年產(chǎn)十萬噸煤氣干法脫硫催化劑選擇設(shè)計說明

1、摘 要煤氣是重要的中高熱值氣體燃料，既可用于鋼鐵生產(chǎn)，也可供城市居民使用，還可作為原料氣用于生產(chǎn)合成氨、甲醇等產(chǎn)品，不論采用何種方式利用焦爐煤氣，其硫含量都必須降低到一定程度。焦爐煤氣中一般含硫化氫48g/m3，含氨49g/m3，含氰化氫0.51.5g/m3。硫化氫（H2S）與其燃燒產(chǎn)物二氧化硫（SO2）對人體均有毒性，氰化氫的毒性更強。氰化氫和氨在燃燒時生成氮氧化物（NOX），二氧化硫與氮氧化物都是形成酸雨的主要物質(zhì)，煤氣的脫硫脫氰洗氨主要是基于環(huán)境保護的需要。此外，對軋制高質(zhì)量鋼材所用燃氣的含硫量也有較高的要求，煤氣中H2S的存在，不僅會腐蝕粗苯系統(tǒng)設(shè)備，而且還會使吸收粗苯的洗油和水形成乳

2、化物，影響油水分離。因此，脫除硫化氫對減輕大氣和水質(zhì)的污染、加強環(huán)境保護以與減輕設(shè)備腐蝕均有重要意義。為了預(yù)防或減少煤燃料對環(huán)境和人體健康帶來的危害，必須脫去煤氣中的硫。然而從企業(yè)的角度來看，在選擇煤氣凈化工藝時，應(yīng)結(jié)合企業(yè)自身情況和煤氣用途以與脫硫目的，從投資、運行費用、環(huán)境、凈化指標、設(shè)備材質(zhì)、控制要求和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)等諸多方面進行綜合分析比較，選擇合適的煤氣脫硫催化劑。研究表明：氧化鐵脫硫劑時最適合該生產(chǎn)工藝的催化劑。關(guān)鍵詞：煤氣，干法脫硫，催化劑The choice of Gas Desulfurization Catalyst in Ten Thousand Tons AnnualAbst

3、ractGas is theimportant high calorific gasfuel, not only for iron and steelproduction, but also for urban residents needs,besides ,it can be usedto produce synthetic ammonia as raw matirial, methanol and other goods.The content of sulfur must be reduced to some extent,regardless of using coke oven g

4、as in any ways. Coke oven gas generallycontains hydrogen sulfide 4 8g/m3, ammonia 4 9g/m3, including Hydrogen Cyanide 0.5 1.5g/m3.Hydrogen Sulfide (H2S) and its combustion products,Sulfur Dioxide(SO2) are toxic to humans, less thanHydrogen Cyanide. Nitrogen oxides are the combustion products of Hydr

5、ogen Cyanide and Ammonia , which are the main factors to cause the acid rain as well as Hydrogen Sulfide , cyanide gas desulfurization and ammonia washing is mainly based onthe need of environmental protection.In addition, there are high requirements for the content of sulfur in production of high-q

6、uality rolled steel.The presence of H2Sin fuel gas , not only cauterizes benzene system equipment, but also makeswashoil and water absorbing benzene form emulsion ,preventing oil-water separation. Therefore, its important for the removal of hydrogen sulfide to reducie air and water pollution ,enhanc

7、e environmental protection and to reduce equipment corrosion.In order to prevent or reduce the damage of coal fuel on the environment and harm human health, gas in the sulfurmust be taken off . However, for a company, when making a choice on the gas purification process ,they shouldcombine with thei

8、r own situation and the use of gas , as well as the purpose of desulfurization, and select the appropriate gas desulfurization catalyst bycomprehensive analysis and comparison from the investment, operating cost, the environment, cleaning indicator, equipmentmaterials, control requirements, product

9、structure and many other aspects.The research show thatiron oxide desulfurization is the most suitablecatalyst in the production process.Key words: gas；dry desulfurization；catalyst目 錄摘 要IAbstractII目 錄IV1 前言11.1 論文的研究意義和目的11.1.1 論文的研究意義11.1.2 論文研究的目的21.2 煤氣脫硫工藝21.2.1 脫硫方法的分類21.2.2 干法脫硫技術(shù)21.2.3 干法脫硫的優(yōu)

