30万吨年合成氨工厂硫回收工段工艺设计(附件)
本次硫磺回收为合成氨中的尾气处理工段，进料气为来自甲醇洗工段的酸性气体。酸性气中含有大量的硫化氢，硫化氢的存在会增加液体溶剂的粘度，会腐蚀工艺设备和管道，导致催化剂中毒，影响产品的质量等，对人体和环境也会造成很大的危害。因此合成氨工业中的硫回收是必不可少的工艺。本次设计选用两级克劳斯硫回收工艺，该工艺流程简单，生产能力高，操作方便在工业上运用广泛，且硫磺回收纯度高。大致流程是先将酸性气中1/3的H2S燃烧生成SO2，SO2与剩余H2S的比值约为1:2。其中一部分的H2S与SO2在高温燃烧炉中生成单质硫，剩余的气体通入下游克劳斯反应器中，经催化反应生成单质硫。经克劳斯反应后的尾气，需要再经过焚烧洗涤，达到相应的排放标准后，再进行尾气排放。关键词 酸性气，克劳斯硫回收，合成氨，硫磺
目录
1 总论 1
1.1 设计基础及方案 1
1.2 设计目的与意义 1
1.3 设计的指导思想 2
1.4 厂址选择 2
2 发展评述 2
2.1 国外硫回收发展概况 2
2.2国内硫回收发展概况 3
3 工艺方案的选择 3
3.1 燃烧炉进气工艺的选择 3
3.2 克劳斯工艺技术 4
4 工艺原理及流程 5
4.1 工艺原理 5
4.1.1 高温热反应 5
4.1.2 低温克劳斯反应 6
4.2 工艺流程 6
4.2.1 克劳斯硫回收工艺流程 6
4.2.2 尾气处理工艺流程 7
5 工艺计算 8
5.1 克劳斯工艺系统进出口的物料量 9
5.2 各个设备模拟及结果 10
5.2.1 燃烧炉（F2301）模拟及结果 10
5.2.2 废热锅炉（E2301）模拟及结果 12
5.2.3 一级冷凝器（E2302）模拟及结果 14
5.2.4 一级预热器（E2303）模拟及结果 17
5.2.5 一级反应器（R2301）模拟及结果 18
5.2.6 二级冷凝器（E2304）模拟及结果 19
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2.7 二级预热器（E2305）模拟及结果 21
5.2.8 二级反应器（R2302）模拟及结果 22
5.2.9 三级冷凝器（E2306）模拟及结果 23
5.3 冷凝水与预热蒸汽的用量计算 25
5.3.1 废热锅炉 25
5.3.2 冷凝器 25
5.3.3 预热器 26
5.4 尾气处理工艺 27
5.4.1 焚烧炉（F2302）模拟及结果 27
5.4.2 换热器（E2307）模拟及结果 29
5.4.3 吸收塔（T2301）模拟及结果 30
6 反应器工艺设计 33
6.1 反应器选型 33
6.2 反应器的结构尺寸 33
6.2.1 催化剂的填充量 34
6.2.2 反应器体积 34
6.2.3 催化剂装填高度 34
6.2.4 反应器厚度 35
6.2.5 反应器封头设计 35
6.2.6 人孔 36
6.2.7 压力校核 36
7 安全技术与环保 37
7.1 原料及产品特性 37
7.2 防护措施 37
7.2.1 防毒 37
7.2.2 防火、防爆 37
7.3 三废处理 38
7.3.1 废气处理 38
7.3.2废水处理 38
7.3.3 废渣处理 38
8 经济分析 38
8.1 固定资产投资的估算 38
8.2收入及效益分析 39
结论 40
致谢 41
参考文献 42
1 总论
1.1 设计基础及方案
酸性气硫回收装置每年的累积运行时间为8000小时。
酸性气硫回收装置的设计能力为处理酸性气正常流量2688Nm3/h、硫化氢浓度30.32%（vol%），酸性气体的组成如表1.1所示。
表1.1酸性气的组分表
成份
CH3OH
CO2
CO
N2
H2
H2S
气量（Nm3/h）
Mol%
0.1246
66.3612
0.0001
3.1968
0.0001
30.3171
2688
压力：0.2Mpa（A）、 温度：36.5℃
催化剂规格：一级催化剂的化学组成为TiO2/Al2O3（其中Al2O3含量大于90％）；物化性质外观为白色球形直径在4～6mm之间，比表面积大于260m2/g，平均压碎强度大于150N/颗，堆积密度在0.6～0.8kg/L之间，磨耗小于1.0％（m/m）。二级催化剂的化学组成为TiO2粘结剂助催化剂；物化性质外观为白色条状φ（4～6）×（5~15），比表面积大于100m2/g，孔容大于等于0.2ml/g，平均压碎强度大于80牛顿/颗，堆积密度0.95～1.05kg/L，磨损率小于1.0％（m/m）。
