合成氨脱硫工艺

2020-03-03 07:12:55 来源：范文大全收藏下载本文

合成氨脱硫工艺比较及发展趋势

前言

本论文以“合成氨脱硫工段工艺及发展方向”为题展开叙述。对合成氨和脱硫工艺的发展概况进行了概述。着重详细介绍了脱硫工段的工艺流程、工艺条件、生产原理、技术指标等内容。编写本设计总的指导思想是：理论联系实际、简明易懂、经济实用。本书在编写过程中得到河北化工医药孙娜老师的指导，在此表示衷心感谢。由于编者自身的知识水平和认识水平的有限，书中错误与不妥之处，恳请读者批评指正。

第一章总论概述

第二章脱硫方法分类及其基本原理

1、脱硫方法的分类

2、干法脱硫

3、湿法脱硫

4、PDS法

5、其他脱硫方法第三章

脱硫工艺的发展第四章安全操作及注意事项第五章三废治理及利用

第一章脱硫方法分类及其基本原理

第一节总论概述

氨是重要的化工产品之一，用途很广。在农业方面，以氨为主要原料可以生产各种氮素肥料，如尿素、硝酸铵、碳酸氢氨、氯化铵等，以及各种含氮复合肥料。液氨本身就是一种高效氮素肥料，可以直接施用。目前，世界上氨产量的 85%—90%用于生产各种氮肥。因此，合成氨工业是氮肥工业的基础，对农业增产起着重要的作用。合成氨工业对农业的作用实质是将空气中游离氮转化为能被植物吸收利用的化合态氮，这一过程称为固定氮。氨也是重要的工业原料，广泛用于制药、炼油、纯碱、合成纤维、合成树脂、含氮无机盐等工业。将氨氧化可以制成硝酸，而硝酸又是生产炸药、染料等产品的重要原料。生产火箭的推进剂和氧化剂，同样也离不开氨。此外，氨还是常用的冷冻剂。合成氨的工业的迅速发展，也促进了高压、催化、特殊金属材料、固体燃料气化、低温等科学技术的发展。同时尿素的甲醇的合成、石油加氢、高压聚合等工业，也是在合成氨工业的基础上发展起来的。所以合成氨工业在国民经济中占有十分重要的地位，氨及氨加工工业已成为现代化学工业的一个重要部门。在合成氨工业中，脱硫倍受重视。合成氨所需的原料气，无论是天然气、油田气还是焦炉气、半水煤气都含有硫化物，这些硫化物主要是硫化氢（H2S）、二硫化碳（CS2）、硫氧化碳（COS）、硫醇（R—SH）和噻吩（C4H4S）等。其中硫化氢属于无机化合物，常称为“无机硫” 。天然气中硫经物的含量（标准状态）一般在 0.5—15g/ m3 的范围内，有机硫以硫醇为主，在气田经过粗脱磙处理后的天然气，硫化物的含量（标准状态） 20—100mg/ 在 m3 左右。

合成氨在生产原料气中硫化物虽含量不高，但对生产的危害极大。 ①腐蚀设备、管道。含有 H2S 的原料气，在水分存在时，就形成硫氢酸（HSH），腐蚀金属设备。其腐蚀程度随原料气中 H2S 的含量增高而加剧。 ②使催化剂中毒、失活。当原料气中的硫化物含量超过一定指标时，硫化物与催化剂活性中心结合，就能使以金属原子或金属氧化物为活性中心的催化剂中毒、失活。包括转化催化剂、高温变换催化剂、低温变换催化剂、合成氨催化剂等。

脱硫的任务是除去原料气中的各种硫化物，同时硫是一种重要的资源，应加以回收和利用。因此，无论原料来源如何，合成氨原料必须首先脱硫。

第二节脱硫方法

干法脱硫

干法脱硫系指采用固体吸收剂或吸附剂以脱除硫化氢或有机硫。常见的干法脱硫有：氧化铁法、活性炭法、钴-钼加氢和氧化锌法等。由于固体脱硫剂硫容量（单位质量脱硫剂所能脱除硫的最大数量）有限，一般适用于脱低硫且反应器体积较庞大。如果原料气中硫含量较高，吸收剂使用周期短且因再生频繁，操作费用大而变的不利。

活性炭脱硫：活性炭脱除硫化氢的原理。当含有硫化氢和一定比例的氧的煤气，在氨的催化作用下，通过装有活性炭的吸附器时，硫化氢在活性炭的表面上被氧化成单体硫。其反应式为：2H2S+O2=2H2O+2S+Q.氨的作用：它的存在可以激发活性炭的表面能量，从而使硫化氢的吸附成为化学吸附，处于吸附状态并被活化的硫化氢与氧反应生成单体硫，活性炭表面的活化中心得以再生。

