年产15万吨甲醇精细脱硫工艺大学本科毕业论文.doc

年产15万吨甲醇精细脱硫工艺设计
The Process Design of Fine Desulfurization in 150kt/a Methanol

目录
摘要 Ⅰ
Abstact Ⅱ
引言 1
第一章 脱硫方法选择及工艺流程介绍 2
1.1 工业甲醇的生产方法 2
1.2 生产甲醇中硫化物的危害 2
1.3 甲醇脱硫的方法 3
1.3.1 湿法脱硫 3
1.3.2 干法脱硫 4
1.4 甲醇精脱硫方法的选择 5
1.5 工艺流程介绍 6
第二章 物料衡算和热量衡算 7
2.1 生产工艺指标 7
2.2 基础数据 7
2.3 物料衡算 8
2.3.1 计算原料气的体积与流量 8
2.3.2 第一脱硫塔的物料衡算 9
2.3.3 水解塔的物料衡算 10
2.3.4 第二脱硫塔的物料衡算 10
2.4 热量衡算 11
2.4.1 基础数据 11
2.4.2 预热器的热量衡算 13
2.4.3 水冷器的热量衡算 13
第三章 脱硫塔的工艺计算 14
3.1基本数据 14
3.2 脱硫剂用量及周期的计算 15
3.2.1 第一脱硫塔中氧化铁脱硫剂用量及周期的计算 15
3.2.2 第二脱硫塔中活性炭脱硫剂用量及周期的计算 15
3.3 第一脱硫塔塔径计算 15
3.4 第一脱硫塔填料高度的计算 16
3.5 脱硫剂装填方法及注意事项 17
3.6 塔壁厚度计算 17
3.7 封头计算 19
3.8 人孔及裙座设计 19
3.9 第一脱硫塔工艺计算汇总 19
结论 20
致谢 21
参考文献 22
附录A 23
附录B 24

年产15万吨甲醇精细脱硫工艺设计
摘要：甲醇是基本有机原料之一，广泛应用于精细化工、塑料、医药、林产品加工等领域。合成甲醇的原料气中所含的硫化物对甲醇生产有很大危害，不仅腐蚀设备，而且可能使催化剂中毒失活。因此，需要把原料气中的硫化物脱除。
气体脱硫方法可分两类，一类是干法脱硫，另一类是湿法脱硫。湿法脱硫一般用于含大量硫化氢的原料气的脱硫，干法脱硫广泛用于精脱硫和有机硫脱除。
本设计为年产15万吨甲醇精细脱硫工艺设计，对已经粗脱工段的原料气进行精脱硫，以达到生产要求，设计采用氧化铁-活性炭法进行精细脱硫。本文介绍了工艺流程，分别对第一脱硫塔、水解塔、第二脱硫塔作物料衡算，对预热器和水冷器作热量衡算。选用填料塔，并对第一脱硫塔进行工艺计算。计算出其塔径为1.6m，填料高度为8m，分两段填装。
关键词：甲醇；精细脱硫；氧化铁-活性炭法；脱硫塔

I

The Process Design of Fine Desulfurization in 150kt/a Methanol
Abstact: Methanol is one of the basic organic raw materials. It is widely used in the field of fine chemicals, plastics, pharmaceutical, and forest products processing and so on. The sulfides of the raw gas are great harmful to the methanol production. Therefore， these sulfides need to be removed from the raw gas.
Gas desulfurization method can be divided into two categories，one is dry desulfurization, the other is wet desulfurization . Wet desulfurization is commonly used in desulfurization of raw material gas with large amounts of hydrogen sulfide. Dry desulfurization is widely used in fine desulfurization and organic sulfur removal.
This design is for the fine desulfurization process design for annual output of 150000 tons of methanol on the feed gas which has take off in the early stages of fine desulfurization, in order to achieve production requirements. The design use the iron oxide - activated carbon fine desulfurization method. This paper introduces the technological process, material balance of the first desulphurization tower , hydrolysis tower and the second desulphurization tower, heat balance of preheater and water cooler. Select packing tower and technology for the first desulfurization tower is calculated. The calculation is : tower diameter is 1.6 m and filling height is 8 m ,divided into two pieces.
Key words: methanol;fine desulfurization; Iron oxide-activated carbon method;desulfurization tower

