伊泰杭锦旗一级克劳斯+氨法脱硫方案01131.docx
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伊泰杭锦旗一级克劳斯+氨法脱硫方案01131
☆保密
内蒙古伊泰化工有限责任公司
120万吨/年精细化学品项目
一级克劳斯硫回收+尾气氨法脱硫工程
初步技术方案
二〇一四年一月
摘要
石油化工行业和煤化工行业脱硫化氢的技术已经非常成熟,根据原料中硫含量的不同、脱硫工艺方法各异,产生的酸性气硫化氢浓度20~90%,通常均采用工艺路线成熟的克劳斯硫回收工艺,从硫磺回收部分(克劳斯制硫段)排出的制硫尾气,仍含有少量的H2S、SO2、COS、Sx等有害物质,直接排放达不到国家规定的环保要求。
硫磺回收尾气处理方法主要有SCOT工艺、氨法脱硫工艺、超级克劳斯工艺、选择氧化工艺、超优克劳斯工艺等。
本项目硫回收装置采用江南环保自行开发的酸性气治理技术,具有以下特点:
A)净化效率高,能满足最严格的排放要求。
处理后的洁净气中的二氧化硫浓度50mg/Nm3以下,可满足世界范围内严格的环保排放要求,实现酸性气的高效净化。
B)无二次污染,实现绿色循环经济。
可以副产硫磺、硫酸、硫酸铵等高附加值的产品,资源化利用。
C)投资省,运行成本低。
江南酸性气治理技术投资较一般工艺低30-50%,运行成本低20-40%。
克劳斯工艺包括一个高温热反应段和一个催化反应段。
本项目采用直流、空气燃烧法,在高温热反应阶段,进料气中三分之一的硫化氢发生反应生成二氧化硫:
H2S+3/2O2→SO2+H2O+Q,根据克劳斯平衡反应,二氧化硫和剩余的硫化氢反应生成单质硫:
2H2S+SO2→1.5S2+2H2O+Q;在高温热反应段由于副反应生成羰基硫和二硫化碳,通过在克劳斯反应器中装填一种特殊的催化剂可以将这部分有机硫进行水解:
COS+H2O→H2S+CO2和CS2+2H2O→2H2S+CO2;未反应的有机硫、无机硫在尾气焚烧炉中充分燃烧转化为二氧化硫。
克劳斯尾气燃烧后烟气采用江南环保氨法脱硫技术,和锅炉烟气合并氨法脱硫,具有脱硫效率高、净烟气达标排放、无二次污染、成本低等优点。
江南环保氨法脱硫饱和结晶工艺是以碱性强、活性高的液氨(或氨水)作吸收剂,吸收烟气中的二氧化硫,最终转化为硫酸铵化肥的湿法烟气脱硫工艺。
采用99.6%液氨或氨水作吸收剂吸收烟气中的SO2,生成的亚硫酸铵溶液被鼓入的空气强制氧化生成硫酸铵溶液,硫酸铵溶液被高温尾气浓缩、结晶,生成硫酸铵浆液,硫酸铵浆液送入锅炉区硫酸铵后处理系统,进行硫酸铵的离心、干燥、包装。
整套工艺系统包括烟气系统、吸收系统、氧化空气系统、检修排空系统等。
以下为各种硫磺回收技术的性能对比(以总硫量50t/d的装置对比):
工艺方案
硫回收+氨法脱硫
焚烧+合并氨法脱硫
WSA
2CR+1SCR
2CR+1ECR
2CR+SCOT
总硫回收率(%)
>99.92
99.9
99.6
99
99.4
99.92
硫磺回收量t/d
42.5
0
0
49.5
49.7
49.95
硫酸铵回收量t/d
30
200
0
0
0
0
硫酸回收量t/d
155
氨消耗t/d
7.89
52.6
0
0
0
0
天然气消耗t/h
0.21
0
0
0.18
0.17
0.16
锅炉给水消耗m3/h
8.4
10.2
12.3
5.9
5.9
6.85
中压蒸汽产量t/h
6.5
7.1
8.7
4.25
4.25
4.65
低压蒸汽产量t/h
1.23
2.25
2.55
1.35
1.35
1.9
低压蒸汽消耗t/h
0.4
2.25
0.55
0.2
0.2
1.3
电消耗kWh/h
