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1、1 绪 论31.1概述31.2焦炉煤气净化的现状41.3栲胶的认识41.4 栲胶法脱硫的优缺点61.4.1优点61.4.2缺点61.4.3硫化物对作为原料气生产工艺过程有何危害71.4.4粗煤气脱硫系统的正常开车操作要点71.4.5脱硫后硫化氢含量高的主要原因81.4.6脱硫后硫化氢含量高的处理方法81.5 设计任务的依据92 生产流程及方案的确定93 生产流程说明103.1反应机理103.1.1碱性水溶液吸收H2S103.1.2五价钒络合物离子氧化HS-析出硫磺，五价钒被还原成四价钒103.1.3 醌态栲胶氧化四价钒成五价钒，空气中的氧氧化酚态栲胶使其再生，同时生成H2O2103.1.4 H
2、2O2氧化四价钒和HS-103.2主要操作条件113.2.1溶液组分113.2.2温度123.2.3 CO2的影响123.3 工艺流程123.4主要设备介绍143.4.1填料塔143.4.2氧化槽143.4.3反应槽15内有隔板以块。主要作用是增加脱硫液的反应时间。153.4.4贫液泵153.4.5硫泡沫槽153.4.6 过滤器153.4.7 熔硫釜164 工艺计算书174.1原始数据174.1.1焦炉煤气组分：174.1.2脱硫液组分：174.1.3设计工艺参数174.2物料衡算1194.2.1 H2S脱除，G1，kg/h194.2.3生成Na2S2O3消耗H2S的量G2, Kg/h194.
3、2.4Na2S2O3生成量，G3，Kg/h194.2.6理论硫回收率，204.2.7生成Na2S2O3消耗纯碱的量G5，Kg/h204.2.10回收率，204.2.11硫膏的理论产量204.3热量衡算214.3.1冷却塔热量衡算214.3.2硫泡沫槽热量衡算214.3.3熔硫釜热量衡算225 主要设备的工艺计算和设备选型235.1主要设备的工艺尺寸235.1.1填料吸收塔设计计算235.1.2喷射再生槽的计算5265.2辅助设备的选型8295.2.1液体分布装置295.2.2液体再分布器295.2.3填料支承板295.2.4填料压板305.2.5封头305.2.7人孔，手孔305.2.8加强圈
4、306 设备稳定性及机械强度校核计算316.1壁厚的计算9316.1.1塔体壁厚316.1.2封头壁厚316.2 机械强度的校核10326.2.1 质量载荷326.2.2 风载荷331 绪 论1.1概述 焦炉煤气粗煤气中硫化物按其化合态可分为两类：无机硫化物，主要是硫化氢（H2S），有机硫化物，如二硫化碳（），硫氧化碳（COS），硫醇（）和噻吩（）等。有机硫化物在温度下进行变换时，几乎全部转化为硫化氢。所以煤气中硫化氢所含的硫约占煤气中硫总量的90%以上，因此，煤气脱硫主要是指脱除煤气中的硫化氢，焦炉煤气中含硫化氢815g/m3，此外还含0.51.5g/m3氰化氢。 硫化氢在常温下是一种带刺鼻
5、臭味的无色气体，其密度为1.539kg/nm3。硫化氢及其燃烧产物二氧化硫（）对人体均有毒性，在空气中含有0.1%的硫化氢就能致命。煤气中硫化氢的存在会严重腐蚀输气管道和设备，如果将煤气用做各种化工原料气，如合成氨原料气时，往往硫化物会使催化剂中毒，增加液态溶剂的黏度，影响产品的质量等。因此，必须进行煤气的脱硫。1.2焦炉煤气净化的现状煤气的脱硫方法从总体上来分有两种：热煤气脱硫和冷煤气脱硫。在我国，热煤气脱硫现在仍处于试验研究阶段，还有待于进一步完善，而冷煤气脱硫是比较成熟的技术，其脱硫方法也很多。冷煤气脱硫大体上可分为干法脱硫和湿法脱硫两种方法，干法脱硫以氧化铁法和活性炭法应用较广，而湿法