II

引言
甲醇用途广泛，是基础的有机化工原料和优质燃料。主要应用于精细化工，塑料等领域，用来制造甲醛、醋酸、氯甲烷、甲氨、硫酸二甲酯等多种有机产品，也是农药、医药的重要原料之一。
脱硫是甲醇合成原料气净化的重要环节。其目的是运用不同的方法除去原料气中的各种硫化物，因为硫化物对甲醇合成十分有害，它们能抑制甲醇合成催化剂的活性，并使催化剂中毒，同时会腐蚀生产设备。
气体脱硫方法种类繁多，按脱硫剂的形态可分为两种：干法脱硫和湿法脱硫。干法脱硫以固体物质作为脱硫剂，而湿法脱硫则以溶液作为脱硫剂。湿法脱硫有氨中和法、氨水液相催化法、ADA法、栲胶法、PDS法等。特点是：吸收速率快，生产能力大，同时脱硫剂还可以再生循环利用，但此法净化度不高。因此，常用于硫化氢含量较高的原料气的脱硫。干法脱硫有氧化铁法、活性炭法、氧化锰法、氧化锌法等。特点是：设备庞大、脱硫剂再生困难，但脱硫效率高。因此，广泛用于原料气的精脱硫和有机硫的脱除。
综上，本设计选用干法脱硫对甲醇原料气进行精脱。

