【正文】 目錄 設(shè)計規(guī)模 設(shè)計規(guī)模:20萬噸/年 產(chǎn)品及規(guī)格:原料: 硫磺 規(guī)格: 含水:% 灰分:%產(chǎn)品：98%的濃硫酸規(guī)格：產(chǎn)品質(zhì)量標準執(zhí)行中華人民共和國工業(yè)硫酸標準（GB / T 5342002）一等品規(guī)格，硫酸質(zhì)量符合下表要求。 硫酸質(zhì)量指標表指標名稱濃硫酸1硫酸（H2so4）≥2灰粉%≤3鐵（Fe）含量≤4砷(As)含量%≤5透明度mm≥506色度ml≤ 硫酸的性質(zhì)及基本用途硫酸純品為無色油狀液體。工業(yè)品因含雜質(zhì)而呈黃、棕等色。密度(液態(tài))。沸點(330177。)℃。％的硫酸水溶液為恒沸混合物，沸點339℃。一種活潑的二元無機強酸。能與許多金屬、金屬氧化物或其他酸的鹽類反應(yīng)生成硫酸鹽。濃硫酸具有強烈的脫水作用和氧化性。能使木材、紙張、棉麻織物等強烈脫水而炭化。與水混合反應(yīng)激烈，放出大量熱。用水稀釋時應(yīng)在不斷攪拌下將硫酸緩緩注入水中，切勿將水注入酸中造成濺酸傷人。低于76％的硫酸與金屬反應(yīng)放出氫氣。生產(chǎn)方法有接觸法和硝化法。主要用于生產(chǎn)磷酸，磷肥，各種硫酸鹽，二氧化鈦(硫酸法)，洗滌劑，染料，藥物，合成纖維等。也可用作搪瓷、金屬的酸洗劑，有機合成的磺化劑和脫水劑，以及用于金屬冶煉，石油精制和電子工業(yè)等。用工業(yè)硫酸在石英設(shè)備中蒸餾提純，或以去離子水吸收三氧化硫制成純品，再經(jīng)微孔過濾膜進行超凈過濾而得半導(dǎo)體及硫酸。超凈高純試劑。是半導(dǎo)體工業(yè)用量最大的化學(xué)品。一般和過氧化氫一起用于除去晶體上已完成屏蔽作用的光刻膠，或作腐蝕劑。還可用作電子產(chǎn)品的清洗劑和腐蝕劑。用純凈水吸收潔凈三氧化硫氣體制得蓄電池硫酸。也可用蒸餾法、吹出法對工業(yè)硫酸提純制得。用作鉛酸蓄電池中的電解液和電鍍等。 我國硫酸工業(yè)的發(fā)展狀況【1】我國硫磺制酸工業(yè)隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展得到了快速發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計,1994 年全國硫酸總產(chǎn)量15 300kt ,硫磺制酸只占總產(chǎn)量的1. 0 % 。而2002 年全國硫酸總產(chǎn)量30 510. 93 kt ,硫磺制酸產(chǎn)量已占總產(chǎn)量的36. 4 %。預(yù)計至2005 年、2010 年硫磺制酸產(chǎn)量將占當年總產(chǎn)量的41. 4 %、%。不但產(chǎn)量增加,硫酸生產(chǎn)技術(shù)的進步也很顯著。在生產(chǎn)發(fā)展中技術(shù)不斷進取是我國硫酸工業(yè)的特點。特別是20 世紀80年代以來,加強與國外技術(shù)交流和國際合作,引進部分工藝技術(shù)和先進設(shè)備,通過消化和吸收國外先進技術(shù),開發(fā)了許多新設(shè)備、新材料,使我國的硫酸生產(chǎn)技術(shù)水平有了很大的提高,逐步縮小了與世界先進水平的差距。采用國產(chǎn)化技術(shù)建設(shè)硫酸裝置一直是我國硫酸工業(yè)的主體。從生產(chǎn)硫酸的原料看,硫磺是世界硫酸生產(chǎn)的從生產(chǎn)硫酸的原料看,硫磺是世界硫酸生產(chǎn)的主要原料(占65 %以上) 。20 世紀90 年代以來隨著污染控制的日趨嚴格,石油和天然氣回收的硫磺不斷增加,已取代天然硫成為硫磺市場的主體(近年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)為87 %) ,世界硫磺的價格雖有波動,但尚能承受。我國由于硫磺資源缺乏,一直以硫鐵礦為主要原料。近十年來由于國際市場硫磺供應(yīng)充足,同時我國石油、天然氣回收硫數(shù)量也在不斷增加,硫磺制酸有了快速發(fā)展。與硫鐵礦制酸相比,硫磺制酸在建設(shè)投資、水電等消耗,以及原料運輸量都低得多。硫磺還是一種清潔原料,生產(chǎn)過程對環(huán)境污染較小,環(huán)境效益突出。適度發(fā)展硫磺制酸,使硫酸生產(chǎn)原料多元化,已成為我國硫酸工業(yè)發(fā)展的策略之一。由于硫酸需求量和生產(chǎn)量都比較大,而硫酸生產(chǎn)過程處于高溫和強腐蝕介質(zhì)中,排放的氣體中存在污染環(huán)境的有害成分,因而現(xiàn)代的硫酸生產(chǎn)技術(shù)被工程界、科技界廣泛關(guān)注,并發(fā)展到比較高的水平。我國硫磺資源較少，硫磺年產(chǎn)量多年來維持在30萬噸左右，根據(jù)有關(guān)部門預(yù)測，我國在今后的1015 年內(nèi)，為滿足國內(nèi)對油品的需求，進口原油量將達到1 億噸，而且大部分為中東高硫原油，在加工過程中必然會產(chǎn)生大量硫化氫氣體；同時內(nèi)地?zé)拸S對原油的深度加工，也會副產(chǎn)大量酸性氣體。因此，在可預(yù)見的將來，我國回收硫磺的總產(chǎn)量會有較大幅度的增長。未來的5至10 年間，我國的回收硫磺預(yù)計可達到100150 萬噸，扣除工業(yè)用硫磺3040 萬噸，還有100萬噸以上的硫磺可用于硫酸生產(chǎn)。預(yù)計2010年我國進口硫磺總量將達到800萬噸，屆時硫磺制酸產(chǎn)量將占我國硫酸總產(chǎn)量的30 %。我國對硫磺需求的快速增長將引起世界市場硫磺供求和價格的波動，若不及時加以適當?shù)目刂疲斘覈蚧沁M口量占到世界硫磺貿(mào)易量的20%時，世界市場硫磺價格將出現(xiàn)不斷上漲的趨勢，我國硫磺制酸將面臨極大的風(fēng)險，同時會導(dǎo)致硫鐵礦企業(yè)萎縮，使我國硫酸工業(yè)以及需要硫酸的工業(yè)受到極大的損失。所以應(yīng)引起高度重視和適度控制。進入本世紀,我國硫酸工業(yè)增長勢頭加快，%。自2003年以來，我國硫酸產(chǎn)能與產(chǎn)量已成為世界最大硫酸生產(chǎn)國和消費國2006年我國硫酸產(chǎn)量4430萬噸，與2000年硫酸產(chǎn)量2350萬噸相比，產(chǎn)量幾乎翻了一番,是全球硫酸總產(chǎn)量的25%，并成為全球硫酸市場最為活躍貿(mào)易量大的國家之一，也是硫酸進口量較大的國家之一。進入本世紀，我國硫酸工業(yè)以每年遞增一個百分點的速度持續(xù)增長。我國硫酸70%用于化肥生產(chǎn),其它為化工,農(nóng)藥,醫(yī)藥,冶金,紡織等工業(yè)。我國硫酸產(chǎn)量不足需，每年須進口硫酸與硫磺來滿足日益增長的市場需求40%左右。出口量相對較小，2007年15月份，%，僅是去年同期的1/2。2007年上半年，我國硫酸產(chǎn)量將達到2550萬噸，全年產(chǎn)量將達到5100萬噸， %。