凯洛格工艺流程.pdf

2.1工艺介绍

2.2脱硫

各种原料制取的粗原料气，都含有一些硫和碳的氧化物，为了防止合成氨生

产过程催化剂中毒，都必须在氨合成工序前除去，习惯上称原料气中硫化物的脱

除为“脱硫”，我们本次设计采用的凯洛格工艺的第一道工序是脱硫用以保护转

化催化剂。

2.2.1脱硫方法的分类

工业脱硫方法种类繁多，但是归纳起来可分为湿法和干法两种。

（1）湿法脱硫

湿法脱硫的特点：吸收速度或化学反应速度快，硫容大，适合于脱除气体中

高硫；脱硫液再生简便，且可循环使用，还可以回收硫磺。但是因为受到物理或

化学反应平衡的制约，其脱硫精度不及干法。

湿法脱硫包括物理法、化学法、物理-化学法三种

①物理法：在吸收过程中无化学反应，纯属扩散、溶解（吸收）的物理过

程。其气液平衡一般服从亨利定律。如低温甲醇法、聚乙二醇二甲醚法等。

②化学法：按其作用原理课分为中和法和氧化还原法脱硫两种。中和法是

利用酸碱中和原理将呈弱酸性的HS脱除。大部分属于飞速化学吸收反应。如

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氨水中和法、乙醇胺法等。氧化还原法的特点是借助于伴有电子得失的化学反应

来进行脱硫的。如对苯二酚、ADA法等。还有金属络合物脱硫法如EDTA络合

铁法。

（2）干法脱硫

干法脱硫是采用固体脱硫剂。最大的优点是脱硫的精度高，可将硫化物脱至

0.1～0.5cm3/m3，绝非一般的湿法所可以比拟。

干法脱硫的缺点：脱硫设备机组庞大，更换脱硫剂工作笨重，再生能耗大，

因其工业应用受到限制，仅适用于脱除低硫或微量硫。近代大型化工生产队脱硫

精度要求越来越高，使得干法脱硫技术重新获得了发展

凯洛格工艺中的脱硫工序便是干法脱硫中的氧化锌法。

2.2.2氧化锌法脱硫

氧化锌脱硫剂被公认为干法脱硫中最好的一种以其脱硫精度高、硫容量大、

使用性能稳定可靠等优点，被广泛用于合成氨、制氢、煤化工、石油精制等行业

以脱除天然气、石油馏分、油田气、炼厂气、合成气（CO+HO）、以及二氧化

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碳原料气中的硫化氢和多种有机硫

由于它可以将原料气中的硫化物脱除到0.5～0.05cm3/m3数量级，从而可以

保证下游工序所用含有镍、铜、铁及贵金属催化剂免于中毒。

2.2.3工艺过程

天然气首先在原料气预热器中被低压蒸汽预热，流量由流量计记录，温度

有温度记录仪进行记录，压力由压力控制阀调节，预热后的天然气进入活性碳脱

硫槽进行初脱硫。然后再用蒸汽透平驱动的单缸离心式压缩机，压缩到所要求的

操作压力。

压缩机设有防喘振保护装置，当在低于正常流量的条件下进行操作时，它

可以把某一给定量的气体返回气水冷器，冷却后送回压缩机的入口。经压缩后的

原料天然气在一段炉对流段低温段加热到230℃左右与压缩机段间来氢混合后，

进入Co-Mo加氢和氧化锌脱硫槽，经脱硫后，天然气中的总硫含量降到0.5ppm

以下。

2.2.4脱硫的设备及控制要点

氧化锌脱硫过程所用的主要设备为脱硫槽。

脱硫槽为钢板制成的圆筒形设备，高径比约为3:1。脱硫剂分两层装填，上

层铺设在由支架支撑的箅子板上，下层装在耐火球和镀锌钢丝网上。是气体分布

均匀槽上部设有气体分布器，下部有集气器氧化锌在脱硫槽内的脱硫过程如图

所示

评价ZnO性能的一个重要的指标是硫容，氧化锌的平均硫容为15～20%，

最高可达30%，接近入口的饱和层硫容一般为20%～30%。通常ZnO装在两个

双层的串联设备里，每年更换一次入口测得的ZnO，而将出口测的ZnO移装于

入口测，新的ZnO用作保护层，确保净化气中硫含量达到指标要求。

2.3转化

2.3.1转化工艺流程

天然气经脱硫后，总硫含量小于0.5cm3/m3，随后在压力3.6MPa、温度380℃

左右的条件下配入中压蒸汽达到一定的水碳比（约为3.5），进入对流段加热到

500～520℃，然后送到辐射段顶部，分配进入各反应管，气体自上而下流经催化

剂，在这里一边吸热一边反应，离开反应管底部的转化气温度为800～820℃，

压力为3.1MPa，甲烷含量约为9.5%，汇合于集气管，再沿着集气管中间的上升

管上升，继续吸收