目录
第一章基础理论和数据
1.1
概述
1.2
1.3
1.4
脱硫工艺参数的选定
1.5
脱碳工艺参数的选定
第二章工艺过程设计
2.1
工艺说明
2.2脱硫脱碳方案比较
2.3 结论
第一章基础理论和数据
1.1
概述
NHD净化技术与美国专利Selexol净化技术类似，并达到同等水平。
NHD溶剂是一种有机溶剂（聚乙二醇二甲醚），它对气体中硫化物和二氧化碳具有较大的溶解能力，尤其是对硫化氢有良好的选择吸收性，蒸汽压低，运转时溶剂耗损少，是一种较理想的物理吸收剂，适合于以煤（油）为原料，酸气分压较高的合成气等的气体净化，脱硫时需消耗少量热量，脱碳时需消耗少量冷量，属低能耗的净化方法。
根据化工部“七五”国家重点科技攻关计划合成氨一条龙中“75—7—6NHD净化技术的研究”合同，即采用NHD物理溶剂法脱除合成原料气中的硫化物和二氧化碳，并选择一个中型厂使用此项技术，然后提供大型厂使用，“七五”为油头和煤头大型厂净化技术作准备，提出气液平衡数据和工业化基础设计。
1988年批准的山东鲁南化肥厂二期扩建工程为年产8万吨合成氨，造气部分引
进德士古煤浆气化技术，其它部分由国内配套。由于煤气中硫化物和二氧化碳含量较高，经多方研究认可选用了NHD溶剂脱除合成气中硫化物和二氧化碳的工艺，于1992年投产。
原料气先经选择脱硫，而后脱碳，H2S经富集后进克劳斯硫回收，在2MPa压力下将含CO2 43%，H2S 4.5克/标米3，COS 13毫克/标米3的变换气净化至CO2 0.1%，总硫1ppm，每吨氨总能耗99万大卡，溶剂损耗0.5公斤。
在气液平衡数据的测定和鲁化厂年产8万吨生产装置的基础上，提供了大型厂设计参数，进行此项年
产30万吨合成氨NHD脱硫脱碳基础设计，条件是以德士古煤浆气化气经中低温耐硫变换后的气体为原料，和设定操作压力为3.4MPa。选用脱CO2溶剂（脱碳富液）选择性脱硫，尔后脱碳，H2S富集后去克劳斯回收的流程，在3.3MPa压力下，原料气含CO2 42.91%，H2S 0.86%，COS 18ppm 净化至CO2 0.1%，总硫1ppm，每吨氨脱硫及H2S提浓需耗蒸汽0.31吨，脱碳需耗冷量0.709×106KJ，总能耗1.9727×106KJ，溶剂损耗0.4公斤，溶剂吸收能力47标米3 CO2/米3。
该项工艺技术由南化公司研究院负责，基础设计以化工部第一设计院为主，在南化院参加下共同编制完成。
1.2
NHD溶剂物化性质
NHD溶剂是聚乙二醇二甲醚的混合物，是一种有机溶剂，其分子式为：CH3—O （CH2CH2—O）n—CH3，n=2~8。
其物理性质如下：（25℃时）
分子量：
260
密度：
1.022g/cm3
冰点：
客车散热器-22~-29℃
蒸汽压：
0.0007mmHg
表面张力：
33dyn/cm
粘度：
4.2cp
导热系数：
咖啡机使用流程
0.13Kcal/hm℃
比热：
0.5Kcal/g℃
闪点：
151℃
燃点：
157℃
外观：清、淡黄液体
PH：
6~8
Cl-ppm：
<8
本基础设计中采用分子量为260~280的NHD溶剂作为设计依据。其溶液的基础物性数据采用南化院88年提供的“NHD溶剂物性数据”。 1.3
吸收原理和相平衡规律：
根据广义的酸碱理论，在聚乙二醇二甲醚溶剂的分子结构中，醚基团内的氧为硬碱性中心，而CH3和CH2CH2一基团则为软酸部分，因此该溶剂对硬酸性气体（如H2S、CO2）和软碱性气体（如硫酸，CS2和COS）均有一定的溶解能力，几种气体在溶剂中的溶解度与分压的关系如图（1-3-1）。
聚乙二醇二甲醚溶剂吸收H2S、CO2的过程是一个物理吸收过程。根据相平衡数据可知，H2S在NHD中的溶解度能较好的符合专利定律，可用下列数字模型描述：
对于CO2在NHD中的溶解度，当CO2分压低于1.0MPa时，气相压力与液相浓度基本符合亨利定律，可用下列数学式计算其平衡溶解度。
超过1.0MPa，特别是在低温条件下，亨利定律不再适用，此时按下式进行计算CO2溶解度。
式中：
C—气体溶解度l/l