10、缺點31.3 干法脫硫劑41.3.1 鐵系脫硫劑41.3.2鋅系脫硫劑51.3.3其他脫硫劑51.4 幾種常用脫硫劑的作用原理與其特點61.4.1 氧化鐵脫硫劑61.4.2 氧化鋅脫硫劑61.4.3 活性炭脫硫劑72 計算部分92.1 計算所需一些特性數(shù)據(jù)92.1.1 幾種常見脫硫劑的特性數(shù)據(jù)92.1.2 要求脫硫的煤氣的主要成分與其百分含量102.2 干法脫硫的流程示意圖112.3 關(guān)于脫硫劑用量與周期的計算112.3.1 預(yù)脫硫塔中脫硫劑用量與周期的計算122.3.2 精脫硫塔中脫硫劑用量與周期的計算132.3.3 脫硫劑的成本核算142.3.4 脫硫劑的填裝計算143 結(jié)果分析與討論17

11、3.1 計算得出數(shù)據(jù)對比173.2 結(jié)論173.3 對該設(shè)計的一些問題的分析17參考文獻19致 2017 / 211 前言能源是人類賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)，隨著人們對環(huán)境保護與保證企業(yè)最終產(chǎn)品質(zhì)量意識的提高，人們對能源的潔凈利用日趨重視。發(fā)生爐煤氣作為我國主要能源之一，是煤炭的一種潔凈利用方式，在我國的玻璃、建材、化工、機械、耐火材料等行業(yè)被廣泛的應(yīng)用，近年來，人們對煤氣凈化程度的認識已經(jīng)不止是煤氣中的含塵量、含焦油量和含水量等的概念，人們開始更加重視煤氣中的含硫量。煤氣中H2S的脫除程度已成為其潔凈度的一個重要指標1。干法脫硫工藝是利用固體吸收劑脫除煤氣中的硫化氫，多采用固定床原理，操作簡單可

12、靠，脫硫精度高，但處理量小，適用于低含硫氣體的處理，一般多用于二次精脫硫。但是由于氣固吸附反應(yīng)速度較慢，因此該工藝運行的設(shè)備一般比較龐大，再者由于吸附劑硫容的限制，脫硫劑更換頻繁，消耗量大，而且脫硫劑不易再生，致使運行費用增高，勞動強度大，同時不能回收成品硫，廢脫硫劑、廢氣、廢水嚴重污染環(huán)境，因此，在大型焦化和鋼鐵行業(yè)，如果焦爐煤氣不進行深加工（如焦爐煤氣制甲醇），一般不考慮干法脫硫；中小型焦化廠主要采用干法工藝。煤氣干法脫硫技術(shù)應(yīng)用較早，最早應(yīng)用于煤氣的干法脫硫技術(shù)是以沼鐵礦為脫硫劑的氧化鐵脫硫技術(shù)，之后，隨著煤氣脫硫活性炭的研究成功與其生產(chǎn)成本的相對降低，活性炭脫硫技術(shù)也開始被廣泛應(yīng)用2。

13、目前，干法使用的脫硫劑為氧化鐵、氧化鋅、氧化銅、氧化鈣、氧化錳、活性炭、分子篩以與復(fù)合氧化物，甚至還有近年來出現(xiàn)的第二代脫硫劑氧化鈰等，其中最常用的是鐵系和鋅系脫硫劑。1.1 論文的研究意義和目的1.1.1 論文的研究意義焦爐煤氣由焦化企業(yè)煉焦生產(chǎn)時產(chǎn)生。從焦爐集氣管流出的煤氣稱為荒煤氣，其硫化氫含量與裝爐煤料的全硫量有關(guān)。一般干煤全硫的質(zhì)量分數(shù)為05-12，其中有20-45轉(zhuǎn)到荒煤氣中，煤氣中95以上的硫以硫化氫形態(tài)存在，其他為有機硫。硫化氫在煤氣中的質(zhì)量濃度一般為3g，標m3干煤氣15旆m3干煤氣。煤氣中所含的硫化氫是極為有害的物質(zhì)，因而煤氣脫硫就有十分重要的意義：(1)可以防止設(shè)備的腐蝕

