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摘 要

随着人们环保意识的增强以及相关法律的颁布，含硫尾气排放的问题越来越被关注。改良的Claus尾气净化工艺中以SCOT工艺最为普遍。SCOT工艺原理及流程为克劳斯尾气为原料进入反应器，通过催化反应将尾气中的含硫物质转化为H₂S，反应气再通过吸收塔用MDEA吸收剂进行吸收。吸收后的溶剂经过再生塔再生并回到吸收塔循环使用，尾气进入焚烧炉中焚烧，达到排放标准。本文采用Aspen plus化工模拟软件对Claus脱硫装置尾气净化单元(燃烧炉、急冷塔、吸收塔、再生塔和焚烧炉) 等工艺流程进行模拟，对物料、能量核算，进行塔板设计、核算，用AutoCAD进行物料流程图(PFD)、管道及仪表流程图(Pamp;ID)、设备布置图和主要设备图等进行绘制。

关键词：Claus尾气 SCOT工艺 Aspen 吸收 焚烧 净化

Process Design of Exhaust Gas Purification Unit for Sulfur Recovery Plant

ABSTRACT

With the increase of people's awareness of environmental protection and the promulgation of relevant laws, sulfur-containing emissions have paid more and more attention. The SCOT process among the modified purification process of Claus exhaust gas has been widely used. This paper describes the principle and process of SCOT process, in which Claus exhaust gas is delivered to the reactor and sulfur-containing substance in the tail gas is converted to H₂S through catalytic reaction. Reaction gas is then absorbed by MDEA in absorption tower. The absorbed solvent is regenerated by regeneration tower and is returned to absorption tower for recycling. Tail gas purification unit including combustion furnace, quenching tower, absorption tower, regeneration tower and incinerator in the Claus plant was simulated by Aspen plus. The process of material and energy were calculated and plates in the towers were designed. PFD, Pamp;ID, equipment layout and main equipment paper were drawn with AutoCAD.

Key words: Claus exhaust gas; SCOT process; Aspen；Absorption; Incineration; Purification

目 录

摘 要 I

ABSTRACT i

第一章 概述 1

1.1 课题研究背景 1

1.2 传统的Claus工艺 1

1.3 硫回收装置尾气脱硫工艺 2

1.3.1 SOCT工艺 2

1.3.2 SuperClaus 硫回收工艺 3

1.3.3 EuroClaus工艺 3

1.3.4 Cansolv工艺 4

1.3.5 氧基Claus工艺 4

1.3.6 Selectox工艺 5

1.3.7 Redox工艺 5

1.3.8 亚露点硫磺回收工艺 5

1.4 本设计主要内容 6

第二章 硫磺回收尾气净化工艺说明 7

2.1 硫磺回收装置简介 7

2.2 装置的规模、组成及工艺特点 7

2.2.1 装置的规模 7

2.2.2 装置的组成 7

2.2.3 工艺特点 7

2.3 原料、产品及规格 8

2.3.1 原料性质 8

2.3.2 产品性质 9

2.3.3 催化剂性质及特性 10

2.3.4 MDEA吸收剂 10

2.4 物料平衡表 10

2.5 工艺流程简述 11

2.5.1 Claus硫磺回收单元 11

2.5.2 尾气净化单元 12

2.5.3 尾气焚烧单元 12

第三章 尾气净化单元工艺设计 13

3.1 燃烧炉(F-61202)及第三反应器(R-61201)单元模拟计算 13

3.1.1 燃烧炉单元 13

3.1.2 第三反应器(R-61201)单元 15

3.2 急冷塔(C-61201)单元模拟计算 16

3.3 吸收塔(C-61202)单元模拟计算 19

3.4 再生塔(C-61203)单元模拟计算 24

3.5 焚烧炉(F-61302)单元模拟计算 27

3.6 尾气净化系统物料表 30

第四章 主要设备计算 37

4.1 吸收塔(C-61202)设备计算 37

4.1.1 填料塔简介 37

4.1.2 填料的选择 37

4.1.3 吸收塔(C-61202)的计算 38

4.2 再生塔(C-61203)设备计算 45

4.2.1 板式塔简介 45

4.2.2 板式塔的计算 45

4.2.3 塔的板间距 48

4.2.4 空塔气速的估算 48

4.2.5 再生塔(C-61203)高度计算 49

4.2.6 再生塔(C-61203)的负荷性能图 50

4.3 主要设备一览表 51

4.3.1 塔设备 51

4.3.2 反应器 52

4.3.3 烧嘴 52

4.3.4 炉子 52

4.3.5 空冷器 52

4.3.6 冷换设备 53

4.3.7 泵 53

4.3.8 容器 54

4.4 主要设备结构图 54

第五章 管道设计 55

5.1 管道设计特点 55

5.2 管材及阀门选用 55

5.2.1 管道材质选用 55

5.2.2 管件选用 55

5.2.3 阀门 55

5.2.4 法兰、垫片与紧固件 56

5.2.5 隔热材料 56

5.2.6 防腐材料 57

5.2.7 焊条的选用 57

5.3 管径计算及保温层选择 57

5.3.1 管径计算 57

5.3.2 保温层厚度选择 58

5.4 管道仪表流程图 58

第六章 单元设备布置设计 59

6.1 设备布置原则 59

6.1.1 装置特点 59

6.1.2 设备布置原则 59

6.2 设备布置特点 59

6.3 标准规范 60

6.4 设备布置图 60

第七章 结论与展望 61

7.1 结论 61

7.2 展望 61

参考文献 62

致谢 64

第一章 概述

1.1 课题研究背景

随着全球含硫原油、天然气资源的大批量开发，世界各国都很关注硫磺回收技术的改进和运用，以克劳斯法从尾气中回收硫的工艺是天然气或炼厂气净化的重要组成部分^[1]。但是这种方法排放的对环境产生了非常糟糕的影响，所以，世界上所有的国家对于尾气的排放量都有了严格的标准。尾气中主要包括H₂S和SO₂，H₂S具有毒性和腐蚀性，同时SO₂能造成酸雨。因而，我国于2015年开始实施新的环保标准GB31570-2015《大气污染物综合排放标准》并规定：要求硫磺回收装置排放尾气中的SO₂质量浓度从960 mg/m³降至低于100 mg/m³，达到该要求必须添加尾气处理装置^[2]。

传统Claus工艺是从含 H₂S 气体中回收硫的主要方法。但是因为限制于化学平衡，常规克劳斯工艺的二级催化转化硫回收率和三级催化转化率不能达到排放要求，如果没有后续的尾气处理系统，不能满足SO₂排放的国家标准，因此硫回收尾气处理技术近年来发展越来越快^[3]。

1.2 传统的Claus工艺

一个高温炉和两个克劳斯转化反应段构成传统的克劳斯装置^[27]。克劳斯法就是将尾气中的H₂S与O₂转化SO₂，反应式是：

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