【正文】 二段 (進(jìn)三段 ):FSO2= ()=FSO3= =223Kmol/h FO2=(233/2)= Kmol/h FN2=出三段 :FSO2= ()= Kmol/h FSO3= = Kmol/h FO2=()= Kmol/h FN2= Kmol/h 進(jìn)四段 :考慮三段出口氣體經(jīng)冷換熱器后去第一吸收塔 ,因 SO3的吸收率為不低于%,因而可認(rèn)為在吸收塔中 SO3全部被吸收 ,而 SO2 ,O2 ,N2的量不變 FSO2= Kmol/h FO2= FN2= Kmol/h 出四段 (進(jìn)五段 ):FSO2= ()=FSO3= = Kmol/h FO2=()= Kmol/h FN2= Kmol/h 出五段 :FSO2= ()= Kmol/h FSO3= = Kmol/h FO2=()= Kmol/h FN2= Kmol/h 表 轉(zhuǎn)化器的物料衡算 進(jìn)一段 Kmol Kg m3 V% SO2 17840 6244 O2 N2 ? 100 出一段（進(jìn)二段） SO2 SO3 O2 N2 ? 100 出二段（進(jìn)三段） SO2 SO3 223 7136 O2 N2 ? 100 出三段 SO2 SO3 8474 O2 N2 ? 100 進(jìn)四段 SO2 O2 N2 ? 100 出四段（進(jìn)五段） SO2 SO2 O2 N2 ? 100 出五段 SO2 SO3 O2 N2 ? 100 能量衡算 氧 ,二氧化硫 ,三氧化硫 ,氮?dú)庠谌我馄骄鶞囟?T下的摩爾熱容的表達(dá)式為 O2 : CP=(+ 10－ 10 5/T2)SO2 : CP=(+10 － 10 5/T2) KJ/Kmol SO3 : CP=(+－ 105/T2) KJ/Kmol N2 : CP=+ 10－ 10－ 6T2 KJ/Kmol 1)一段進(jìn)口 由上述表達(dá)式計(jì)算 0～ 410℃時(shí)的 SO2 ,O2 ,N2 的平均摩爾熱容如下 : SO2 : KJ/Kmol O2 : N2 : KJ/Kmol 溫度為 410℃ ,進(jìn)一段氣體每升高 1℃所需熱量 : SO2 : =℃ O2 : = KJ/℃ N2 : = KJ/℃ 則爐氣每升高 1℃所需總熱量為 ? =++= KJ/℃ 則爐氣帶入的熱量為 Q1進(jìn) =410= KJ 一段出口溫度的確定 SO2 + 1/2O2 = SO3 + Q 在 0℃時(shí) Q=96162 ,又 Q 隨溫度變化而變化，在溫度 400～ 700℃之間 ,反應(yīng)熱量可用下式計(jì)算： Q= 式中 , T : 絕對(duì)溫度， K 放出的反應(yīng)熱使 轉(zhuǎn)化氣體溫度升高，反應(yīng)熱的大小與氣體中 SO2含量有關(guān)。 其相應(yīng)的溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)見圖 : 給定信號(hào) 偏差信號(hào) 控制信號(hào) 圖 進(jìn)口氣體溫度的自動(dòng)調(diào)節(jié) 3） 溫度顯示儀表 轉(zhuǎn)化器溫度測(cè)量點(diǎn)比較多，測(cè)溫儀表應(yīng)正確地選擇測(cè)量范圍并有比較高的精度。 綜合本設(shè)計(jì)的具體情況，現(xiàn)將有關(guān)儀表的設(shè)計(jì)點(diǎn)敘述如下。全部儀表集中到一個(gè)控制室 ,有利于各工段操作人員聯(lián)系，對(duì)工藝操作有利，亦比較美觀?？紤]到露點(diǎn)腐蝕問題 ,在本設(shè)計(jì)中將采用熱管省煤器。提高管內(nèi)傳熱效果，通常采用提高氣速及將管子經(jīng)特殊加工成異形管，以增加氣體在管內(nèi)的湍流程度，從而加大管內(nèi)氣體的給熱系數(shù)。