천연가스와 황으로부터 황화수소를 생산하는 공정을 소개해주세요. 감사해요!

중국석유화학공사 발링지점의 150kt/a 황산 공장은 회사의 '석탄-석유' 프로젝트 지원 장치로 주로 '석탄의 H2S 테일가스를 처리한다. -to-oil” 장치를 사용하여 회사에 카프로락탐을 제공합니다. w(H2SO4) 98% 황산 및 유리 SO3(w) 20% 발연 황산. 이 장치는 우리나라 최초의 유황 및 황화수소 혼합 생산 장치로 Baling Petrochemical Design Institute에서 설계했으며 "3+2" 2회전 2흡수, 습식 및 건식 산 제조 공정을 채택합니다. 산으로의 직접 응축과 산으로의 흡수를 결합하는 공정을 채택합니다. 장치의 설계 용량은 98% 황산(H2SO4) 62kt/a, 유리 SO3(w) 20% 올레움 88kt/a, 부산물 4.2MPa 중압 증기는 204kt/a입니다. 이 장치는 첨단 기술과 높은 수준의 자동화를 갖추고 있으며 2006년 3월에 시범 운영되었습니다. 1년 이상의 운영 끝에 모든 프로세스 지표가 설계 요구 사항에 도달했습니다.

1 원료 가스의 구성

이 장치의 원료는 "석탄-석유" 장치의 H2S 테일 가스와 고체 황으로 구성됩니다. H2S 테일의 구성입니다. "석탄-석유" 장치의 가스는 표 1에 나와 있습니다.

표 1 "석탄-석유" 장치 H2S 테일 가스 구성

저유황 작업 조건 및 고유황 작업 조건 예측

가스 구성( ψ), % /p>

CO2 68.49 68.25

H2 0.14 0.15

N2 1.03 1.07

H2S 30.08 30.35

COS 0.18 0.11

CH3OH 0.08 0.07

평균 분자량/(g?mol-1) 40.820 40.772

가스 유량/(m3?h-1 ) 4328 7617

H2S 테일 가스의 주요 구성 요소는 CO2와 H2S입니다. 작동 조건이 다르면 가스 구성 요소와 유량도 달라집니다.

2 공정 흐름

장치는 황 용융 공정, 황 연소 공정, 전환 공정, 건식 흡수 공정 및 폐열 회수 시스템으로 구분됩니다. 황과 수소의 공정 흐름. 황화물결합산 생산단위는 도 1(생략)에 도시되어 있다.

2.1 유황 용해 공정

봉지에 싸인 고형 유황과 적당량의 생석회를 상부 사일로에 부은 후, 벨트 피더를 거쳐 원료를 급속 유황 용해 탱크로 보낸다. 용융된 액체 유황은 오버플로 포트에서 필터 탱크로 유입된 후 액체 유황 필터로 펌핑되어 여과됩니다. 여과된 정제 유황은 정제 유황 탱크로 흐르고 일부는 유황 소각로로 직접 보내집니다. 산성 H2S 가스는 동시에 연소되며, 그 일부는 백업을 위해 액체 유황 저장 탱크로 보내집니다. 이 공정의 각 탱크에는 상단 덮개가 있고 단열되어 있으며 배기 파이프가 장착되어 깨끗하고 안전한 작업 환경을 보장합니다.

2.2 유황 소각 공정

액체 유황은 액체 유황 이송 펌프로 가압되고 기계적 노즐로 원자화되어 유황 소각로에 분사됩니다. 산성 H2S 가스는 완충되고, 저장 탱크에 의해 감압되어 황로로 분사됩니다. 공기가 건조된 후 송풍기에 의해 유황 소각로로 보내져 액체 황 및 H2S 가스와 완전히 혼합되고 연소 반응으로 SO2 및 H2O가 생성됩니다.

2.3 전환 공정

전환 공정은 습식 방식과 건식 방식을 결합한 공정인 "3+2" 공정을 채택합니다. 폐열 보일러에서 나온 노 가스는 전환 공정에 들어갑니다. 가스 필터를 통해 퍼니스 가스는 촉매층의 1~3단계에서 습식 변환을 거친 후 응축탑, 니코틴산 탑, 1차 흡입탑 및 섬유 디미스터로 들어간 후 4~5단계 촉매층으로 들어가 건조됩니다. 두 번째 흡입탑에 들어가기 전 변환.

2.4 건식 흡수 공정

건식 흡수 공정은 산으로의 직접 응축과 산으로의 흡수를 결합하여 w(H2SO4) 98% 황산과 유리 SO3(w)를 생성하는 공정을 사용합니다. )20% 발연 황산.