第一章 脱硫方法选择及工艺流程介绍
甲醇作为极其重要的有机化工原料，是化学工业的基础产品，在国民经济中占有重要的地位。在化工生产中，甲醇可用于制造甲醛、醋酸、氯甲烷、甲胺等。在世界范围内的所有化工产品中，其产量仅次于乙烯、丙烯、苯，居第四位。广泛用于有机中间体，还用作溶剂和工业及民用燃料等[1]。
1.1 工业甲醇的生产方法
甲醇的生产方法很多，早期用木材或木质素干馏法制甲醇，今天在工业上已经被淘汰了。目前工业上几乎都是采用一氧化碳、二氧化碳加压催化氢化法合成甲醇。
甲醇生产方法可分为高压法、中压法和低压法三种。高压法是使用锌铬催化剂，在300—400℃,30MPa高温高压下合成甲醇；低压法为英国ICl公司在1966年研究成功的甲醇生产方法，从而打破了甲醇合成的高压法的垄断，这是甲醇生产工艺上的一次重大变革,它采用51-1型铜基催化剂，合成压力5MPa；中压法是在低压法研究基础上进一步发展起来的，由于低压法操作压力低，导致设备体积相当庞大，不利于甲醇生产的大型化，因此发展了压力为10MPa左右的甲醇合成中压法，它能更有效地降低建厂费用和甲醇生产成本[2]。
生产流程包括原料气制造、原料气净化、甲醇合成、粗甲醇精馏等工序。天然气、石脑油、重油、煤及其加工产品(焦炭、焦炉煤气)、乙炔尾气等均可作为生产甲醇合成气的原料。
1.2生产甲醇中硫化物的危害
在合成甲醇的原料气中存在硫化氢、硫醇、二硫化物等众多硫化物。这些硫化物对设备和管道均有腐蚀性。有些硫化物如硫醚、二硫化物本身就有腐蚀性，在受热后分解成腐蚀性较强的硫醇和硫化氢，燃烧后生成的二氧化硫会造成空气污染，硫化物还能使催化剂中毒。硫化物能与催化剂中的活性组分，如铜、铁、镍等反应，生成相应的金属硫化物，使催化剂的反应活性、机械强度均大幅度下降，大大缩短催化剂的寿命。同时，一些有机硫对催化剂也可直接造成危害。
1.3甲醇脱硫的方法
工业脱硫的方法很多，按照脱硫剂的形态可以分为干法脱硫和湿法脱硫两大类。干法脱硫以固体物质作为脱硫剂，而湿法脱硫则以溶液作为脱硫剂。当含硫气体通过脱硫剂时，硫化物即与脱硫剂产生物理或者化学的变化，分别被固体物质所吸附或者被溶液所吸收[3]。
干法脱硫有氧化铁法、活性炭法、氧化锰法、氧化锌法等。它们的特点是脱硫效率高，但设备庞大，检修困难。因此，现在干法脱硫仅限于精脱硫和有机硫的脱除，与湿法脱硫并用，对含少量硫化物的气体进行精脱。
湿法脱硫有氨中和法、氨水液相催化法、ADA法、栲胶法、PDS法等。它们的优点是：吸收速率快，生产能力大，同时脱硫剂还可以再生循环利用，因此，常用于原料气中硫化氢含量较高的气体脱硫。目前较多的采用栲胶脱硫法、ADA法。
1.3.1湿法脱硫
湿法脱硫主要应用于脱除原料气中的硫化氢，根据脱硫溶液吸收过程的性质不同，湿法脱硫又可以分为化学吸收法，物理吸收法和物理化学吸收法三种[4]。
1. 化学吸收法
在化学吸收法中，脱硫溶液与硫化氢发生了化学反应。按反应不同，化学吸收法分为中和法和湿法氧化法。
2. 物理吸收法
物理吸收法是依靠吸收剂对硫化物的物理溶解作用进行脱硫，当温度升高时，硫化物解析出来，使吸收剂再生，循环使用。吸收剂一般为有机溶剂，如甲醇、聚乙二醇二甲醚、碳酸丙稀酯等。这类方法除了能脱除硫化氢以外，还能脱除有机硫和二氧化碳。生产中往往用这些溶剂，同时脱除原料气中的酸性气体硫化物和二氧化碳。
3.物理化学吸收法
用环丁砜和烷基醇胺的混合溶液，脱除原料气中硫化物的过程，属于物理化学吸收过程，称为环丁砜法。溶液中的环丁砜是物理吸收剂，烷基醇胺是化学吸收剂，我国少数中型氨厂采用该法脱硫。
1.3.2干法脱硫
干法脱硫是使用固体脱硫剂脱除原料气中的硫化物。优点是既能脱除硫化氢，又能脱除有机硫，净化度高。缺点是再生比较麻烦或者难以再生，回收硫磺比较困难，设备体积较大，有些为间歇式操作，一般只作为脱除有机硫和精细脱硫的手段[5]。常用的干法脱硫有铁钼加氢法、水解法、氧化锌法、氧化锰法、活性炭法、氧化铁法等。
1.铁钼加氢转化法
经湿法脱硫后的原料气含有CS2,C4H4S,RSH等有机硫，在铁钼催化剂的作用下，绝大部分能加氢转化成容易脱除的H2S，所以铁钼加氢转化法是脱除有机硫的有效预处理方法。其基本原理是：
在铁钼催化剂的作用下，有机硫加氢转化为H2S的反应如下
RSH+H2＝RH+H2S
RSR+H2＝RH+H2S+RH
C4H4S+4H2＝C4H10+H2S
CS2+H2＝CH4+H2S
2.氧化铁脱硫法
以铁氧化物为活性组分的铁系金属氧化物脱硫剂大多以工业含铁废料(如赤泥等)为主要原料，再配加其他金属氧化物作活性促进剂和稳定剂。由于原料来源丰富，制备过程简单，成本低，具有高脱硫率和大硫容，所以受到人们普遍关注。
脱硫过程：
Fe2O3·H2O+3H2S=Fe2S3·H2O+3H2O
3.氧化锌脱硫法
氧化锌脱硫剂可直接吸收硫化氢生成硫化锌，反应式为：
H2S+ZnO＝ZnS+H2O
ZnO+C2H5SH＝ZnS+C2H5OH
ZnO+C2H5SH＝ZnS+C2H4+H2O
当气体中有氢存在时，有机硫，如硫氧化碳，二硫化碳等则先转化成硫化氢，然后再被氧化锌吸收，反应式如下：
COS+H2＝H2S+CO
CS2+4H2＝2H2S+CH4
4.水解法
有机硫水解催化剂可分为两种，一种是转化吸收型，不仅对有机硫有转化能力，且能对转化生成的硫化氢有吸收能力，能单独用于微量硫的脱除；另一种为单纯转化型，只能对有机硫有转化作用[6]。
其水解反应如下：
COS+H2O＝H2S+ CO 2
CS2+H2O＝2H2S+ CO 2
5.活性炭法
活性炭脱硫主要是利用活性炭的催化和吸附作用。
活性炭的催化活性很强，气体中的H2S在活性炭的催化作用下，与气体中少量的O2发生氧化反应，反应生成的单质S吸附于活性炭表面。活性炭脱硫的脱硫反应机理：
2H2S+O2=S+2 H2O
1.4甲醇精脱硫方法的选择
湿法脱硫吸收速率快，生产能力大，同时脱硫剂还可以再生循环利用，但此法净化度不高，干法脱硫脱硫剂再生困难，但脱硫效率高，广泛用于原料气的精脱硫和有机硫的脱除。
经比较，并结合本设计精脱硫的要求，选用干法脱硫中的氧化铁法和活性炭法。本设计采用氧化铁法-活性炭法脱硫的优点是：即能脱除硫化氢又能脱除有机硫,净化度高；脱硫剂在使用上具有设备简单、操作方便、净化度高、床层阻力小、适应性强、脱硫快、硫容高、无二次污染等特点[7]。
采用的触媒型号分别是：EF-2型氧化铁精脱硫剂、T504型水解脱硫剂和EAC-4型活性炭精脱硫剂。本设计所用的氧化铁法是对第一脱硫塔中大部分硫化氢气体进行脱除，活性炭法则是在第二脱硫塔中对剩余硫化氢进一步脱除。