為防止原料氣帶入酸沫沖刷腐蝕 ,延長使用壽命 ,可采用在殼程氣體進(jìn)口處的管子外加擋板或擴(kuò)大氣體進(jìn)口氣道的辦法。擋板通常有 0～ 4 塊，常為偶數(shù)。這塊分布板是用長絲桿螺絲固定的，水平位置可根據(jù)氣流分布情況加以調(diào)整。錐形頂蓋 ，四周在不同標(biāo)高處開有扇形氣體進(jìn)出管道的接口和入門，直徑? 7— 9m，高度 16— 20m,觸媒填裝量 100— 125m3，每臺(tái)轉(zhuǎn)化器的能力日產(chǎn) 100%H2SO4 500— 900t，二氧化硫濃度 8%，轉(zhuǎn)化率在 96%— %。 設(shè)備阻力要小，并能使氣體分布均勻，以減少動(dòng)力消耗。因此，對(duì)于 S105 型和 S107 型低溫釩催化劑，進(jìn)氣溫度一般接近 400℃；對(duì)于 S 101 型中溫催化劑一般接近 420℃。這是因?yàn)?,如使第一段在最佳溫度附近操作，則第一段進(jìn)氣溫度將很高，很容易使催化劑過熱失活，而且由于受平衡轉(zhuǎn)化率的限制，第一段的轉(zhuǎn)化率將很低； 相反，如使操作溫度偏離最佳溫度線遠(yuǎn)一點(diǎn)， 可在一段獲較高的出口轉(zhuǎn)化率，且不會(huì)因?yàn)榉磻?yīng)速率下降，使催化劑用量 大幅度增加。適時(shí)除去轉(zhuǎn)化氣中 SO3，提高后段轉(zhuǎn)化氣原始組成的 O2/SO2比值。 ? 與轉(zhuǎn)化器入口氣體中SO2含量成正比 ,如采用較高 SO2含量操作，第一段床層溫度會(huì)超過 600℃ ,以至達(dá)催化劑的失活溫度。從制酸全過程及轉(zhuǎn)化工段的局部來看， SO2 對(duì)經(jīng)濟(jì)效益存在著二重性。 工藝流程的確定 [2， 5， 6] 綜合上述 ,本設(shè)計(jì)采用兩轉(zhuǎn)兩吸“ 3+2”式工藝流程 ,從焚硫爐來的氣體降溫到 410℃進(jìn)入轉(zhuǎn)化器一段進(jìn)行 轉(zhuǎn)化 ,出轉(zhuǎn)化器一段催化劑床層的 595℃左右爐氣進(jìn)入 3過熱器組，與 2過熱器組來的蒸汽換熱，爐氣氣溫降到 430℃后又進(jìn)入轉(zhuǎn)化器二段繼續(xù)反應(yīng)；出二段的爐氣進(jìn)入熱換熱器，與第一吸收塔出口經(jīng)第一，第二冷換熱器預(yù)熱的爐氣換熱，溫度降至 430℃后又進(jìn)入轉(zhuǎn)化器三段催化劑床層反應(yīng)；出三段的爐氣依次進(jìn)入第二，第一冷換熱器和 1省煤器降溫到 180℃，然后送入第一吸收塔，完成一次轉(zhuǎn)化。 圖 “ 3+2”五段轉(zhuǎn)化工藝流程示意 圖 “ 3+1”四段轉(zhuǎn)化工藝流程示意 兩種轉(zhuǎn)化工藝在國內(nèi)硫磺制酸中的應(yīng)用“ 3+1”四段轉(zhuǎn)化和“ 3+2”五段轉(zhuǎn) 化 ,這兩種轉(zhuǎn)化工藝在國內(nèi)的硫磺制酸裝置中目前都得到了應(yīng)用。該流程與外部換熱的轉(zhuǎn)化流程相比 ,催化劑的用量要增加 ,且冷激氣補(bǔ)入的位置(催化劑層的段數(shù) )越往后 ,催化劑的增加量越多。但就催化劑裝填量而言 ,同一種催化劑在同等裝置規(guī)模、最終轉(zhuǎn) 化率相等的條件下 ,采用“ 3+1”四段轉(zhuǎn)化其裝填量略高于“ 3+2”五段轉(zhuǎn)化。 根據(jù)新的國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)及發(fā)展要求 ,新建的硫酸裝置允許其尾氣排放的 SO2濃度最高為 960mg/m3(標(biāo)準(zhǔn)狀況 ),相應(yīng)要求 SO2總轉(zhuǎn)化率應(yīng)達(dá)到 %以上。因此 ,為使轉(zhuǎn)化反應(yīng)能以最快的速率進(jìn)行 ,就應(yīng)在反應(yīng)過程中隨著 轉(zhuǎn)化率的升高 ,須采取相應(yīng)的降溫措施 ,不斷降低反應(yīng)溫度。