HPF法脱硫工艺控制设计

HPF法脱硫工艺课程设计 1

1 设计概述

1.1 设计目的和意义

工程设计是工程建设中一个重要的环节，是工程项目实施的依据。没有一个成熟的工程设计，就不可能有一个良好的实施结果，甚至会导致工程项目的失败。作为过控专业的学生，除了要有坚实的理论基础外，还必须掌握一些工程方面的知识，才能成为合格的自动化工程技术人员。通过此次的工程设计，让我们能建立起过程控制工程设计的概念，对过程控制工程设计有一整体的了解。特别是在老师的指导下，进行自控工程设计的训练，使我们在毕业后走上工作岗位，如果在自控工程领域工作，可大大缩短熟悉的过程。可以说自控工程设计是我们过控专业学生的一项基本功，今后无论从事本学科领域的哪方面工作，都是极为有用的。

自控工程设计是为了实现生产过程的自动化，用图纸资料和文字资料的形式表达出来全部工作。也是我们工科专业学生加强工程实际观念，进行专业知识全面综合运用的一个极好的过程。自控工程设计是运用过程控制工程的知识，针对某生产工艺流程，实施自控方案的具体体现。完成自控工程设计，既要掌握控制理论及控制工程的基本理论，又要熟悉自动化技术工具的使用方法及型号、规格、价格等信息，而且要学习本专业的有关工程实际知识，如项目概念及项目运作方式、招标及投标、工程设计的程序和方法、仪表安装方式及常用设备材料的规格、型号等。在经过一次自控工程设计的全面训练后，能使我们深深体会到各专业课程所学知识的有机结合和综合应用的重要性。

课程设计密切结合过程工业实际的实践环节之一，是学习完《过程控制工程》课程和下厂实习后进行的一次全面的综合练习。其目的在于加深对过程控制工程设计思想的理解，掌握过程控制领域常用和有效的控制方案和控制系统，掌握过程工业典型操作单元的控制方案和系统特点；并接受严格和系统的实验操作训练，从而为以后的毕业环节工作和担负实际工程任务打下良好和坚实的基础。

1.2 课程设计任务

1.2.1工程设计的任务

自控工程设计的基本任务是负责工艺生产装置于公用工程、辅助工程系统的

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控制，检测仪表、在线分析仪表和控制及管理用计算机等系统的设计以及有关的顺序控制、信号报警和联锁系统、安全仪表系统（SIS）和紧急停车系统（ESI）的设计。完成这些基本任务时，还要考虑自控所用的辅助设备及附件、电气设备材料、安装材料的选型设计；自控的安全技术措施和防干扰、安全设施的设计；以及控制室、仪表车间与分析器室的设计。

在这个“新体制”中，列出自控工程设计的八项任务：

① 负责生产装置、辅助工程和公用工程系统的检测、控制、报警、联锁/

停车和监控/管理计算机系统的设计；

② 负责检测仪表、控制系统及其辅助设备和安装材料的选型设计； ③ 负责检测仪表和控制系统的安装设计；

④ 负责DCS、PLC、SIS、ESD和上位计算机（监控、管理）的系统配置、

功能要求和设备选型，并负责或参加软件的编制工作； ⑤ 负责现场仪表的环境防护措施的设计；

⑥ 接受工艺、系统和其他主导专业的设计条件，提出设备、管道、电气、

土建、暖通和给排水等专业的设计条件； ⑦ 负责控制室、分析器室以及仪表车间的设计； ⑧ 负责工厂生产过程计量系统的设计。 1.2.2工程设计内容

按照当前实施的设计“新体制”的要求，自控工程设计阶段的工作可归纳为以下六个方面的内容：

①

根据工艺专业提出的监控条件绘制工艺控制图（PCD: Process Control Drawing）;

②

配合系统专业绘制各版管道仪表流程图（P&ID: Piping and Instrumentation Drawing）;