1．5工艺流程介绍
半水煤气流程：从造气工段来的半水煤气经气水分离器分离后（T＜45℃）的半水煤气进入第一脱硫塔，经氧化铁脱硫剂脱H2S，再经预热器温度升至65～75℃进入水解塔，经两层T504水解脱硫剂，使有机硫转化成H2S，经水冷器降温至T＜45℃后进入第二脱硫塔顶部，经两层EAC-4活性炭脱硫剂脱硫。
液体的流程：低压蒸汽与第一脱硫塔出来的气体在预热器进行热量的交换，使初净化的气体温度升至水解塔工艺操作所需要的温度（ 65～75℃），预热器的冷凝水送入其他工段；温度在30℃左右的冷水进入水冷器进行热量交换，使需净化的气体温度降至符合第二脱硫塔的工艺要求的温度（T≤45℃），经热交换过的冷水温度上升，送入其它工段。

图1.1精细脱硫工艺流程图

第二章 物料衡算和热量衡算
本章通过对第一脱硫塔、水解塔和第二脱硫塔的物料衡算，计算出了各塔内反应物消耗量和产物生成量，并得出各塔进出口气体中硫化氢的含量。
2.1生产工艺指标
1.压力指标（MPa）
入工段低压蒸汽 P≥0.3
入第一脱硫塔半水煤气压力 P≤5.3
2.温度指标
入第一脱硫塔气温度 T≤45℃
水解塔入口气温度 65～75℃
入第二脱硫塔气温度 T≤45℃
2.2基础数据
表2.1半水煤气的组成
成分
体积百分含量
相对分子质量
H2
2.83
2
CH4
6.21
16
C3H6
0.63
42
C2H4
0.12
28
CO
74.58
28
C3H8
0.25
44
CO2
12.07
44
N2
2.71
28
H2S
0.4
34
H2O
0.2
18
注：半水煤气中还含有少量的COS，O2等气体，由于含量极低不足0.01%，故没有在表格中列出来。