210
195
232
198
208
260
投资(以两级克劳斯基数为1)
1
0.7
1.6
1.2
1.3
1.5
注:
电耗未包括氨法脱硫。
本项目酸性气处理采用一级硫回收+烟气氨法脱硫工艺,设置2套55t/d硫回收装置,共用1套尾气焚烧系统。
本方案实施后不产生废水废渣,无二次污染,可显著降低硫化物排放浓度及排放总量,年脱除硫化氢44492.6吨,年回收硫磺35767.7吨,一级硫回收系统项目年效益 3435.9 万元,具有很好的经济效益、环境效益和社会效益。
尾气氨法脱硫,年可回收硫酸铵26441吨。
单独脱硫方案运行成本为684.5万元/年;合并锅炉脱硫方案运行成本为759.9万元/年。
第一章总论
1.1综述
本方案为内蒙古伊泰化工有限责任公司120万吨/年精细化学品项目酸性气处理工程编制。
本方案遵循国家有关法规及规定,采用江南环保自主研发的一级克劳斯工艺结合锅炉烟气合并氨法脱硫专利技术,根据内蒙古伊泰化工有限责任公司120万吨/年精细化学品项目酸性气处理的具体要求,进行配套的一级克劳斯硫回收方案编制。
方案实施后,可在回收硫磺的同时,焚烧烟气通入锅炉烟气吸收塔以较低的运行成本回收硫酸铵产品,符合循环经济的要求。
设计硫磺回收能力2×55t/d,硫磺回收率85%,总硫回收率99.97%,年操作时间8000h。
1.2项目背景
本酸性气处理方案根据业主提供的酸性气、燃料气成分,江南环保的酸性气治理技术、烟气氨法脱硫技术进行编制。
考虑装置的性价比及运行稳定性,采用一级硫回收+焚烧烟气合并氨法脱硫工艺,在回收硫磺、硫酸铵的同时,净烟气达标排放。
1.3编制依据
1.3.1设计参数(见表1-1、表1-2)
酸性气来源为酸气1(来自低温甲醇洗)、酸气2(来自酸水汽提单元)、酸气3(来自水煤浆气化)、酸气4(来自航天炉气化)的总和,四股酸气规格见表1-1、表1-2。
表1-1低温甲醇洗酸性气
组分
酸气1(来自低温甲醇洗)
mol%(正常工况)
mol%(低硫工况)
mol%(高硫工况)
H2
0.13
0.13
0.13
CO
0.25
0.23
0.25
CO2
55.19
63.99
52.98
H2S+COS
39.81(保证≥30)
27
41.96
CH3OH
0.09
0.09
0.09
N2+Ar
4.53
4.55
4.59
HCN
0.0028
0.0028
0.0027
CH4
60ppm
50ppm
60ppm
体积流量Nm3/h
8532
2049
8609
温度℃
30
30
30
压力MPa(A)
0.25
0.25
0.25
表1-2其它酸性气来源及组成
组分
酸气2(来自酸水汽提)
酸气3(来自水煤浆气化)
酸气4(来自航天炉气化)
mol%
mol%
mol%
H2
8.8
10.20
21.0
CO
6.4
11.01
34.2
CO2
62.6
31.08
34.7
H2S+COS
2.2
2.793
5.93
CH3OH
0
0
0
N2+Ar
0
0.38
0.57
NH3+HCN
0.5
0.075
0
H2O
19.5
44.42
3.6
体积流量Nm3/h
850
346(正常)/424(最大)
358.4
温度℃
80
120
60
压力MPa(A)
0.22
0.53
0.47
燃料气参数见表1-3。
表1-3燃料气参数
组分
H2
CO
CO2
CH4
N2+Ar
C2
C3
容积百分比
39.65
12.97
32.61
12.61
0.23
0.27
0.11
组分
C4
O2
H2S
COS+CS2
H2O
合计
容积百分比
0.09
0.29
0.74
0.04
