年产32万吨硫酸工程项目工艺设计_本科毕业设计(编辑修改稿)

年产32万吨硫酸工程项目工艺设计_本科毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

及地下管道较多，在下沉性二级以上大孔性黄土上不宜建厂。 （ 14）地址情况要好，地耐力一般要求在 147kPa 以上。 （ 15）在具有喀斯特地貌的地区，土崩地段和地下有淤泥或流沙处不宜建厂，已采沙坑上面不宜建厂。 （ 16）有用矿藏的上部不宜建厂。 所选厂址位置的优势 福泉市位于贵州省中部，黔南布依族苗族自治州北部，介于东经107176。 14′24″107176。 45′35″和北纬 26176。 32′28″ 27176。 02′23″之间。 东临凯里市和黄平县，南与麻江县接壤，西界贵定，龙里，开阳三县。 北和瓮安县相连。 南北最长 千米，东西最宽 千米。 总面积 平方千米。 马场坪镇是福泉市的一个重要工业基地，面积 130 平方公里。 交通非常便利， 西离贵阳 120km，南至都匀 45km，湘黔铁路、贵新高等级公路穿过该镇并且 马场 坪火车站准备扩建为二级火车站，湘黔、黔桂、马遵公路穿过该镇，是贵州南下北上、东进西出重要的交通枢纽和物资集散地；矿产资源丰富，现已探明具有开采价值的矿产多达 20 余种。 主要包括磷矿、重晶石、铁、硅石、煤等；全国最大的磷化工业基地 —— 瓮福集团座落于该镇。 当前，以磷化工为龙头，煤炭、冶金、建材等多行业体系已经形成，工业化水平较高。 福泉市境内地势西部和北部较高，东部次之，中部和南部较低，最高海拔 米，最低海拔 614 米，平均海拔 1020 米。 地貌类型以山地为主，丘陵次之，坝地较少。 土壤类型以石灰土最多，黄壤 次之，水稻土和紫色土较少。 在气候分布区上，属亚热带季风气候华中湿润区，热量丰富，雨量充沛，无霜期长，年均温度 14摄氏度，年积温4574～ 5609 摄氏度，无霜期 245～ 278 天。 年均降水量 1033～ 1220 毫米。 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 10页 综合上述，依据以上建厂的选择要求，本设计拟建厂址位于贵州省福泉市马场坪镇，马场坪位于福泉南部，贵新高等级公路、株六复线铁路、湘贵铁路交汇于此，所以交通十分便利，有利于原料及产品的输送，而且靠近剑江，水资源丰富，从而保障了充足的水源供应。 附近有瓮福磷矿等大型国有化工企业，这样不仅有利于利用其生 产的设备和公用工程，而且它们还是最重要的硫酸用户之一。 再者硫酸是一种腐蚀性液体，不能像普通固体化学产品那样可以多储存，需随产随销。 硫酸的运输费用较高，这就决定硫酸厂址不能离消费中心太远。 最后，硫酸厂不宜建在人口稠密和对环境保护要求较高的地区并且厂址位于山地和丘陵区，不占农田，符合国家土地政策。 所以厂址决定选择在贵州省福泉市南部的马场坪，马场坪地理位置如下图所示： 图 福泉市地理位置图 硫酸生产路线的选择和论证 硫酸工业的原料及生产工艺 硫酸生产原料有硫铁矿、硫磺 、冶炼烟气、磷石膏、石膏、硫化氢、含硫废液等。 硫铁矿是我国主要的硫资源，所以长期以来我国硫酸生产基本上都是以硫铁矿为主要原 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 11 页 料。 遗憾的是硫铁矿不是硫酸生产的最理想原料，它具有生产工艺复杂、管理要求高、操作环境差以及要处理大量的固体和液体等缺陷。 近年来，随着大量硫磺的进口及有色冶炼行业的迅速发展，使得我国硫酸生产的原料结构得到不断的优化和调整 —— 硫铁矿制酸份额逐年下降，硫磺制酸产量迅速增加，冶炼烟气制酸产量稳定增长，形成了以硫磺、硫铁矿、冶炼烟气制酸三分天下的原料格局。 根据使用催化剂的不同，硫酸的工业 制法可分为接触法和硝化法。 硝化法（包括铅室法和塔式法）是借助于氮的 氧化物 使二氧化硫氧化制成硫酸。 其中铅室法 在 1746年 开始采用，反应是在气相中进行的。 由于这个方法所需设备庞大，用铅很多，检修麻烦，腐蚀设备，反应缓慢，成品且为 稀硫酸 ，所以，这个方法后来逐渐地被淘汰。 