第一章 基础理论和数据
1.1
概述
1.2
1.3
吸收原理和相平衡规律
眼模1.4
脱硫工艺参数的选定
1.5
脱碳工艺参数的选定
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压力下将含强氧化剂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0.709×106KJAR空间定位，总能耗1.9727×在线水分检测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：
-22~-29℃
蒸汽压：
0.0007mmHg
表面张力：
33dyn/cm
粘度：
4.2cp
导热系数：
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。
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