表2.2脱硫剂的组成
脱硫方法
氧化铁法
有机硫的转化
活性炭法
触媒型号
EF-2
T504
EAC-4
1.半水煤气中H2S，C1 =434mg/Nm3 =0.0434g/ Nm3
2.第一脱硫塔出口气中H2S, C2=0.728 mg/Nm3 =0.000728 g/ Nm3
3.入第一脱硫塔半水煤气的温度，t1=42℃
4.出第一脱硫塔半水煤气的温度，t2=45℃
5.冷却水上水的温度，t6=30℃
6.冷却水下水的温度，t7=38℃
2.3物料衡算
物料衡算的流程
半水煤气→预脱塔→水解塔→第二脱硫塔→净化后的半水煤气
2.3.1 计算原料气的体积与流量
以每年300个工作日，每天24小时计算，则每小时生产甲醇的量为：
150000÷（300×24）= 20.83 t/h
考虑到在合成时的损失，则以每小时21t计算为基准，所以
nCH3OH=21000kg÷32g/mol=656.25kmol
则合成CH3OH所需的氢气的量为：

所以原料气中氢气的体积为：
V H2 = 22.4 Nm3/kmol×1312.5kmol=29400 Nm3
根据原料气中各组分的体积比，则其他组分的体积为
VCO2 =4.8/53.2×29400Nm3 = 2652.63 Nm3
VO2 =0.2/53.2×29400Nm3 = 110.53 Nm3
VCO =31.0/53.2×29400Nm3 =17131.58 Nm3
VCH4 =3.0/53.2×29400Nm3 =1657.89 Nm3
V（Ar+N2 ）= 2.8/53.2×29400Nm3 =1547.37 Nm3
则气体的总体积为：
V= VCO2 + VO2 + VCO + V H2 + VCH4 + V（Ar+N2 ）
=2652.63+ 110.53+17131.58+29400+1657.89+1547.37
=52500 Nm3
则进入第一脱硫塔的半水煤气的流量G0
G0 =52500 Nm3 /h
2.3.2第一脱硫塔的物料衡算
1.第一脱硫塔中H2S的脱除量G1
（2-1）
2.生成Fe2S3﹒H2O消耗的H2S G2
取Fe2S3﹒H2O的生成量为H2S脱除量的98%，则
（2-2）
3.Fe2S3﹒H2O生成量 G3
（2-3）
式中——Fe2S3﹒H2O的分子量
——H2S的分子量

4.生成Fe2S3﹒H2O消耗的Fe2O3的量 G4
（2-4）
式中——氧化铁的分子量

2.3.3水解塔的物料衡算
由于水解塔采用的是T504水解脱硫剂，使有机硫转化为无机硫。有机硫大部分以COS的形式存在，其反应的机理如下：
COS+H2O → CO2+H2S （2-5）
1.H2S的生成量 G5，g/Nm3
假设H2S的转化率为98%，则设生成H2S的量为X
其关系式可以简化为：COS(60) ～ H2S(34) 所以，
（2-6）
2.生成H2S所消耗的COS的量 G6，g/Nm3
（2-7）
3.反应后剩余的COS的量 G7 , g/Nm3
（2-8）
2.3.4第二脱硫塔的物料衡算
第二脱硫塔中的H2S脱除是采用EAC-4脱硫剂，脱硫精度很高，利用活性炭的催化氧化性质脱除硫化氢，生成的单质硫被活性炭发达的孔隙吸附于其中，直至饱和。温度在20～60℃之间[8]。
已知入塔气中H2S的量为0.851×10-3g/Nm3
1.H2S的脱除量G8
（2-9）
2.生成单质硫的量G9
由EAC-4的脱硫性质及反应机理可得出如下反应式：
2H2S+O2→2H2O+2S↓ （2-10）
其关系式可简化为：H2S（34）～S（32）
（2-11）
3.理论需氧量G10
关系式可简化为：2H2S(68)～O2(32)
（2-12）
4.实际需要空气的量G11
在实际操作中，取理论空气量的1.5倍，能使反应完全。
（2-13）
通过以上对各塔的物料衡算，得出以下数据：
第一脱硫塔：H2S的脱除量2.24kg/h，氧化铁脱硫剂消耗量5.18 kg/h。
水解塔：H2S的生成量1.23 g/Nm3
第二脱硫塔：H2S的脱除量6.5 kg/h
2.4热量衡算
通过对预热器和水冷器的热量衡算，计算出了预热器和水冷器的热负荷，从而得出工艺所需低压蒸汽和冷却水的消耗量。
2.4.1基础数据
1.半水煤气的平均式量[9]