0.37
100
1.3.2设计范围
1、酸性气预处理单元。
2、一级克劳斯单元。
3、尾气焚烧及余热回收单元。
4、液硫贮存及成型单元。
5、蒸汽、脱盐水、循环水、氧气、燃料气、焚烧烟气、配电等公用工程单元(界区外1m)。
硫回收及尾气氨法脱硫装置界区:
酸性气进入界区,酸性气预热,到一级克劳斯、尾气焚烧、液硫成型包装,焚烧烟气送出界区。
全部工艺管道分界点为界区外1米。
1.4设计、制造主要规范和标准
(1)设备标准
GB150-2011
《钢制压力容器》
JB/T4735-1997
《钢制焊接常压容器》
JB/T4710-2005
《钢制塔式容器》
HG20580-1998
《钢制化工容器设计基础规定》
(2)工艺管道标准
GB50316-2000
《工业金属管道设计规范》
HG/T20519-2009
《化工工艺施工图内容及深度统一规定》
GB50235-97
《工业金属管道工程施工及验收规范》
GB50236-98
《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》
HG/T20645-1998
《化工装置管道机械设计规定》
(3)保温防腐标准
GB/T4272-92
《设备及管道保温技术通则》
GB/T8175-1987
《设备及管道保温设计导则》
GB/T11790-1996
《设备及管道保冷技术通则》
GB50185-93
《工业设备及管道绝热工程质量检验评定标准》
GBJ126-89
《工业设备及管道绝热工程施工及验收规范》
GB50235-97
《工业金属管道工程施工及验收规范》
GB50264-97
《工业设备及管道绝热工程设计规范》
HG/T20679-1990
《化工设备、管道外防腐设计规定》
(4)自控标准
HG/T20508-2000
《控制室设计规定》
HG/T20509-2000
《仪表供电设计规定》
HG/T20510-2000
《仪表供气设计规定》
HG/T20511-2000
《信号报警安全联锁系统设计规定》
HG/T20512-2000
《仪表配管配线设计规定》
HG/T20513-2000
《仪表系统接地设计规定》
HG/T20514-2000
《仪表及管线伴热和绝热保温设计规定》
HG/T20638-1998
《自控专业工程设计文件深度规定》
GB50093-2003
《工业自动化仪表工程施工及验收规范》
(5)电气标准
GB50052-95
《供配电系统设计规范》
GB50060-92
《3~110kV高压配电装置设计规范》
GB50053-94
《10kV及以下变电所设计规范》
GB50054-95
《低压配电设计规范》
GB50062-92
《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》
GB50034-2004
《建筑照明设计标准》
GB50217-94
《电力工程电缆设计规范》
GB50057-94
《建筑物防雷设计规范》
GBJ63-90
《电力装置的电测量仪表装置设计规范》
GB50058-92
《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》
DL/T5136-2001
《火力发电厂、变电所二次接线设计技术规程》
DL/T5137-2001
《电测量及电能计量装置设计技术规程》
DL/T401-2002
《高压电缆选用导则》
GB/T15544-1995
《三相交流系统短路电流计算》
(6)土建
GB50016-2006
《建筑设计防火规范》
GB50046-95
《工业建筑防腐蚀设计规范》
