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NHD脱硫脱碳气体净化
工艺技术介绍
目录
第一章 基础理论和数据
1.1 概述 1.2
NHD溶剂物化性质 1.3
吸收原理和相平衡规律 1.4
脱硫工艺参数的选定 1.5
脱碳工艺参数的选定
第二章 工艺过程设计
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0.709×106KJ，总能耗1.9727×106KJ，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、淡黄色液体 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。
超过1.0MPa，特别是在低温条件下，亨利定律不再适用，此时按下式进行计算CO2溶解度。
式中：
C—气体溶解度l/l
PH2S—H2S气体气压mmHg PCO2—CO2气体分压kg/cm2 F2co2—CO2逸度kg/cm2 Xco2—液相中的CO2分子分离 a、b—常数
CO2的逸度（f0co2）应用适合于极性气体的RKS状态方程式。
NHD溶剂吸收H2S、COS、CO2的过程具典型的物理吸收特征，由图（1—3—2）和图（1—3—3）可见：H2S和CO2在NHD溶剂中的溶解度随压力升高，温度降低而增大，此时进行H2S和CO2的吸收过程，当压力降低，温度升高时溶液中溶解的气体释放出来，实现溶剂的再生过程。
NHD溶剂对H2S的吸收具有较好的选择性，从下表可见： 表（1—3—1）NHD溶剂对H2S，CO2的本生系数厘米3/厘米3。
表1-3-1
温 度 H2S CO2 H2S/CO2
从表中数据可见H2S与CO2的溶解度之比~9由于溶剂对H2S的选择吸收，所以在净化装置中可以获得合格的产品气，又相应地得到高H2S浓度的酸性气，后者可以采用克劳斯装置回收硫。 1.4
脱硫工艺参数的选定 1.4.1
工艺流程的选择
针对不同的气源与净化要求，可以选择不同的净化流程，其H2S浓缩方式也不一样，以德士古煤浆气化法生产的原料气经变换后进入脱硫，脱碳工序的气体主
20℃ 30.5 3.4 8.97