14、。減少設(shè)備維修費用，降低生產(chǎn)成本，提高回收產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量。(2)提高焦爐煤氣的品質(zhì)，減少焦爐煤氣燃燒后產(chǎn)生的污染。煤氣脫硫可以有效降低煤氣燃燒后產(chǎn)生的二氧化硫等有害物質(zhì)，保護周圍的環(huán)境。(3)降低鋼鐵企業(yè)用煤氣中硫化氫的含量可以使鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)鋼材。(4)回收后的硫磺可用于醫(yī)藥、化工等領(lǐng)域，隨著行業(yè)的發(fā)展，需求量會進一步加大3。1.1.2 論文研究的目的煤氣的干法脫硫是一種精脫硫工藝，在干法脫硫中選用一種最為恰當?shù)拿摿騽┠軡M足企業(yè)對煤氣的凈化要求同時能為企業(yè)盡量的節(jié)省人工與成本，同時根據(jù)脫硫劑脫除的硫的成分不同和脫除的標準的不同滿足不同行業(yè)對煤氣的需要。1.2 煤氣脫硫工藝1.2.1 脫

15、硫方法的分類近幾年，隨著鋼鐵企業(yè)的快速發(fā)展，焦化行業(yè)也形成了飛速發(fā)展的趨勢，國外煤氣的脫硫脫氰技術(shù)也隨著世界環(huán)保意思的加強而加快了其技術(shù)的更新?lián)Q代，先后出現(xiàn)了干式氫氧化鐵法、濕式堿法、改良ADA法等脫硫方法?？偟膩碚f，煤氣的脫硫方法按吸收劑的形態(tài)可分為干法和濕法兩大類4。由于該設(shè)計要求的煤氣含量標準極高，只有干法脫硫能達到，所以該設(shè)計只能選用干法脫硫。1.2.2 干法脫硫技術(shù)干法脫硫技術(shù)是煤氣深加工和高效利用時必不可少的脫硫方法。 煤氣干法脫硫技術(shù)應(yīng)用較早，最早應(yīng)用于煤氣的干法脫硫技術(shù)是以沼鐵礦為脫硫劑的氧化鐵脫硫技術(shù)，之后，隨著煤氣脫硫活性炭的研究成功與其生產(chǎn)成本的相對降低，活性炭脫硫技術(shù)也

16、開始被廣泛應(yīng)用。 (1)氧化鐵脫硫技術(shù)最早使用的氧化鐵脫硫劑為沼鐵礦和人工氧化鐵，為增加其孔隙率，脫硫劑以木屑為填充料，再噴灑適量的水和少量熟石灰，反復(fù)翻曬制成，其PH值一般為89左右，該種脫硫劑脫硫效率較低，必須塔外再生，再生困難?，F(xiàn)在TF型脫硫劑應(yīng)用較廣，脫硫效率較高，并可以進行塔再生。(2)活性炭脫硫技術(shù)活性炭脫硫主要是利用活性炭的催化和吸附作用?；钚蕴康拇呋钚院軓?，煤氣中的H2S在活性炭的催化作用下，與煤氣中少量的O2發(fā)生氧化反應(yīng)，反應(yīng)生成的單質(zhì)S吸附于活性炭表面。當活性炭脫硫劑吸附達到飽和時，脫硫效率明顯下降，必須進行再生?；钚蕴康脑偕鶕?jù)所吸附的物質(zhì)而定，S在常壓下190時開始熔

17、化，440左右便升華變?yōu)闅鈶B(tài)。所以，一般利用450500左右的過熱蒸汽對活性炭脫硫劑進行再生，當脫硫劑溫度提高到一定程度時，單質(zhì)硫便從活性炭中析出，析出的硫流入硫回收池，水冷后形成固態(tài)硫5。1.2.3 干法脫硫的優(yōu)缺點 (1)干法脫硫的優(yōu)點在選用反應(yīng)活性好、硫容高的脫硫劑的前提下，干法脫硫脫硫效率高，比較適宜處理含H2S較低的煤氣，因為煤氣中H2S過高會造成脫硫劑很快失效。(2)干法脫硫的缺點干式氧化鐵法脫硫。設(shè)備笨重，脫硫劑再生大多為間歇再生，每次再生完畢，必須用蒸汽將塔的殘余空氣吹凈，煤氣分析合格后，方能倒塔送氣，否則會引起爆炸；另外，更換脫硫劑時，操作勞動強度大，操作不當很容易起火燃燒，

