《典型化工工艺》专题十六 合成氨（3）（举一反三考点练） -讲义

山东省《典型化工工艺》 举一反三考点练

专题十六 合成氨（3）讲义

 

1.      了解原料气脱硫的基本原理。
2.      掌握 ADA 法脱硫工艺条件的选择及工艺流程。
3.      理解干法脱硫的方法及工艺流程。

 

知识点一  脱硫原理

1.固体燃料为原料所制得的粗原料气，经除尘后，含有一定量的化物、CO、CO2，这些都是氨合成催化剂的毒物，必须除去;而以液态烃、气态烃为原料制合成气，因原料中含有一定量的硫化物，在蒸气转化反应前就必须先行除去，否则会引起镍催化剂中毒。简而言之在合成反应之前，必须除去粗原料气中的硫化物、CO、CO2，即必须要进行净化操作。合成氨的脱方法从总体上来分有两种:干法脱硫和湿法脱硫。湿法脱硫以砷气碱法、ADA、改良法ADA和栲胶法颇具代表性。

2.硫化物的种类

主要是H2S，其次是CS2，COS,RSH 等有机硫。其含量取决于原料的含硫量及加工方法。 以煤为原料，原料气中 H2S 含量一般为2~3g·m-3，有的高达 20~30g·m-3.

3.硫化物的危害

(1)影响催化剂活性导致其中毒。解决方法:转化催化剂、变换催化剂、氨合成催化剂、甲醇合成催化剂(2)腐蚀设备和管道

4.硫化物的脱除方法

在脱硫过程中由于原料、流程及对原料气要求不同而选用不同脱硫方法，脱硫方法分为干法脱硫和湿法脱硫。

干法脱硫:氧化铁法、活性炭法、钴一钼加氢和氧化锌法等。干法脱具有脱硫效率高、操作简便、设备

简单、维修方便等优点。但干法脱所用脱剂的硫容量(单位质量或体积的脱硫剂所能脱除硫的最大数量)有限，且再生较困难需定期更换脱硫剂，劳动强度较大。干法脱硫一般适用于含S量较低、净化度要来较高的情况。

湿法脱硫:化学吸收法、物理吸收法和物理化学吸收法。湿法脱硫具有吸收速率快，生产强度大，脱硫过程连续，溶液易再生，硫磺可回收等特点，适用于硫化氢含量较高，净化度要求不太高的场合。

4.1 干法脱硫

4.1.1干法脱硫技术的进展

目前国内使用的干法脱硫剂以氧化锌、钴钼加氢脱硫法、活性炭为主。产品一般经机械加工制成规则的柱状或球状，大小各不相同，仅少数加工成片状。氧化锌脱硫过程是物理化学过程,气体组份中的硫化物先经扩散吸附至脱硫剂外表面，再扩散至其内孔表面。同种活性组分中的同一物质形成不同结构和形态的晶形，不同品形的品粒对硫化物的吸附能力不同。被吸附的硫化物与脱硫剂中的活性物质发生化学反应，形成硫化锌的硫化物，被固定在脱硫剂中，从而使气体得到净化。因此这种脱硫过程为物理吸附和化学反应过程，此化学反应可在无氧条件下进行。活性炭脱硫则不同，当含硫气体经过活性炭床层时，气体中的化物先扩散后被吸附在活性炭表面，经表面催化作用，加速硫化物与工艺气中微量氧的反应，生成单体硫和其它化合物。

5.1湿法脱硫

5.1.1湿法脱硫概述

优点:(1)脱硫剂是便于输送的液体物料;

(2)脱硫剂可以再生并能回收富有价值的化工原料硫磺;

分类:化学吸收法、物理吸收法和物理化学吸收法。物理法是利用脱硫剂对原料气中硫化物的物理溶解作用将其吸收，如低温甲醇法。化学法是利用了碱性溶液吸收酸性气体的原理吸收硫化氢，如氨水液相催化法。物理化学法是指脱硫剂对硫化物的吸收既有物理溶解又有化学反应。如环丁砜烷基醇胺法。

直接氧化法脱硫过程:氧化态的催化剂将硫化氢氧化为单质硫，其自身是还原态。还原态的催化剂在再生时被空气中的氧氧化后恢复氧化能力，如此循环使用。此过程可表示为:

载氧体(氧化态)+化氢=载氧体(还原态)+S↓

载氧体(还原态)+1/202(空气)=载氧体(氧化态)+H20

关于合成氨原料气脱硫工艺，下列说法正确的有（ ）

A. 干法脱硫（如氧化锌法）适用于硫含量低且净化要求高的场合

B. 湿法脱硫（如ADA法）可回收硫磺，适合处理高硫原料气

C. 活性炭脱硫需依赖工艺气中的微量氧气将H₂S氧化为单质硫

D. 钴-钼加氢脱硫能将有机硫（如COS）转化为H₂S后再脱除

E. 所有脱硫方法均需在高温（＞300℃）条件下进行

答案：A、B、C、D

解析：A：干法脱硫剂硫容量有限，但净化度高，适合低硫精细脱除。B：湿法脱硫（如ADA、栲胶法）可连续再生并回收硫磺，经济性高。C：活性炭通过表面催化氧化H₂S为单质硫，需微量O₂参与。D：钴-钼催化剂先将有机硫加氢为H₂S，再用氧化锌等脱除。E：错误。湿法脱硫（如低温甲醇法）可在常温下操作。

1.下列哪种脱硫方法最适合处理含有机硫（如COS、CS₂）较高的原料气？

A. 氧化铁法      B. 活性炭法

C. 钴-钼加氢脱硫法     D. 低温甲醇法

答案：C（钴-钼加氢脱硫法）

解析：钴-钼催化剂能将有机硫加氢转化为H₂S后脱除，是处理有机硫的特效方法，其他选项对有机硫脱除效率较低。

2.湿法脱硫（如ADA法）相较于干法脱硫的主要优势是（ ）

A. 脱硫剂无需再生     B. 可连续操作并回收硫磺

C. 适用于超低硫（＜1 ppm）净化  D. 设备投资更低

答案：B（可连续操作并回收硫磺）

解析：湿法脱硫溶液易再生且可副产硫磺，适合工业化连续生产；干法脱硫剂需定期更换（A错），超低硫净化反而是干法优势（C错）。

3.活性炭脱硫过程中，若工艺气中缺氧会导致（ ）

A. 脱硫效率显著下降    B. 活性炭再生速度加快

C. 生成大量硫酸盐     D. 有机硫转化为H₂S