【正文】 我國是一個硫鐵礦資源豐富的國家，探明儲量在 22 億噸以上（折標(biāo)礦計(jì)），產(chǎn)地達(dá)470 多處，占全 國含硫資源的 55%，但礦石平均品位僅在 18%左右。品位大于 35%的硫鐵礦僅有 億噸 ，且主要集中在廣東、安徽兩省。我國另一部分硫鐵礦屬伴生硫鐵礦 —— 與有色金屬共存 —— 選礦后即為硫精砂，其儲量在 2億噸左右，主要集中在四川、山西、內(nèi)蒙、云南、安徽、江西及貴州等省的大量礦山。 本項(xiàng)目選用 賀州市宏鑫化工有限公司 所屬的硫鐵礦，含硫量達(dá) 32%、鐵 51%，品質(zhì)好，發(fā)展規(guī)劃年總產(chǎn)量達(dá) 15萬噸以上，儲量豐富，供應(yīng)可靠。經(jīng)過焙燒后，礦渣可成為優(yōu)質(zhì)鐵精砂原料，在 賀州 及周邊地區(qū)也有良好的市場需求。 國內(nèi)外工藝技術(shù)概 況 目前世界硫酸生產(chǎn)技術(shù)基本上都是采用接觸法工藝即是以含硫原料制取二氧化硫氣體，二氧化硫氣體在催化劑的催化作用下氧化成為三氧化硫，再將三氧化硫吸收而生成硫酸。當(dāng)今硫酸生產(chǎn)技術(shù)的主要特點(diǎn)如下： 生產(chǎn)裝置向大型化發(fā)展 由于單體設(shè)備生產(chǎn)效率的不斷提高，為裝置的大型化創(chuàng)造了條件，其結(jié)果是提高了勞動生產(chǎn)率、降低了單位產(chǎn)品的投資和生產(chǎn)成本。國外所建的硫酸裝置，六十年代最大單系列硫酸裝置生產(chǎn)能力為日產(chǎn) 600 噸，七十年代則增至日產(chǎn) 2020 噸，八十年代達(dá)到日產(chǎn) 3000噸。目前，以硫磺為原料的單 系列硫酸裝置，最大生產(chǎn)能力為日產(chǎn) 4400 噸硫酸。以銅冶煉煙氣為原料，目前世界最大的單系列生產(chǎn)能力為日產(chǎn) 3600 噸硫酸。顯然，大型化有利于節(jié)省投資和經(jīng)營費(fèi)用，而且隨著磷復(fù)肥裝置的大型化，也要求與之配套的硫酸裝置的大型化。 在國內(nèi)因受資金來源、原料供應(yīng)、產(chǎn)品及原料運(yùn)輸、設(shè)備制造、生產(chǎn)管理等因素的影響，生產(chǎn)規(guī)模以中小型為主。近十多年來，隨著大型磷復(fù)肥工程建設(shè)的需要，大型硫鐵礦資源的開采，硫酸新技術(shù)、新裝備的引進(jìn)及消化吸收，大型硫酸裝置的投產(chǎn)運(yùn)行和陸續(xù)興建，使我國硫酸工業(yè)技術(shù)和裝備都有了較大進(jìn)步。自 1988 年我國第一套大型硫酸 —— 年產(chǎn)20 萬噸硫酸裝置在南化集團(tuán)公司磷肥廠投入運(yùn)行以來，又有年產(chǎn) 56 萬噸（兩系列）和 28萬噸硫酸裝置在湖北大峪口荊襄磷工業(yè)基地和黃麥嶺化工廠建成投產(chǎn)；廣西鹿寨化肥總廠年產(chǎn) 40 萬噸、貴州甕福 80 萬噸（兩系列）硫酸裝置，再加上近幾年十多套國產(chǎn)化硫磺制酸裝置的設(shè)計(jì)和運(yùn)行，如蘇州精細(xì)化工集團(tuán)有限公司和山東魯西化工集團(tuán)公司的 30 萬噸 / 10 年硫磺制酸裝置、山東紅日集團(tuán) 40 萬噸 /年硫磺制酸裝置等，我國硫酸裝置的大型化已取得長足的發(fā)展。 提高總轉(zhuǎn)化率，嚴(yán)格控制尾氣 SO2排放量。 為了降低原料消耗和減輕尾氣對環(huán)境的污染，國內(nèi)外已普遍采用兩次轉(zhuǎn)化、兩次吸收制酸工藝，使二氧化硫的轉(zhuǎn)化率達(dá)到 %以上，放空尾氣中二氧化硫含量控制在 330PPm以下。國外有的裝置甚至能使二氧化硫的總轉(zhuǎn)化率高達(dá) %，放空尾氣中二氧化硫含量在 100PPm 以下。