我國硫酸工業(yè)目前正處于快速發(fā)展時期。 硫酸在國民經(jīng)濟中的重要性 硫酸是化學(xué)工業(yè)的重要產(chǎn)品，又是許多工業(yè)生產(chǎn)的重要原料。硫酸常常被列為國家主要化工產(chǎn)品之一，人們往往用硫酸的年產(chǎn)量來衡量一個國家的化工生產(chǎn)能力。硫酸在國民經(jīng)濟的各個方面都具有廣泛用途，在有關(guān)化學(xué)工業(yè)方面尤其重要。硫酸所以被譽為化學(xué)工業(yè)的發(fā)動機。硫酸是一種非常重要的化工原料，幾乎所有的工業(yè)都直接或間接地用到它。硫酸最大消費者是化肥工業(yè)，用以制造磷酸、過磷酸鈣和硫酸銨。在石油工業(yè)中,硫酸用于產(chǎn)品的精煉。鋼鐵工業(yè)需用硫酸進行酸洗。在有色冶金工業(yè)中，需用硫酸配制電解液。硫酸是硝化工序不可缺少的脫水劑。硫酸還是現(xiàn)代氟工業(yè)的基礎(chǔ)。其他如制革、造紙、電鍍、印染、醫(yī)藥、農(nóng)藥、煉焦、蓄電池、合成洗滌劑等生產(chǎn)也都需用硫酸。硫酸也是十分重要的化工基礎(chǔ)原料，被人稱為化工之母，衡量一個國家或者一個地區(qū)的經(jīng)濟是否發(fā)達，首先就看這個地區(qū)的硫酸產(chǎn)量。我國的硫酸工業(yè)開始于19世紀，19世紀70年代以前，我們過的硫酸基本依靠進口，用黃金交換?，F(xiàn)在我國的硫酸工業(yè)飛速發(fā)展，從1949年的年產(chǎn)4萬噸，到2000年的2356萬噸每年，以每年20%的高速增加。 自從加入 WTO后，中國徹底的打破了資源的局限性，在全球范圍內(nèi)對資源進行優(yōu)化配置，硫酸的工業(yè)原料也根據(jù)國際市場進行重組，一統(tǒng)天下的硫鐵礦制酸，幾年之內(nèi)就被逼退到只剩半壁江山。2006年全國也將關(guān)閉四萬噸以下的硫鐵礦制酸，硫磺制酸法受到制酸界的廣泛關(guān)注。我國的硫磺資源較少，年產(chǎn)量常年維持在30萬噸，根據(jù)有關(guān)部門預(yù)測我們過未來的1015年內(nèi)，為滿足對油品的需求，原油進口量將達到一億噸。其中大部分為中東高硫原油，其加工中必然產(chǎn)生大量的硫化氫氣體；同時內(nèi)地?zé)捰蛷S對原油的深度加工，也會產(chǎn)生大量酸性氣體。因此，我國硫磺的回收總產(chǎn)量在未來的510年間預(yù)計可達到100150萬噸，除去工業(yè)上用硫磺3040萬噸，還有100萬噸以上的硫磺可共用于硫酸的生產(chǎn)。 。%，增加18%；%；%%雖然國內(nèi)產(chǎn)量增加很快，但還是無法完全滿足需求。2003年進口硫磺499萬噸，比上年增加22%；，與上年基本持平。，%，擺脫了長期以來位居次席的地位，超越了美國的30503100萬噸。由于硫磺進口價位一直居高不下。部分硫磺制酸裝置改回硫鐵礦制酸，%，%；，%；，%；。 2004年硫酸產(chǎn)量以及市場顯現(xiàn)多年的未見的好形勢，其中有兩個原因：一是從2003年底開始，中央緊抓三農(nóng)問題，出臺一系列對化肥企業(yè)的好政策，促進了磷復(fù)合肥特別是高濃度磷復(fù)合肥的生產(chǎn)，復(fù)合肥每月以同比20%以上的速度增加；二是國民經(jīng)濟的快速增長，增加了對硫酸的需求，因此，2004年硫酸每月的產(chǎn)量同比增長都在18%以上，全國硫酸市場上一度出現(xiàn)供不應(yīng)求的形勢，價格一路上揚。