第二章江南环保克劳斯加氨法脱硫技术介绍
2.1技术简述
煤化工和石油化工生产过程中产生含有高浓度硫化氢的酸性气体。
通常采用克劳斯硫回收工艺实现脱除硫化氢、回收硫磺的目的。
为保证尾气达标排放,在常规克劳斯硫回收装置后设置超级或超优克劳斯、SCOT尾气再处理等工艺,存在工艺流程复杂、投资高、运行成本高、操作难度大等缺点。
江南环保采用自主酸性气治理技术的硫回收+氨法脱硫技术,对常规酸性气,总硫回收率可达到99.92%以上,其中硫磺回收率不小于75%,硫磺、硫酸铵可直接外售,无二次污染,投资少,流程简单,运行成本低,操作简单。
液氨供应及硫铵后处理优先考虑与锅炉烟气脱硫共用。
技术特点如下:
A)净化效率高,能满足最严格的排放要求。
处理后的洁净气中的二氧化硫浓度50mg/Nm3以下,可满足世界范围内严格的环保排放要求,实现酸性气的高效净化。
B)无二次污染,实现绿色循环经济。
可以副产硫磺、硫酸、硫酸铵等高附加值的产品,资源化利用。
C)投资省,运行成本低。
江南酸性气治理技术投资较一般工艺低30-50%,运行成本低20-40%。
(1)硫回收工艺:
一般情况下,硫回收工艺包括一个高温热反应段和两个催化反应段。
在高温热反应阶段,进料气中三分之一的硫化氢发生以下反应生成二氧化硫:
H2S+1.5O2→SO2+H2O+Q;根据克劳斯平衡反应,二氧化硫和剩余硫化氢反应生成单质硫:
2H2S+SO2→1.5S2+2H2O+Q;在高温热反应段中由于副反应生成的羰基硫和二硫化碳,通过在第一个催化反应器中装填一种特殊的催化剂可以将这部分有机硫进行水解:
COS+H2O→H2S+CO2和CS2+2H2O→2H2S+CO2;未反应的有机硫、无机硫在尾气焚烧炉中充分燃烧转化为二氧化硫,进入后续氨法脱硫系统。
(2)氨法脱硫工艺:
氨法脱硫就是以碱性强、活性高的液氨(或氨水)作吸收剂,吸收烟气中的二氧化硫,最终转化为硫酸铵化肥的湿法烟气脱硫工艺。
反应式如下:
SO2+H2O+xNH3=(NH4)xH2-xSO3和(NH4)xH2-xSO3+1/2O2+(2-x)NH3=(NH4)2SO4;硫酸铵溶液浓缩、结晶、分离、干燥得到硫酸铵化肥。
我公司酸性气治理业绩涉及合成氨、石化、煤化工等行业,具体见表2-1。
表2-1江南酸性气治理业绩表
序号
公司名称
酸性气处理
工艺路线
设计硫
回收率
氨法脱硫
效率
1
伊犁新天煤化工有限责任公司
YilixintiancoalchemicalindustryCo.,Ltd.
硫回收+氨法脱硫
≥99.98%
≥99.6%
2
内蒙古博大实地化学有限公司
InnerMongoliabodashidiChemicalCo.Ltd.
硫回收+氨法脱硫
≥99.97%
≥99.5%
3
辽宁大唐国际阜新煤制天然气有
限责任公司
LiaoningDatangInternationalFuxinCoalSyntheticNaturalGas.Co.,Ltd.
硫回收+氨法脱硫
≥99.95%
≥99.4%
4
兖矿国泰化工有限公司
YunconCathayChemicalsCo.,Ltd
硫回收+氨法脱硫
≥99.9%
≥98%
5
陕西中化益业能源投资有限公司
ChinaNationalChemicalEngineeringGroupCorporationShanxiYiyeEnergyInvestmentCo.,Ltd.
硫回收+氨法脱硫
≥99.9%
≥98.5%
6
内蒙古大唐国际克什克腾煤制
天然气有限责任公司
InnerMongoliaDatangInternationalHexigtencoalgasCo.,Ltd.