提高總轉(zhuǎn)化率的方法，國外主要是使用了起燃溫度低、低溫活性高的催化劑。如含銫催化劑便是如此，它能使二氧化硫轉(zhuǎn)化的起燃溫度降低 30～ 40℃，使各段的分段轉(zhuǎn)化率均有較大提高，從而提高總轉(zhuǎn)化率。 我國六十年代以來開發(fā)的兩轉(zhuǎn)兩吸技術(shù)，采用國產(chǎn)催化劑， 能使總轉(zhuǎn)化率達(dá)到 %，排放尾氣中 SO2濃度小于 500PPm，基本滿足環(huán)保的要求。近年來開發(fā)的“ 3＋ 2”兩次轉(zhuǎn)化技術(shù)，可使總轉(zhuǎn)化率達(dá)到 %以上，排放尾氣中 SO2濃度小于 300PPm，達(dá)到我國目前新的環(huán)保要求。 技術(shù)和裝備水平不斷提高 硫酸工業(yè)作為基礎(chǔ)工業(yè)行業(yè)，加之它所處理介質(zhì)的高溫、強(qiáng)腐蝕性等特點(diǎn)，被科技界、工業(yè)界廣泛關(guān)注。在國際上，硫酸工業(yè)的技術(shù)和裝備水平已處在較高水準(zhǔn)上，新技術(shù)、新材料的運(yùn)用層出不窮。如低溫余熱回收工藝的不斷更新， SX 材料不帶陽極保護(hù)的管殼式濃酸冷卻器、 管式分酸器的采用等。 就總體而言，我國硫酸工業(yè)的技術(shù)和裝備與國際水平相比仍有一定的差距。但近十年來，國內(nèi)硫酸技術(shù)已有很大的提高，隨著引進(jìn)的幾套硫酸裝置，通過技術(shù)考察、購買基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、參加中間試驗(yàn)、設(shè)計(jì)返包、購買關(guān)鍵設(shè)備或關(guān)鍵部件等形式，以及“八五”國家重大技術(shù)裝備科技攻關(guān)項(xiàng)目─年產(chǎn) 20 萬噸硫酸裝置攻關(guān)課題的進(jìn)行，使我國的硫酸工業(yè)技術(shù)和裝備水平都有了長足的發(fā)展，大型硫酸的國產(chǎn)化水平不斷提高。國產(chǎn)的濃酸泵的性能已經(jīng)達(dá)到國際先進(jìn)水平，帶陽極保護(hù)的濃酸冷卻器已在國內(nèi)廣泛使用。 工藝技術(shù)方案的選擇 工藝技術(shù)選擇原則 （ 1） 充分體現(xiàn)和代表本行業(yè)的先進(jìn)性、可靠性； （ 2） 降低工程投資，減少環(huán)境污染。 工藝方案及選擇理由 該裝置工藝技術(shù)方案的選擇是在 包頭明天化學(xué)工程 有限公司多年從事硫酸工程設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，結(jié)合國內(nèi)近年來投產(chǎn)運(yùn)行硫酸裝置的實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，在穩(wěn)妥可靠的前提下進(jìn)行改 11 進(jìn)和提高，技術(shù)和裝備全部立足國產(chǎn)化。充分考慮到原料雜質(zhì)多、氟含量高的特點(diǎn)，認(rèn)真研究國內(nèi)硫酸裝置在設(shè)計(jì)與運(yùn)行中的成功經(jīng)驗(yàn)和失敗的教訓(xùn)，力爭使該裝置技術(shù)先進(jìn)穩(wěn)妥、性能可靠、操作方便，并控制建設(shè)投資。采用 的技術(shù)方案為：沸騰爐氧化焙燒、封閉酸洗凈化、“ 3＋ 2”兩轉(zhuǎn)兩吸、余熱回收發(fā)電等工藝。主要特點(diǎn)如下： （ 1） 采用沸騰爐氧化焙燒技術(shù)，提高硫的燒出率。 （ 2） 采用封閉酸洗凈化，以減少稀酸產(chǎn)出。 （ 3） 采用“ 3＋ 2” 五 段轉(zhuǎn)化，使 SO2總轉(zhuǎn)化率大于 %。 （ 4） 采用 93%酸干燥爐氣， 98%酸吸收 SO3。 工藝流程及消耗定額 工藝流程 12 萬噸 /年 硫鐵礦制酸項(xiàng)目工藝部分由以下五個工段組成：原料工段、焙燒工段、凈化工 段、轉(zhuǎn)化工段、干吸及成品工段。 裝置工藝流程方框圖如下： 尾氣排放 工藝流程詳見附圖 LHS15— 1。 原料工段 根據(jù)當(dāng)?shù)氐倪\(yùn)輸條件和裝置布置要求及氣候條件，硫精礦庫的面積按 30179。 60m2設(shè)置，倉庫采 用半封閉型倉庫，庫內(nèi)分成兩個區(qū)：原料塊礦區(qū)和成品礦區(qū)。 進(jìn)廠的硫鐵礦，可堆放在倉庫內(nèi)，用裝載機(jī)進(jìn)行搬運(yùn)。 庫內(nèi)的硫鐵礦由裝載機(jī)運(yùn)到破碎設(shè)備進(jìn)行破碎和篩分，篩下 3mm 的合格硫鐵礦由帶式輸送機(jī)焙燒加料斗。 焙燒工段 含硫 32%、含水 7%的硫鐵礦由焙燒爐的加料斗，通過皮帶給料機(jī)連續(xù)均勻地送至沸騰爐，采用氧表控制沸騰爐出口氧含量，根據(jù)其氧含量對沸騰爐的加礦量進(jìn)行自調(diào)。 沸騰爐出口爐氣 SO2濃度 ~%，溫度約 950℃。該爐氣經(jīng)余熱鍋爐后，溫度降至 ~400℃，余熱鍋爐產(chǎn)生的中壓過熱蒸 汽，供抽凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。從余熱鍋爐出來的爐硫鐵礦 礦渣（鐵精砂） 焙燒 稀酸 成品酸 凈化 轉(zhuǎn) 化 干吸 12 氣進(jìn)旋風(fēng)除塵器、電除塵器進(jìn)一步除塵，出電除塵器的爐氣溫度 ~350℃，含塵量 ，然后進(jìn)入凈化工段。 焙燒排渣系統(tǒng)：本設(shè)計(jì)中擬采用冷卻滾筒（浸沒式） +埋刮板輸送機(jī) +帶式輸送機(jī)的排渣方案。該方案的最大優(yōu)點(diǎn)：冷卻效果顯著，冷卻滾筒附的增濕器除可進(jìn)一步降溫外，還可抑制渣塵飛揚(yáng)，保持良好的操作環(huán)境。來自沸騰爐的高溫礦渣會同來自余熱鍋爐、旋風(fēng)除塵器、電除塵器的高溫礦塵分別通過卸灰閥進(jìn)入埋刮板輸送機(jī)，再進(jìn)入冷卻滾筒降溫，冷卻后的礦渣通過帶式輸送機(jī)送至渣倉，直 接通過汽車倒運(yùn)至鐵精砂堆場。 主要設(shè)備選擇：浸沒式冷卻滾筒。在排渣工藝的設(shè)備選型中，其設(shè)備能力主要不體現(xiàn)在礦渣的輸送能力，而是體現(xiàn)在移走礦渣熱量的能力，經(jīng)過熱平衡計(jì)算，排渣我們選用φ900mm 的浸沒式冷卻滾筒一臺，該設(shè)備的特點(diǎn)是分高溫段和低溫段，高溫段密閉冷卻，低溫段噴淋冷卻。設(shè)備參數(shù)：體內(nèi)徑：φ 900mm，筒體長度： 12020mm。 凈化工段 由電除塵器來的爐氣，溫度約 350℃，進(jìn)入第一文氏管，用濃度約 10%的稀硫酸除去一部分礦塵，然后進(jìn)入洗滌塔，進(jìn)一步除去礦塵、砷、氟等有害物質(zhì)。氣體溫 度降至 38℃以下，再經(jīng)電除霧器除去酸霧，出口氣體中酸霧含量 。經(jīng)凈化后的氣體進(jìn)入干吸工段，在干燥塔前設(shè)有安全封。 文氏管采用絕熱蒸發(fā)，循環(huán)酸系統(tǒng)不設(shè)冷卻器，熱量由后面的洗滌塔稀酸冷卻器帶走。文氏管淋灑酸經(jīng)斜管沉降器沉降，清液回文氏管的循環(huán)槽，進(jìn)入文氏管循環(huán)系統(tǒng)循環(huán)使用，一部分循環(huán)液通過文氏管循環(huán)泵打入脫氣塔，經(jīng)脫吸后的清液通過脫氣塔循環(huán)泵送入稀酸貯槽，作為稀酸副產(chǎn)品外賣或用石灰中和處理。斜管沉降器沉降下來的污泥，排入酸溝，可用石灰中和處理。 