1 化肥厂煤气净化系统设计总说明
一、设计目的
设计背景
化肥厂煤气中含有硫化氢、二氧化碳、一氧化碳、粉尘等杂质，需通过净化系统去除，确保后续合成氨生产的原料气质量和设备安全。
实际应用场景
本煤气净化系统设计适用于年产30万吨合成氨化肥厂，主要处理对象包括：
① 煤气发生炉产生的半水煤气
② 变换工序产生的变换气
③ 脱碳工序产生的净化气
预期功能目标
① 硫化氢脱除效率≥%，出口H₂S≤10mg/Nm³
② 二氧化碳脱除效率≥%，出口CO₂≤%
③ 粉尘脱除效率≥%，出口粉尘≤5mg/Nm³
④ 系统运行稳定，年连续运行时间≥8000小时
交付成果用途
本设计计算书作为化肥厂煤气净化系统设计、设备采购、施工和验收的技术依据
二、设计依据
国家标准
① GB 6222-2025 《工业企业煤气安全规范》
② GB 50028-2006 《城镇燃气设计规范》
③ GB 13612-2006 《人工煤气》
④ GB 16297-1996 《大气污染物综合排放标准》
⑤ GB 50160-2018 《石油化工企业设计防火标准》
行业规范
① HG/T -2014 《化工企业安全卫生设计规范》
② SH/T 3012-2011 《石油化工管道布置设计规范》
③ NB/T 10092-2018 《煤气净化设备技术条件》
技术文件
① 化肥厂可行性研究报告
② 工艺专业提供的煤气成分数据
③ 环保部门排放标准要求
三、设计范围
包含内容
① 煤气洗涤塔设计计算
② 脱硫系统设计计算
③ 脱碳系统设计计算
④ 溶液再生系统设计计算
⑤ 硫回收系统设计计算
不包含内容
① 煤气发生炉系统设计
② 变换系统设计
③ 氨合成系统设计
四、核心技术参数
参数名称 符号 数值 单位 参数来源
煤气处理量Q 100000 Nm³/h 设计值
进口H₂S含量C_H2S_in g/Nm³ 设计值
进口CO₂含量C_CO2_in % 设计值
进口粉尘含量C_dust_in 500 mg/Nm³ 设计值
操作温度 T 40 ℃ 设计值
操作压力 P MPa 设计值
脱硫液循环量L_s 800 m³/h 设计值
脱碳液循环量L_c 1200 m³/h 设计值
年工作时间t 8000 h 设计值
五、计算方法说明
理论依据
基于传质理论、反应动力学和热力学平衡理论进行煤气净化系统设计计算
核心公式来源
① 洗涤塔尺寸：D = √(4Q/(π×v×3600)) （空塔气速法）
② 脱硫剂用量：m = Q×(C_in-C_out)×M/(×η) （物料平衡）
③ 净化效率：η = (C_in-C_out)/C_in×100% （效率定义）
数值计算规则
① 所有计算结果保留3位有效数字
② 气体流量统一为标准状态（0℃，）
③ 浓度单位统一为g/Nm³或%（体积分数）
④ 时间单位统一为小时（h）
六、特殊说明
前提条件
① 煤气成分稳定，波动范围≤±10%
② 脱硫剂和脱碳剂质量符合技术要求
③ 冷却水供应稳定，温度≤32℃
约束因素
① 系统压力降≤50kPa，满足压缩机能力要求
② 设备尺寸受厂房空间限制
③ 溶液循环量受泵能力限制
例外情况
当煤气中H₂S含量超过5g/Nm³时，需增加脱硫液循环量或更换脱硫剂
备注
标准状态下流量
半水煤气中H₂S
变换气中CO₂
1 化肥厂煤气净化系统设计总说明
一、设计目的
设计背景
化肥厂煤气中含有硫化氢、二氧化碳、一氧化碳、粉尘等杂质，需通过净化系统去除，确保后续合成氨生产的原料气质量和设备安全。
实际应用场景
本煤气净化系统设计适用于年产30万吨合成氨化肥厂，主要处理对象包括：
① 煤气发生炉产生的半水煤气
② 变换工序产生的变换气
③ 脱碳工序产生的净化气
预期功能目标
① 硫化氢脱除效率≥%，出口H₂S≤10mg/Nm³
② 二氧化碳脱除效率≥%，出口CO₂≤%
③ 粉尘脱除效率≥%，出口粉尘≤5mg/Nm³
④ 系统运行稳定，年连续运行时间≥8000小时
交付成果用途
本设计计算书作为化肥厂煤气净化系统设计、设备采购、施工和验收的技术依据
二、设计依据
国家标准
① GB 6222-2025 《工业企业煤气安全规范》
