年产25万吨硫磺制酸焚酸工段工艺设计毕业论文

年产25万吨硫磺制酸焚酸工段工艺设计毕业论文内容摘要：

随硫酸浓度升高而降低，且在 %时总蒸气压最低。 当酸浓超过 %时，总蒸气压随浓度的升高（游离 SO3%增加）而增大。 如表 所示： 表 各种浓度硫酸的常数值 H2SO4% 20 40 60 80 90 100 常数值 硫酸粘度是表示流体硫酸内部阻碍其相对流动的一种特性。 粘度的大小不仅对输送管路的阻力和泵的动力消耗有很大影响，而且对传热、硫酸溶解度和金属溶解速度等也有较明显的影响。 硫酸的粘度随酸浓度增高而增大，随酸温增高而减少。 由于粘度比较大，故硫酸外观是无色透明似油状的液体。 在一定温度条件下加入填加剂（凝固作用）可制的固体硫酸（胶体状） [5]。 化学性质 （ 1） 、吸水性 ： H2SO4+H2O   H2SO4 H2O （ 2） 、脱水性： C12H22O11   42SOH 12C+11H2O （ 3） 、强氧化性： Cu+H2SO4（ 浓 ）   CuSO4+SO2↑+H2O C+H2SO4（ 浓 ）   CO2+SO2↑+H2O （ 4） 、还原性： Fe+H2SO4   FeSO4+H2↑ 宁夏理工学院毕业设计 5 （ 1） 工业用途 用于冶金 工业和金属加工在冶金工业部门，特别是有色金属的生产过程需要使用硫酸。 用于石油工业汽油、润滑油等石油产品的生产过程中，都需要浓硫酸精炼，以除去其中的含硫化合物和不饱和碳氢化合物。 （ 2） 解决人们衣食住行的作用 用于化学纤维的生产为人民所熟悉的粘胶丝，它需要使用硫酸、硫酸锌、硫酸钠的混合液作为粘胶抽丝的凝固浴。 用于化学纤维以外的高分子化合物生产塑料等高分子化合物，在国民经济中越来越占有重要的地位。 用于日用品的生产生产合成洗涤剂需要用发烟硫酸和浓硫酸。 （ 3） 农业用途 土壤改良，在 农业生产中，越来越多地采用硫酸改良高 pH 值的石灰质土壤。 将硫酸注入牛奶场湖泊，改变湖水 pH 值，可解决圈养牲畜过程产生的若干空气和水质问题，将硫酸施入农用土壤和水中，其主要作用是溶解钙、镁的碳酸盐和碳酸氢盐。 简单地降低土壤的 pH 值，提高它们对植物的效力。 在高 pH 值的石灰质土壤上施用酸，可使植物更加健壮，收成增加。 皮肤接触：大量硫酸与皮肤接触需要先用干布吸去，不能用力按、擦，否则会擦掉皮肤；少量硫酸接触无需用干布。 然后用大量冷水冲洗，再用 3%5%碳酸氢钠溶液冲洗。 眼睛接触：立即 提起眼睑，用大量流动清水或生理盐水彻底冲洗至少 15 分钟。 吸入：迅速脱离现场至空气新鲜处。 保持呼吸道通畅。 如呼吸困难，给输氧。 如呼吸停止，立即进行人工呼吸。 食入：用水漱口，给饮牛奶或蛋清。 （ 1）国外工艺技术概况 国外硫酸生产的原料主要是硫磺，其生产规模正向大型化发展，最大单系列能力为美国 MEC 公司在澳大利亚 Murrin 承建的 4400t/d，带低温余热回收（ HRS）系统的硫酸装置。 一般新建装置规模 ≥3000t/d，由于装置大型化，对节约投资，提高劳动生产率，降低生产成 本等方面效果显著。 随着环保法日趋严格，生产技术趋向采用 “ 3+1” 或 、“ 3+2” 两转两吸流程，总转化率在 ～ ％，尾气 SO2 含量低于 300PPM，酸雾含量低于 45mg/m3。 宁夏理工学院毕业设计 6 采用先进技术，强化设备能力，不断采用结构先进、效率高、节能耐用的机泵设备，从而使硫酸装置的生产稳定，开工率高，安全可靠，先进硫酸厂年开工率达到 99％以上。 注重硫酸生产中的热能回收和转换，最大限度回收高、中、低位热能。 （ 2）国内工艺技术状况 近几年我国硫磺制酸工业有较快的发展，生产技术水平不断提高，其液体硫磺精制大多采用沉降法 ，转化工艺为 “ 3+1” 和 “ 3+2” 两转两吸工艺，转化触媒多采用国产触媒，转化率在 ～ ％，干吸塔、换热器、转化器等都采用一些新设备、新材料。 热力系统一般只回收利用高、中位热能，副产中、低压蒸汽自用或副产中压蒸汽用于发电或驱动透平主风机。 与国外相比存在单系列能力小、设计余量偏大、热利用水平偏低等缺点 [6]。 