洗滌塔為塔、槽一體結(jié)構(gòu)，淋灑酸從洗滌塔塔底循環(huán) 槽流出，通過冷卻塔循環(huán)泵打入冷卻塔循環(huán)使用。增多的循環(huán)酸串入文氏管循環(huán)系統(tǒng)，整個凈化系統(tǒng)熱量由稀酸板式冷卻器帶走。 在生產(chǎn)中，考慮到因突然停電造成高溫爐氣影響凈化設(shè)備，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)中在文氏管上方設(shè)置了高位水箱，通過文氏管出口氣溫與文氏管高位水箱出水閥聯(lián)鎖來保護(hù)下游設(shè)備和管道。 干吸工段 自凈化工段來的含 SO2爐氣，補(bǔ)充一定量空氣，控制 SO2濃度為 ~%進(jìn)入干燥塔。氣體經(jīng)干燥后含水份 ，吸入二氧化硫鼓風(fēng)機(jī)。 13 干燥塔系填料塔，塔頂裝有金屬絲網(wǎng)除霧器。塔內(nèi)用 93%硫酸淋灑，吸 水稀釋后自塔底流入干燥塔循環(huán)槽，槽內(nèi)配入由吸收塔酸冷卻器出口串來的 98%硫酸，以維持循環(huán)酸的濃度。然后經(jīng)干燥塔循環(huán)泵打入干燥塔酸冷卻器冷卻后，進(jìn)入干燥塔循環(huán)使用。增多的 93%酸全部通過干燥塔循環(huán)泵串入一吸塔。 經(jīng)一次轉(zhuǎn)化后的氣體，溫度大約為 180℃，進(jìn)入一吸塔，吸收其中的 SO3，經(jīng)塔頂?shù)慕饘俳z網(wǎng)除霧器除霧后，返回轉(zhuǎn)化系統(tǒng)進(jìn)行二次轉(zhuǎn)化。 經(jīng)二次轉(zhuǎn)化的轉(zhuǎn)化氣，溫度大約為 156℃，進(jìn)入二吸塔，吸收其中的 SO3，經(jīng)塔頂?shù)慕饘俳z網(wǎng)除霧器除霧后，通過 60m 煙囪達(dá)標(biāo)排放。 第一吸收塔和第二吸收塔均為填料塔，第一吸收塔和第 二吸收塔淋灑酸濃度為 98%，吸收 SO3后的酸自塔底流入吸收塔循環(huán)槽混合，加水調(diào)節(jié)酸濃至 98%，然后經(jīng)吸收塔循環(huán)泵打入吸收塔酸冷卻器冷卻后，進(jìn)入吸收塔循環(huán)使用。增多的 98%硫酸，一部分串入干燥塔循環(huán)槽，一部分作為成品酸經(jīng)過成品酸冷卻器冷卻后直接輸入成品酸貯罐。 轉(zhuǎn)化工段 經(jīng)干燥塔金屬絲網(wǎng)除沫器除沫后， SO2濃度為 ~%的爐氣進(jìn)入二氧化硫鼓風(fēng)機(jī)升壓后，經(jīng)第 Ⅲ 換熱器和第 Ⅰ 換熱器換熱至 ~430℃，進(jìn)入轉(zhuǎn)化器。第一次轉(zhuǎn)化分別經(jīng)一、二、三段催化劑層反應(yīng)和 Ⅰ 、 Ⅱ 、 Ⅲ 換熱器換熱，轉(zhuǎn)化率達(dá)到 92%，反應(yīng) 換熱后的爐氣降溫至 180℃，進(jìn)入第一吸收塔吸收 SO3后，再分別經(jīng)過第 Ⅴ 、第 Ⅳ 和第 Ⅱ 換熱器換熱后，進(jìn)入轉(zhuǎn)化器四和五段進(jìn)行第二次轉(zhuǎn)化，總轉(zhuǎn)化率達(dá)到 %以上，二次轉(zhuǎn)化氣經(jīng)第 Ⅴ 換熱器換熱后，溫度降至 156℃進(jìn)入第二吸收塔吸收 SO3。 為了調(diào)節(jié)各段催化劑層的進(jìn)口溫度，設(shè)置了必要的副線和閥門。為了系統(tǒng)的升溫預(yù)熱方便，在轉(zhuǎn)化器一段和四段進(jìn)口設(shè)置了兩臺電爐。 物料平衡 單位：萬噸 /年 空氣： 其中： H2O: 硫精砂： 硫鐵礦渣、灰： 其中： S： 其中： S： H2O： 焙燒工段 14 工藝水： 5%稀酸： 3 其中： S: H2O: 補(bǔ)充空氣： 其中 :H2O: 工藝水： 98%酸 其中： S: