6000Nm3每h焦化厂焦炉煤气脱硫工段设计.doc
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1、 中国矿业大学应用技术学院 第 1 页 中 国 矿 业 大 学 本科生毕业设 计 姓 名: 学 号: 学 院: 专 业: 设计题目:6000Nm000Nm3 3/h/h 焦化厂焦炉煤气脱硫工段设计焦化厂焦炉煤气脱硫工段设计 指导教师: 职 称: 讲师讲师 2009 年 5 月 徐州 中国矿业大学应用技术学院 第 2 页 中国矿业大学毕业设计任务书 学院 专业年级 学生姓名 任任务务下下达达日日期期: 毕业设计日期:毕业设计日期: 毕业设计题目:毕业设计题目:6000Nm3/h 焦化厂煤气脱硫工段生产工艺设计焦化厂煤气脱硫工段生产工艺设计 毕业设计主要内容和要求:毕业设计主要内容和要求: 1 按
2、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 标准设备图; 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 根据目前脱硫工段的生产要求,对脱硫工段设计的非工 艺部分提出要求,根据岗位设置和岗位操作编制岗位人员; 5 进行脱硫工段的投资估算和煤气脱硫生产成本和技术经 济分析; 6 编制设计说明书 院长签字: 指导教师签字: 中国矿业大学毕业设计指导教师评阅书 中国
3、矿业大学应用技术学院 第 3 页 指导教师评语(基础理论及基本技能的掌握;独立解决实际问题的 能力;研究内容的理论依据和技术方法;取得的主要成果及创新点; 工作态度及工作量;总体评价及建议成绩;存在问题;是否同意 答辩等): 成 绩: 指导教师签字: 年 月 日 中国矿业大学应用技术学院 第 4 页 中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书 评阅教师评语(选题的意义;基础理论及基本技能的掌握;综合 运用所学知识解决实际问题的能力;工作量的大小;取得的主要成果 及创新点;写作的规范程度;总体评价及建议成绩;存在问题; 是否同意答辩等): 成 绩: 评阅教师签字: 年 月 日 中国矿业大学应用技术学院
4、第 5 页 中国矿业大学毕业设计答辩及综合成绩 答 辩 情 况 回 答 问 题 提 出 问 题 正 确 基本 正确 有一 般性 错误 有原 则性 错误 没有 回答 答辩委员会评语及建议成绩: 答辩委员会主任签字: 年 月 日 中国矿业大学应用技术学院 第 6 页 学院领导小组综合评定成绩: 学院领导小组负责人: 年 月 日 摘 要 关键词:摘要:摘要:设计参考了徐州焦化厂的焦炉煤气净化工艺,对 6000Nm /h 3 焦炉煤气脱硫工段进行了设计,并在其基础上将国内外一些新的、成熟的 工艺进行了比较、引用。设计采用改良 A.D.A 法设计了焦化厂的脱硫工段, 分为工艺部分和非工艺部分,工艺部分包
5、括煤气净化、脱硫液再生及硫膏 的回收,净化装置采用了脱硫塔,再生部分采用了再生塔以及其他一些辅 助设备,回收硫部分采用了戈尔膜过滤器。非工艺部分包括土建、供气、 供电、采暖与通风、蒸气与压缩空气、仪表及自动化、设备维修、环保等。 设计的主要内容为煤气脱硫方法的选择,工艺流程的选择及说明,主要 设备的计算、选型与布置,以及为了使生产能够正常进行所需要的非工艺 部分的要求,岗位的编制与定员等,最后还对其进行了经济核算。结果表 明 6000Nm /h 焦炉煤气脱硫工段是焦化厂的亏损工段。 3 关键词:脱硫; 煤气净化;再生 中国矿业大学应用技术学院 第 7 页 目 录 1 总总 论论.1 1.1 设
6、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 生产流程的确定生产流程的确定.2 2.1 脱硫的目的和意义.2 2.2 脱硫方法概述.3 2.2.1 干法脱硫.3 2.2.2 硫湿法脱.4 2.3 生产工艺流程的选择.11 3 改良改良 A.D.A 脱硫的生产原理及操作制度脱硫的生产原理及操作制度.13 3.1 改良 A.D.A 法生产原理、原料和产品.13 3.1.1 生产原理13 3.1.2 原料和产品13 3.2. 工艺流程14 图 1 焦化厂煤气脱硫工段工艺流程图.14 3.2.2 流程说明14 3.3 操作制度和工艺
7、要点.15 3.3.1 操作制度15 3.3.2 工艺要点15 4 主要设备的计算和选型主要设备的计算和选型.16 4.1 主要设计计算.16 4.1.1 原材料的消耗16 4.1.2 主要设计参数.16 中国矿业大学应用技术学院 第 8 页 4.1.3 物料平衡计算.17 4.2 脱硫塔的计算.18 4.2.1 参数.18 4.2.2 计算过程.18 4.2.3 塔顶喷淋装置.20 43 再生塔的计算21 4.3.1 再生塔计算要求.21 4.3.2 再生塔计算.21 4.3.3 反应槽的计算.22 4.3.4 事故槽的计算.22 4.3.5 加热器计算.22 4.3.6 空压计的计算.23
8、 4.3.7 循环泵的计算.24 4.3.8 换热器得阻力损失.25 4.3.9 硫泡沫槽的计算:.26 4.3.10 通风机的选取26 4.3.11 戈尔膜选取.27 5 工段布置及总平面布局图工段布置及总平面布局图27 5.1 工艺布置原则.27 5.1.1 布置要求.28 5.1.2 其他要求.28 5.2 总平面布置说明.29 6 非工艺部分说明非工艺部分说明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:.30 6.1.4 采暖与通风.30 6.1.5 土建.30 6.1.6 环保.30 6.2 仪表自动化.30 7 工艺设备
9、工艺设备.33 7.1 脱硫塔.33 7.2 再生塔.33 7.3 循环泵.34 7.4 空气压缩机.34 8 生产操作和劳动定员生产操作和劳动定员.34 中国矿业大学应用技术学院 第 9 页 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35 8.1.3 戈尔膜工正常操作36 8.1.4 各岗位人员的共同职责36 8.2 劳动定员.36 9 经济核算经济核算.37 9.1 编制说明.37 9.1.1 材料及设备37 9.2 投资概算.38 9.2.1 土建部分38 9.2.2 设备部分38 9.2.3 工具费39 9.2.4 设备施工管理费39 9.2.5