산 순환 시스템은 타워, 탱크, 펌프, 산 냉각기 및 타워의 구성을 채택합니다. 공기는 공기필터를 통해 여과되어 건조탑으로 유입되며, 탑 상단에서 분사된 w(H2SO4) 98% 황산은 건조되어 송풍기에 의해 유황로 및 전로로 보내집니다. 순환하는 산은 양극보호 산냉각기에 의해 냉각된 후 산펌프에 의해 건조탑 상부로 이송된 후 건식흡수탑의 산순환조로 환류된다. 응축산탑과 니코틴산탑의 순환산은 각각의 산냉각기로 펌핑되어 냉각된 후 니아신 순환탱크로 유입되어 1차 흡수탑의 순환산은 산펌프에 의해 양극보호산냉각기로 펌핑되고, 그런 다음 건식 흡수탑의 산 순환 탱크로 들어갑니다. 2차 흡수탑의 순환 산은 산 펌프에 의해 양극 보호 산 냉각기로 보내져 냉각된 후 2차 흡수탑의 산 흡수 순환 탱크로 들어갑니다.

2.5 폐열 회수 시스템

탈기기에서 탈기된 후, 탈염수는 히트파이프 절탄기에 의해 예열된 후 폐열 보일러 드럼으로 들어갑니다. 폐열 보일러에서 생성된 포화 증기는 중온 과열기로 보내진 후 변환 구역 출구의 고온 과열기로 유입됩니다. 생성된 과열 증기는 감압되어 회사의 증기 배관 네트워크에 병합됩니다.

3 공정 및 장치 특성

황과 황화수소를 결합하여 산을 생성하는 공정 및 장치는 다음과 같은 특성을 갖습니다.

a. 유황 용해 공정의 탱크 벨트 피더의 위치와 유황 출력은 주 제어 시스템에 의해 자동으로 제어됩니다. 액체 유황 필터에는 작동하기 쉬운 유압 코어 당김 및 진동 슬래그 제거 장치가 장착되어 있습니다. 유황 용해 공정에서 발생하는 응축수와 폐열은 모두 재활용될 수 있습니다.

b. H2S 테일 가스에 포함된 황화수소, 수소, 메탄올 등이 유황로에서 연소되어 물을 생성하므로 유황로 출구의 노 가스의 수분 함량이 높아집니다. 로 가스의 수분 함량이 높을수록 이슬점은 높아집니다. 테스트 후 이 장치의 이코노마이저 출구 노점은 245°C이고 폐열 보일러 출구 가스 w(H2O)는 10%를 초과하여 일반 황산 제조 장치보다 훨씬 높습니다. 연도 가스 파이프 열 교환기, 변환기 등을 청소하는 데 필요합니다. 장비는 부식 방지 처리로 처리됩니다.

c. 유황 용광로의 연소 온도는 승화 유황의 생성을 방지하기 위해 원료의 완전 연소를 보장하기 위해 일반적으로 약 1020°C로 제어됩니다. 유황로 중앙과 후방에 2차 공기를 추가하여 연소를 강화합니다.

d. 전환에는 덴마크 Topsoe Company의 촉매가 사용되며, 그 중 1~3단계에서는 WSA 촉매를 사용하여 총 SO2 전환율이 99.8% 이상에 도달하고 장치에서 배출되는 유해 가스를 줄입니다. . 테스트 후 촉매는 높은 활성, 낮은 점화 온도, 작은 압력 강하 및 높은 전환율의 장점을 가지고 있습니다.

마. 건식흡입 공정에서는 응축산탑과 니코틴산탑이 순환탱크를 사용하고, 건조탑과 1차 흡수탑은 순환탱크를 사용한다. 산 스트링 시스템에서는 니코틴산탑과 산을 순환하는 건식 흡수탑이 서로 연결될 수 있고, 건식 흡수탑과 산을 순환하는 2차 흡수탑이 서로 연결될 수 있다. 각 산 탱크에는 황산 농도 분석기, 레이더 레벨 게이지 및 자기 플랩 레벨 게이지가 장착되어 있으며 산 조절 밸브, 물 추가 밸브 및 산 발생 밸브는 DCS 디스플레이에 따라 조정될 수 있어 작업이 쉽고 안전합니다.

f. 장치는 분산 제어 시스템(DCS)을 사용하여 제어실에서 전체 CRT 작동을 실현하며 장치의 주요 매개변수는 컴퓨터에 의해 자동으로 제어됩니다.