硫回收+氨法脱硫
≥99.92%
≥99%
大唐克旗煤制天然气项目的硫回收尾气焚烧后设置独立的氨法吸收塔,脱硫后净烟气达标排放,硫铵浆液和锅炉氨法脱硫浆液集中进行硫铵生产。
大唐阜新煤制天然气项目的硫回收尾气焚烧后与锅炉烟气混合,一起进行氨法脱硫,达标排放。
2.2江南环保氨法开发应用概况
江苏新世纪江南环保股份有限公司是国内唯一具有成套氨法脱硫技术、并处于国际领先水平的脱硫环保企业。
公司于1998年成立镇江江南环保设备研究所,开始进行氨法脱硫技术的基础性研究,现有自主研发的35项脱硫脱硝专利,涵盖了氨法脱硫技术的全部核心内容,是江苏省高新技术企业、国家氨法脱硫标准的第一起草单位。
公司拥有环保工程甲级设计资质和环保设施甲级运营资质,具备EPC工程总承包及BOT运营等丰富经验,为全球范围内的烟气脱硫脱硝工程提供从设计、建设到运营服务的先进整体解决方案。
江南氨法具有工艺流程简单、投资省、能耗低、结构紧凑、适应负荷范围广、便于操作维护等显著优点。
公司在内蒙、新疆、天津、云南、山东、江苏、浙江、湖北、贵州、重庆、四川、广西等地已建、在建71套江南氨法烟气脱硫装置,涉及火电、化工、冶金等多个行业领域,其中已建成投运的31套装置皆通过性能检测验收,无二次污染,既实现企业达标排放的目标,又适应节能减排工作的需要,符合资源集约、循环经济、环境友好的发展理念。
公司开发的两种结晶工艺——塔外蒸发结晶工艺和塔内饱和结晶工艺,均已在多套装置上成功应用,各项技术指标均达到先进水平。
我公司拥有在全球处于领先地位的氨法脱硫技术,是目前国内外具有最多业绩的氨法脱硫公司,71项工程业绩中,单个项目最大规模为7×470t/h锅炉,单塔最大处理烟气量208万Nm3/h。
具有丰富的项目设计、施工、管理和调试运行经验。
2009年我公司《资源回收型湿式氨法烟气脱硫技术》获得国家环保科技进步二等奖。
2009年9月由国家发改委、环保部委托中电联对我公司的氨法脱硫技术进行了评议,认定我公司的脱硫技术已具备大型化的条件,鼓励在300MW、600MW以上规模机组进行示范推广。
在国家环保部发布的2010年第103号文件《国家先进污染防治示范技术名录》和《国家鼓励发展的环境保护技术目录》的公告中,氨法脱硫技术被列为烟气脱硫大力推广的示范技术,江南环保是该技术第一依托单位。
2.3江南环保氨法烟气脱硫技术的优点
(1)氨逃逸浓度低,有效地解决了氨逃逸及气溶胶问题
氨损问题曾经是困扰氨法脱硫技术发展的关键因素,江南环保经多年研究,经济地解决了氨损难题。
所有项目的氨逃逸浓度皆小于8mg/Nm3,氨回收率达98%。
(2)资源回收,真正实现循环经济
江南氨法脱硫技术可实现硫资源高效回收,系统不产生废水,治理污染的同时又变废为宝,真正实现了循环经济。
(3)系统能耗低,无阻塞,装置设备占地面积小
江南氨法液气比较低,系统阻力小;无原料预处理工序,系统简单,流程短,设备少,能耗低,占地面积小;工艺设计合理,避免了阻塞现象;脱硫吸收与硫酸铵生产系统可以相互独立布置,具有较大灵活性。
(4)燃煤硫分适应强
江南氨法可用于0.3%~8%甚至更高的燃煤硫分,且应用于中、高硫煤时经济性更加突出,煤的含硫量越高,副产品硫酸铵产量越大,脱除单位SO2的运行费用越低;同时锅炉也因为使用中、高硫煤使得成本降低;环保效益、经济效益一举两得。
(5)无二次污染
江南氨法技术在高效脱除烟气中SO2的同时,还能部分脱除烟气中的NOx,整个过程无废水和废渣排放,不产生二次污染。
2.4江南环保氨法烟气脱硫技术专利
江苏新世纪江南环保股份有限公司目前拥有35项国家发明专利或实用新型专利,覆盖了氨法烟气脱硫技术的所有方面。
表2-2江南环保技术专利一览表
序号
