计算过程 (17)

4.2.3塔顶喷淋装置 (18)

4.2.4液体再分布器 (19)

4.2.5填料支撑板的选择 (19)

4.2.6 塔底设计 (19)

4.2.7塔顶空间高度 (19)

4.2.8全塔高度计算 (20)

4．3再生塔的计算 (20)

4.3.1再生塔计算要求 (20)

4.3.2再生塔计算 (20)

4.3.3反应槽的计算 (21)

4.3.4事故槽的计算 (21)

4.3.5加热器计算 (22)

4.3.6空压机的计算 (22)

4.3.7循环泵的计算 (23)

4.3.8换热器得阻力损失 (24)

4.3.9硫泡沫槽的计算： (25)

4.3.10 通风机的选取 (25)

4.3.11戈尔膜选取 (25)

5 工段布置及总平面布局图 (27)

5.1车间布置 (27)

5.1.1车间布置依据 (27)

5.1.2车间平面布置方案 (27)

5.2管道布置 (28)

5.3其它要求 (28)

5.4总平面布置说明 (28)

6 非工艺部分说明 (29)

6.1公用工程 (29)

6.1.1供水 (29)

6.1.2供电 (29)

6.1.3蒸汽与压缩空气 (29)

6.1.4采暖与通风 (29)

6.1.5土建 (30)

6.1.6机修 (30)

6.1.7环保 (30)

6.2仪表自动化 (30)

7 工艺设备 (33)

7.1脱硫塔 (33)

7.2再生塔 (33)

7.3循环泵 (33)

7.4空气压缩机 (33)

8 生产操作和劳动定员 (34)

8.1生产操作 (34)

8.1.1泵工正常操作 (34)

8.1.2泡沫工正常操作 (34)

8.1.3戈尔膜工正常操作 (35)

8.1.4各岗位人员的共同职责 (35)

8.2劳动定员 (36)

9 经济核算 (37)

9.1编制说明 (37)

9.1.1材料及设备 (37)

9.2 投资概算 (37)

9.2.1 土建部分 (37)

9.2.2 设备部分 (37)

9.2.3 工具费 (38)

9.2.4 设备施工管理费 (38)

9.2.5 化验设备费 (38)

9.2.6 工艺管道和阀门 (39)

9.2.7 仪表费与电气费 (40)

9.2.8 设计费 (40)

9.2.9 不可预见费 (40)

9.3 生产成本分析 (40)

9.3.1 原料费 (40)

9.3.2 动力消耗 (41)

9.3.3 工资及附加费 (41)

9.3.4 工段经费 (41)

9.4 核算 (41)

附录： (42)

1.设备一览表 (42)

2.图纸说明: (42)

参考文献: (43)

专题部分 (44)

致谢................................................................................................................................ 错误！未定义书签。

1 绪论

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，它有以下任务及要求：

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.确定脱硫工艺流程，进行物料平衡、热量衡算，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.根据煤气脱硫工段的生产要求，对脱硫工段设计的非工艺技术部分提出要求，根据岗位设置与岗位操作编制岗位人员编制；

5.进行脱硫工段的投资估算和煤气脱硫生产成本的技术经济分析；

6..编制设计说明书。

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，同时要使生产出来的煤气各项指标能满足要求，达到民用煤气的标准。

煤气中的硫来源于煤，在煤干馏过程中，煤中大约有30%到40%的硫进入煤气，剩下的残存于焦炭。煤气中的硫分为有机硫和无机硫，其中以硫化氢为主，占90%以上，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

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、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

表1-1徐州常年气象

气温平均气温14 o C 极端最高气温40.1 o C 极端最低气温-22.6 o C

气压平均气压 1.013×105 Pa 湿度平局相对湿度71%

降水量年降水量869.9 mm

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

水源地下水

电源市供电网

气源厂锅炉房

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含硫量有关。一般干煤含硫的质量分数为0.5%～1.2%，其中有20％～45％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/标m3干煤气。焦炉煤气中的硫化氢（