4 주요장비

4.1 유황로

유황로는 Φ4000mm×13 500mm 규격의 가로 원통형으로 내화벽돌을 덧댄 구조이다. 옹벽이 3개가 있습니다. 유황로의 출구 끝은 폐열 보일러에 직접 연결되며 헤드에는 유황 노즐, H2S 사이클론 노즐, 액화 가스 버너 및 사이트 글라스가 장착되어 있습니다.

4.2 변환기

변환기 사양은 Φ7000mmX20 800mm, 쉘 재질은 Q235A, 내부에 내화 라이닝이 있고 위에서 아래까지 촉매층 섹션이 1~5개 있습니다. . 변환기 내 촉매 분포는 표 2에 나와 있습니다.

표 2 변환기의 촉매 분포

프로젝트 촉매층

1, 2, 3, 4, 5

촉매 모델 VK -WSA VK -WSA VK-WSA VK-38 VK-48

촉매 부하/m3 23 17 27 18 18

4.3 중간 온도 과열기

중간 온도 과열기 재료는 316L입니다. 변환기의 세 번째 부분에서 나오는 가스가 쉘을 통과할 때 가스 온도는 456°C에서 370°C로 떨어집니다. 폐열 보일러 드럼의 증기가 파이프를 통과하면 온도가 상승합니다. 259°C에서 300°C까지.

4.4 히트파이프 이코노마이저

히트파이프 이코노마이저는 축형 히트파이프 이코노마이저이며 쉘 재질은 Q235A이고 튜브 재질은 20g입니다. 중온 과열기에서 나온 가스가 쉘을 통과할 때 온도는 370°C에서 270°C로 떨어집니다. 탈기된 물이 튜브를 통과할 때 온도는 104°C에서 198°C로 올라갑니다. 히트파이프 이코노마이저의 탈산소수 입구와 출구 사이에는 조절 밸브가 연결되어 있으며, 히트파이프 이코노마이저의 물량은 출구 가스 온도가 270°C보다 낮지 않도록 조정할 수 있습니다.

4.5 열 교환기

변환 공정의 열 교환기는 모두 디스크 링 열 교환기를 사용합니다. 쉘 재질은 Q235A이고 튜브 재질은 20g 알루미늄 도금 강철입니다.

4.6 응축산탑

응축산탑은 Φ4900mm×20000mm 규격의 수직 원통형 충전탑으로 내산성 세라믹 타일을 덧대고 90m3Φ38mm로 충진한다. 및 ø76mm 스텝 링. 히트파이프 절탄기로부터 약 270℃의 가스가 응축산탑 하부로부터 유입되며, 가스 중의 SO3는 70℃의 유리 SO3(w) 20% 올레움에 흡수된 후 니코틴산탑으로 유입됩니다. 2차 흡수.

4.7 섬유 데미스터

섬유 데미스터는 수직 원통형으로 스테인리스 스틸로 제작되었으며 규격은 Φ4800mm×9000mm이며 21개의 유리섬유 고효율 디미스터가 장착되어 있다. 강요.

4.8 전기 데미스터

전기 데미스터는 Φ6200mm×14440mm 규격의 PVC 파이프 330개를 사용한다. 2차 흡수탑에서 배출되는 배기가스는 복합노즐을 통해 가습된 후 전기식 데미스터로 유입되어 배기가스 중의 잔류 산성미스트를 제거하고 배기가스 중 유해가스의 배출을 감소시킵니다.

5 장치 가동현황 및 개선방안

2006년 3월 장치가 시운전에 들어간 이후 '석탄석유' 사업의 지연으로 인해 모든 유황은 매끄러운 원료로 사용됩니다. 2007년 2월 처음으로 H2S 테일가스를 유황로에 투입했는데, 가스유량은 약 4000m3/h로 연소 36시간 후 부식과 천공으로 인해 다량의 증기가 가스 속으로 누출됐다. 중온 과열관의 경우 올레움 농도가 낮아지고 온도가 상승하는 원인이 되어 히트파이프 절탄기 하부에서도 황산이 방출될 수 있어 유지보수를 위해 부득이하게 가동을 중단하게 되었습니다. 점검 과정에서 중온 과열기 튜브 2개의 하단 엘보가 부식되어 천공된 것으로 나타났습니다. 부식 면적은 2~3cm2이고, 다른 튜브는 0.5mm에 불과했습니다. 2007년 5월 H:S 배기가스가 다시 도입되었으며 유량은 약 3000m3/h이고 정상 작동됩니다. 2007년 7월 초, 도입된 H2S 테일가스의 유속은 5,500m3/h에 도달했고, 황산 농도를 유지하기 위해 건식흡수 공정에서 수분 밸런스가 약 28%로 파괴되었습니다. , 건식흡수탑의 산순환조와 2차 흡수탑을 정지시키고, 순환탱크에 물을 첨가하여 유황소각로로 유입되는 유황의 양을 적절히 증가시키며, 산의 황산농도를 감소시킨다. 장치가 점차 안정 상태로 돌아오도록 합니다.