M=(28×19.55%)+(44×8.77%)+(28×27.82%)+(243.45%)+(32× 0.4%)=28.51kg/k mol
半水煤气的密度：
ρg=PM / TR=1.25×28.51×102/[(273.15+42)×8.314]=0.869kg/m3
半水煤气的质量流量
G0=V0ρg =60577×0.869kg/h=52641kg/h
2.将半水煤气中的各组分的a、b、c值列于表中[10]
表3.1
物质
CO
H2
CO2
N2
O2
a
26.537
26.88
26.75
27.32
28.17
b/10－3
7.6831
4.347
42.258
6.226
6.297
c/10－6
－1.172
－0.3265
－14.25
－0.9502
－0.7494
半水煤气在70℃的比热容：
CO: Cp=26.537+7.6831×10-3×(273.15+70)－1.172×10-6×(273.15+70)2=28.967kJ/(kmol·K)
H2:CP=26.88+4.347×10-3×(273.15+70)-0.3265×10-6×(273.15+70)2 =28.292kJ/(kmol·K)
CO2:CP=26.75+42.258×10-3×(273.15+70)-14.25×10-6×(273.15+70)2
=40.832 kJ/(kmol·K)
N2:CP=27.32+6.226×10-3×(273.15+70)-0.9502×10-6×(273.15+70)2
=29.289 kJ/(kmol·K)
O2:CP=28.17+6.297×10-3×(273.15+70)-0.7494×10-6×(273.15+70)2
=30.275kJ/(kmol·K)
平均比热容
C pm=ΣAi×C pi
式中 Ai——各气体的体积分数
C pi——各气体的比热容
故半水煤气在70摄氏度的比热容
=30.08kJ/(kmol·K)
同理：
半水煤气在45摄氏度的比热容
(45)=29.51kJ/(kmol·K)
半水煤气在42摄氏度的比热容
(42)=29.30kJ/(kmol·K)
半水煤气在77摄氏度的比热容
(77) =30.58 kJ/(kmol·K)

2.4.2预热器的热量衡算
预热器热负荷[11]：
=（-(45)） （2-14）
=52641×（30.08×70-29.51×45）
=4.094
蒸汽消耗量：
===18.8t （2-15）
式中---130摄氏度时蒸汽的液化热，=2177.6

2.4.3水冷器的热量衡算
水冷器热负荷:
=((77)- (45)) （2-16）
=52641×(30.58×77-29.51×45)
=5.405
冷却水消耗量：
= （2-17）
=
=1608
式中为冷却水温升
=, ,
通过以上对预热器和水冷器作热量衡算，得出以下数据：
预热器热负荷4.094，低压蒸汽消耗量18.8t；水冷器热负荷5.405，冷却水消耗量1608。