由于反應(yīng)活化能高 ,這個(gè)反應(yīng)在常溫下進(jìn)行得極慢?，F(xiàn)在 ,一般有“ 2＋ 1”、“ 3＋ 1”、“ 2＋ 2”、 “ 3＋ 2”等組合方式，而國內(nèi)外多采用“ 3＋ 1”組合方式，這種方式，氣體進(jìn)入第一吸收塔（中間吸收塔）后，由于經(jīng)過三段轉(zhuǎn)化，在塔中將會(huì)有更多 SO3從系統(tǒng)中移去，如果第二次轉(zhuǎn)化反應(yīng)溫度足夠低，則可獲得稍高的最終轉(zhuǎn)化率。所需的換熱面積較大；⑤系統(tǒng)阻力比一轉(zhuǎn)一吸工藝增加 4～ 5KPa。當(dāng) SO2含量為 9％，轉(zhuǎn)化率低于 92％時(shí)，兩種工藝的接觸時(shí)間基本相同；而當(dāng)轉(zhuǎn)化率達(dá)到 95％時(shí)，一次轉(zhuǎn)化的接觸時(shí)間為 4． 56S，兩次轉(zhuǎn)化是 2． 03S，由此可知轉(zhuǎn)化率由 92％上升到 95％，第一次轉(zhuǎn)化需 2． 63S，而第二次轉(zhuǎn)化只需0． 096S，這時(shí)第二次轉(zhuǎn)化的催化劑用量為第一次轉(zhuǎn)化用量的 1／ 26，如轉(zhuǎn)化率繼續(xù)提高，一次轉(zhuǎn)化所需催化劑將比兩次轉(zhuǎn)化催化劑用量高得更多。經(jīng)兩次轉(zhuǎn)化后，最終轉(zhuǎn)化率按下式計(jì)算。 所謂 “ 兩轉(zhuǎn)兩吸 ” 工藝就是說，爐氣進(jìn)行一次轉(zhuǎn)化、一次吸收后 ,再進(jìn)行第二次轉(zhuǎn)化和第二次吸收。如果將尾氣直接排入大氣 ,將造成嚴(yán)重的大氣污染。 ④ 礦塵。水分和酸霧在轉(zhuǎn)化器操作溫度下 ,對(duì)催化劑并無毒害 ,但在較低的溫度下，卻是有害的，這是因?yàn)榕c催化劑中 K2S2O7 ② 氟。 如上所述，釩催化劑的毒物有砷、氟、酸霧和水分等，分述如下。這時(shí)不僅能提高總轉(zhuǎn)化率和減小換熱面積，還允許提高轉(zhuǎn)化器進(jìn)口氣體中 SO2含量。 中國生產(chǎn)的釩催化劑主要有 S10 S 10 S10 S 10 S 109 等型號(hào)。為此 ,必須采用催化劑降低活化能 ,提高反應(yīng)速率 ,使反應(yīng)能在較低溫度下足夠快地進(jìn)行，并能達(dá)到較高轉(zhuǎn)化率，以滿足工業(yè)生產(chǎn)要求。本 設(shè)計(jì)從實(shí)際出發(fā)，揚(yáng)州的鐵路運(yùn)輸緊張，而且硫鐵礦資源貧乏，如選用硫鐵礦制酸，則需要其他硫鐵礦供應(yīng)，這樣增加了硫酸成本。 1997 年除中國外，其他地區(qū)以硫鐵礦為原料的硫酸產(chǎn)量下降了 8%； 1998 年以硫鐵礦為原料的硫酸產(chǎn)量低于18000Kt。 中國進(jìn)口的硫磺只要來自加拿大。 焚硫氣體中氧硫比較高，這就提 高了 SO2 的轉(zhuǎn)化速度和轉(zhuǎn)化率，并使轉(zhuǎn)化反應(yīng)的起始溫度降低。 爐氣中 SO2 和 O2 濃度高，可以強(qiáng)化相關(guān)設(shè)備 [6] 空氣燃燒所得到的干爐氣中，若不計(jì)微量 SO3，則 SO2 和 O2 合計(jì)量等于 21%，而不是空氣焙燒燃燒硫鐵礦時(shí)的 18%— %。硫磺制 酸沒有礦渣、礦塵和稀酸產(chǎn)生，相應(yīng)的處理裝置也就無須設(shè)置。世界上天然硫礦床有意大利的西西里島；日本的北海道；美國的路易斯安那州及德克薩斯州。 這些性質(zhì)的變化是和各種分子變形體間的比率隨著溫度的上升而發(fā)生變化有關(guān)。 原料的選擇 硫磺是制造硫酸使用最早又最好的原料。