18、較為危險。干式活性炭法脫硫。脫硫劑再生使用的過熱蒸汽不易獲得，而且再生效果很難達到要求，多數(shù)廠家干脆就不再生，而是取出后更換新的活性炭。干式脫硫，由于硫的吸附，會增加脫硫劑床層的阻力，繼而引起煤氣壓力波動，不利于窯前煤氣的正常燃燒；另外，采用干式脫硫，脫硫效率隨著脫硫劑應(yīng)用時間的增加而不斷降低，不利于控制最終產(chǎn)品質(zhì)量。而且。由于干法脫硫大多屬于間歇再生，為了不影響企業(yè)連續(xù)生產(chǎn)，必須設(shè)置備用脫硫塔，造成設(shè)備閑置浪費。1.3 干法脫硫劑1.3.1 鐵系脫硫劑鐵系脫硫劑主要是以氧化鐵為主的脫硫劑統(tǒng)稱，因為氧化鐵具有價廉易得、資源豐富、脫硫速率高、硫容高等特點，成為開發(fā)最早、應(yīng)用最廣泛的煤氣脫硫劑。國

19、常用的鐵系脫硫劑主要有天然沼鐵礦、合成氧化鐵、顏料廠與硫酸廠下腳鐵泥、硫鐵礦灰成型劑、煉鋼轉(zhuǎn)爐赤泥與其成型劑等6,7。近年來，很多機構(gòu)將鐵氧化物與其它金屬化合物復(fù)合，研究新的鐵基復(fù)合氧化物脫硫劑。其中化學(xué)研究所的鐵系脫硫劑：EF型多功能氧化鐵精脫硫劑（CN1174810），由氧化鐵載體和負載的金屬化合物組成。該脫硫劑在有氧和無氧條件下均能精脫H2S、COS、CS2、RSH、RSR、RSSR、噻吩等硫化物；耐缺氧復(fù)合型金屬水合氧化物精脫硫劑（CN1287875），用水合氧化鐵Fe2O3H2O與其它金屬元素Ti、Co、Ni、Mo、Zn、Cd、Cr、Hg、Cu、Ag、Sn、Pb、Bi中任一種或一種以

20、上的化合物和/或堿土金屬元素Ca、Mg的化合物組成；由酸性廢液制備的脫硫劑（CN1060226），該脫硫劑先用含鐵或不含鐵廢酸液制成所需濃度的含鐵溶液，再用堿性物質(zhì)除酸，經(jīng)氧化、分離、混合成型、干燥而制成；復(fù)合型精脫硫劑（CN1127555C）由Fe2O3、ZnO、CaO、MnO2等組成。煤炭科學(xué)研究總院研制的一種無定形脫硫劑（CN1616139），以一種天然富含鐵、錳、銅、鋅等多種金屬共生的錳礦粉為主要成分，經(jīng)粉碎磨細后添加一定量的脫硫助劑和水，與纖維物質(zhì)均勻混合制備而成；常溫成型氧化鐵脫硫劑BMC，選用亞鐵鹽為鐵基原料，輔以各種助劑合成氫氧化鐵，再經(jīng)過沉淀熟化、烘干等工藝制備而成8。三聚環(huán)

21、保新材料股份的無定形羥基氧化鐵脫硫劑硫容高，單次硫容可達50%以上，而且該脫硫劑可以再生。其脫硫再生原理為：Fe2O3·nH2O+3H2S=Fe2S3nH2O+3H2O2Fe2S3nH2O+3O2 = 2Fe2O3nH2O+6S1.3.2鋅系脫硫劑鋅氧化物與H2S反應(yīng)平衡常數(shù)較大,可將出口處H2S降低到幾個ppm以下,因而受到廣泛關(guān)注,已作為精脫硫劑廣泛應(yīng)用。但純氧化鋅硫容較低，并且在870K以上氧化鋅易被還原為單質(zhì)鋅而揮發(fā)損失。近來很多學(xué)者研究出了鋅鈦脫硫劑（鈦酸鋅），鐵酸鋅等復(fù)合氧化物脫硫劑，還有在氧化鋅或鈦酸鋅中加入氧化銅、石墨等物質(zhì)，這些脫硫劑改善了單一的氧化鋅脫硫劑存在的缺

