合成氨脱硫数据处理资料

4. 物料衡算和热量衡算

4.1 物料衡算[6-10]

1 基础数据

表4.1 半水煤气成分

组分N2CO2CO H2CH4

体积/％23.45 2.8818.3554.620.7

表4.2 脱硫液成分

组分Na2CO3NaHCO3总碱总钒栲胶

浓度（g/L） 5.0 50.6 26.8 0.6 1.5

⑶半水煤气中硫化氢含量C1=1.26 g/m3

⑷净化气中硫化氢含量C2=0.01g/m3

⑸入洗涤塔的半水煤气的温度t1=60℃

⑹出洗涤塔入脱硫塔的半水煤气的温度t2=45℃

⑺出脱硫塔半水煤气的温度t3=41℃

⑻入脱硫塔半水煤气的压力P=0.125MPa（绝压）

2 计算原料气的体积及流量

以每年330个工作日，每天工作24小时，则每小时生产合成氨为：

3000000÷(330×24)=37.879t/h

考虑到在合成时的损失，则以每小时生产38吨计算为基准，所以

n NH3=38000K g÷17Kg/Kmol=2235.3Kmol

则合成NH3所需要N2的物质的量为

n N2= n NH3÷2=1117.6Kmol

考虑到半水煤气经过洗涤、脱硫、变换等工序到合成的过程中氮气的损失，则损失率以10%计，则半水煤气中氮气的物质的量为

n N

2

=1117.6×(1+10%)=1229.4 Kmol

所以原料气中N 2的体积为

V N 2=22.4 Nm 3/Kmo l ×1229.4Kmol =27538.6Nm 3

根据原料气中各气体的体积比，则其它气体的体积为

V CO 2=2.88÷23.45×V N 2 = 3382.14 Nm 3 V CO =18.35÷23.45×V N 2 =21549.39 Nm 3 V H 2=54.62÷23.45×V N 2 =64143.21 Nm 3 V CH4=0.7÷23.45×V N 2 =822.05Nm 3

则总气体的体积

V= V CO 2 + V CO + V H 2+ V CH4+ V N 2=

3382.14 Nm 3 +21549.39 Nm 3 +64143.21 Nm 3 +822.05Nm 3 +27538.6Nm 3 =117435.39Nm 3

根据气体方程，将0℃、101.325KPa 下的体积换算成125KPa 、45℃时的体积V 0

V 0 =110875.68m 3

则进入脱硫塔的气体的流量为G=110875.68m 3/h 3 根据气体中 H 2S 的含量计算H 2S 的质量

入脱硫塔中H 2S 的质量：m 1=1.26g/m 3×110875.68m 3 =139.70Kg

根据设计要求，出塔气体中H 2S 的含量为0.01g/m 3,取出塔气中H 2S 的含量为0.01g/m 3，则塔的脱硫效率是η=(1.26-0.01)÷1.26×100%=99.2%

由于原料气中H 2S 的含量低，故在脱硫的过程中原料气进入脱硫塔和出脱硫塔的体积流量视为不变，则出塔气体的流量W 0≈110875.68m 3/h 所以出塔气中H 2S 的质量为m 2

=0.01g/m 3×110875.68m 3 =1.109 Kg 故在脱硫塔中吸收的H 2S 的质量为G 1= m 1－m 2

=139.70－1.109=138.59Kg

4 脱硫液循环量的计算

取脱硫液中硫容量为S=100g/m 3,根据液气比L/G=m3S

C2

-C1 式中：C 1为进脱硫塔气体中硫化氢的含量，g/m 3

C 2为出脱硫塔气体中硫化氢的含量，g/m 3 S 为硫容量，g/m 3

L 为脱硫液的循环量，m 3/h G 为进脱硫塔气体的流量，m 3/h 则液气比为L/G=(1.26－0.01)÷100=0.0125 脱硫液的循环量L=0.0125×110875.68=1385.95m 3/h 因脱硫液在循环中有损失及再生率为95%，取损失率为10%

则液体的循环量为L T =L （1+10%）=1385.95×（1+10%）=1524.54m 3/h 5 生成Na 2S 2O 3消耗的H 2S 的质量G 2，Kg/h 取Na 2S 2O 3的生成率为H 2S 脱除量的8%，则

G 2 =138.591×8%= 11.087 Kg/h

6 Na 2S 2O 3的生成量G 3，Kg/h 2H 2S~ Na 2S 2O 3

G 3 =

H2S

2MNa2S2O3

2M G

式中M Na 2S 2O 3 ——Na 2S 2O 3的分子量

M H 2S ——H 2S 的分子量 G 3 =11.087×158÷(2×34)=25.76 Kg/h

7 理论硫回收量G 4，Kg/h

G 4=（G 1-G 2）×

H2S

M MS

式中M S ——硫的分子量

G 4=（138.591－11.087）×34

32

=120.00 Kg/h

理论硫回收率，ψ=G 4/G 1` ψ=92.00%

8 生成Na 2S 2O 3消耗的纯碱量G 5，Kg/h

G 5=

3

2232O S Na CO Na 3M M G

式中M Na2CO3——Na 2CO 3的分子量

G 5=25.76×106÷158=17.28Kg/h

9 硫泡沫生成量G 6，Kg/m 3

G 6=

1

4

S G 式中S 1——硫泡沫中硫含量，kg/m 3,取S 1=30kg/m 3

G 6 =4m 3/h

10 入熔硫釜硫膏量

G 7=

2

4

S G 式中 S 2——硫膏含硫量，取S 2=98%（质量分数）

G 7=120÷98%=122.45Kg/h

表4.3 物料衡算表（以每小时计）：

入脱硫塔气体流量 110875.68m 3 出脱硫塔气体流量 110875.68m 3

脱硫液循环量 1524.54m 3 硫泡沫生成量 4m 3 硫化氢吸收量 138.59Kg 硫膏量 122.45Kg 消耗的纯碱量

17.28Kg

硫代硫酸钠生成量

25.76Kg

4.2 热量衡算（以0℃为计算基准） 1 基础数据

①半水煤气的平均式量 M=(28×23.45%)+(44×2.88%)+(28×18.35%)+(2×54.62%)+(16×0.7%)=14.18kg/kmol 入脱硫塔时半水煤气的密度：

ρg =

TR

PM

=0.669kg/m 3