因此 ,在公司的發(fā)展規(guī)劃地新建一套年產(chǎn) 20 萬噸的硫酸車間。該公司處于主導(dǎo)風(fēng)向的下風(fēng)，且離城市較遠(yuǎn)，因此對(duì)城市影響很小。公司旁邊有一條河流，水質(zhì)良好。 廠址附近應(yīng)有生產(chǎn)污水排放的可靠排除地，并保證不因新廠簡單致使當(dāng)?shù)厥艿叫?的污染及危害。 選廠盡可能注意節(jié)約用地，不占或少占良田好地菜園果園等。 廠址應(yīng)盡可能靠近原由交通線（水運(yùn)、鐵路、公路）即應(yīng)有便利的交通運(yùn)輸條件。在廠址的選擇時(shí)應(yīng)遵循以下基本原則 [1,2]。 第 二 章 廠址的選擇 廠址的選擇是工業(yè)基本建設(shè)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，是一項(xiàng)政策性、技術(shù)性很強(qiáng)的工作。在世界硫磺供大于求的情況下不失時(shí)機(jī)開拓外貿(mào)市場(chǎng)，輸入硫磺生產(chǎn)硫酸，使我國硫酸工業(yè)得到迅速發(fā)展獲較好的效益。在我國硫磺的產(chǎn)量 沒有較大的變化的情況下，需要從世界市場(chǎng)輸入硫磺的數(shù)量占世界貿(mào)易額相當(dāng)大的份量，對(duì)硫磺市場(chǎng)的平衡有一定的影響。其中約有一半是在 1999年以來 2年多新建的，另外在建和籌建項(xiàng)目的能力也很大。 (3)廣泛采用新結(jié)構(gòu)、新材料的高效設(shè)備代替老式設(shè)備，很多進(jìn)口設(shè)備，如酸泵、酸冷卻器、轉(zhuǎn)化器、大型沸騰爐、電除霧器等已基本國產(chǎn)化。 1998 年產(chǎn)量為（以 100%硫酸計(jì)），僅次于美國，居世界第二位。根據(jù)中國資源的特點(diǎn)，今后中國的制酸原料仍以硫鐵礦為主，同時(shí)大力發(fā)展冶煉煙氣制酸，穩(wěn)健地發(fā)展硫磺制酸、石膏制酸。 1979 年硫酸產(chǎn)量達(dá) 6998Kt(100%硫酸計(jì) ),僅次于美國及前蘇聯(lián) ,居世界第三位。 1874 年天津機(jī)器制造局三分廠建成中國較早的鉛室板裝置 ,1876年投產(chǎn) ,日產(chǎn)硫酸約 2噸 ,用于制造無煙火藥。 可以預(yù)見，接觸法硫酸生產(chǎn)將向增加能量回收、減少排放和降低成本的方向發(fā)展，其手段仍然主要依賴以上五個(gè)方面。在新建廠中，普遍采用計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng) (DCS)和計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)，以確保裝置運(yùn)行穩(wěn)定和達(dá)到最優(yōu)操作狀態(tài)。對(duì)于硫磺制酸裝置，熱利用率可達(dá)到 65%～ 70%。其中新材質(zhì)的應(yīng)用為設(shè)備性能的提高，結(jié)構(gòu)的改進(jìn)和新技術(shù)應(yīng)用提供了保證。裝置的大型化可以顯著降低成本和提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。相對(duì)而言，硫磺資源較豐富，制酸過程簡單，且經(jīng)濟(jì)效益好，以硫磺為原料制酸占總酸量的絕大多數(shù)。其它還有：低溫位廢熱利用的發(fā)展，環(huán)狀及含銫低起活溫度新型催化劑的應(yīng)用，三廢治理及綜合利用等，都標(biāo)志著硫酸生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)展。在硝化法和接觸法的競(jìng)爭(zhēng)中，由于釩催化劑的