6、脱硫以砷碱法、ADA、改良ADA和栲胶法颇具代表性。湿法脱硫可以处理含硫量高的煤气，脱硫剂是便于输送的液体物料，可以再生，且可以回收有价值的元素硫，从而构成一个连续脱硫循环系统。现在工艺上应用较多的湿法脱硫有氨水催化法、改良蒽醌二磺酸法（A.D.A法）及有机胺法。其中改良蒽醌二磺酸法的脱除效率高，应用更为广泛。但此法在操作中易发生堵塞，而且药品价格昂贵，近几年来，在改良A.D.A的基础上开发的栲胶法克服了这两项缺点。它是以纯碱作为吸收剂，以栲胶为载氧体，以为氧化剂。基于此，在焦炉煤气脱硫工艺的设计中我采用湿式栲胶法脱硫工艺。1.3栲胶的认识 栲胶是由植物的皮，果，茎及叶的萃取液熬制而成的。其主
7、要成分为丹宁，约占66%，以栲胶来配制脱硫液效果最佳。栲胶的主要成分为多种水解丹宁，是有许多结构相似的酚类衍生物所组成的多酚基化合物，由于其含有许多活泼的烃基，所以具有很强的吸氧能力，在脱硫过程中起着载氧的作用。碱性栲胶脱硫液是由栲胶，碳酸钠及偏钒酸钠等主要成分构成的水溶液。栲胶水溶液在空气中易被氧化，即丹宁中较活泼的羟基易被空气中的氧氧化，生成醌态化合物。特别是当溶液的PH值大于9的时候，丹宁的氧化特别显著。由于栲胶水溶液在较高浓度时成为典型的胶体溶液，并且在较低温度时容易出现及沉淀，因此在配制脱硫液前必须对栲胶水溶液进行熟化预处理。即将含栲胶2033g/l，Na2CO3380133g/l的
8、栲胶谁溶液直接通蒸汽与空气，在8090C的条件下氧化1024h，破坏其胶性。然后加及软水或稀氨水，配制成含栲胶1.02.6g/l，Na2CO3 22.3g/l，3.24 g/l, 22.5g/l 脱硫液，送入脱硫液储存槽，稀释后使用。脱硫过程中，酚类物质经空气再生氧化成醌态，因其具有较高电位，故能将低价钒氧化成高价钒，进而使吸收在溶液中的硫氢根氧化、析出单质硫。同时丹宁能与多种金属离子（如钒、铬、铝等）形成水溶性络合物；在碱性溶液中丹宁能用与铁、铜反应并在其材料表面形成丹宁酸性薄膜，因而具有防腐蚀作用。由于栲胶水溶液是胶体溶液，在将其配制成脱硫液之前，必须对其进行预处理，以消除共胶体性和发泡性
9、，并使其由酚态结构氧化成醌态结构，这样脱硫溶液才具有活性。在栲胶溶液氧化过程中，伴随着吸光性能的变化。当溶液充分氧化后，其消光值则会稳定在某一数值附近，这种溶液就能满足脱硫要求。通常制备栲胶溶液的预处理条件列举在表1中：表1 制备栲胶溶液的与处理条件方法项目用Na2CO3配制溶液栲胶浓度(gL-1)1030碱度N1.02.5氧化温度7090空气量溶液不翻出器外消光值稳定在0.45将纯碱溶液用蒸汽加热，通入空气氧化，并维持温度8090，恒温10h以上，让丹宁物质发生降解反应，大分子变小，表面活性物质变成非表面活性物质，达到预处理目的。栲胶法脱硫工艺，将碱性栲胶溶液打入溶液循环槽，自循环槽出来，经
10、过滤加压后进入系统的裂脱塔，吸收气体中的H2S，由裂脱塔出来的溶液进入裂脱再生塔，再生好的溶液由塔底流到溶液循环槽，经过滤加压循环使用。脱硫溶液从循环槽出来后经过滤加压送到变脱塔，吸收气体中的H2S，由变脱塔出来的溶液进入变脱溶液再生塔，再生好的溶液由变脱再生塔出来，进入变脱溶液循环槽，再经过滤加压，如此循环使用。1.4 栲胶法脱硫的优缺点1.4.1优点栲胶法脱硫是目前工业化生产中应用较多的湿式脱硫方法，它本身有许多优越之处，但是与此同时，也存在着许多的不足。栲胶是聚酚类（丹宁）物质，可替代ADA作为载氧体，价格低廉，栲胶本身还是良好的络合剂，不需要添加酒石酸钾钠的络合剂。此法的吸收效果与AD
11、A相近，且具有不容易堵塞脱硫塔填料，栲胶资源丰富，价格便宜以及脱硫液活性好，性能稳定，腐蚀性小等优点。此外，脱硫效率大于98，所析出的硫容易浮选和分离。栲胶法脱硫整个脱硫和再生过程为连续在线过程，脱硫与再生同时进行，不需要设置备用脱硫塔。煤气脱硫净化程度可以根据企业需要，通过调整溶液配比调整，适时加以控制，净化后煤气中H2S含量稳定。（1）栲胶资源丰富、价格低廉、无毒性、脱硫溶液成本低，因而操作费用要改良ADA法低。（2）脱硫溶液的活性好、性能稳定、腐蚀性小。栲胶本身既是氧化剂，又是钒的络合剂，脱硫溶液的组成比改良ADA法简单，且脱硫过程没有硫磺堵塔问题。（3）脱硫效率大于98，所析出的硫容易