国际上硫酸生产主要以硫磺为原料， 上个世纪九十年代 ， 由于国际硫磺市场持续低迷、国内冶炼技术的不断发展，我国硫酸生产的原料结构发生了深刻变化，硫磺制酸与冶炼气制酸得到了 飞速发展，改变了过去依赖硫铁矿的单一格局。 2020 年中央紧抓三农问题，出台一系列对化肥企业的利好政策，促进了磷复肥特别是高浓度磷复肥生产，磷复肥每月以同比 20%以上的速度增长；二是国民经济的快速增长，增加对硫酸的需求 [7]如表。 表 20202020 年 用不同原料制取 硫酸 的物料 产量 制酸品种 2020 年产量 （万吨） 占总产量比例 % 2020 年产量 （万吨） 占总产量比例 % 2020 年产量 （万吨） 占总产量比例 % 硫磺制酸 1974 43 2233 44 2655 47 冶炼烟气制酸 981 21 1163 23 1315 23 硫铁矿制酸 1621 35 1593 32 1678 29 其他原料制酸 58 1 55 1 52 1 工艺技术方案的选择 本项目选择工艺技术方案为：固体硫磺皮带输送，快速熔硫、液硫过滤器过滤精制液硫，机械雾化焚硫， “ 3+2” 两转两吸流程，其主要特点： （ 1）结合中国国情，采用引进技术消化吸收的国內领先的硫磺制酸 转化、干吸技术，进行工程设计。 具有技术先进，操作稳妥可靠，投资合理，综合经济效益好的特点。 （ 2）采用 “ 3+2” 两转两吸流程，采用国产大颗粒环型触媒，提高转化器气速，减少宁夏理工学院毕业设计 7 压降，延长触媒使用寿命，总转化率保证达到 ％以上，采用全不锈钢转化器，确保其安全运行。 （ 3）转化工段的换热器选 用列管换 热器，进气扩散管，使气体均匀分布，设备直径小，占地面积小。 （ 4）干吸塔采用大开孔球拱和新型填料，蝶形底，采用带阳极保护的不锈钢管槽式分酸器，加大淋洒密度，降低填料高度，提高干吸塔生产强度，一 二采用国产纤维除雾器，提高除雾效率，保护后续设备及环境。 （ 5）采用火管锅炉、蒸汽过热器、省煤器合理组成热力系统，回收高中位热能，产生 450℃ 、 蒸汽，用于推动透平风机，乏汽供熔硫、浓缩磷酸及生活取暖，热利用率高。 （ 6）采用高低温交叉配酸吸收技术和干吸塔低位配置，减少酸冷却器换热面积，降低设备投资。 （ 7）干吸塔上、下酸管采用阳极保护 304L 不锈钢管，安装维修方便，使用寿命长 ，减少酸的跑冒滴漏。 （ 8）采用新型不锈钢转化器，高温下（ ≤620℃ ）不会发生蠕变，使用 寿命长，维修量小。 触媒 层设置从上至下依次为 1， 便于 更换触媒，减少烟气管长度，消除热应力。 （ 9）为了保证转化率，保护转化触媒，配置有间接升温系统。 熔硫工序一般采用快速熔硫和液硫机械过滤工艺，其中关键设备一是快速熔硫槽，二是液硫过滤器。 固体硫磺经熔融，滤去固体杂质后，存于熔硫槽，维持熔硫温度在 130～ 145℃ 之间，熔硫贮槽的空间温度在 115℃ 以上。 由泵将熔硫打入硫磺雾化喷嘴，与经过干燥的空气混合而入炉燃烧。 燃烧的空气是由鼓风机送入硫酸干燥塔，使水 分含量降低到 ，再经过除沫后送至焚硫炉和转化器。 近年来为了节能，新设计的焚硫系统把鼓风机改设在干燥塔之后，使每吨酸能耗可降低 10%左右。 在焚硫炉产生的炉气，温度在 800～ 1000℃ ， SO2 浓度在 12%左右，经废热锅炉冷却到 430℃ 左右，进入炉气过滤器，滤去杂质后与空气混合，使温度和 SO2 浓度都达到合适范围后进入转化器。 为了防止杂质在过滤槽内沉降，在过滤槽内增设了搅拌器，这样几乎所有固体杂质都可在液硫过滤器内除去，从而大大减轻了过滤槽的清理难度并延长了清理 宁夏理工学院毕业设计 8 周期。 对于采用机械过滤工艺的 装，在熔硫槽后再设自然沉降槽的意义不大，一是因为沉降时间短，大部分的固体杂质还是要带人过滤槽内并在液硫过滤器中除去二是增加了土建、设备和厂房的投资三是流程加长，操作程序增多，运行费用增加。 出熔硫槽的液体硫成直接进 入 过滤槽，由过滤泵送 入 叶片式液硫过滤器过滤。 为了防止停泵时液硫过滤器出口管道内的液硫返流 入 液硫过滤器，破坏过滤器内的滤饼，同时也为了操作工人的安全，过滤后的液硫最好不要直接送 入 液硫储雄，而是先流 入 一低位中间槽，再由液硫泵送 入 液硫储旅储存。 