22、點。目前，國氧化鋅脫硫劑的型號有T302Q、T305、T306、KT310、JX-4C、JX-4D等10余種。提高氧化鋅的常溫硫容一直是氧化鋅脫硫技術(shù)的研究重點。解決此問題主要從以下二方面入手：（1）提高脫硫劑的比表面，加大其傳質(zhì)面積；（2）向氧化鋅中加入一些物質(zhì),增加反應(yīng)的活性中心，以提高其常溫硫容。T306型脫硫劑由于添加了特種助劑,使其在操作溫度較低（約180）時，對簡單有機硫也有較好的脫除效果。另外，研制具有有機硫轉(zhuǎn)化和脫硫雙功能的鋅系脫硫劑也非常具有市場。20世紀90年代研制出的T313和SHT512型脫硫劑以與三聚環(huán)保新材料最新研制的JX-4D脫硫劑，不僅能脫除硫化氫還能脫除有機硫

23、，而且價格低廉。國外鋅系脫硫劑總的發(fā)展趨勢仍是降低產(chǎn)品堆密度和使用溫度，提高脫硫精度，在保證低溫高硫容、高脫硫精度下進一步提高抗壓碎力，以降低阻力、擴大使用領(lǐng)域9。1.3.3其他脫硫劑鈣系脫硫劑：鈣系脫硫劑有石灰石（CaCO3）、消石灰（Ca(OH)2）、白云石（CaCO3Mg CO3）等（脫硫率較低）以與復(fù)合鈣系脫硫劑，如鐵鈣脫硫劑、鋅鈣脫硫劑等。銅氧化物作為焦爐煤氣脫硫劑具有較高的脫硫效率，但單一的CuO脫硫劑也存在硫容低、不耐高溫等特點，常與其它金屬化合物復(fù)合，如CuO-Al2O3，CuO-Cr2O3，Cu-Mn-Al等復(fù)合氧化物脫硫劑應(yīng)用較多。氧化錳的脫硫精度不高，一般也不單獨使用，常

24、與氧化銅、氧化鐵、氧化鋁等復(fù)合，可改善其脫硫性能10。1.4 幾種常用脫硫劑的作用原理與其特點 由于普通氧化鐵脫硫劑與水粉化，而本課題給出的煤氣成分中含有一定的水蒸氣，故不適合在本課題中適用，下述均為新型氧化鐵常溫精脫硫劑。而鐵錳系精脫硫劑由于使用溫度在380400于課題要求不相符，我們再此不做介紹。1.4.1 氧化鐵脫硫劑(1)氧化鐵脫硫劑的特點：脫硫精度高：進口H2S為 10000 ppm時，出口H2S0.1ppm。 反應(yīng)速度快：氣空速可大于1000h-1（液空速為5h-1）。 工作硫容大，一次性脫除H2S硫容可達20%。 強度和耐水性好。水煮24h或浸泡30天不粉化；12MPa壓力下急驟

25、充壓、卸壓進行100次沖擊試驗后，強度無變化。 適用溫度圍廣。 該精脫硫劑適用于天然氣、水煤氣、半水煤氣、空氣煤氣、焦爐氣、變換氣、食品CO2、廢氣等各種氣體中H2S的精脫，保護后工段貴重催化劑。 (2)氧化鐵脫硫劑的脫硫原理：Fe2O3+H2SFeSx+S+H2OH2S與脫硫劑中的氧化鐵等活性金屬氧化物作用生成穩(wěn)定硫化物，當原料氣中含氧時，硫化物可與氧反應(yīng)生成單質(zhì)硫沉積在脫硫劑微孔中，從而達到脫硫防腐蝕的目的。1.4.2 氧化鋅脫硫劑(1)氧化鋅脫硫劑的特點：常溫氧化鋅精脫硫劑是新型、高效精脫硫劑，可在常溫200溫條件下，用于脫除天然氣、油田氣、煉廠氣、合成氣、變換氣等多種氣體與液態(tài)烴、丙烯