在铅室法的基础上发展起来的塔式法，开始于本世纪初期。 1907年在 奥地利 建成了世界上第一个塔式法制硫酸的工厂，其制造过程同样是使氮的氧化物起氧的传递作用，从而氧化二氧化硫，再用水吸收三氧化硫而制成硫酸，不同的是该过程在 液相中进行，生产成本及产品质量都大大优于铅室法。 塔式法制出的硫酸浓度可 达 76％ 左右，目前，我国仍有少数工厂用塔式法生产硫酸。 接触法是目前广泛采用的方法，它创始 于 1831年，在本世纪初才广泛用于工业生产。 到 20年代后，由于钒触媒的制造技术和催化效能不断提高，已逐步取代价格昂贵和易中毒的铂触媒。 目前， 世界上 绝大 多数的硫酸厂都 采用接触法生产 ，因为该法可以生产浓度为 98%以上的硫酸。 接触法中二氧化硫在固体触媒 （五氧化二钒） 表面跟氧反应，结合成三氧化硫，然后用 ％的硫酸吸收为成品酸。 这种方法优于塔式法的是成品酸浓度高，质量纯（不含氮化物）。 以下是采用不同原料为基础进行接触法生产硫酸： （ 1）硫铁矿制酸 硫铁矿按其来源不同分为普通硫铁矿、浮选硫铁矿和尾砂、含煤硫铁矿三种。 沸腾焙烧炉所用的硫铁矿指标为： S20%。 As%。 C1%。 Pb%。 F%。 H2O8%[7]。 硫铁矿制酸 的生产工艺过程包括以下六个工段：原料预处理、焙烧、净化、 干吸、转化、成品。 分述如下： 在仓库贮存的硫 铁 矿，由装载机送入加料斗，经圆盘给料机、胶带输送机送入笼式破碎机，将成球的尾沙打散，再由胶带输送机送入振动筛筛分，筛上粗颗粒矿经胶带输 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 12页 送机返回仓库，筛下粒度合格的成品矿 由给料系统送至沸腾焙烧炉，在焙烧炉内，硫铁矿中的二硫化铁与空气中的氧反应，生成 SO2 炉气，除含 SO2 外，炉气中还含有大量SO Fe3O Fe2O氮化物，空气则由焙烧风机送入焙烧炉内。 焙烧工段产生的 900℃高温炉气先经过废热锅炉回收 热量将炉气温度降至 350℃，同时炉气中的部分矿尘沉降。 ，回收的热量经汽包由循环泵送回焙烧炉和热电厂循环使用。 从废热锅炉出来的炉气经电除尘器除去炉气中的微粒和液滴，再送去洗涤塔（湿法净化），炉气从塔底进入，与从塔顶喷淋下来的稀硫酸（ 18%20%酸）逆流接触，洗去炉气中的矿尘和有害杂质，并降低炉气温度至 65℃，酸洗塔为空塔。 炉气再经冷却塔冷却至 40℃，送去电除雾器（一、二级）除去酸雾。 经洗涤降温和除雾后的炉气，虽然已除去砷、硒、氟和酸雾，却被水蒸气所饱和。 这些水蒸气如果进入二氧化硫转化器，会与三氧化硫 再次形成酸雾，且会造成对五氧化二钒催化剂的破坏。 因此炉气在进入转化工序前必须进行严格的干燥，使炉气中水蒸气含量＜ (炉气 )。 干燥塔采用 53℃、 98%的浓硫酸自塔顶喷淋下来，与从塔底进来的炉气逆流接触。 其干燥原理是由于浓硫酸具有强烈的吸水性，且在同一温度下，硫酸的浓度越高，其液面上水蒸气的平衡分压越小。 当炉气中的水蒸气分压大于硫酸液面上的水蒸气分压时，炉气即被干燥。 但是由于硫酸浓度超过 %时，硫酸液面上有三氧化硫存在，可与炉气中的水蒸气生成酸雾，故硫酸浓度不得超过 %。 干燥过后的炉气由二氧化硫主风机送去换热器简介换热是炉气升温至 430℃左右，再送去转化器一、二段，在五氧化二钒的催化下转化成 SO3。 该反应为放热反应，故从转化器一、二段出来的气体温度过高，需换热降温，并进行第一次吸收，吸收介质为浓硫酸，为放热反应。 由于从一吸塔出来的气体除含有 SO酸雾及惰性气体外，还含有大量 SO2,故需要将其换热升温后送去转化器三、四段，使 SO2 转化为 SO3，最终转化率可达 %。 转化气经换热降温后进行二次吸收，吸收液送往成品酸塔，浓度为 98%，再去硫酸储罐。 吸收尾气去烟囱直接排放。 （ 2）硫磺制酸 在所有的硫酸工艺中，除了以硫磺为原料不需要净化炉气外，以硫铁矿与有色金属冶炼烟气为原料时均需要将炉气净化。 所以与上述硫铁矿制酸相比，硫磺制酸具有流程简单，生产过程无废渣、污水排出等优势，故对建厂地区适应性广。 