煤化工过程硫化氢分解联产氢气和硫酸的工艺模拟研究

发布时间：2018-09-18 10:05

【摘要】：煤转化(焦化、气化等)过程中不可避免地会有含硫污染物的排放,煤气中硫化物的有效脱除是其进一步利用的关键,已有不同形式的气体净化脱硫技术将硫化氢作为关注重点,但仅仅回收了其中的硫元素,而价值较高的氢元素则生成没有特殊用途的水。硫化氢化学分解联产氢气和硫酸系统不仅为包括硫化氢在内的含硫污染物转化为高质高值的氢和硫酸提供了可行性,并且极大地降低了系统能耗,该技术路线在节能减排、社会和经济效益等方面都具有可持续发展性。H_2S在硫化氢化学分解联产氢气和硫酸原料气中的含量是该工艺路线可行与否的关键因素。本文利用低温甲醇洗工艺回收煤转化过程中产生的H_2S气体,对低温甲醇洗装置与H_2S提浓工艺参数进行了模拟优化,同时对硫化氢化学分解联产氢气和硫酸系统进行质量平衡及热量交换设计模拟,以期为今后的工业化应用提供依据。研究工作及主要结果具体描述如下:1)借助大型通用化工流程模拟软件Aspen Plus,选择PSRK物性方法对“低温甲醇洗装置优化与H_2S提浓改造”系统进行设计模拟,对吸收塔甲醇温度和流量,二氧化碳解析塔温度和压力,硫化氢浓缩塔再生N2流量,热再生塔冷凝器温度和压力,热再生塔回流比进行工况研究和灵敏度分析,并对各塔进行水力学模拟分析计算,进行塔板设计和塔板核算。根据模拟计算分析,通过降低热再生塔冷凝器温度、提高冷凝器压力、选择合适的热再生塔回流比,可有效提高产品气中H_2S含量。回收得到的甲醇合成气、co2、h2s产品气满足工艺控制指标的前提下,优化出的最佳操作参数为:吸收塔低温贫甲醇温度 50°c,流量21000kmol/h;co2解析塔温度 35°c,压力6bar;h2s浓缩塔再生n2流量1500kmol/h;热再生塔冷凝器温度20°c,压力3bar,热再生塔回流比0.45。经过优化改造之后,h2s摩尔分数由原料气的0.38%提高到产品气的68.90%,并且h2s的收率高达99.32%,绝大部分的h2s得到回收利用,回收得到的h2s体积分数完全满足硫化氢化学分解联产氢气和硫酸工艺要求。2)利用aspenplus软件对“硫化氢化学分解联产氢气和硫酸系统”进行设计模拟,其中bunsen反应和h2s氧化反应采用elecnrtl电解质方法,hi分解分离选用nrtl方法。系统的质量平衡及简单的换热优化计算结果显示:(a)通过104°c,4mpa软水进行硫单质燃烧热量回收,可得到温度250°c,压力4mpa水蒸气118kmol/h,即1.86×104ton/y,回收得到的热量供系统其他吸热部分使用;(b)压力越高硫酸精馏所需热量越少,但差异较小。考虑到实际的工业化应用,常压精馏操作更易实现,因此采用常压精馏方法实现硫酸精馏提浓;(c)温度和压力对hi分解率的影响较小,在实际的工业应用中通过调节温度和压力提高hi的分解率不太现实,可以考虑采用膜分离技术、电解等方式提高hi的分解率。3)在准确模拟的基础上,对“煤化工过程硫化氢分解联产氢气和硫酸系统”进行全物料平衡模拟计算,结果显示:(a)低温甲醇洗,系统处理原料气3.32×106ton/y,原料气净化得到h2s产品气1.99×104ton/y,甲醇合成气(co+h2)9.55×105ton/y,co2产品气2.11×106ton/y;(b)硫化氢化学分解制氢,空气输入1.06×105ton/y,空气分离得到氮气7.94×104ton/y,H_2S分解得到氢气4.30×102 ton/y,质量分数96 wt%的浓硫酸5.73×104ton/y;(c)循环损耗,低温甲醇洗贫甲醇循环量5.88×106 ton/y,碘单质循环量7.53×103 ton/y,甲苯循环量1.88×104 ton/y,其中甲醇、碘单质、甲苯的年循环损耗量均按0.1%计算,即甲醇的循环损耗量为5.88×103 ton/y,碘单质的循环损耗量为7.53 ton/y,甲苯的循环损耗量为18.84 ton/y。对煤化工过程硫化氢分解联产氢气和硫酸系统进行设计模拟,得到的模拟计算结果对后续项目的中试放大以及工业化应用具有实际的指导意义。
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【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TQ116.2;TQ111.1

【参考文献】