26、、石腦油、等液態(tài)原料的硫化物，以保護蒸汽轉(zhuǎn)化、低變、甲烷化、甲醇、聯(lián)醇、合成氨、聚丙烯和羰基合成等含鎳、銅、鐵與貴重金屬催化劑和提高產(chǎn)品質(zhì)量。(2)氧化鋅脫硫劑的脫硫原理：ZnO+H2S=ZnS+ H2OZnO+COS=ZnS+CO2ZnO+C2H5SH= ZnS+C2H6+H2O2ZnO+CS2=2ZnS+CO2 ZnO脫硫劑可以脫除少量有機硫，大部分需經(jīng)過水解塔轉(zhuǎn)化為無機硫(H2S)之后脫除。1.4.3 活性炭脫硫劑(1)活性炭脫硫劑的特點：脫硫精度高：普通脫硫劑脫硫精度為出口H2S1.0ppm，用于粗脫硫，精脫硫劑脫硫精度為出口H2S0.03ppm。反應(yīng)速度快： W102的穿透空速是普通

27、脫硫劑的2-4倍。工業(yè)使用時，普通脫硫劑的使用空速為200-500h-1，W102使用空速為500-3000h-1。精脫硫劑的工作硫容高：精脫硫劑H2S工作硫容為其它常溫脫硫劑的3-5倍，可達20%以上。對有機硫（COS、CS2等）有一定的脫除作用?；钚蕴烤摿騽┎捎脙?yōu)質(zhì)活性炭添加特種活性劑和助劑，可用于合成氨、甲醇、聯(lián)醇、甲烷化、合成燃料、食品CO2等生產(chǎn)工藝中精脫H2S，也可用于城市煤氣、水煤氣、焦爐氣、天然氣等精脫硫。(2)活性炭脫硫劑的脫硫原理： 氣體中H2S和少量的O2受活性炭表面的催化作用，發(fā)生下列反應(yīng)：2H2S+O2= 2H2O+2SCOS在室溫下先被活性炭水解，生成H2S，然后

28、以H2S的脫除原理除去，反應(yīng)如下：COS+H2O= H2S+CO22H2S+O2= 2H2O+2S活性炭脫硫劑只能脫去少部分有機硫，大部分需經(jīng)過水解塔轉(zhuǎn)化為無機硫(H2S)之后脫除11。2 計算部分2.1 計算所需一些特性數(shù)據(jù)2.1.1 幾種常見脫硫劑的特性數(shù)據(jù)表3.1 脫硫劑的特性數(shù)據(jù)脫硫劑活性炭精脫硫劑氧化鐵精脫硫劑氧化鋅精脫硫劑工作硫容12.0%20.0%15.0%堆比重0.50kg/L0.700.80kg/L0.95kg/L適用溫度56009030400適用壓強常壓8.0MPa常壓8.0MPa常壓30.0MPa脫硫精度0.13mg/Nm30.03mg/Nm30.04mg/Nm3適用空速

29、5001200h-15002000h-15003000h-1價格4000元/m32000元/m35500元/m3注：工作硫容：硫容是指在滿足脫硫要求的條件下，每100公斤脫硫劑所能吸收的硫的公斤數(shù)，它是衡量脫硫劑的一個重要指標，一般用百分比表示，工作硫容不僅與脫硫劑的質(zhì)量有關(guān)，更主要的與裝置的工藝與設(shè)備狀況也有很大關(guān)系。 堆比重：堆比重又稱堆密度，指每升催化劑的質(zhì)量?？账伲好啃r進入反應(yīng)器的原料量與反應(yīng)器藏量之比稱為空間速度，簡稱空速?？账俜磻?yīng)了反應(yīng)時間的長短。對一定反應(yīng)器，空速越大處理能力也越大。空速的大小取決于催化劑的活性水平。2.1.2 要求脫硫的煤氣的主要成分與其百分含量表3.2 煤氣

30、的組成成分百分含量相對分子質(zhì)量H22.832CH46.2116C3H60.6342C2H40.1228CO74.58 28C3H80.2544CO212.0744N22.7128H2S0.434H2O0.218注：煤氣中還含有少量的COS，O2等氣體，由于含量極低不足0.01%，故沒有在表格中列出來。由此可以計算出煤氣的相對分子質(zhì)量M=2×0.0283+16×0.0621+30×0.0063+28×0.0012+28×0.7458+44×0.0025+44×0.1207+28×0.0271+34×0.00