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 13页 原料硫磺在熔硫系统中，经 、 150℃ 160℃的低压蒸汽熔融后，送去液硫储罐，再经液硫地下槽由液硫泵送去焚硫炉。 在焚硫炉内，硫与由风机送入的干燥空气接触，与空气中的氧反应生成 SO SO3。 炉气经废热锅炉回收废热并降温后直接送去转化器的一、二、三段转化，转化器各段均设有冷 /热换热器，从转化器三段才来的气体，经过一个冷换热器冷却后再经省煤器回收低温余热（以加热脱盐水）后，送去一吸塔进行吸收，吸收原理同硫铁矿制酸吸收原理。 从一吸塔出来的气体中含有大量未完全转化的 SO2 及 SO3,经换热升温后送去转化器四段再次转化。 转化气经低温过热器冷却后在经过省煤器Ⅱ并送去二吸塔。 吸收液由循环酸泵送去成品酸槽，尾气去烟囱直接排放。 （ 3）冶炼烟气制酸 [8] 有色金属矿多以硫化物形态存在，在冶炼过程中有二氧化硫烟气产生。 因此，冶炼烟气亦是一种制酸原料。 从冶炼烟气数量的多少及能否直接用于制造硫酸等 多方面考虑，最理想的气源是炼铜和炼锌烟气。 由于冶炼设备和操作技术水平所限，过去冶炼烟气的气量和浓度波动大，而且二氧化硫浓度低，成分复杂。 近年来，国内外对冶炼技术和设备进行较大改进，所以使烟气中的二氧化硫浓度得到提高，能很好地适应烟气制酸的要求。 一般地，冶炼烟气中的杂质可分为粉尘、烟雾和挥发性金属三种。 如果这些杂质去除不彻底，不仅直接影响成品酸的质量，还会堵塞设备使其不能正常工作。 因此，利用冶炼烟气制酸同硫铁矿炉气制酸具有相似的工序，即净化、干燥、转化、吸收，而且所用工艺和设备亦基本相同。 由于这个原因，国外 将冶炼烟气制酸和硫铁矿制酸统称为冶炼型制酸。 但是，由于冶炼烟气含有的有害杂质种类及含量与硫铁矿烟气不完全相同，特别是挥发性金属及含尘量差别较大，因此，净化工序的工艺及设备稍有不同。 不同点主要是清除挥发性金属。 所采用的方法主要为稀酸洗涤，例如多塔洗涤工艺和动力波洗涤工艺。 （ 4）石膏制酸 [9] 中国的石膏蕴藏量很丰富，且分布广泛，加之磷肥行业的大量磷石膏，因此中国硫酸生产以石膏为原料并联产水泥，是综合利用资源的可行方法之一。 天然石膏可分为：无水石膏和二水石膏。 天然石膏在高温条件下或在高温下用碳作为还原剂可 制的三氧化硫，石膏的制酸工艺流程与以硫铁矿为原料制酸的流程基本一 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 14页 样，不过石膏分解产生的三氧化硫比焙烧硫铁矿少得多，且炉气中没有有害杂质，因此湿法净化工序只需设两个洗涤塔和一个电除雾器就行了。 石膏制造硫酸，由于炉气中的二氧化硫浓度较低，所以在相同产量下，净化、转化、干吸工序的设备要比普通采用标准浓度炉气的要大，其中转化系统的热交换面积也要大些。 但在流程设计和设备的结构上，一般与硫铁矿为原料制酸相同。 硫磺制酸与硫铁矿制酸的优缺点比较 [10,11] 通过上述四种制酸特点的论述，可以得知其 实石膏制酸、冶炼烟气制酸和硫铁矿制酸这三种方法制酸的工艺流程和设备基本相同，所以把它们归为一类，因此，主要是比较它们与硫磺制酸的区别。 目前，我国硫酸工业是以硫铁矿制酸和硫磺制酸为主，随着生产技术的发展和市场经济的变化，硫磺制酸体现了越来越多的优点： ，其原料处理简单，炉气无需净化，便于自控，其炉气经适当降温后，便可以进入转化工序，然后经吸收成酸。 该过程无废渣、污水排放，流程简单，故对建厂地区适应性广并且有利于保护环境。 ，一般为 %，而硫铁矿焙 烧过程中产生的二氧化硫浓度只有 %。 ，因为焚烧和冷却后气体非常干净和干燥，可以直接进入转化器。 ，硫磺所含杂质也少，所得产品质量好，单位产品能耗低，热能利用率高。 、净化工序，只有熔硫、焚化、转化、干吸及成品工序，原料加工也比硫铁矿制酸装置简单，因此工艺流程短，物料处理少，设备少，建设工期短。 其基建投资约为硫铁矿装置的 50%，也降低了装置的管理费用。 、电和原料费用低于硫铁矿制酸。 生产成本的降低有利于 提高企业的经济效益。 由于上述原因，因此采用硫磺为原料制酸有更大的优越性，所以本次设计采用以硫磺为原料制取硫酸，其操作流程图如图 所示。