전기식 디미스터는 원래 티타늄 합금 가시형 음극선을 사용한 것으로 주행 중 전기식 디미스터의 2차 전압이 10~15kV에 불과하고 주차 후 변동폭이 큰 것으로 확인됐다. 바닥에 6개의 양극 튜브가 타버렸고, 음극선이 끊어졌습니다.

분석 결과 다음과 같은 이유가 있는 것으로 추정됩니다. a. 플라스틱 용접봉이 생산 과정에서 양극 튜브에 떨어져 제때에 청소되지 않아 하부 수직 밥 프레임이 단락되었습니다. 스윙하기 쉽고 극 간격이 변경됩니다. c. 상부 플러싱 밸브를 닫을 수 없습니다. 이후 납주상극선을 사용하고 그에 맞게 전기감량처리를 하여 개조 후 1년이상 잘 작동하고 있습니다.

현재 장치에는 여전히 해결해야 할 문제가 있습니다. a. 팬 작동이 불안정하고 과도한 진동으로 인해 팬이 여러 번 작동하여 예상치 못한 폐기물 배출 댐퍼가 많이 발생합니다. 열 보일러는 판을 돌려 조정하므로 조정하기가 매우 어렵습니다. c. 유황 용광로의 분무 효과가 좋지 않습니다.

6 이슬점 부식을 방지하기 위한 대책

황과 H2S가 결합된 산 생산의 특성을 기반으로 생산 실무에서는 다음과 같은 측면을 취하여 퍼니스 가스:

a. 퍼니스 가스의 과도한 수분 함량은 이슬점 부식의 주요 원인입니다. 퍼니스 가스의 수분 함량을 줄이면 이슬점을 낮출 수 있습니다. 한편으로는 고체 황의 유기물 함량을 제어해야 하며, 다른 한편으로는 "석탄-석유"의 H2S 테일 가스 성분을 충족해야 합니다. 프로젝트는 지정된 지표를 충족해야 하며 특히 H2S 및 메탄올 함량이 표준을 초과해서는 안 됩니다. 또한 건조탑의 건조효과도 확보되어야 한다.

b. H2S와 공기 중의 산소 사이의 반응은 강한 발열 반응입니다. 로 온도가 1100℃를 초과하면 유황 로의 라이닝이 손상됩니다. 용광로 온도. 입력 공기량이 충분하지 않으면 H2S의 연소가 불완전하고 승화 황이 쉽게 생성됩니다. 승화된 황은 노 가스와 함께 변환기로 들어가 연소되어 촉매에 국부적인 과열 손상을 일으킵니다. 따라서 약간의 공기 과잉을 제어함과 동시에 소각로의 노 온도를 약 1000°C로 엄격히 제어하고 Φ(SO2)를 8.8%~9.5%로 제어할 필요가 있다.

c. 히트파이프 이코노마이저의 공급수 온도를 높이면 그에 따라 히트파이프 이코노마이저의 관 벽 온도도 높아져 이슬점 부식이 감소됩니다. 또한 이슬점 부식을 방지하기 위해 히트파이프 절탄기의 출구가스 온도를 270°C 이상, 폐열 보일러 드럼 압력을 4.2MPa 이상으로 제어해야 합니다.

d. 안정적인 생산 및 장치 정지 횟수를 최소화합니다. 특히 노 가스 또는 개질 가스가 장치 내에서 산으로 응축되어 이슬점 부식 및 촉매 분쇄가 발생하는 것을 방지하기 위해 비상 정지를 최소화합니다.

7 결론

발링 지점의 150kt/a 황산 공장은 유사한 비교 및 ​​참조가 없는 국내 최초의 황 및 황화수소 복합 생산 공장입니다. 습식법과 건식법을 혼합한 산제조공정을 채택하여 장치의 안정적인 운전을 성공적으로 이루었으며 우리나라 황산산업 발전에 귀중한 경험을 축적하였습니다.