2

H S）是非常有害的，是比重为1.539Kg/3

m并且有着刺鼻煤气味的无色剧毒气体气体，在空气中达到1%的含量就可致人于死地；如果在空气中积累到一定程度的话可能会造成酸雨，对设备和管道有着严重的腐蚀，对周边房屋、农作物等都会造成很大的危害，同时硫化氢本身也会腐蚀回收和输送设备；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。若是将它脱离出来加以精致，亦可为化工原料，有着一定的经济效益。另外，煤气脱硫的要求也是因用途的不同而不同，如冶炼优质钢是，硫化氢允许含量为1-2g/N3

m;供化学合成工业时，硫化氢允许含量为1-2mg/N3m，要是用来做民用煤气，则其含量要求应低于20mg/N3

m。因此，为了环保、保证回收设备的正常操作，煤气脱硫是在必行。

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，需求量会进一步加大。

2.2脱硫方法概述

焦炉煤气中硫化氢脱除方式有很多，常用的方法主要为干法脱硫和湿法脱硫两种。

表2-1几种代表性的脱硫脱氢方法

方法名称

脱硫效率/

﹪

脱氢效率/﹪吸收剂活性剂产品装置位置

湿式吸收法AS循环洗涤法90-98 50-75 氨元素硫或硫酸水洗氨前代亚毛克斯法98 30 氨元素硫氨回收前真空脱酸盐法90-98 85 碳酸钠元素硫或硫酸苯回收后醇胺法90-98 90 甲乙醇胺苯回收后

湿式催化氧化法改良蒽醌法99 90 碳酸钠

蒽醌二磺

酸

融熔硫苯回收后萘醌法99 90 氨萘醌硫酸硫酸铵母液氨回收前苦味酸法99 90 氨苦味酸元素硫或硫酸氨回收前对苯二酚法99 90 氨对苯二酚元素硫或硫酸氨回收前

2.2.1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。其原理如下：

①脱硫反应式，当碱性时：

2Fe(OH)3+3H2S→Fe2S3+6H2O

2Fe(OH)3+H2S→2Fe(OH)2+S+2H2O

Fe(OH)2+H2S→FeS+2H2O

②再生反应式，当水分足量时：

2Fe2S3+3O2+6H2O→4Fe(OH)3+6S

4FeS+3O2+6H2O→4Fe(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，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) 砷碱法与改良砷碱法

这两种方法都属于湿式氧化脱硫法，改良砷碱法是砷碱法的改进也称为G-V法（Giammaarco-Vetrocoke Process）。两种方法都以碳酸钾（或碳酸钠）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) 砷碱法的脱硫机理

砷碱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：

① 吸收反应

M 4A S2S 5O 2 + H 2S→M 4A S2S 6O + H 2O

M 4A S2S 6O + H 2S→M 4A S2S 7 + H 2O

② 再生反应

M 4A S2S 7 +2

1O 2→M 4A S2S 6O + S M 4A S2S 6O +2

1O 2→M 4A S2S 5O 2 + S 上述的吸收反应速度较慢，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：

① 吸收反应：

M 3A S O 3 +3 H 2S→M 3A S S 3 + 3H 2O

② 熟化反应：

M 3A S S 3 + 3M 3A S O 4→3M 3A S O 3S + M 3A S O 3

③ 酸化反应：

M 3A S O 3S→M 3A S O 3 + S

④ 氧化反应：

M 3A S O 3 + 2

1O 2→M 3A S O 4 综上所述反映可知最终的反应为硫化氢的氧化反应，即湿式氧化脱硫的基本反应，即 3H 2S + 2

3O 2→3S + 3H 2O 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:

① 碱液吸收硫化氢：

Na 2CO 3 + H 2S→NaHS + NaHCO 3

② 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：

O

O SO 3Na

NaO 3S

2，6—蒽醌二磺酸 2，7—蒽醌二磺酸

③ 氧化析硫：

2RC ONa SH ? + NaHCO 3 + 2

1O 2→RC=O + RC ONa H ?+ Na 2CO 3+ 2S ↓+ H 2O ④ 还原态的A.D.A.氧化为氧化态A.D.A.：

2RC ONa H ? + 2

1O 2+ NaHCO 3→ 2RC=O + Na 2CO 3 + H 2O 上述反应①是在脱硫塔中进行的，反应②和反应③是在循环槽中进行的，反应④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) 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：

① H 2S 被碱液吸收：

Na2CO3 + H2S →NaHS + NaHCO3

②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 NaHS + H2O →Na2V4O9 + 2S↓+ 4NaOH

③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.(氧化态) + 2 NaOH + H2O →

4 NaVO3 + 2A.D.A.(还原态)

④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

⑤碱液再生：

NaHCO3 + NaOH→Na2CO3 + 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。

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：

⑥煤气中二氧化碳与碱液反应：

Na2CO3 + CO2 + H2O→2NaHCO3

⑦煤气中的氰化氢和氧参与反应：

Na2CO3+ 2HCN→2NaCN+ H2O + CO2↑

NaCN + S→NaCNS

2NaHS + 2O2→Na2S2O3 + H2O

⑧部分Na2S2O3被氧化为Na2SO4：

2Na2S2O3 + O2→2Na2SO4 + 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（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。这种再生塔具有效率高、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。