专利名称
类别
专利号
专利状态
1
烟气强化脱硫塔
B
03279443.6
已授权
2
脱硫排烟一体化设备
B
03279358.8
已授权
3
高气速烟气脱硫塔
B
03279442.8
已授权
4
氨法脱硫塔的除雾器
B
9460.x
已授权
5
脱硫脱硝一体化烟气净化塔
B
9457.8
已授权
6
多功能复合脱硫塔
B
9458.2
已授权
7
烟气氨法脱硫填料塔
B
9459.7
已授权
8
烟气氨法脱硫装置的氧化塔
B
9456.3
已授权
9
塔内结晶氨法脱硫塔
B
3083.3
已授权
10
空塔型氨法脱硫塔
B
3084.8
已授权
11
燃煤烟气低氧化率脱硫方法
A
03158258.3
已授权
12
氨法脱除回收烟气中二氧化硫的方法
A
03158257.5
已授权
13
空塔型氨法脱硫工艺及装置
A
0800.7
已授权
14
塔内结晶氨法脱硫工艺及装置
A
0801.1
已授权
15
脱硫脱硝一体化烟气净化装置
B
9738.2
已授权
16
烟气脱硫脱硝净化装置
B
6783.7
已授权
17
格栅式湿法脱硫装置
B
8131.3
已授权
18
脱硫脱硝和浓缩结晶多功能
烟气净化装置
B
8130.9
已授权
19
一种燃煤烟气净化的组合装置
B
8134.7
已授权
20
双塔型烟气脱硫装置
B
8132.8
已授权
21
氨法鼓泡结晶烟气脱硫装置
B
8133.2
已授权
22
氨法烟气脱硫副产物的烟气
换热式蒸发装置
B
3600.7
已授权
23
氨法烟气脱硫副产物的
烟气热源热管式蒸发装置
B
3599.8
已授权
24
一种液相催化脱硝的烟气净化装置
B
6733.6
已授权
25
与煤气洗氨相结合的烧结烟气脱硫装置
B
6734.0
已授权
26
氨法烟气同时脱硫脱硝的方法
A
20
已受理
27
湿式氨法烟气脱硫中烟尘去除工艺及装置
A
20
已受理
28
一种烧结烟气脱硫、除杂质一体化净化装置
B
20
已授权
29
一种带有两级气体分布器的氨法脱硫装置
B
20
已授权
30
一种在线实现油、灰分离的烟气脱硫装置
B
20
已受理
31
一种脱硫液氧化除杂装置
B
0622.0
已授权
32
一种净化储槽排放尾气的呼吸桶装置
B
0610.8
已授权
33
一种脱硫含尘尾气洗涤回收装置
B
0608.0
已授权
34
一种净化储槽排放尾气的呼吸桶装置
B
0611
已授权
35
一种脱硫含尘尾气洗涤回收装置
B
0608
已授权
表2-3江南环保业绩表
序号
项目名称
项目所在地
规模
1
天津碱厂
天津市滨海新区
1×260t/h锅炉
2
河南亚能天元电力公司
河南省三门峡市
1×100MW机组
3
湖北化肥分公司
湖北省枝江市
2×240t/h+220t/h锅炉
4
扬子石油化工有限责任公司
江苏省南京市
4×130t/h+410t/h锅炉
5
山东鲁西化工股份有限公司
山东省聊城市
3×130t/h+3×260t/h锅炉
6
山东众泰发电有限公司
山东省新泰市
2×150MW机组
7
贵州天福化工有限公司
贵州省福泉市
4×130t/h锅炉
8
华鲁恒升德州热电厂
山东省德州市
4×240t/h+3×75t/h锅炉
9
广西田东电厂
广西省百色市
2×135MW机组
10
四川泸天化恒大动力有限公司
四川省泸州市
2×130t/h锅炉
11
龙桥热电有限公司
重庆市涪陵区
2×130t/h锅炉
12
山西盂县化工有限公司
山西省阳泉市
2×75t/h锅炉
13
贵州开阳化工有限责任公司
贵州省贵阳市
5×150t/h锅炉
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