第三章 脱硫塔的工艺计算
本章对第一脱硫塔进行塔体工艺尺寸计算，计算出了氧化铁脱硫剂的周期、填装体积和填料塔的塔径，从而计算出填料高度；同时还对塔体壁厚、封头、塔附件进行了相关工艺计算。
3.1基本数据
几种常见脱硫剂的特性数据[13]
表4.1 脱硫剂的特性数据
脱硫剂
活性炭精脱硫剂
氧化铁精脱硫剂
氧化锌精脱硫剂
工作硫容
12.0%
20.0%
15.0%
堆比重
0.50kg/L
0.70—0.80kg/L
0.95kg/L
适用温度
5℃—60℃
0℃—90℃
30℃—400℃
适用压强
常压—8.0MPa
常压—8.0MPa
常压—30.0MPa
脱硫精度
≤0.13mg/Nm3
≤0.03mg/Nm3
≤0.04mg/Nm3
适用空速
500—1200h-1
500—2000h-1
500—3000h-1
价格
4000元/m3
2000元/m3
5500元/m3
注：
工作硫容：硫容是指在满足脱硫要求的条件下，每100公斤脱硫剂所能吸收的硫的公斤数， 它是衡量脱硫剂的一个重要指标，一般用百分比表示，工作硫容不仅与脱硫剂的质量有关，更主要的与装置的工艺与设备状况也有很大关系。
堆比重：堆比重又称堆密度，指每升催化剂的质量。
空速：每小时进入反应器的原料量与反应器藏量之比称为空间速度，简称空速。空速反应了反应时间的长短。对一定反应器，空速越大
处理能力也越大。
空速的大小取决于催化剂的活性水平。

3.2脱硫剂用量及周期的计算
计根据脱硫要求计算出脱硫剂用量，并以此为基础得到脱硫剂的使用周期。
3.2.1第一脱硫塔中氧化铁脱硫剂用量及周期的计算[13]
由第二章的计算可知，第一脱硫塔中脱除硫的量为=2.24
取空速为u=1000h-1
则需要的脱硫剂的体积为
V1=V/u=52500/1000m3=52.5m3 （3-1）
氧化铁脱硫剂的堆比重为0.75kg/L，可得需要的氧化铁脱硫剂的质量为
M2=52.5×0.75kg/L×1000L/m3=39375kg （3-2）
氧化铁脱硫剂的工作硫容为20%，可得氧化铁脱硫剂可脱除的硫的质量为
M22=M2×20%=39375×20%kg=7875 kg （3-3）
氧化铁脱硫剂的周期为
T2=M22//24=7875/2.24/24=146.48天，即146天。 （3-4）
3.2.2第二脱硫塔中活性炭脱硫剂用量及周期的计算
第二脱硫塔中要脱除硫的量为=
取空速为u=1000h-1
则需要的脱硫剂的体积为
V1=V/u=52500/1000m3=52.5m3 （3-5）
活性炭脱硫剂的堆比重为0.50kg/L，可得需要的活性炭脱硫剂的质量为
M4=V2×0.50kg/L×1000L/m3=52.5×0.50×1000kg=26250 kg （3-6）
活性炭脱硫剂工作硫容为12%，可得活性炭脱硫剂可脱除的硫的量为
M44=M2×12%=3150kg （3-7）
活性炭脱硫剂的周期为
T4=M44//24=201.42天，即201天。 （3-8）
3.3第一脱硫塔塔径计算
由第二章知半水煤气的体积流量为=60577
空塔气速取
根据公式 [14]
（3-9） 求得 塔径D=1.46m
圆整后取为1.6m
3.4第一脱硫塔填料高度的计算
进口推动力[15]
△P1=（2.7×105/10333+1）×0.0434×（22.4/34）×10-3 =0.759×10-3atm
出口推动力
△P2=(2.68×105/10333+1)×0.000728×(22.4/34) ×10-3=0.129×10-3atm
查得传质系数K=1.36
塔的平均推动力为[15]
△P=（0.759×10-3-0.129×10-3）/ln（0.759×10-3/0.129×10-3）=0.356×10-3atm
传质面积
F=482.223×10-3/0.356×10-3×1.36m2=996 m2 （3-10）
填料的高度
H=996/(100×0.489×1.62)m=7.96m （3-11）
取高度H=8m
脱硫剂分两段填装，每段4m。