12、浮选和分离。（4）栲胶法脱硫整个脱硫和再生过程为连续在线过程，脱硫与再生同时进行，不需要设置备用脱硫塔。（5）煤气脱硫净化程度可以根据企业需要，通过调整溶液配比调整，适时加以控制，净化后煤气中H2S含量稳定。1.4.2缺点（1）配制脱硫液和往系统中补加时都要经过加热溶化制备过程。（2）设备较多，工艺操作也较复杂，设备投资较大。1.4.3硫化物对作为原料气生产工艺过程有何危害（1）对催化剂的危害 硫使甲烷化催化剂，高（中）温变换催化剂，甲醇合成催化剂何氨合成催化剂的主要毒物之一，能使它们的活性和寿命降低；（2）对产品质量的危害 碳铵生产过程中，当变换气中硫化氢含量高时，在碳化母液中积累增高。使母
13、液粘度增大，碳铵结晶变油，不仅造成分离困难，同时，由于生成FeS沉淀致使碳铵颜色变黑；（3）在尿素生产过程中，硫化氢进入尿素合成塔时会生成硫脲，污染尿素产品，降低产品质量；（4）对铜洗操作的危害 铜氨液吸收硫化氢生成C uS沉淀，这种沉淀物颗粒很细，悬浮在溶液中导致溶液粘度增大，发泡性增强，铜耗上升，破坏铜洗系统的正常运行；（5）对金属腐蚀 硫化氢能使碳钢设备及管线发生失重腐蚀，应力腐蚀，氢脆和氢鼓泡，使设备及管线寿命减短；（6）对人体的毒害 硫化氢是强烈的神经毒物，接触人的呼吸道粘膜后，即分解成Na2S，加之本身的酸性对人体的呼吸道粘膜有明显的刺激作用。 硫化氢经呼吸系统进入血液中来不及氧化
14、时就会引起会全身中毒反应，随硫化氢浓度的增加会造成呼吸麻痹，窒息以致停止呼吸而死亡。因此，为了提高企业最终产品质量和保持人们优良的生存环境，对粗煤气进行脱硫是非常必要的。1.4.4粗煤气脱硫系统的正常开车操作要点（1）检查各设备，管道，阀门，分析取样及电器，仪表等，必须正常完好。（2）检查系统内所有阀门的开关位置，应符合开车要求；（3）与供水，供电，供气部门及造气，压缩工段联系，作好开车准备；（4）将脱硫液成分调整在工艺指标范围内；（5）氨规程进行系统吹净，清洗，试漏和置换工作（系统未经检修处于保压状况下对的开车，不进行该项工作）；（6）调净气柜出口水封积水；（7）开启各气体冷却塔和清洗塔进水
15、阀，并调节好水量及各塔液位；（8）开启贫液泵进口阀，启动贫液泵，向脱硫塔打入脱硫液，并调节好液位；（9）开启富液泵进口阀，启动富液泵，向再生槽送液；（10）根据脱硫液循环量和再生液槽液位，调节好贫液泵，富液泵的打液量，并控制好贫液槽，富液槽液位计流量；（11）开启罗茨鼓风机，并调节好粗煤气流量；（12）根据粗煤气流量大小，调节好液气比。适当开启清洗塔，放空阀，焦炉煤气脱硫合格后，与压缩工段联系，并关闭放空阀，向压缩机一段送气；（13）根据再生槽的硫泡沫形成情况，调节液位调节器，保持硫泡沫的正常溢流；（14）分析粗煤气中氧含量合格后，开启静电除焦油塔。1.4.5脱硫后硫化氢含量高的主要原因（1）
16、进入系统的粗煤气中硫化氢含量过高，或进塔粗煤气气量过大；（2）脱硫液循环量小；（3）脱硫液成分不当；（4）脱硫液再生效率低或悬浮硫含量高；（5）进脱硫塔的粗煤气或贫液温度高；（6）脱硫塔内气液偏流，影响脱硫效率；1.4.6脱硫后硫化氢含量高的处理方法（1）联系造气工段更换含硫量低的煤炭，降低进脱硫系统粗煤气中的硫化氢含量或适当减少粗煤气气量；（2）适当加大脱硫液循环量；（3）把脱硫液成分调整扫工艺指标要求范围内；（4）检修喷射再生器或适当提高溶液进再生器的压力，增加自吸空气量，提高溶液的再生凶案绿；检修离心机滤网，减少漏泡沫量，增加再生槽硫泡沫的溢流量，减少溶液中悬浮硫含量；（5）加大气体冷却
17、器的冷却水，降低进系统粗煤气温度；（6）检查清理脱硫塔喷头及填料，确定气液分布均匀。1.5 设计任务的依据工艺参数：粗煤气入吸收塔时H2S的含量，C1=10 g/m3净化气中H2S的含量，C2=0.15 g/m3入吸收塔焦炉煤气量，G0 = 24000m3/h入冷却塔焦炉煤气温度，t1=50 出冷却塔入吸收塔焦炉煤气温度，t2=35 入吸收塔焦炉煤气压力，1.39atm(表)设计目标：净化煤气中H2S浓度0.15 g/m32 生产流程及方案的确定焦炉煤气的净化主要是要脱除煤气中的H2S，脱硫的方法有两种：干法脱硫、湿法脱硫。干法脱硫既可以脱除无机硫，又可以脱除有机硫，而且能脱至极精细的程度，但
18、脱硫剂再生较困难，需周期性生产，设备庞大，不宜用于含硫较高的煤气，一般与湿法脱硫相配合，作为第二级脱硫使用。湿法脱硫可以处理含硫量高的煤气，脱硫剂是便于输送的液体物料，可以再生，且可以回收有价值的元素硫，从而构成一个连续脱硫循环系统。现在工艺上应用较多的湿法脱硫有氨水催化法、改良蒽醌二磺酸法（A.D.A法）及有机胺法。其中改良蒽醌二磺酸法的脱除效率高，应用更为广泛。但此法在操作中易发生堵塞，而且药品价格昂贵，近几年来，在改良A.D.A的基础上开发的栲胶法克服了这两项缺点。3 生产流程说明3.1反应机理反应机理是脱硫的根本，也是整个脱硫过程中的核心部分。以下是栲胶法脱硫的反应机理。3.1.1碱性
19、水溶液吸收H2SNa2CO3+H2SNaHS+NaHCO33.1.2五价钒络合物离子氧化HS-析出硫磺，五价钒被还原成四价钒2V5+HS1-2V4+S+H1+ 3.1.3 醌态栲胶氧化四价钒成五价钒，空气中的氧氧化酚态栲胶使其再生，同时生成H2O2TQ（醌态）+V4+2H2OTHQ（酚态）+V5+2OH-2THQ+O22TQ+H2O23.1.4 H2O2氧化四价钒和HS-H2O2+V4+V5+2OH-H2O2+HS-H2O+S+OH-3.1.5 当被处理气体中有CO2、HCN、O2时产生如下副反应：NaCO3+CO2+H2O2NaHCO3Na2CO3+2HCN2NaCN+H2O+CO2NaCN
20、+SNaCNS2NaCNS+5O2Na2SO4+CO2+SO2+N22NaHS+2O2Na2S2O3+H2O3.2主要操作条件3.2.1溶液组分溶液的主要组分是碱度、NaVO3、栲胶。3.2.1.1 碱度溶液的总碱度与其硫容量成线性关系，因而提高总碱度是提高硫容量的有效途径，一般处理低硫原料气时，采用的溶液总碱度为0.4N，而对高硫含量的原料气则采用0.8N的总碱度。PH值再8.59.0。碱度过高，副反应加剧。3.2.1.2 NaVO3含量NaVO3的含量取决于脱硫液的操作硫容，即与富液中的HS-浓度符合化学计量关系。应添加的理论浓度可与液相中HS-的摩尔浓度相当，但在配制溶液时往往要过量，控
21、制过量系数在1.31.5左右。3.2.1.3栲胶浓度作为氧载体，栲胶浓度应与溶液中钒含量存在着化学反应的计量关系。从络合作用考虑，要求栲胶浓度与钒浓度保持一定的比例，同时还应满足栲胶对碳钢表面缓蚀作用的含量要求。目前还无法有化学反应方程计算所需的栲胶浓度，根据实践经验，比较适宜的栲胶与钒的比例为1.11.3左右。工业生产中使用的溶液组成见下表2：表2 工业生产使用的栲胶溶液组成溶液类别总碱度NNa2CO3(gL-1)栲胶(gL-1)NaVO3(gL-1)稀溶液0.4341.81.5浓溶液0.8688.47.03.2.2温度操作温度低，再生效果差；温度过高，副反应加剧，生成大量硫代硫酸钠灯盐类，
22、常温范围内，H2S、CO2脱除率及Na2S2O3生成率与温度关系不敏感。再生温度在45以下，Na2S2O3的生成率很低，超过45时则急剧升高。通常吸收与再生在同一温度下进行，约为3040。3.2.3 CO2的影响栲胶脱硫液具有相当高的选择性。在适宜的操作条件下，它能从含99的CO2原料气中将200mg/m3（标）的H2S脱除至45mg/m3（标）以下。但由于溶液吸收CO2后会使溶液的PH值下降，使脱硫效率稍有降低。3.3 工艺流程来自除尘工段的焦炉煤气从脱硫塔底部进入，与塔顶上喷淋下来的栲胶脱硫液逆流接触，在极短时间内完成吸收硫化氢的反应。脱除硫化氢的煤气由塔顶出来，经旋流板，分离器分离掉所夹
23、带的液滴后去压缩工段。脱硫后的富液由塔底出来去脱硫塔液封槽，液封槽出来进入富液槽，然后又再生泵加压送到喷射器，在喷射器内自吸空气并在喉管及扩散管内进行反应，然后液气一起进入在再生槽，由底部经筛板上翻，进行栲胶溶液的氧化再生和硫泡沫浮选，再生后的贫液流入贫液槽，再生脱硫泵分别送往脱硫塔，循环使用。 喷射再生槽顶浮选出来的硫泡沫自动溢流入中间泡沫槽，再由泡沫泵抽硫泡沫到上泡沫槽，经加温，搅拌，静止分层后，排去上清液，该上清液流入富液槽内，硫泡沫经真空过滤机过滤，滤液流入地下槽，硫膏进入熔硫釜进行熔硫，熔融硫流入铸模，待冷却成型后即成为副产品，硫膏。拟设计栲胶法脱硫及再生反应过程如下：（1） 吸收：
24、在吸收塔内原料气与脱硫液逆流接触硫化氢与溶液中碱作用被吸收；（2） 析硫：在反应槽内硫氢根被高价金属离子氧化生成单质硫；（3）再生氧化：在喷射再生槽内空气将酚态物氧化为醌态；以上过程按顺序连续进行从而完成气体脱硫净化，湿法脱硫和再生工艺流程如下(见图)：1分离器；2脱硫塔；3水封；4循环槽；5溶液泵；6液位调节器； 7再生槽；8硫泡沫槽；9真空过滤机；10熔硫釜；11空气压缩机；图1 湿法栲胶脱硫工艺流程简图3.4主要设备介绍3.4.1填料塔填料塔用于要求高的H2S脱除效率。用作脱硫的填料塔每段填料间设有人孔，以供检查用。填料塔结构简单，造价低廉，制造方便。这种塔体，喷淋装置，填料再分布器，栅
25、板以及气，液的进出口等部件组成。而填料是填料塔的核心部作分，填料塔操作性能的好坏与所选的填料有很大的关系，选择填料应当遵循一下原则：单位体积填料的表面积大，气液相接触的自由体积大；填料空隙率要大，气相阻力小；重量轻，机械强度高；耐介质腐蚀，经久耐用，价格低廉。而填料的类型，尺寸和堆积方式决定于所处理的介质的性质。气液流量的大小和允许的压力降。本次设计，我选用的是聚丙烯阶梯环（50mm25 mm1.5mm）的乱堆填料，这种填料塑料的表面较光滑，所以不易被硫堵塞，用这种填料同时有很高的脱硫效率。填料的作用是完成对脱硫液及气体的再分布，同时为气液分布提供较大的相界面。脱硫液从塔顶经分布器均匀喷淋在填
26、料上，再填料表面形成液膜，并向下流动，与经填料空隙上升的气体接触，完成对H2S的吸收。3.4.2氧化槽 世界上使用最多的是有空气分布板的垂直槽，圆形多孔板安装于氧化槽的底部，孔径一般为2mm，空气压力必须克服氧化槽内溶液的压头与分布板的阻力，空气在氧化器的截面均匀的鼓泡，液体与空气并流向上流动，硫泡沫在槽顶部的溢流堰分离，分离硫后的清液在氧化槽顶部下面一点引出。这种形式的氧化槽需要鼓风机将空气压入。中国很多工厂使用一种自吸空气喷射型的氧化槽，不需要空气鼓风机。液体加压从喷嘴进入，空气从文丘里的喉管吸入。氧化槽是一大直径的圆槽，槽内放置多支喷射器。氧化槽目前使用最佳的是双套筒二级扩大式，脱硫液通
27、过喷射再生管道反应，氧化再生后，经过尾管流进浮选筒，在浮选筒进一步氧化再生，并起到硫的浮选作用。由于再生槽采用双套筒，内筒的吹风强度较大，不仅有利于氧化再生，而且有利于浮选。内筒上下各有一块筛板，板上有正方形排列的筛孔，直径15mm，孔间距20mm，开孔率44%。内筒吹风强度大，气液混合物的重度小，而内外筒的环形区基本上无空气泡，因此液体重度大。在内筒和环形空间由于重度不同形成循环。氧化槽的设计有如下三个基本参数要求的空气流量；氧化器的直径；有效的液体容积。空气流量正比于硫的产量、反比于液体在氧化器内的有效高度，比值可按氧化器内每米有效液面高度氧利用率为0.6%0.7%来计算。氧化器直径正比于
28、空气流量与空气比重的平方，为了得到良好的硫浮选，空气流速一般选2530m3/(minm2)截面。液体在氧化器的停留时间正比于液体流量，要求的停留时间与氧化器数量有关，当用一个氧化器时，停留时间约45min，用两个氧化器停留时间不超过30min，多级氧化器有较高的气液传质效率，第一个氧化器出来的液体供给第二个氧化器，硫泡沫从第二个氧化器顶部分离，第一个氧化器的空气流量大，增大湍流使传质加快。第二个氧化器空气流量较小，使硫浮选。3.4.3反应槽内有隔板以块。主要作用是增加脱硫液的反应时间。3.4.4贫液泵完成对贫液的升压与输送任务。H=54m,10SH-6A,Q=468 m3/h。3.4.5硫泡沫
29、槽硫泡沫槽是一锥形底的钢制圆筒，槽顶设有1525转/min的搅拌机一个，以保持槽内硫泡沫经常呈悬浮状态。此槽容积可按存放36h的硫泡沫存量计算。3.4.6 过滤器工业上常用连续作业的鼓形真空过滤机，所需过滤面积可按每1m2过滤面积于1h内能滤过干燥硫磺6080kg计算。通常采用的真空过滤机，当过滤面积为10m2时，其直径为2.6m，长为1.3m。中国最近使用戈尔膜过滤器来过滤硫泡沫。该过滤元件是由多振过滤薄膜袋组成，多孔膜的材料是聚四氟乙烯薄膜，可根据工作负荷的大小调整过滤薄膜袋的数量和膜的孔径，以达到良好的过滤效果，单台过滤器的膜面积为22.550m2。戈尔薄膜滤料由于表面有一层致密而多孔的
30、薄膜，不需要传统滤料的初始滤饼层，一开始过滤就是有效过滤，当经过一段时间后滤饼层积累到一定厚度，同样也影响过滤流量，这时可以给滤料一个以秒计的反向推动力，将滤料表面全部的滤饼迅速而轻松地从滤料表面推卸下来，称为反清洗。由于聚四氟乙烯自身的化学特性，它与任何物质均不粘连，因而所有的滤饼均可被清洗下来，滤料又恢复新滤料的过滤能力，这样过滤，反清洗，再过滤，再反清洗，一次又一次循环。这一工艺可在同样的时间内达到传统过滤器520倍的过滤流量，而用传统的过滤材料是无法实现这种频繁的反清洗工艺的。戈尔过滤器是由罐体、管路、花板、滤芯、气动挠性阀、自动控制系统等组成。戈尔膜过滤器一般安装在硫泡沫槽后。泡沫液
31、经1#阀进入过滤器，空气经3#阀排放后关闭3#阀，溶液经上腔进入贮槽。过滤一段时间后滤饼达到定值时，控制系统进入反冲状态，1#、2#、4#阀自动切换，反冲清膜，滤饼脱离袋沉降到锥底部，系统重新进入过滤状态。滤饼达到一定量时，开6#阀排硫膏，去熔硫釜熔成硫磺或脱水生成硫膏出售。使用戈尔膜过滤器，可将硫泡沫高度净化，如进过滤器前悬浮硫含量为8g/L，出膜过滤器清液悬浮硫含量8mg/L，取出的硫是硫膏，水分含量低，缩短了熔硫釜的熔硫时间，并节省蒸汽。3.4.7 熔硫釜熔硫釜是一个装有直接蒸汽和间接蒸汽加热的设备，其操作压力通常为0.4MPa。其容积按能充满70%75%计算，而放入的硫泡沫含有40%5
32、0%的水分。对于直径1.2m，有效高度2.5m的熔硫釜，每次熔化所需的时间约为34h。脱硫主要设备都用碳钢制作，因为其价格低廉，同时在许多的场合其性能可以满足使用的要求。为了防止设备被腐蚀，除选择适当的耐腐蚀材料制造设备外，还可以采用防腐措施对设备进行防腐。如在吸收塔，再生器的内表面可适当的涂覆保护层。或添加缓蚀剂等。而泵的密封采用机械密封，以减少溶液的漏损。机械密封是一种功耗小，泄漏率低，密封性能可靠，使用寿命长的转轴密封，被广泛地应用于各个技术领域中。以减少溶液的漏损。机械用适当的涂料涂刷为了防腐，在吸收塔、再生器的表面可用适当的涂料涂刷。4 工艺计算书4.1原始数据4.1.1焦炉煤气组分
33、：组分COCO2H2N2O2CH4Ar体积/%26.9710.1339.8220.930.391.30.494.1.2脱硫液组分：组分Na2CO3NaHCO3栲胶NaVO3浓度g/L22.33.242.12.34.1.3设计工艺参数焦炉煤气中H2S初始含量C1 = 10g/m3净化气中 H2S含量C2 = 0.15g/m3入吸收塔焦炉煤气气量G0 = 30000m3/h 入吸收塔焦炉煤气压力P0 = 1.39atm 出吸收塔焦炉煤气压力Pi = 1.37atm 入冷却塔焦炉煤气温度，t1=50 出冷却塔入吸收塔焦炉煤气温度，t2=35 硫容量 S = 0.2 Kg（H2S）/m3熔硫釜的工作周
34、期4h熔硫釜的操作压力0.4Mpa硫泡沫中硫含量S1 = 30 Kg/m3硫膏含量 S2=20%煤气平均等压比热容 =30.44 KJ/kmol硫泡沫槽溶液终温t3 = 800C；硫泡沫槽溶液初温t4 = 400C；熔硫釜硫膏终温t5 = 15 0C熔硫釜加热初温t6 = 135 0C入熔硫釜硫膏初始含水率80出熔硫釜硫膏含水率50硫膏密度S = 1500 Kg/m3硫泡沫密度f =1100Kg/m3硫泡沫比热容,Cf =3.68 KJ/(Kg0C)；常用熔硫釜全容积为Vr = 1.6m3熔硫釜装填系数为7075%硫膏的比热容Cs = 1.8 KJ/(Kg0C) 硫膏的熔融热Ch=38.69
35、KJ/Kg熔硫釜周围空间的散热系数= 12.56 KJ/(mh0C)0.2MPa蒸汽的汽化热r1 = 2202.26 KJ/Kg0.4MPa蒸汽的汽化热r2 = 2135.2 KJ/KgH2S气体密度G = 1.05 Kg/m3 ；脱硫液液体密度L = 1050 Kg/m3熔硫釜表面积F = 9.2 m2喷射再生槽溶液流速Wi = 25 m/s通常Wi = 1828 m/s喷射再生槽喷嘴入口收缩角1 = 14喷射再生槽喷嘴喉管长度L6 = 3mm喷射再生槽吸气室收缩角2 = 30喷射再生槽管内空气流速取WA =3.5 m/s ；喷射再生槽尾管直径扩张角取3 = 7尾管中流体速We = 1 m/
36、s焊接接头系数 由于焦炉煤气气量大及H2S含量多，因此采用两个吸收塔并联，则： G0= G0/2=30000/2=15000 m3/h4.2物料衡算14.2.1 H2S脱除，G1，kg/hG1 = = G0(100.15)/1000=15000（10-0.15）/ 1000 = 147.75Kg/h4.2.2溶液循环量LT，m3/h LT = = 147.75 / 0.2 = 738.75m3/h式中 S 溶液硫容量，kg/m3，S = 0.2 Kg (H2S)/m34.2.3生成Na2S2O3消耗H2S的量G2, Kg/h取Na2S2O3的生成率为脱除量的8，则：G2 = G18=147.7
37、58 = 11.82Kg/h4.2.4Na2S2O3生成量，G3，Kg/hG3 = =11.82158/234 = 27.46 Kg/h式中M Na2S2O3 Na2S2O3分子量 M H2S H2S分子量4.2.5理论硫回收量G4，kg/h G4 =（G1G2）MS/ M H2S = （147.75-11.82）32/34 =127.93Kg/h式中 MS 硫的分子量 4.2.6理论硫回收率，= G4/ G1 =127.93/147.75100=86.584.2.7生成Na2S2O3消耗纯碱的量G5，Kg/hG5 = G3M Na2CO3/ M Na2S2O3 =27.46106 / 158
38、 = 18.42Kg/h式中 M Na2CO3 碳酸钠的分子量；4.2.8硫泡沫生成量G6，m3/h G6 = G4/S1 =127.93/30 =4.26m3/h式中 S1 硫泡沫中硫含量，此处取S1=30/m3；4.2.9入熔硫釜硫膏量G7 G7 = G4/S2 = 127.93/0.2=639.65Kg/h式中 S2 硫膏含量，此处取S2=20%；4.2.10回收率， = = （10-0.15）/ 10100=98.5%4.2.11硫膏的理论产量 W理论=32V C1/34=3230000100.985/34=278.12Kg/h 式中 W理论硫化氢的原子量 V 焦炉煤气气量，m3 （标
39、）/ h C1 脱硫前半水煤气中硫化氢含量，g/m3 （标） 脱硫效率， 32 硫的原子量4.3热量衡算4.3.1冷却塔热量衡算4.3.1.1冷却塔热负荷，KJm3/ kmolh 式中入冷却塔焦炉煤气量，Kmol/(tNH3)； 焦炉煤气平均等压比热容，KJ/( kmol.0C), =30.44 KJ/kmol； 入、出冷却塔焦炉煤气温度； 入、出冷却塔焦炉煤气温含水量，Kg/Kmol. 查得 入，出冷却塔条件下水蒸气的焓，Kcal/Kg, 查表知 代入公式计算得=3000030.44（50-35）+0.784（2591.63-2564.83）=14328336 KJm3/ kmolh4.3.
