大气课程设计(1)汇总

前言

1总则

1.1设计书来源

1.2设计任务与目的

1.3设计原则

1.4 设计依据

1.5 参考资料

1.6 设计参数

1.7 图纸要求

2工艺选择

3 生产流程

3.1 反应机理

3.2 工艺流程

3.3 主要设备

4 工艺计算书

4.1 物料衡算

4.2热量衡算

5 主要设备的工艺计算和选型

5.1 填料塔计算

5.2 辅助设备选型

6 设计体会

硫化氢产生于天然气净化﹑石油炼制﹐以及制煤气﹑制革﹑制药﹑造纸﹑合成化学纤维等生产过程。硫化氢是无色气体﹐有刺激性恶臭﹐易挥发﹐燃烧时呈蓝色火焰。硫化氢是大气的主要污染物之一﹐不仅危害人体健康﹐还会严重腐蚀设备等。

硫化氢治理开始较早。1809年英国克莱格使用石灰乳净化器脱硫﹐1849年英国兰宁和希尔斯获得干式氧化铁法专利﹐1870年美国发展了氧化铁制备方法﹐这种干式氧化铁法在脱硫领域沿用100年之久。20世纪30～40年代出现溶液法﹐将氢氧化铁悬浮在碱液中进行脱硫。50年代起﹐西欧普遍采用氨水法。60年代出现砷碱法﹐用砷化物作催化剂。因砷化物有剧毒﹐逐渐为无毒催化剂所取代。如对苯二酚法﹑A.D.A.法﹑富玛克斯法﹑达克哈克斯法等都使用无毒催化剂。这些方法都是近年发展较快的技术。另一方面溶液法的吸收废液处理技术也不断发展﹐形成了不同的脱硫工艺。

1 总则

1.1 设计书来源

本设计书来源于重庆工商大学大气污染控制课程设计。

1.2 设计任务与目的

S气体净化工程设计。

任务：某合成氨厂尾气中高浓度H

2

目的：通过该设计，使学生能够综合运用课堂上学过的理论知识和专业知识。以巩固和深化课程内容；熟悉使用规范、设计手册和查阅参考资料，培养学生分析问题、解决问题和独立工作的能力；进一步提高学生计算、绘图和编写说明书的基本技能。

1.3 设计原则

a) 设计必须遵循国家有关环境保护法律、法规，合理开发和充分利用各种自然资源，严格控制环境污染，保护和改善生态环境；

b) 建设项目需要配套建设的环境保护设施，必须与主体工程同时设计、同时施工、同时投产使用。

c) 设计必须遵守污染物排放的国家标准和地方标准；在实施重点污染物排放总量控制的区域内，还必须符合重点污染物排放总量控制的要求；

d) 设计应当在工业建设项目中采用能耗物耗小、污染物产生量少的清洁生产工艺，实现工业污染防治从末端治理向生产全过程控制的转变。

1.4 设计依据

?国家及地方有关标准和政策

?建厂地区水文、气象资料

?环境影响评价报告及环境保护部门对项目的要求

?安全要求

1.5 参考资料

[1] 郝吉明, 马广大. 大气污染控制工程.

[2] 吴忠标. 大气污染控制工程.

[3] 魏先勋等. 环境工程设计手册(修订版).

[4] 刘天齐. 三废处理工程技术手册(废气卷).

[5] 童华. 环境工程设计

1.6 设计参数

（1）处理气量：2690 Nm3/h。

（2）处理前气体含有H2S浓度为17.2 g/Nm3，要求脱硫后达到0.169g/Nm3。（3）吸收液的脱硫容量为0.192g H2S/L吸收液。

1.7 图纸要求

①总平面图比例1：200—1：2000，并附有图例，名称及必要的说明。

②吸收塔按已有设计结果给出。

2 工艺选择

2.1 工艺选择

干法脱硫技术应用较早，最早应用于煤气的干法脱硫技术是以沼铁矿为脱硫剂的氧化铁脱硫技术。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气体，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气体，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、栲胶法及有机胺法。在合成氨尾气脱硫化氢工艺的设计中我采用栲胶法脱硫工艺。

2.2栲胶法脱硫工艺

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，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

将纯碱溶液用蒸汽加热，通入空气氧化，并维持温度80～90℃，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，经过滤加压后进入系统的裂脱塔，吸收气体中的H

2

S，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H

2

S，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。

3 生产流程

3.1 反应机理

根据栲胶主组分的分子结构，按醌（酚）类物质，变价金属络合物两元氧化还原体系的反应模式，栲胶法脱硫的反应过程如下：

（1）碱性水溶液吸收H

2

S

Na2CO3+H2S→NaHS+NaHCO3

有氧气时会发生副反应

2NaHS+2O2→Na2S2O3+H2O

（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）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H

2O

2

。

TQ（醌态）+V4++2H2O→THQ（酚态）+V5++2OH-

2THQ+O2→2TQ+H2O2

（4）H

2O

2

氧化四价钒和HS-

H2O2+V4+→V5++2OH-

H2O2+HS-→H2O+S+OH-

3.2 工艺流程

拟设计栲胶法脱硫及再生反应过程如下：

(1) 吸收：在吸收塔内尾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)：

图1 湿法栲胶脱硫工艺流程简图

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；

3.3 主要设备

3.3.1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。国内有些直径为5～6m大型塔，填料用聚丙烯的塑料鲍尔环（大小为?76mm×76mm×2.5mm），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。

3.3.2 氧化槽

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①要求的空气流量；②氧化器的直径；③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25～30m3/(min·m2)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。

3.3.3 硫泡沫槽

硫泡沫槽是一锥形底的钢制圆筒，槽顶设有15～25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3～6h的硫泡沫存量计算。

3.3.4 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60～80kg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。

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。

3.3.5 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%～50%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3～4h。

4 工艺计算书

4.1 原始数据

（1）处理气量Q：2690 Nm3/h。

（2）处理前气体含有H

2S浓度为C

1

为17.2 g/Nm3，要求脱硫后达到C

2

为

0.169g/Nm3。

（3）吸收液的脱硫容量S为0.192g H

2

S/L吸收液。