② GB 50028-2006 《城镇燃气设计规范》
③ GB 13612-2006 《人工煤气》
④ GB 16297-1996 《大气污染物综合排放标准》
⑤ GB 50160-2018 《石油化工企业设计防火标准》
行业规范
① HG/T -2014 《化工企业安全卫生设计规范》
② SH/T 3012-2011 《石油化工管道布置设计规范》
③ NB/T 10092-2018 《煤气净化设备技术条件》
技术文件
① 化肥厂可行性研究报告
② 工艺专业提供的煤气成分数据
③ 环保部门排放标准要求
三、设计范围
包含内容
① 煤气洗涤塔设计计算
② 脱硫系统设计计算
③ 脱碳系统设计计算
④ 溶液再生系统设计计算
⑤ 硫回收系统设计计算
不包含内容
① 煤气发生炉系统设计
② 变换系统设计
③ 氨合成系统设计
四、核心技术参数
煤气中粉尘
洗涤塔操作温度
系统操作压力
脱硫塔循环量
脱碳塔循环量
年运行小时数
五、计算方法说明
理论依据
基于传质理论、反应动力学和热力学平衡理论进行煤气净化系统设计计算
核心公式来源
① 洗涤塔尺寸：D = √(4Q/(π×v×3600)) （空塔气速法）
② 脱硫剂用量：m = Q×(C_in-C_out)×M/(×η) （物料平衡）
③ 净化效率：η = (C_in-C_out)/C_in×100% （效率定义）
数值计算规则
① 所有计算结果保留3位有效数字
② 气体流量统一为标准状态（0℃，）
③ 浓度单位统一为g/Nm³或%（体积分数）
④ 时间单位统一为小时（h）
六、特殊说明
前提条件
① 煤气成分稳定，波动范围≤±10%
② 脱硫剂和脱碳剂质量符合技术要求
③ 冷却水供应稳定，温度≤32℃
约束因素
① 系统压力降≤50kPa，满足压缩机能力要求
② 设备尺寸受厂房空间限制
③ 溶液循环量受泵能力限制
例外情况
当煤气中H₂S含量超过5g/Nm³时，需增加脱硫液循环量或更换脱硫剂
化肥厂煤气净化系统设计计算
序号 计算项目 符号表示 参数来源
一、净化能力计算
1
煤气处理量 Q 设计值
2 进口H₂S浓度 C_H2S_in 设计值
3
出口H₂S浓度 C_H2S_out 设计值
4
H₂S脱除量 m_H2S 计算值
5 进口CO₂浓度 C_CO2_in 设计值
6
出口CO₂浓度 C_CO2_out 设计值
7
CO₂脱除量 m_CO2 计算值
8 进口粉尘浓度 C_dust_in 设计值
9
出口粉尘浓度 C_dust_out 设计值
10
粉尘脱除量 m_dust 计算值
二、净化效率计算
11
H₂S脱除效率 η_H2S 计算值
12
CO₂脱除效率 η_CO2 计算值
13
粉尘脱除效率 η_dust 计算值
14
系统总效率 η_total 计算值
三、洗涤塔尺寸计算
15
操作温度 T 设计值
16
操作压力 P 设计值
17 实际气体流量 Q_act 计算值
18 空塔气速 v 选用值
19
塔截面积 A 计算值
20
塔径 D 计算值
21 填料高度 H 计算值
22
塔总高度 H_total 计算值
四、脱硫剂用量计算
23 脱硫剂类型 Type 选用值
24 脱硫剂有效成分 C_agent 选用值
25 脱硫剂硫容量 S_cap 选用值
26 脱硫液循环量 L_s 设计值
27
溶液总硫容量 S_total 计算值
28 脱硫剂补充量 m_agent 计算值
29
年脱硫剂用量 M_agent 计算值
五、脱碳剂用量计算
30 脱碳剂类型 Type_c 选用值
31 脱碳剂浓度 C_solvent 选用值
32
CO₂吸收容量 CO2_cap 选用值
33 脱碳液循环量 L_c 设计值
34
溶液总吸收容量 CO2_total 计算值
35 脱碳剂损失率 Loss_rate 选用值
36 脱碳剂补充量 m_solvent 计算值
37
年脱碳剂用量 M_solvent 计算值
六、结果验证
38 脱硫效率验证 - 判断值
39 脱碳效率验证 - 判断值
40
塔尺寸验证 - 判断值
41
溶液容量验证 - 判断值
计算公式 国际单位 计算结果 参数说明
-
Nm³/h 100000 标准状态煤气流量