如果熔硫槽为多台，也可将过滤槽分为两台就近布置，以增加整个熔硫 装置操作的灵活性。 为节约用地，过滤槽、助滤槽和中间槽可以采用方形平底结构，并设计成一个整体，将叶片式过滤器布置在平台上，下部留有足够空间，以方便出渣和液硫排放。 焚硫工段的目的是将硫氧化成 SO2， 将精制液硫通过精硫泵加压后。 经硫磺喷枪机械雾化而喷入焚硫炉焚烧，所需的干燥空气来自干燥塔。 液体硫磺雾化、燃烧采用带有机械雾化喷嘴的焚硫炉，具有结构简单、容积热强度高，不需另设加压风机等优点，节省动力消耗，简化了流程。 根据空气鼓风机的布置不同可分为 ： ① 塔前流程，即鼓风机布置在干燥塔上游，风机进口 为湿空气，它对鼓风机的耐腐蚀要求低； ② 塔后流程， 即鼓风机布置在干燥塔下游，风机进口为干燥空气（含微量酸雾），它对鼓风机的耐腐蚀要求高，气量比塔前流程大，相应的干燥塔直径稍大。 塔后流程的优点是鼓风机的压缩热带入焚硫炉，可多产生蒸汽，同时可以减少干燥塔循环水的用量。 这两种流程目前都有使用，南化公司硫磺制酸装置采用的是塔后流程。 转化 一 般采用进 口 催化剂 、 “ 3+1” 两 次转化 工 艺 、 “ Ⅲ — Ⅱ ” 换热流 程。 也 有个别装 里 采用 国 产催化剂 、 “ 3+2” 两 次转化 工艺。 总转化率均 要 求 达到 %以上 ， 一些 装置要 求转化率 达到 %以 上 ， 放 空尾 气中 SO2 含 量 低 于 700mg/m3。 由 于 要 求较高 的 转化率 ， 一般催化剂的装填盆较大。 收 工段 大多硫酸厂是使用硫酸来吸收转化后气体中的三氧化硫。 三氧化硫被吸收后与其中的水化合成硫酸，其反应式如下： nSO3+H2O  H2SO4+(n1)SO3 +89247kJ （式 ） 由此反应可知，随着 SO3 与水量比例的变化，可以生成各种浓度的硫酸。 若使 n＞ 1，宁夏理工学院毕业设计 9 生 成发烟硫酸； n=1，生成无水硫酸； n＜ 1。 则生成含水硫酸。 硫酸吸收 SO3 气体的过程大体按下述五个步骤进行： ； ； ，在液相主体中向反应区扩散； ；。 事实上气体中的三氧化硫不可能百分之百被吸收，只吸收气体中超过与硫酸相平衡的那一部分三氧化硫，超过的越多，吸收过程的推动力越大，吸收速度就越快。 一般把被吸收的三氧化硫数量和原来气体中三 氧化硫的总数量之百分比称为吸收率。 Η=(a b)/a100% （式 ） η — 吸收率， % a — 进吸收装置的三氧化硫数量， mol b — 出吸收装置的三氧化硫数量， mol 在实际生产过程中，一般用循环酸来吸收三氧化硫，吸收酸的浓度在循环过程中增加，需用稀酸或水稀释。 与此同时取出循环酸作为产品酸。 对浓硫酸而言，选择 %的浓硫酸作为吸收酸时，尽可能使气相中 SO3 的吸收率达到最完全的程度。 浓度 过高、过低均不适宜。 吸收酸的浓度低于 %H2SO4 时，酸液面上的 SO3 的平衡分压较低，当气体中 SO3分子向酸液表面蒸发并扩散到气相主体中与水分子相遇，形成硫酸蒸气，然后在空间冷凝产生细小的硫酸溶滴。 溶滴酸雾很难完全分离，通常随尾气带走或排入大气。 吸收酸的浓度越低，温度越高，酸液表面上蒸发出的水蒸气量越多。 酸雾形成量越大， SO3 将主要以酸雾形式而损失。 吸收酸的浓度高于 %时，液面上水蒸气平衡分压接近于零，而 SO3的平衡分压较高。 吸收酸浓度越大，温度越高， SO3 平衡分压越大，气相中的 SO3 不能完全吸 收，使吸收塔排出气体中的 SO3 含量增加，随后在大气中形成酸雾。 此外，吸收酸温度不能过高，若过高，酸溶液加剧蒸发，使液面上的总压明显增加，从而降低了吸收率。 转化后的气体温度也应低一点好，否则易形成酸雾。 转化器一般控制在 120℃ 左右，而酸温一般控制在 60～ 70℃。 大 多数硫 酸 厂 的 SO3 吸收反 应热由冷 却 水带走 而损失掉 ， 少数 硫 酸 厂 用 于 加热锅 炉 给水 、 工业用水 、 生活用 水。 以 热水 形式 回 收这部 分 热 量 在技术 上 是 成熟的 ， 只是由 于 热水 宁夏理工学院毕业设计 10 的用途非。