烟台发电厂烟气深度脱硫及年产2.2万吨硫化氢项目6创新性概述.doc
2017年
“东华科技—陕鼓杯”
第十一全国大学生化工设计竞赛
烟台火电厂烟气深度脱硫
及年产2.2万吨硫化氢项目
创新性概述
设计单位
烟台大学化学化工学院
设计团队
Muse
成员姓名
唐泽彬李知谦盛磊刘莹毕晓琳
指导教师
田晖赵旗杜玉朋任万忠
2017年6月30日
烟台大学Muse团队目录
创新性概述
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1.工艺路线的改进和创新 4
1.1采合成硫化氢新工艺 4
1.2克劳斯尾气循环 4
2.流程模拟创新 5
3.换热网络优化 6
4.克劳斯反应器选型创新 7
烟台大学Muse团队1.工艺路线的改进和创新
工艺路线的改进和创新
1.1采合成硫化氢新工艺
本工艺流程短、设备紧凑、自控程度高、产气量大，产品质量稳定，能够满足市场对不同体积分数要求硫化氢新产品的需求，特别是所产高纯硫化氢适用于生产多种精细含硫化合物。
在传统工艺中，溶剂法易产生结焦现象，后期反应效率降低，难以工业化运行；直接合成的方法虽然流程简单，但存在硫磺蒸发效率低，设备抗硫材质选择困难和温度的有效控制的工业实施问题。通过查阅资料发现，现有一液体硫磺与氢气合成硫化氢新工艺。，本工艺克服了现有硫化氢合成工艺存在的技术缺陷，找到了适宜的设备材质，解决了硫磺的输送难题，使硫磺的进料更方便。
经过比对分析发现，新工艺对溶剂法有流程短、设备紧凑、自控度高的优势，对传统直接合成的方法有产气量大，产品气质量稳定，经济效益大的优势。
综合工艺和效益的考虑，我们采用液体硫磺与氢气直接合成硫化氢新工艺来制取硫化氢。此方案有以下优势：
流程短、设备紧凑、自控程度高、产气量大，产品质量稳定。
能够满足市场对不同体积分数要求硫化氢新产品的需求，特别是所产高纯硫化氢适用于生产多种精细含硫化合物。
蒸汽、用电量等与传统工艺相比大幅降低，且工艺稳定可靠。
(比较过程详见“初步设计说明书—5.2硫化氢合成工艺对比”)。
1.2克劳斯尾气循环
本着经济节约，提高原料利用率的原则，我们采用了克劳斯尾气循环来提高硫元素的利用率。此方案整体能耗不高，无需进行复杂困难的废水处理，又符合经济节约的原则。
由克劳斯三级反应器得到的尾气中还含有较多的硫化氢，既达不到尾气排放标准，同时造成了原料的浪费。起初，我们尝试采用灼烧法来处理尾气，含有硫化氢的尾气变成了二氧化硫的尾气，还需要再想办法去处理二氧化硫，且这个方式消耗能量相对而言较大，不符合经济节约的要求，废气处理成为了重要问题。
本着经济节约，提高原料利用率的原则，我们采用了克劳斯尾气循环来提高
烟台大学Muse团队3.换热网络优化
硫元素的利用率。此方案有以下优势：
流程简单，无废弃物排放。
能够提高硫原子的利用率。
(比较过程详见“初步设计说明书—5.5克劳斯反应单元”)。
流程模拟创新
使用AspenPlus进行全流程的模拟过程中，由于涉及到独立循环、嵌套循环和交叉循环多个复杂的循环回路，我们通过指定撕裂流股、设置收敛模块、利用Calculator工具等方法使流程更易收敛。
全流程模拟计算顺序如图2-1所示：
图2-1模拟计算顺序
在脱硫单元及制硫化氢反应单元，利用Calculator工具对循环载气物流进行模拟。如下图所示：
图2-2深度脱硫单元模拟流程图
图2-3制硫化氢反应单元模拟流程图
详见“初步设计说明书—5.6流程模拟优化”。
换热网络优化
以AspenEnergyAnalyzer进行换热网络设计的同时，用AspenEDR进行换热器的设计，得到最终换热网络。
在进行换热网络设计优化的过程中，先通过AspenPlus流程模拟确定了全流程的换热任务，然后通过AspenEnergyAnalyzer导入各流股信息，得出温焓分布，以进行各流股间温焓的匹配，确定初步的换热方案，针对每个换热方案以AspenEDR进行换热器的设计，综合考虑传热系数的大小及换热器台数的多少后确定最终的换热方案，得到最终换热网络如图3-1所示：
图3-SEQ图3-\*ARABIC1最终换热网络
该换热网络在保持换热单元数不变的同时实现了节省热耗39.8%，节省冷耗31.8%。节能效果如表3-1所示：
烟台大学Muse团队4.克劳斯反应器选型创新
表3-SEQ表3-\*ARABIC1节能效果比较
项目
冷公用工程
GJ/h
热公