3.5脱硫剂装填方法及注意事项
1.装填之前，必须把脱硫塔清理干净，分层装填。
2. 装填时，支承板上先铺一层不锈钢丝网和一层耐火球（或焦炭），再铺 一层不锈钢丝网，最后装脱硫剂。
3. 装填脱硫剂应从尽量低的高度轻轻倒入炉内，颗粒自由落下的高度低于0.5米。
4. 在装填过程中，脱硫剂应分散铺开，装填均匀。不能集中倾倒或只从一边倾倒，以免装填不匀，引起气体偏流。
5. 装填时，操作人员应站在木板上操作，严禁直接踏踩在脱硫剂上，以免产生新的粉尘。
6. 装填好后，用木板将表面刮平。
原料气中允许有适量的水汽，脱硫剂中水份起介质作用，其量以10%左右为宜。同时，使用中要求气体中带有少量水蒸汽，以抑制气流将脱硫剂中水份带走，但严禁床层大量带水或积水，不宜使大量水蒸汽在床层中冷凝而造成微孔堵塞。因此，塔前必须装有足够能力的气水分离器并定时排放积水，严禁气体带液进入脱硫塔。
3.6塔壁厚度计算
1.选材
介质为半水煤气，温度45，压力3.0Mp，选用
2.确定参数
=3.0，
查《化工设备机械基础》，附表9-1[12]：
（采用双面焊对接接头，无损检测）；取=2.0mm
3. 厚度计算
计算厚度
（3-12）

设计厚度

（3-13）
根据 查表4-9得：=0.80mm
名义厚度
+圆整量=18.1+0.80+圆整量=18.90+圆整量 （3-14）
圆整后，取名义厚度
复验：，故最后取=0.80mm
该塔体可用20mm厚的钢板制作。
4. 校核水压试验强度
（3-15）
（）

查《化工设备机械基础》附表9-1得：
则：

而：
可见，<
所以，水压试验强度足够。

3.7封头计算
选用标准椭圆形封头，材料选用
封头壁厚计算[12]
（3-17）

K---应力增强系数，K=1时为标准椭圆形封头
考虑厚度附加量C=2.8mm，经圆整后，
直边高度=80mm，深度h=520mm
3.8人孔及裙座设计
取人孔两个，公称直径500mm；裙座材料选用,厚度附加量C=2mm，高度为1.6m
3.9第一脱硫塔工艺计算数据汇总
表4.2 第一脱硫塔工艺计算数据

脱硫剂体积
52.5
塔径
1.6m
脱硫剂周期
146天
填料高度
8m
塔体壁厚
20mm
塔总高
13.04m

结论
合成甲醇的原料气中所含的硫化物对甲醇生产有很大危害，不仅会腐蚀设备，而且可能使催化剂中毒失活。因此，需要把原料气中的硫化物脱除。气体脱硫方法可分为两类，一类是干法脱硫，另一类是湿法脱硫。湿法脱硫一般用于含大量硫化氢的原料气的初脱硫，干法脱硫广泛用于精脱硫和有机硫的脱除。
本设计为年产15万吨甲醇精细脱硫工艺设计，即对已经粗脱工段的半水煤气进行精脱，设计成果主要包括以下几个方面：
1.工艺流程设计。通过对各种气体脱硫方法的比较，最终采用氧化铁-活性炭法，脱硫塔选用填料塔。原料气先经第一脱硫塔氧化铁脱硫剂初脱，再经水解塔有机硫转化，最后经第二脱硫塔活性炭脱硫剂再脱。
2.物料衡算和热量衡算。计算出生产15万吨甲醇所需半水煤气量为52500 Nm3 /h，分别对第一脱硫塔、水解塔、第二脱硫塔进行物料衡算，对预热器和水冷器作热量衡算。
第一脱硫塔：入塔气中H2S 含量0.0434 g / Nm³ ，出塔气中H2S 含量
0.000728 g / Nm³。
水解塔：入塔气中H2S 含量0.000728 g / Nm³，出塔气中H2S 含量0.000851 g / Nm³。
第二脱硫塔：入塔气中H2S 含量0.000851 g / Nm³，出塔气中H2S 含量0.000