S的气体和钠盐，前者用于制取硫酸，后者钠盐

d.将固定盐类回收加工，生成含有H

2

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)和羰基(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，然后按下式进行脱硫和再生。

① 脱硫：用碱液吸收硫化氢

Na 2CO 3+H 2S→ NaHCO 3+ 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+ 4NaVO 3+H 2O→Na 2V 4O 9 + 4NaOH + 2S ↓

也有人认为按下式进行；

NaHS+ 2NaVO 3+ NaHCO 3→Na 2V 2O 5 + Na 2CO 3+ H 2O + 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：

Na 2V 4O 9 + 2R(OH)O 2+ 2NaOH +O 2→4NaVO 3+2R(OH)3

而还原态酚式栲胶被空气氧化再生成醌式：

2R(OH)3+ O 2→2R(OH)O 2+2H 2O

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。

(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：

① 硫化氢的吸收：

NH 3+H 2S →NH 4HS

② 硫氢化物的氧化：

NH 4HS +RNO +H 2O →NH 4OH + S + RNHOH

③ 苦味酸再生： RNHOH+2

102→RNO+H 2O 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NH 3，·钠型塔卡哈克斯法用的吸收剂是Na 2CO 3和NH 4OH,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。氧化催化剂子吸收液中呈离子状态存在。其主要反应如下：

① 吸收反应

NH 3 + H 2O→NH 4OH

NH 4OH + H 2S→NH 4HS + H 2O

NH 4OH + HCN→NH 4CN + H 2O

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。

② 氧化反应

硫氢化铵在氧化催化剂的作用下析出硫

NH 4HS ＋NQ(氧化态) + H 2O →NH 4OH + S ↓+ NQ(还原态)

氧化态NQ 的分子式为：

SO 3NH 4

O

O

还原态NQ 的分子式为：

SO 3NH 4

OH

OH

③ 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：

NH 4SH + 2

1O 2→NH 4OH + S ↓ NH 4CN + S→NH 4CNS

NH 4HS+ 2O 2→(NH 4)2S 2O 3

NH 4HS + 2O 2 + NH 4OH→(NH 4)2SO 4 + H 2O

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 + 2

3O 2 + H 2O→H 2SO 4 (NH 4)2S 2O 3 + 2O 2 + H 2O→(NH 4)2SO 4 + H 2SO 4

NH 4CNS + 2O 2 + 2H 2O→(NH 4)2SO 4 + CO 2↑

NH 3 + H 2SO 4→(NH 4)2SO 4

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（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，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，与其他脱硫方法比较具有：

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虽然干法脱硫效果好，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。湿法脱硫工艺中，改良A.D.A 法是湿法脱硫中一种比较成熟的方法，它是在A.D.A 法的基础上开发出来的。目前，改良A.D.A 法在我国已经得到了广泛的应用，是焦化厂常采用的一种脱硫方法。

通过结合焦化厂自身的实际情况，综合考虑各方面因素，如技术的先进性与生产的实用性，工程投资与生产费用，产品方案与市场需求，经济、社会效益等，在认真分析比较后，本设计即采用改良A.D.A 法脱硫工艺。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8.5~9.0.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。如石灰石石膏法，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。

本设计中脱硫液的再生采用再生塔，再生塔虽然高大且还需压力较高的空气压缩机，但效率高，操作稳定。

5.计中硫的回收采用戈尔膜

本设计中硫的回收采用戈尔膜，具有以下优点：

（1）运行工况良好；

（2）系统碱耗降低；

（3）实际过程全自动控制

（4）节能降耗

（5）环保效益好。

总之戈尔膜过滤器好处为结构简单，操作方便，应用于过滤处理可大大减轻设备检修工作量，改善工人工作环境，可每年节约大量中压蒸汽，脱硫液中悬浮硫含量大大降低，脱硫液变得清澈透明，硫回收率，脱硫效率明显提高，脱硫液中富盐增长速度明显降低，脱硫液使用寿命大大延长。同时戈尔膜过滤器应用在脱硫回收系统，具有自动化程度高、运行成本低、操作简单的特点.