碳氟化钾PH2S—H2S气体气压mmHg
PCO2—CO2气体分压kg/cm2
F2co2—CO2逸度kg/cm2
Xco2—液相中的CO2分子分离
a、b—常数
CO2的逸度（f0co2）应用适合于极性气体的RKS状态方程式。
NHD溶剂吸收H2S、COS、CO2的过程具典型的物理吸收特征，由图（1—3—2）和图（1—3—3）可见：H2S和CO2在NHD溶剂中的溶解度随压力升高，温度降低而增大，此时进行H2S和CO2的吸收过程，当压力降低，温度升高时溶液中溶解的气体释放出来，实现溶剂的再生过程。
NHD溶剂对H2S的吸收具有较好的选择性，从下表可见：
感温元件表（1—3—1）NHD溶剂对H2S，CO2的本生系数厘米3/厘米3。
表1-3-1
从表中数据可见H2S与CO2的溶解度之比~9由于溶剂对H2S的选择吸收，所以在净化装置中可以获得合格的产品气，又相应地得到高H2S浓度的酸性气，后者可以采用克劳斯装置回收硫。
1.4
脱硫工艺参数的选定
1.4.1
工艺流程的选择
针对不同的气源与净化要求，可以选择不同的净化流程，其H2S浓缩方式也不一样，以德士古煤浆气化法生产的原料气经变换后进入脱硫，脱碳工序的气体主要组分是：H2S 0.86%，COS 10ppm，CO2%42.91%，要求出脱硫塔总硫<10ppm，
脱碳后净化气CO2%<0.1%，总硫<1ppm再生CO2气量及纯度应满足尿素生产需要，脱硫再生尾气中H2S浓度≥25%，以便能直接进克劳斯硫回收装置，故本基础设计根据计算机优化结果选择了：“CO2予饱和吸收与浓缩H2S的流程”，即对H2S和CO2的吸收是在脱硫，脱碳塔中分别进行。而在脱硫塔中对H2S的吸收液是采用来自脱碳塔底预饱和CO2 后的脱碳富液。由于使用预饱和CO2 溶液使在脱硫塔中减少了对CO2 的吸收，这一方面提高了脱硫塔底富液中H2S的比例，对H2S提浓有利，另一方面也降低了脱硫塔温升，从而提高了溶液的吸收能力。由于避免了大部分CO2在塔顶吸收所造成的塔顶处“温度膨胀”现象，调整了吸收塔的温度分布，使得塔顶处温度和K值较低，对于给定的吸收剂而言，则减少了所需的塔板数。
脱硫后的气体，总硫含量为6.4ppm，CO2 44.48%进入脱碳塔进行脱碳，并进一步脱除残余的硫化物，进脱硫塔气体CO2 45.99%，在脱硫塔中CO2的脱除率为7.5%，若不用预饱和CO2 溶液则CO2 脱除率~22%。
为使脱硫再生气能直接进克斯斯硫回收装置而设置浓缩塔，溶液中H2S在浓缩塔中的提浓也是利用了NHD溶液对H2S的选择吸收原理。此浓缩塔的溶液中
H2S /CO2 比值比出脱硫塔富液中的相应比值提高了4.6倍，使之再生尾气中H2S 含量达到≥2.5%的指标。
浓缩塔塔底吹入N2气进行汽提，使溶液中更多的CO2 解吸出来利于H2S提浓，所以在浓缩塔中存在着气提CO2 和吸收H2S的两种物理过程。
1.4.2
如何自制软玻璃
二钼酸铵吸收温度
H2S在NHD溶剂中的溶解度随吸收温度的降低而增大（如图1—3—2），所以在低温下进行吸收过程对提高脱硫气的净化度和溶剂的吸收能力均有利，可减少溶液循环量，这进而降低了用于泵送溶液的功率消耗，而且也降低了从溶液中解吸酸性组份时用于溶剂再生的能量消耗，另外低温吸收可提高对H2S吸收的选择性。低温吸收的缺点是溶液的粘度大，传质速率下降，并且需消耗一定的冷量，故吸收温度的选择可根据工艺的需要和整个工艺流程中能量的分配等而决定之。本基础设计脱硫吸收液是利用预饱和CO2 溶液——脱碳塔富液，经计算机优化结果进脱硫塔溶液温度取~12℃为宜，这样的温度既可满足脱硫在较高的气液比（~500）下脱硫的净化度要求（总硫<10ppm），也保证了脱碳在较合适的溶液循环量和适宜的吸收温度下CO2 的净化度（<0.1%）。
1.4.3
溶液的再生
进吸收塔的溶液贫度直接影响着气体的最终净化度，而溶液的贫度取决于再生效果，在脱硫净化度要求高的情况下，溶液再生状况尤其重要。
（1）再生方法
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