本次设计采用两级Clause工艺+尾气处理，不仅硫磺回收率高，而且尾气排放达标，工艺安全可靠，投资费用低，广泛应用于化工行业，不仅可以使硫资源得到循环利用，减少浪费，还能够起到减少环境污染的作用[1]。因为反应装置内反应复杂，尤其是燃烧炉内，而且生成的硫磺形态也较多，用常规的工艺计算方法较为困难[2]，很难计算得到各个形态硫磺的产量，对于热量衡算会产生很大的偏差，所以本次设计采用Aspen Plus软件对克劳斯硫回收工艺进行模拟计算。
目录
1 总论 1
1.1 设计基础及方案 1
1.2 设计目的与意义 1
1.3 设计的指导思想 2
1.4 厂址选择 2
2 发展评述 2
2.1 国外硫回收发展概况 2
2.2国内硫回收发展概况 3
3 工艺方案的选择 3
3.1 燃烧炉进气工艺的选择 3
3.2 克劳斯工艺技术 4
4 工艺原理及流程 5
4.1 工艺原理 5
4.1.1 高温热反应 5
4.1.2 低温克劳斯反应 6
4.2 工艺流程 6
4.2.1 克劳斯硫回收工艺流程 6
4.2.2 尾气处理工艺流程 7
5 工艺计算 8
5.1 克劳斯工艺系统进出口的物料量 9
5.2 各个设备模拟及结果 10
5.2.1 燃烧炉（F2301）模拟及结果 10
5.2.2 废热锅炉（E2301）模拟及结果 12
5.2.3 一级冷凝器（E2302）模拟及结果 14
5.2.4 一级预热器（E2303）模拟及结果 17
5.2.5 一级反应器（R2301）模拟及结果 18
5.2.6 二级冷凝器（E2304）模拟及结果 19
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2.7 二级预热器（E2305）模拟及结果 21
5.2.8 二级反应器（R2302）模拟及结果 22
5.2.9 三级冷凝器（E2306）模拟及结果 23
5.3 冷凝水与预热蒸汽的用量计算 25
5.3.1 废热锅炉 25
5.3.2 冷凝器 25
5.3.3 预热器 26
5.4 尾气处理工艺 27
5.4.1 焚烧炉（F2302）模拟及结果 27
5.4.2 换热器（E2307）模拟及结果 29
5.4.3 吸收塔（T2301）模拟及结果 30
6 反应器工艺设计 33
6.1 反应器选型 33
6.2 反应器的结构尺寸 33
6.2.1 催化剂的填充量 34
6.2.2 反应器体积 34
6.2.3 催化剂装填高度 34
6.2.4 反应器厚度 35
6.2.5 反应器封头设计 35
6.2.6 人孔 36
6.2.7 压力校核 36
7 安全技术与环保 37
7.1 原料及产品特性 37
7.2 防护措施 37
7.2.1 防毒 37
7.2.2 防火、防爆 37
7.3 三废处理 38
7.3.1 废气处理 38
7.3.2废水处理 38
7.3.3 废渣处理 38
8 经济分析 38
8.1 固定资产投资的估算 38
8.2收入及效益分析 39
结论 40
致谢 41
参考文献 42
1 总论
1.1 设计基础及方案
酸性气硫回收装置每年的累积运行时间为8000小时。
酸性气硫回收装置的设计能力为处理酸性气正常流量2688Nm3/h、硫化氢浓度30.32%（vol%），酸性气体的组成如表1.1所示。
表1.1酸性气的组分表
成份
CH3OH
CO2
CO
N2
H2
H2S
气量（Nm3/h）
Mol%
0.1246
66.3612
0.0001
3.1968
0.0001
30.3171
2688
压力：0.2Mpa（A）、 温度：36.5℃
催化剂规格：一级催化剂的化学组成为TiO2/Al2O3（其中Al2O3含量大于90％）；物化性质外观为白色球形直径在4～6mm之间，比表面积大于260m2/g，平均压碎强度大于150N/颗，堆积密度在0.6～0.8kg/L之间，磨耗小于1.0％（m/m）。二级催化剂的化学组成为TiO2粘结剂助催化剂；物化性质外观为白色条状φ（4～6）×（5~15），比表面积大于100m2/g，孔容大于等于0.2ml/g，平均压碎强度大于80牛顿/颗，堆积密度0.95～1.05kg/L，磨损率小于1.0％（m/m）。
本次设计采用两级Clause工艺+尾气处理，不仅硫磺回收率高，而且尾气排放达标，工艺安全可靠，投资费用低，广泛应用于化工行业，不仅可以使硫资源得到循环利用，减少浪费，还能够起到减少环境污染的作用[1]。因为反应装置内反应复杂，尤其是燃烧炉内，而且生成的硫磺形态也较多，用常规的工艺计算方法较为困难[2]，很难计算得到各个形态硫磺的产量，对于热量衡算会产生很大的偏差，所以本次设计采用Aspen Plus软件对克劳斯硫回收工艺进行模拟计算。
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