10、化验设备费39 9.2.6 工艺管道和阀门39 9.2.7 仪表费与电气费41 9.2.8 设计费41 9.2.9 不可预见费41 9.3 生产成本分析.42 9.3.1 原料费42 9.3.2 动力消耗42 9.3.3 工资及附加费42 9.3.4 工段经费42 9.4 核算.42 附录:附录:.43 1.设备一览表43 2.图纸说明45 3.参考文献45 致谢:致谢:.4 1 总 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 中国矿业大学应用技术学院 第 10 页 以下几点要求:1
11、、需要学生积极的查阅相关的资料;2、对工程技术的规 定和准则要有一定程度的掌握;3、要有自己独特的设计理念;4、对具体 的设计流程有一定的理解,知道该从哪下手以及如何下手;5、学生应当有 一定的绘图能力和计算能力,并且要有一定的经济头脑;6、设计态度要绝 对认真负责,具体的论证及设备选型上要从实际出发。 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
12、标能满足要求,达到民用煤气的标准。 煤中含有大量的硫,在炼焦过程中大约有 70%的硫存在于焦炭中,剩 下的分别存在于焦油和煤气中,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
13、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
14、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。 中国矿业大学应用技术学院 第 11 页 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 气象条件气象条件 气温 平均气温 14 oC 极端最高气温 40.1 oC 极端最低气温 -22.6 oC 气压 平均气压 1.013105 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
15、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 2045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是非常有害的, 在空气中含有 0.1
16、%的 H2S 就能使人致命。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, 因而焦炉煤气中的硫化氢必须予以脱除。 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 中国矿业大学应用技术学院 第 12 页 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。 因焦
17、炉煤气的产量、用途、周围环境等原因,焦化企业焦炉煤气中硫 化氢脱除方式也有很大的不同。常用的方法主要为干法脱硫和湿法脱硫两 种。 2.2 脱硫方法概述 2.2.1 干法脱硫干法脱硫 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: 脱硫反应式,当碱性时: 2Fe(OH)3
18、+3H2SFe2S3+6H2O 2Fe(OH)3+H2S2Fe(OH)2+S+2H2O Fe(OH)2+H2SFeS+2H2O 再生反应式,当水分足量时: 2Fe2S3+3O2+6H2O4Fe(OH)3+6S 4FeS+3O2+6H2O4Fe(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。
19、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 硫湿法脱硫湿法脱 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. 中国矿业大学应用技术学院 第 13 页 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
20、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) 砷减法与改良砷减法 这两种方法都属于湿式氧化脱硫法,改良砷减法是砷减法的改进也称 为 G-V 法(Giammaa
21、rco-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) 砷减法的脱硫机理 砷减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: 吸收反应 M4AS2S5O2 + H2SM4AS2S6O + H2O M4AS2S6O + H2SM4AS2S7 + H2O 再生反应 M4AS2S7 +O2M4AS2S6O + S 2 1 M4AS2S6O +O2M4AS2S5O2 + S 2 1 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
22、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。 中国矿业大学应用技术学院 第 14 页 (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: 吸收反应: M3ASO3 +3 H2SM3ASS3 + 3H2O 熟化反应: M3ASS3 + 3M3ASO43M3ASO3S + M3ASO3 酸化反应: M3ASO3SM3ASO3 + S 氧化反应: M3ASO3 + O2M3ASO4 2 1 综上所述反映可知最终的反应为硫
23、化氢的氧化反应,即湿式氧化脱硫 的基本反应,即 3H2S + O23S + 3H2O 2 3 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
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