年产15万吨合成氨脱硫工段工艺设计

Na2CO3 + H2S = NaHS + NaHCO3 NaHCO3+H2S＝NaHS+CO2+H2O

2) NaHS与偏钒酸钠反应生成焦钒酸钠：硫氢化钠与偏钒酸钠反应生成焦钒酸钠，析出单质硫。

2NaHS + 4NaVO3 + H2O = Na2V4O9 + 4NaOH + 2S

3) 将 Na2V4O9 氧化成偏钒酸钠：醌态栲胶氧化四价钒络离子为五价钒络离子使钒络离子恢复活性而醌态栲胶被还原为酚态栲胶失去活性。

Na2V4O9?2T(OH)O2?2NaOH?4NaVO3?2T(OH)3

4) 还原态栲胶的氧化：酚态栲胶被氧化获得再生，同时生成H2O2。

2T(OH)3?2O2?2T(OH)O2?2H2O2

2H2O2?2NaOH?Na2V4O9?4NaVO3?3H2O

H2O2+NaHS＝H2O+S+NaOH

此外 ,在生产中还有生成硫代硫酸钠的副反应:

2NaHS + 2O2 = Na2S2O3 + H2O 2Na2S2O3 + 3O2 = 2Na2SO4 + 2SO2

4H2O2+2NaHS＝5H2O+Na2S2O3 2NaOH+Na2S2O3+4H2O2＝2Na2SO4+5H2O

2.3 工艺流程方框图

贫液槽 水煤气 洗涤塔 脱硫塔 至气柜富液槽 再生槽 熔硫釜 硫磺 泡沫贮槽

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3. 生产流程的简述

3.1 简述物料流程 3.1.1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。 3.1.2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。 3.1.3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。

3.2工艺的化学过程

水煤气经过洗涤塔进入脱硫塔，脱硫液从塔顶喷淋下来，气液两相在塔里充分接触后,硫化氢被脱硫液吸收，吸收硫化氢的脱硫液在再生槽中氧化再生后解析出单质硫。

栲胶脱硫的反应过程如下：

（1）碱性水溶液吸收气相中的H2S，生成HS-

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Na2CO3+H2S＝NaHS+NaHCO3 2—1 NaHCO3+H2S＝NaHS+CO2+H2O 2—2 （2）硫氢化钠与偏钒酸钠反应生成焦钒酸钠，析出单质硫

2NaHS +4NaVO3 +H2O = Na2V4O9 + 4NaOH ＋2S↓ 2—3

此反应过程中五价钒被还原成四价钒，但是这个反应不能用吹空气的方法倒转回去使钒再生，必须靠氧化态栲胶将四价钒氧化成五价钒，而还原态栲胶则可利用吹空气再生，这便是栲胶脱硫的根本所在。

（3）醌态栲胶氧化四价钒络离子为五价钒络离子使钒络离子恢复活性而醌态栲胶被还原为酚态栲胶失去活性。

Na2V4O9?2T(OH)O2?2NaOH?4NaVO3?2T(OH)3 2—4 （4）酚态栲胶被氧化获得再生，同时生成H2O2

2T(OH)3?2O2?2T(OH)O2?2H2O2 2—5 2H2O2+2NaOH+Na2V4O9＝4NaVO3+3H2O 2—6 H2O2+NaHS＝H2O+S+NaOH 2—7 式中 T(OH)O2——醌态栲胶 T(OH)3——酚态栲胶

气体中含CO2、O2及溶液中的H2O2引起的副反应

Na2CO3+CO2+H2O＝2NaHCO3 2—8 2NaHS+2O2＝Na2S2O3+H2O 2—9 4H2O2+2NaHS＝5H2O+Na2S2O3 2—10 2NaOH+Na2S2O3+4H2O2=2Na2SO4+5H2O 2—11

3.3 反应条件对反应的影响 3.3.1 影响栲胶溶液吸收的因素

Ⅰ、溶液组分浓度的影响 栲胶法中含有Na2CO3 、 NaVO3 、 T(OH)O2 ，此外还有生成物S、NaHCO3、Na2S2O3 等，上述组分均影响溶液的吸收。

(1) 溶液中Na2CO3：若Na2CO3过低则吸收H2S不完全，脱硫效果差;若过高则副反应加剧、碱耗大、浪费严重，一般Na2CO3浓度控制在 3～5g/L。

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(2) 溶液中NaVO3：若溶液中NaVO3浓度高，析硫快、颗粒小、难分离 ,且碱耗增大;若浓度低，则副反应加剧，Na2S2O3的生成速度加快，易析出矾-氧-硫沉淀。其浓度一般控制在 0.75～1.0g/ L 。

(3) 溶液中T(OH)O2：若T(OH)O2 过少，则脱硫效率低、胶性差、硫颗粒易沉淀、碱矾消耗大、副反应快；T(OH)O2 过多，溶液胶性过强硫粒细、出硫差，一般控制在 1.5～2.0g/L。

(4) 溶液的pH值：溶液的 pH 值过低，不利H2S 的吸收和栲胶的氧化，并降低了氧的溶解度，溶液再生差;pH值过高，则析硫较慢，副反应加快，一般控制在 8.15～9.12。 (5) 总碱度：溶液中的碱度较高时，可提高溶液吸氧能力，有利于再生氧化；但过量的碱不仅增加副反应的发生，同时会使硫的回收困难，硫磺产量下降。故碱度应控制在21.3~31.8g/L。

(6) 溶液中NaHCO3：若溶液中NaHCO3 浓度高，将使pH值升高，对再生吸氧和析硫都不利。

(7) 悬浮硫的影响 溶液中悬浮硫浓度越低越好，若过高则易发生沉淀从而堵塞管道设备，还会影响吸收再生，同时伴有副反应发生。

Ⅱ、吸收塔喷淋密度的影响 喷淋密度是指吸收塔内单位截面积的溶液循环量。适当提高喷淋密度，不但利于提高气体净化度，还有利于对填料表面和空隙中硫的冲刷；但喷淋密度过高，则会使溶液质量下降，还会导致系统阻力上升。

Ⅲ、液气比的影响 液气比增加，溶液的循环量增加，可提高气体的净化度，防止H2S过高，易产生矾-氧-硫沉淀；如液气比小，溶液的循环量小，对气体的净化度有影响，同时产生的硫颗粒易沉积在填料环、管道、设备中，时间长易造成脱硫塔塔阻上涨。但液气比过高则溶液在反应罐和再生槽内的停留时间短，不利于析硫和溶液再生。一般液气比控制稍大些即可。 Ⅳ、温度的影响

(1) 半水煤气入塔温度的影响：若半水煤气入塔温度偏低，则煤气中夹带水分分离得好；对栲胶溶液各组分浓度影响小，但温度过低，加剧了气体与溶液的热量交换，会使溶液浓度急剧下降。若半水煤气入塔温度过高，则会使煤气中夹带水分混入溶液，溶液稀释，且易产生溶液夹带，因此，半水煤气的入塔温度应严格控制在 30～35 ℃之间。

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