，%其中產(chǎn)量最大的是云南。，%。預(yù)計2005年硫酸產(chǎn)量可超過4400萬噸，%；其中硫磺制酸2000萬噸，%；冶煉煙氣制酸900萬噸，%；%；其他制酸55萬噸，與去年基本持平。進口硫酸175萬噸，由于韓國硫酸減少，總進口量比2004年進一步下降。2006年 利用廢熱能源，硫資源帶來的廢熱能源是硫酸行業(yè)得天獨厚的優(yōu)勢，石油、天然氣、煤等主要能源原料的供不應(yīng)求更加反映出硫酸行業(yè)廢熱能源的彌足珍貴。對國內(nèi)硫酸企業(yè)來說和國際市場完全平等的接軌將意味著硫酸價格的進一步下降。目前，西北歐的硫酸企業(yè)出售硫酸廢熱能源獲得的利潤，已經(jīng)遠遠超過了銷售硫酸獲得的利潤。因此充分利用硫酸系統(tǒng)高中低溫位廢熱能源是十分必要的。%，數(shù)量太少，應(yīng)該積極利用熱管技術(shù)等新技術(shù)回收硫酸中的廢熱，提高我國硫酸廢熱的回收水平。對于中國的硫酸工業(yè)來說, 21 世紀是一個全新的發(fā)展階段, 加入WTO 所產(chǎn)生的影響是巨大而深遠的。 資源的全球化配置、國外資金與技術(shù)的全面介入, 必將打破中國硫酸工業(yè)的原有格局, 我們的技術(shù)水平、生產(chǎn)管理水平也將因此而躍上一個新的臺階。對于企業(yè)來說,機遇與挑戰(zhàn)并存, 只要迅速樹立“國際準則”觀念, 及時調(diào)整發(fā)展方略、不斷提高競爭實力,就能夠成功地立足于國內(nèi)乃至國際硫酸市場。面對未來, 我們充滿信心：經(jīng)過入世風(fēng)雨的滌蕩之后，中國必將躋身于世界硫酸強國之林。 環(huán)保達標成為企業(yè)生存的首要條件。21世紀是綠色的世紀，實施的是可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，企業(yè)的命運與環(huán)境的關(guān)系比以往任何時候都更為緊密。依照我國目前《大氣污染物綜合排放標準》，新建裝置的二氧化硫的最高允許排放濃度為960mg/m3。大型裝置，特別是硫磺裝置，只要設(shè)計合理、管理嚴格完全可以達到這一標準。因此硫磺制硫酸擁有很好的的工業(yè)使用前景。 硫磺中雜質(zhì)對制酸工藝的影響【2】硫磺中的雜質(zhì)主要有灰分、水分、酸度和硫化氫等,它們對制酸工藝的影響分述如下:1. 灰分硫磺,特別是回收硫,在產(chǎn)出時灰分含量是比較少的。但它們以固態(tài)經(jīng)過堆存、裝卸和運輸,以及用戶的庫存,將受到各種固體雜質(zhì)的污染,使其灰分含量增加。硫磺中灰分能污染加熱表面而降低它的傳熱系數(shù),部分灰分在熔硫槽、澄清槽中沉降,過多的灰分將縮短熔硫槽和澄清槽的清理周期。原料硫磺(固態(tài))%。2. 水分硫磺中的水分在熔硫和液硫澄清過程中基本上全部被蒸發(fā)掉。硫磺中水分多或少,僅影響熔硫時的蒸汽消耗量。與完全沒有水分時比較,每含1%水分,熔硫蒸汽的理論消耗量(指完全沒有熱損失時)%。%～%%以上,熔硫時則劇烈起跑,影響正常操作。水分含量增高,則酸度增加,貽患無窮。3. 酸度硫磺中酸度(以H2SO4計)呈游離態(tài)。這些酸是在潮濕的環(huán)境和在細菌的作用下,硫被空氣緩慢氧化而形成的。在熔硫時,它積聚在液硫表面而被分離出來,不會影響焚硫和轉(zhuǎn)化工序操作。但酸度過高則嚴重腐蝕熔硫設(shè)備。4. 硫化氫烴類與液態(tài)硫會通過下列緩慢的反應(yīng)而產(chǎn)生少量的硫化氫:8C5H12 +13S →5C8H14 +13H2S美國Texasgulf公司曾對硫磺貯槽中發(fā)生H2S爆炸事故進行過研究,對硫磺貯槽上部空間的氣體進行分析,氣體中除經(jīng)常含有濃度不等的H2S外,%(mol計)的C8H14. H2S。有的可以達到或超過燃爆濃度(常溫下為%,但液硫貯槽溫度132℃下為%)。但回收硫中,烴類含量少,不會達到爆炸限,而C8H14濃度始終恒定,可以認為它已經(jīng)與硫磺中烴類達到平衡。在138℃以下,烴類與硫的反應(yīng)速度很慢,生成的H2S能溶解于液態(tài)硫中。H2S在液硫中的溶解度隨溫度上升而增加,這種反?，F(xiàn)象是由于反應(yīng)生成多硫化氫(H2S4)之故。溫度降低也有分解出H2S的傾向。 硫磺制酸與硫鐵礦制酸的優(yōu)缺點比較【3】目前我國硫酸工業(yè)是硫鐵礦制酸和硫磺制酸為主。隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展和市場經(jīng)濟的變化，硫磺制酸體現(xiàn)了越來越多的優(yōu)點：，國內(nèi)硫鐵礦到廠價格為200 220元/噸（折35%S）。硫磺制酸消耗的水、電和原料費用低于硫鐵礦制酸。生產(chǎn)成本的降低有利于企業(yè)提高經(jīng)濟效益；、凈化工段，只有熔硫、焚化、轉(zhuǎn)化、干吸、成品工段，原料的加工也比硫鐵礦制酸裝置簡單，因此工藝流程短，物料處理量少，設(shè)備少，建設(shè)工期短。其基建投資約為硫鐵礦裝置的50%。也降低了裝置的管理費用。，硫磺雜質(zhì)少，產(chǎn)品質(zhì)量好，單位產(chǎn)品能耗低，熱能利用效率高。，有利于環(huán)境的保護。由于上述原因，采用硫磺為原料制取硫酸有更大的優(yōu)越性。 第二章 工藝部分 重點設(shè)計工序的生產(chǎn)基本原理【4】二氧化硫氧化為三氧化硫的反應(yīng)為： 此反應(yīng)是體積縮小、放熱、可逆反應(yīng)。這個反應(yīng)在工業(yè)上只有在催化劑存在的條件下才能實現(xiàn)。 其平衡常數(shù)為：式中， P、P、P分別為SOSOO2的平衡分壓。在400～700℃范圍內(nèi)，其平衡常數(shù)與溫度的關(guān)系為：由此可見，平衡常數(shù)在一定范圍內(nèi)隨溫度的升高而減小。平衡轉(zhuǎn)化率在某一溫度下反映了該化學(xué)反應(yīng)可以進行的程度。其表達式為：若系統(tǒng)壓力為P（MP），初始氣體摩爾組成為：SO2 a%,O2 b%以100 mol 的初始氣體混合物為計算基準，則達平衡時：被氧化的SO2量： aXT mol消消耗的O2量： mol剩余O2量： mol平衡時混合氣體的量： aXT mol故氧的分壓可以表示為：故平衡轉(zhuǎn)化率為： 最佳溫度的選擇 SO2氧化成為SO3 的反應(yīng)是可逆放熱反應(yīng)，反應(yīng)溫度對反應(yīng)的影響很大。從平衡轉(zhuǎn)化率的角度，溫度低，平衡轉(zhuǎn)化率就高，操作溫度低有利；從反應(yīng)速率的角度，溫度高，反應(yīng)速率就快，操作溫度高有利，但是催化劑有活性范圍，太高太低都不行。反應(yīng)是由化學(xué)動力學(xué)控制，可由動力學(xué)模型用一般求極值的方法導(dǎo)出最佳溫度計算公式：其中， Tm –最佳溫度 Te –平衡溫度