40、1.2冷却水消耗量，m3 / h 式中 冷却水温升，,此处取。 =14328336/10005=2865.67 m3 / h4.3.2硫泡沫槽热量衡算 4.3.2.1硫泡沫槽热负荷Q2，KJ/hQ2 = Vf PfCf (t3-t4) = 3.4111003.68（80-40）= 552147.2KJ/h式中 Vf 硫泡沫体积，m3，Vf =G6； f 硫泡沫密度，Kg/m3 , f = 1100Kg/m3； Cf 硫泡沫比热容，KJ/(KgK),Cf=3.68 KJ/(KgK)；t3 槽中硫泡沫终温，t3 = 800C； t4 槽中硫泡沫初温，t4 = 400C；4.3.2.2蒸汽消耗量，W
41、4,Kg/h W4 = Q2/r1 =552147.21/2202.26 =250.72 Kg/h3式中 r1 0.2MPa蒸汽的汽化热，r1 = 2202.26 KJ/Kg4.3.3熔硫釜热量衡算4.3.3.1熔硫釜热负荷Q3,KJ/釜 Q3=G8Css(t5-t6)+0.5G8sCh +4F(t5-t6) = 1.21.81500（135-15）+ 0.51.2150038.69 + 412.569.2（135-15）= 479085.96 KJ/釜式中G8 每一釜硫膏量，m3/熔硫釜，G8=0.75Vr = 0.751.6, G8= 1.2 m3/釜 Vr 常用熔硫釜全容积为1.6m3
42、0.75 熔硫釜装填系数为75%Cs 硫膏的比热容,KJ/(KgK), Cs =1.8 KJ/(KgK) Ch 硫膏的熔融热，KJ/Kg ，Ch=38.69 KJ/Kg 熔硫釜周围空间的散热系数，KJ/(mh0C)，= 12.56 KJ/(mh0C)F 熔硫釜表面积，F = 9.2 m2t5 入釜硫膏终温，oC，t5= 135 0Ct6 釜内加热初温, oC ，t6 = 15 o C 0.5 硫膏中含硫量504 熔1釜所需时间（工作周期），hS 硫膏密度，Kg/m3，S = 1500 Kg/m34.3.3.2 蒸汽消耗量W2，Kg/釜 W2 = Q3 /r2 =479085.96 /2135.
43、27= 224.37 KJ/釜式中 r2 0.4MPa蒸汽汽化热，r2 = 2135.27KJ/Kg 5 主要设备的工艺计算和设备选型5.1主要设备的工艺尺寸5.1.1填料吸收塔设计计算5.1.1.1塔径的确定塔径可以采用泛点速度计算关联图计算2横坐标为：查图得：则 圆整得， 式中 -泛点气速, L 流体质量流速，Kg/(h.L) ，L = LTL G 气体质量流速，Kg/(h.L) ， G = G0G 填料比表面积，m2/m3，选用50mm25 mm1.5mm聚丙烯阶梯环，= 114 m2/m3 ； 填料孔隙率，m3/ m3，= 0.927 m3/ m3；L 溶液粘度，mPas，= 0.8
44、mPas ；G 气体密度，Kg/m3，v = 1.05 Kg/m3 ；L 液体密度，Kg/m3，L = 1050 Kg/m3 ； 重力加速度，m/s2 , = 9.81 m/s2 D 吸收塔直径，m ； 0.7-泛点气速系数。5.1.1.2填料层高度计算吸收过程传质系数KG的计算 3KG = Au1.3CNa0.1B-0.01 式中 KG 传质系数，kg/m2hatm；A 经验数，A = 20；u 操作气速，m/s ；CNa 溶液中Na2CO3的含量，CNa= 22.3 g/L；B 吸收过程液气比，B = LT / G0 =591/12000=0.049则KG = Au1.3CNa0.1B-0.01 = 20(0.7)1.3(22.3)0.1(0.049)-0.01 =17.68 kg/m2hatm 吸收过程平均推动力PmPm = (P1-P1*)-(P2-P2*)/ (P1-P1*)/ (P2-P2*) 式中 P1 吸收塔入口气相H2S分压 ，