31、4+18×0.002=28.51煤氣的溫度：40 壓力：2.8MPa有機硫含量：20mg/Nm3 無機硫含量：10mg/Nm32.2 干法脫硫的流程示意圖精脫硫塔預(yù)脫硫塔水解塔圖 2.1 煤氣脫硫流程示意圖如圖所示，箭頭方向表示煤氣的流向。預(yù)脫硫塔：煤氣初步脫硫，脫除煤氣中的大部分H2S和少量的有機硫。水解塔：將煤氣中的有機硫轉(zhuǎn)化為無機硫。精脫硫塔：除去煤氣中的H2S使其達到要求的標準。2.3 關(guān)于脫硫劑用量與周期的計算 按工廠生產(chǎn)制度，年操作時為8000小時，實行四班三運轉(zhuǎn)制，連續(xù)生產(chǎn)。年產(chǎn)10萬噸即煤氣的小時流量為 1.0×107kg/8000h=1.25×1

32、07g/h標準狀況下氣體的摩爾體積為22.4L，故該質(zhì)量流量轉(zhuǎn)化為標準狀況下的體積流量為 V=1.25×107/M×22.4L/mol×1000L/m3=9821Nm3/h2.3.1 預(yù)脫硫塔中脫硫劑用量與周期的計算 設(shè)煤氣經(jīng)過預(yù)脫硫塔時脫出的硫的量為30% 已知煤氣中無機硫的含量為10mg/Nm3有機硫含量為20mg/Nm3可知在預(yù)脫硫塔中脫除硫的量為 W1=（10+20）×30%×10-6kg/Nm3×V=0.0884kg/h 取空速為u=1000h-1 則需要的脫硫劑的體積為V1=V/u=9821/1000m3=9.821m3

33、(1)選用活性炭為脫硫劑： 活性炭脫硫劑的堆比重為0.50kg/L，可得需要的活性炭脫硫劑的質(zhì)量為 M1=V1×0.50kg/L×1000L/m3=4910.5kg 活性炭脫硫劑工作硫容為12%，可得活性炭脫硫劑可脫除的硫的量為 M11=M1×12%=589.26kg 活性炭脫硫劑的周期為 T1=M11/W1/24=277.7天，即一個催化劑周期為277天。 (2)選用氧化鐵為脫硫劑： 氧化鐵脫硫劑的堆比重為0.75kg/L，可得需要的氧化鐵脫硫劑的質(zhì)量為 M2=V1×0.75kg/L×1000L/m3=7365.75kg 氧化鐵脫硫劑的工作硫

34、容為20%，可得氧化鐵脫硫劑可脫除的硫的質(zhì)量為 M22=M2×20%=1473.15kg 氧化鐵脫硫劑的周期為 T2=M22/W1/24=694.35天，即一個催化劑周期為694天。 (3)選用氧化鋅作為脫硫劑： 氧化鋅脫硫劑的堆比重為0.95kg/L，可得需要的氧化鋅脫硫劑的質(zhì)量為 M3=V1×0.95kg/L×1000L/m3=9329.95kg 氧化鋅脫硫劑的工作硫容為15%，可得氧化鋅脫硫劑可脫除的硫的質(zhì)量為 M33=M3×15%=1399.49kg 氧化鋅脫硫劑的周期為T3=M33/W1/24=659.64天，即一個催化劑周期為659天。2.3

35、.2 精脫硫塔中脫硫劑用量與周期的計算 出口硫含量要低于0.2mg/Nm3，那么在精脫硫塔中脫除的硫的量為 W2=（10+20）×70%-0.2×10-6kg×V=0.204kg/h 取空速為u=1000h-1 則需要的脫硫劑的體積為V2=V/u=9821/1000m3=9.821m3 (1)選用活性炭為脫硫劑： 活性炭脫硫劑的堆比重為0.50kg/L，可得需要的活性炭脫硫劑的質(zhì)量為 M4=V2×0.50kg/L×1000L/m3=4910.5kg 活性炭脫硫劑工作硫容為12%，可得活性炭脫硫劑可脫除的硫的量為 M44=M2×12%=