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

焦炉煤气进入吸收塔，与从塔顶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0.4~0.6mol/L之间来维持溶液的pH值在8.5~9.1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。

3.1.2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焦化厂煤气脱硫工段工艺流程图

3.2.1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

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

煤气入脱硫塔温度30～40 o C

脱硫塔压力＜100mm水柱

脱硫塔pH值 8.5~9.1

加热器出口溶液温度 35～40 o C

脱硫塔溶液温度高于煤气温度3～5 o C

硫泡沫槽内溶液温度65～80 o C

熔硫釜内压力不大于6kg/cm2 熔硫釜夹套蒸汽压力不小于4kg/cm2熔硫釜内温度130～150 o C

溶液中硫代硫酸钠及硫氰酸钠含量之和＜250g/L

总碱度 0.4N

其中 Na

2CO

3

0.1N

NaHCO

3

0.3N

A.D.A. 2～5 g/L

NaKC

4H

4

O

6

1g/L

3.3.2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，30～40 o C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8.5～9.1最为合适。

3.脱硫塔溶液温度高于煤气温度3～5 o C，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 0.5～0.7 m/s

脱硫效率 ≥99%

A.D.A 溶液硫容量 0.2～0.25 kg S H 2/3

m

脱硫塔传质系数 15～20 kg/(atm h m 2??)

脱硫塔液气比 >16 L/3m

脱硫塔溶液喷淋密度 >27.5 )h m /(m 23?

再生塔溶液停留时间 25～30 min

再生塔空气鼓风强度 100～300 )h m /(m 23?

再生塔空气用量 9～13 (3m 空气)/kg 硫

反应槽内溶液停留时间 8～10 min

硫化氢转化为硫代硫酸钠的转化率 3～4%

4.1.1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

3NaVO 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

脱硫前煤气含S H 2量 10 3g/Nm

脱硫后煤气含S H 2量 20 m 3g/Nm

脱硫前煤气含HCN 量 600 m 3g/Nm

脱硫后煤气含HCN 量 60 m 3g/Nm

脱硫塔煤气的进口压力 800 mm O H 2

脱硫塔煤气的出口压力 750 mm O H 2

4.1.3物料平衡计算

由150万吨/a 焦炭生产量计算焦炉加煤(干)量：

W=1.5/0.76=1.974Mt/a=225.31t/h

W ：焦炉的加煤量

实际干煤气量:

3032225.31 1.0777146.144V k W a Nm h =??=??=

W ：装炉的干煤量

k ：煤气发生量 Nm 3/t 干煤

α：1.07 焦炉紧张操作系数

进入脱硫工段的煤气量（40%回炉）

6864.462876.0144.77146=?=V Nm 3/h

H 2S 的脱除效率:

8.99%1001002

.010=?-

H 2S 的吸收量:

951.461100002

.0106864.46287=-?=N kg/h

转化为Na 2S 2O 3的H 2S 含量（设转化率为4%):

478.18%4951.461=? kg/h

Na 2S 2O 3的产量:

h kg /934.42342158

478.18=??

NaS 2O 3·5H 2O 的产量:

39.67158248

934.42=? kg/h

HCN 的脱除效率:

%90%10060060

600=?-

HCN 的吸收量:

995.241000100060

600 46287.6864=?-? kg/h

NaCNS 生成量:

985.742781

995.24=?kg/h

NaCNS 转化为H 2S 量:

475.318134

985.74=?kg/h

生成硫磺的H 2S 量:

998.411475.31478.18951.461=--kg/h

硫磺产量:

7628.3873432

998.411=?kg/h

综上原料消耗为（纯度按100%计算）

Na 2CO 3 881.1935.07628.387=? kg/h

NaNO 3 5816.00015.07628.387=? kg/h

A.D.A 1633.1003.07628.387=? kg/h

酒石酸钾钠 2327.00006.07628.387=? kg/h

4.2脱硫塔的计算

4.2.1参数

1. 进塔煤气温度30℃

2. 进塔煤气压力取800mmH 2O

即 82.5876010336800

=?mmHg

3. 30℃水蒸气的蒸汽压力为

P s =31.82mmHg(注760mmHg=1.013×105Pa)

4.2.2计算过程 进塔的湿煤气体积为)

(273760

)273(112s P P P t V V -+??+?=

755.49611)82.3182.58760(273760

)30273(6864.46287=-+??+?=Nm 3/h

其中：t─煤气操作温度

P─实际大气压

P 1─煤气的操作压力

P s ─操作温度下水的蒸汽压

取空塔的速度为0.5m/s,采用两塔操作，一开一备，则塔顶

2

449610.971

5.92536000.78536000.7850.5V Q

D u u π====???? m

其中：Q―湿煤气处理量 Nm 3/h

μ―空塔气速 m/s

取塔径为6.2m,即6200mm

脱硫塔进口的推动力：

3110098.710001

344.2210)110336800

(-?=???+=?P atm

脱硫塔出口的推动力：

3210014.010001

344.2202.0)110336750(-?=???+=?P atm

平均推动力：