-
g/Nm³ 半水煤气中H₂S含量
-
mg/Nm³ 10 净化后H₂S含量
m_H2S=Q×(C_H2S_in-C_H2S_out)/1000 kg/h
每小时脱除H₂S量
- % 变换气中CO₂含量
- % 净化后CO₂含量
m_CO2=Q×(C_CO2_in-C_CO2_out)×44/22400 kg/h 5590
每小时脱除CO₂量
-
mg/Nm³ 500 煤气中粉尘含量
-
mg/Nm³ 5 净化后粉尘含量
m_dust=Q×(C_dust_in-C_dust_out)/1000000 kg/h
每小时脱除粉尘量
η_H2S=(C_H2S_in×1000-C_H2S_out)/(C_H2S_in×1000)×100% %
硫化氢脱除效率
η_CO2=(C_CO2_in-C_CO2_out)/C_CO2_in×100% %
二氧化碳脱除效率
η_dust=(C_dust_in-C_dust_out)/C_dust_in×100% %
粉尘脱除效率
η_total=(η_H2S+η_CO2+η_dust)/3 %
系统平均净化效率
- ℃ 40
洗涤塔操作温度
- MPa
洗涤塔操作压力
Q_act=Q×(273+T)/273×
m³/h 142857 操作状态下流量
- m/s 气体空塔速度
A=Q_act/(v×3600)
m² 洗涤塔横截面积
D=√(4A/π) m
洗涤塔内径
H=K×ln(C_in/C_out) m
填料层高度
H_total=H+3 m
洗涤塔总高度
- - PDS 脱硫催化剂类型
- % 15 有效成分含量
-
kg/m³ 单位溶液硫容量
-
m³/h 800 脱硫塔溶液循环量
S_total=L_s×S_cap kg/h 200
系统总脱硫能力
m_agent=m_H2S/(C_agent×) kg/h 脱硫剂小时补充量
M_agent=m_agent×8000 t/a 脱硫剂年消耗量
- - MDEA 脱碳溶剂类型
- % 30
溶液中MDEA浓度
-
m³/m³ 单位溶液吸收容量
-
m³/h 1200 脱碳塔溶液循环量
CO2_total=L_c×CO2_cap×44/ kg/h 11357
系统总脱碳能力
- %
溶液损失率
m_solvent=L_c×C_solvent×Loss_rate/100 kg/h 脱碳剂小时补充量
M_solvent=m_solvent×8000 t/a 脱碳剂年消耗量
η_H2S≥ % 满足 H₂S脱除效率达标
η_CO2≥ % 满足 CO₂脱除效率达标
化肥厂煤气净化系统设计计算
一、净化能力计算
二、净化效率计算
三、洗涤塔尺寸计算
四、脱硫剂用量计算
五、脱碳剂用量计算
六、结果验证
D≤8m且H≤15m m 满足 洗涤塔尺寸合理
S_total≥m_H2S kg/h 满足 脱硫溶液容量足够
规范依据 其他说明
工艺设计 主要设计参数
工艺分析 需要脱除的H₂S
设计要求 ≤10mg/Nm³
物料平衡 脱硫负荷
工艺分析 需要脱除的CO₂
设计要求 ≤%
物料平衡 脱碳负荷
工艺分析 需要脱除的粉尘
设计要求 ≤5mg/Nm³
物料平衡
除尘负荷
效率定义 ≥%要求
效率定义 ≥%要求
效率定义 ≥%要求
加权平均 综合性能指标
工艺设计 影响气体密度
工艺设计 影响气体体积
理想气体定律 V1/T1=V2/T2
经验值 洗涤塔适宜气速
流量速度关系 A=Q/v
圆面积公式 圆整为
传质单元法 K=
结构设计 包含上下封头
技术选型 酞菁钴类催化剂
厂家数据 质量分数
经验值 PDS催化剂
工艺设计 液气比8L/Nm³
容量计算 满足
物料平衡
为利用率
时间转换 年用量
技术选型 甲基二乙醇胺
工艺设计 质量分数
厂家数据 MDEA溶液
工艺设计 液气比12L/Nm³
容量计算 满足5590kg/h
经验值 正常操作损失
损失计算 维持浓度
时间转换 年用量
设计要求 %≥%
设计要求 %≥%
化肥厂煤气净化系统设计计算
一、净化能力计算
二、净化效率计算
三、洗涤塔尺寸计算
四、脱硫剂用量计算
五、脱碳剂用量计算
六、结果验证
空间限制 ≤8m
工艺要求 200≥