36、589.26kg 活性炭脫硫劑的周期為T4=M44/W2/24=120.35天，即一個催化劑周期為120天。(2)選用氧化鐵為脫硫劑： 氧化鐵脫硫劑的堆比重為0.75kg/L，可得需要的氧化鐵脫硫劑的質(zhì)量為 M5=V2×0.75kg/L×1000L/m3=7365.75kg 氧化鐵脫硫劑的工作硫容為20%，可得氧化鐵脫硫劑可脫除的硫的質(zhì)量為 M55=M5×20%=1473.15kg 氧化鐵脫硫劑的周期為 T5=M55/W2/24=300.9天，即一個催化劑周期為300天。 (3)選用氧化鋅作為脫硫劑： 氧化鋅脫硫劑的堆比重為0.95kg/L，可得需要的氧化鋅脫硫劑

37、的質(zhì)量為 M6=V2×0.95kg/L×1000L/m3=9329.95kg 氧化鋅脫硫劑的工作硫容為15%，可得氧化鋅脫硫劑可脫除的硫的質(zhì)量為 M66=M6×15%=1399.49kg 氧化鋅脫硫劑的周期為T6=M66/W2/24=285.8天，即一個催化劑周期為285天。2.3.3 脫硫劑的成本核算 (1)活性炭脫硫劑的市價約為4000元/m3，則用活性炭脫硫劑時平均每天消耗脫硫劑的價值為（9.821/T1+9.821/T4）×4000元/m3=469元/天 (2)氧化鐵脫硫劑的市價約為2000元/m3，則用氧化鐵脫硫劑時平均每天消耗的脫硫劑的價值為

38、（9.821/T2+9.821/T5）×3000元/m3=94元/天 (3)氧化鋅脫硫劑的市價約為5500元/m3，則用氧化鐵脫硫劑時平均每天消耗的脫硫劑的價值為（9.821/T3+9.821/T6）×5500元/m3=271元/天2.3.4 脫硫劑的填裝計算(1)預(yù)脫硫塔的填裝計算：可以得出工況下進預(yù)脫硫塔的煤氣體積根據(jù)公式PV=nRT 式 2.1可得煤氣在標況下的體積與實際狀況下的體積比為式 2.2可得煤氣的體積流量預(yù)脫硫塔塔徑空塔氣速取根據(jù)公式 式 2.3 可求得塔徑D=1.20m 預(yù)脫硫塔填料高度的計算 進口推動力P1=（2.7×105/10333+1）&

39、#215;20×10-3×（22.4/34）×10-3=0.35×10-3atm 出口推動力P2=(2.68×105/10333+1)×0.4×10-3×(22.4/34) ×10-3=0.071×10-3atm 查得傳質(zhì)系數(shù)K=1.36 塔的平均推動力為P=（0.75×10-3-0.071×10-3）/ln（0.35×10-3/0.071×10-3）=0.174×10-3atm 傳質(zhì)面積F=N/(K×P)=157.136×1

40、0-3/0.174×10-3×1.36m2=664 m2 填料塔的高度H=664/(100×0.785×1.22)m=5.87m此高度不夠脫硫劑的填裝，可取高度H=6m。脫硫劑一段填裝。實際填裝脫硫劑的體積V=3.14×(1.2/2)2×6=6.78m3(2) 精脫硫塔的填裝計算：進精脫硫塔的煤氣的硫含量為：0.0859Nm3/h從精脫硫塔出來的煤氣的硫含量為：0.0013Nm3/h 同預(yù)脫硫塔，進入精脫硫塔的煤氣體積流量 根據(jù)公式2.3可計算的塔徑D=1.2m 精脫硫塔塔高的計算 進口推動力為P1=(2.68×105/10

41、333+1)×13.3×10-3×(22.4/34) ×10-3=0.236×10-3atm 出口推動力為P2=(2.65×105/10333+1)×0.2×10-3(22.4/34)×10-3=0.0035×10-3atm 平均推動力為P=（0.236×10-3-0.0035×10-3）/ln（0.236×10-3/0.0035×10-3）=0.055×10-3atm 傳質(zhì)面積F= N/(K×P)=128.41×10-3/1.36×0.055×10-3=1717m2傳質(zhì)高度H=1717/(100×0.785×1.22)=15.2m取單塔高度為16m脫硫劑分兩段填裝，每段4m實際填裝脫硫劑的體積V=3.14×(1.2/2)2×4×2=9.04m33 結(jié)果分析與討論3.1 計算得出數(shù)據(jù)對比表4.1 使用各種催化劑的周期與價格脫硫劑預(yù)脫硫塔脫硫劑周期精脫硫塔脫硫劑周期