③ ④ ⑤

征集研究用户对P&ID及仪表设计规定的意见；

编制仪表请购单，配合采购部门开展仪表和材料的采购工作； 确定仪表制造上的有关图纸，按仪表制造商返回的技术文件，提交仪表接口条件，并开展有关设计工作；

⑥

编（绘）制最终自控工程设计文件。

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在设计工作中，必须严格的贯彻执行一系列技术标准和规定，根据现有同类型工厂或实验装置的生产经验及技术资料，使设计建立在可靠的基础上。在设计过程中，应对工程的情况、国内外自动化水平、自动化技术工具的制造质量和供应情况，以及当前生产中的一些新技术发展的情况进行深入调查研究，才能有一个正确的判断，做出合理的设计。设计中还应加强经济观念，注意提高经济效益。

自控工程设计常用的方法是有工艺专业提条件，而自控与工艺专业一起讨论确定控制方案，确定必要的中间储槽及其容量，确定合适的设备余量，确定开、停车以及紧急事故处理方案等。这种设计方法对合理确定控制方案，充分发挥自控专业的主观能动性是有益的。但在实际设计过程中，尤其对一些新工艺，有时主要是由工艺专业提出条件确定控制方案，自控专业进行设计，在某些国外的公司就采用这种做法。

2 设计说明

2.1 HPF法脱硫工艺简介

HPF法脱硫属湿式催化氧化法脱硫工艺，是PDS脱硫工艺[4]的改进工艺，两者的区别在于所使用的催化剂略有差异：前者使用对苯二酚加PDS及硫酸亚铁的复合催化剂(HPF)，后者使用PDS催化剂。HPF催化剂在脱硫和再生过程中均有催化作用，是利用焦炉煤气中的氨做吸收剂，以HPF为催化剂的湿式氧化脱硫。煤气中的H2S等酸性组分由气相进入液相与氨反应，转化为硫氢化铵等酸性铵盐，再在空气中氧的氧化下转化为硫。HPF法脱硫选择使用HPF(钴铁类)复合型催化剂，可使焦炉煤气的脱硫效率达到99%左右。 2.1.1工艺原理和工艺流程

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HPF法脱硫工艺置于喷淋式饱和器法生产硫铵的工艺之后，从鼓风冷凝工段

来的温度约55℃ 的煤气，首先进入直接式预冷塔与塔顶喷洒的循环冷却水逆向接触，被冷至30～35℃然后进入脱硫塔。

预冷塔自成循环系统，循环冷却水从塔下部用预冷循环泵抽出送至循环水冷却器，用低温水冷却至20～25℃后进入塔顶循环喷洒。采取部分剩余氨水更新循环冷却水，多余的循环水返回鼓风冷凝工段，或送往酚氰污水处理站。煤气在脱硫塔内与塔顶喷淋下来的脱硫液逆流接触以吸收煤气中的硫化氢、氰化氰(同时吸收煤气中的氨，以补充脱硫液中的碱源)。脱硫后煤气含硫化氢降至50mg／m3。左右，送入硫酸铵工段。其主要反应为：

NH3 + H2O → NH4OH (1) H2S + NH4OH → NH4HS + H2O (2) 2NH4OH + H2S →(NH4)2 S + 2H2O (3) NH4OH + HCN → NH4CN + H2O (4) NH4OH + CO2 → NH4CO3 (5) NH4OH + NH4HCO3 →(NH4)2CO3 + H2O (6) NH4OH + NH4HS + (x一1)S →(NH4)2Sx + 2H20 (7) 吸收了H2S、HCN的脱硫液从脱硫塔底排出，经液封槽满流人反应槽。然后用脱硫循环液泵抽出后送人再生塔底部，再生塔的塔底部通人压缩空气，使溶液在塔内得以氧化再生。再生空气从再生塔顶放散管至洗净塔洗涤后放散，再生后的溶液从塔顶经液位调节器自流回脱硫塔循环再生。其主要反应为：

再生反应

NH4HS + 1／2O2 → NH4OH + S (8)

(NH4)2S + 1／2O2 + H2O → 2NH4OH + S (9) (NH4)2S + 1／2O4 + H2O → 2NH4OH + S (10) 除上述反应外，还进行以下副反应

2NH4HS + 2O2 → (NH4)2S2O3 + H2O (11) 2(NH4)2S2O3 + O2 → 2(NH4)2SO4 + 2S (12)

浮于再生塔顶部扩大部分的硫磺泡沫，利用位差自流人泡沫槽，经澄清分层后，清液返回反应槽，硫泡沫用泡沫泵送人熔硫釜，经数次加热、脱水，再进一