活性炭的再生：在吸附器内硫化氢与氧反应生成的硫被活性炭吸附，当吸附的硫量达到一定程度后，其活性表面被覆盖，以致失去活性，此时需要再生。湿法脱硫

虽然干法脱硫净化度高，并能脱除各种有机硫化物，但硫化剂难于或不能再生，且系间歇操作，设备庞大。因此不适于用作对大量硫化物的脱除。

采用溶液吸收硫化物的脱硫方法通称为湿法脱硫。适用于含大量硫化氢气体的脱除。其优点之一是脱硫液可以再生循环使用并回收富有价值的硫磺。

湿法脱硫方法众多，可分为化学吸收法、物理吸收法和物理-化学吸收法三类。常见的有碳酸钠、氨水和醇胺溶液等吸收硫化氢的方法属化学吸收法；用冷甲醇吸收硫化氢的方法属物理吸收法。依再生方式又可分为循环法和氧化法。循环法是将吸收硫化氢后的富液在加热降压或气提条件下解吸硫化氢。氧化法是将吸收硫化氢后的富液用空气进行氧化，同时将液相中的HS—氧化成单质硫。其过程示意如下：

载氧体（氧化态）+HS—==载氧体（还原态）+S↓

1载氧体（还原态）+O2（空气）==载氧体（氧化态）+H2O

2上述过程是在催化剂的作用下进行的。工业上使用的催化剂有对苯二酚、蒽醌二磺酸钠（简称ADA）、萘醌、栲胶和螯合铁等。

第二章国内常用脱硫工艺

目前的脱硫工艺主要有 ADA 法、栲胶（TV）法、PDS 法、碱液催化法、等。 1）ADA 法（蒽醌二磺酸钠法，Stretford）该法以钒作为脱硫的基本催化剂，采用蒽醌二磺酸钠(ADA)作为还原态钒的再生氧载体，以碳酸盐为吸收液。目前全世界内有近1000 套装置在运行。该方法需要进一步改进之处有： ①悬浮液中硫颗粒小，硫回收困难； ②由于副产物的存在使化学药剂消耗量大； ③脱有机硫和氰化氢的效率差； ④有害废液处理困难，易造成二次污染； ⑤设备腐蚀严重； ⑥有细菌积累。针对上述问题，通过向脱硫液中加入酒石酸钾（钠），少量 FeCl3 和 EDTA 螯合剂起阻止钒酸盐沉淀和稳定溶液的作用而形成了改良的 ADA 法（南化集团研究院），ADA 法正在被新的高效脱硫法所取代。 2）栲胶（TV）法栲胶脱硫法是我国特有的脱硫技术，包括碱性栲胶脱硫（橡碗栲胶和偏钒酸钠）和氨法栲胶。栲胶脱硫主要是利用天然栲胶中存在的多羟基芳烃化合物所存在的酚式及醌式结构互变，再利用偏钒酸钠进行氧化还原来实现脱硫的。其特点是资源丰富，价廉易得，运行费用比改良 ADA 法低，脱硫液腐蚀性小，脱硫效果较好，基本上无硫堵塔问题，但栲胶需熟化处理，脱硫废液存在钒污染。 3）PDS 法 PDS 是东北师范大学开发的一种新型脱硫催化剂，活性物质为双核酞菁钴磺酸盐，同时加入助催化剂和碱性物质。该法特点是：脱硫效率高，只需 ppm 浓度级的催化剂即可，无毒；生成得单质硫颗粒大，易分离；可脱除部分有机硫。该方法不足之处是有时脱硫效率不太稳定，绝大部分时间需要复配其它成分一起使用。 4）碱液催化法碱液催化法脱硫工艺过程比较简单、技术成熟、成本较低，非常适合较小规模合成氨厂的煤气脱硫。

湿式氧化法脱硫技术是国内化工行业广泛使用的脱硫方法之一，故名思义它是用稀碱液吸收气相中的H2S，在吸收H2S的液相中由于氧化催化剂的作用，将H2S氧化为元素硫并分离回收。因此该技术包括H2S吸收，氧化和硫回收。

脱硫工艺流程

1、气体流程半水煤气从造气车间出来后，经过洗涤塔除尘、降温，水封后，从脱硫塔的底部进入塔内，脱硫液从塔顶喷淋而下，水煤气与碱性栲胶溶液在塔内逆向接触，其中的大部分硫化氢气体被溶液吸收，脱硫后的气体从塔顶出来至气柜。

2、溶液流程从脱硫塔顶喷淋下来的溶液，吸收硫化氢后，称为富液，经脱硫塔液封槽引出至富液槽（又称缓冲槽）。在富液槽内未被氧化的硫氢化钠被进一步氧化，并析出单质硫，此时，溶液中吸收的硫以单质悬浮状态存在。出富液槽的溶液用再生泵加压后，打入再生槽顶部，经喷射器高速喷射进入再生槽，同时吸入足够的空气，以达到氧化栲胶和浮选硫膏之目的。再生后的溶液称为贫液，贫液经液位调节器进入贫液槽，出贫液槽的贫液用脱硫泵打入脱硫塔顶部，经喷头在塔内喷淋，溶液循环使用。再生槽浮选出的单质硫呈泡沫悬浮于液面上，溢流至硫泡沫槽内，上部清液回贫液槽循环使用，沉淀出的硫膏入熔硫釜生成副产品硫磺。

3 硫磺回收流程再生槽中溢出的硫泡沫经泡沫槽后在离心机分离，得到硫膏，硫膏放入熔硫釜，用夹套蒸汽加热精制，放出做成 98%纯度的硫磺锭，离心分离出的母液至富液槽回系统中使用。

第三章国内脱硫新工艺介绍第四章脱硫工艺的发展方向

参考文献结束语