【正文】 能將達到 47000~50000kt/a，產(chǎn)量約40000kt/a。 論文 設計項目內(nèi)容 與 意義 本文 設計項目 為 300 kt/a 硫磺制酸裝置 ，原料為揚子石化 等 裝置回收下來的液體硫磺。 c. 生產(chǎn)熱水用于居民生活。 對于干吸工段低溫廢熱的回收，由于品味較低，回收利用在技術上比較困難。 80 年代我國相繼引入國外全套廢熱利用設備，提高了硫磺制酸裝置廢熱回收的效率 [17]。除裝置散熱、平排氣等損失外，其余熱量理論上均可回收利用。中間加一道隔墻流程是由三塔兩槽流程演變而來，中間加兩道隔墻流程是由三塔三槽循環(huán)流程演變而來?；侵扑嵫b置的干吸工藝流程按設備配置的不同，可分為三大類：三塔三槽循環(huán)流程，三塔兩槽循環(huán)流程和三塔一槽循環(huán)流程 [14]。分析比較“ 3+2”五段轉(zhuǎn)化和“ 3+1”四段轉(zhuǎn)化工藝，研究表明在較高 ?(SO2)的原料氣下獲得同樣高的最終轉(zhuǎn)化率，前者對催化劑的要求更低一些，并且前者對達到要求的最終轉(zhuǎn)化率更有保障 [13]。 自從 20 世紀 60 年代以來，硫酸生產(chǎn)中 SO2轉(zhuǎn)化工藝的技術進步是采用兩次轉(zhuǎn)化、兩次吸收工藝，簡稱兩轉(zhuǎn)兩吸。在保證液硫充分燃燒的前提下，提高了焚硫爐的容積熱強度 [12]。塔后流程的優(yōu)點是鼓風機的壓縮熱帶入焚硫爐，可多產(chǎn)生蒸汽，同時可以減少干燥塔循環(huán)水的用量 [12] 。 硫磺制酸的工藝流程 硫磺制酸一般包括：原料處理，焚硫， SO2轉(zhuǎn)化和干吸工序 [9]。隨著全球?qū)α蛩嵝枨罅康牟粩嘣黾?，硫酸產(chǎn)品會有更廣的市場前景?；氏M硫酸 232319 萬噸， 占硫酸消費量的 %[5]。 1998年全國化肥產(chǎn)量 273616 萬噸 ，比 上年增長 %，其中磷肥 51515929 萬噸 ，前 7 個月磷酸鹽產(chǎn)量增長 4%，全年硫酸產(chǎn)量比上年增長 %。 隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構的優(yōu)化和引進國外先進的技術，我國在硫酸工業(yè)上得技術裝備水平不斷在提高。預計到“十二五”末期我國硫磺制酸產(chǎn)能將達到 47000~50000kt/a，產(chǎn)量約 40000kt/a[7]。 我國是硫鐵礦的最大消費國， 20 世紀我國硫酸工業(yè)主要以硫鐵礦為原料。 我國的硫酸工業(yè)起始于 19 世紀 70 年代，當時產(chǎn)量很少。全球硫酸產(chǎn)量近十多年均是正增長，而到 2021 年的總產(chǎn)量約 196000kt[2]。 常用的稀硫酸濃度為 15%和 20%左右，濃硫酸濃度一般為 93%和 98%酸，發(fā)煙酸濃度常用為 %和 %。 III 300 kt / a sulfuric acid plant burning sulfur conversion section burning sulfur furnace process design Abstract This article discusses the sulfuric acid production plant processes and construction of importance. This paper describes the use of Aspen Plus process simulation software to simulate the main device, and the entire process was simulated, the entire process has been the material balance and energy balance. Burning sulfur section is the focus of this study, this paper presents the sulfur burning furnace body size calculation method and process, and the burning of sulfur furnace designed in detail. In addition, this paper conducted a selection of major equipment, burning sulfur section describes the equipment layout and piping design, and the section of the DCS control system. Key words: Sulfuric acid production。 I 畢業(yè)論文 (設計 ) (2021 年 ) 課題名稱 300kt/a 硫磺制酸裝置 焚硫轉(zhuǎn)化工段 焚硫爐工藝設計 300kt/a 硫磺制酸裝置焚硫轉(zhuǎn)化工段 焚硫爐工藝設計 摘要 本文 論述了硫磺制酸生產(chǎn)裝置的 工藝 流程與建設意義 。 此外 ，本文 對 主要 設備 進行了選型，介紹了焚硫工段的設備布置和配管設計 ， 以及該工段的 DCS 控制系統(tǒng)。 硫酸按濃度分，一般分為稀硫酸（密度小于 ）、濃硫酸（密度約為）和發(fā)煙硫酸（密度大于 ）。 世界硫酸的產(chǎn)量增長很快，在 20 世紀初，其總產(chǎn)量只有幾百萬噸，到 1997年，其產(chǎn)量達 155163kt，最近 40 年的年平均遞增率為 %[1]。 1995 年，以硫鐵礦為原料的硫酸產(chǎn)量為20210kt 左右，占硫酸總產(chǎn)量的 13%； 1997 年，除中國以外，其余地區(qū)以硫鐵礦為原料的硫酸產(chǎn)量下降了 8%[34]； 1998 年全球硫鐵礦產(chǎn)量 6270kt(折 100%硫， 下同 )，硫鐵礦制酸的產(chǎn)量約 18000kt； t 2021 年全球硫鐵礦產(chǎn)量降至 5730kt，僅為所有形態(tài)硫總生產(chǎn)量的 %[2]。 2021 年硫酸產(chǎn)量突破 3000 萬噸，達到 3051. 9 萬噸 [5]。至 2021 年我國硫磺制酸產(chǎn)能已達到 38000kt/a，產(chǎn)量為 32980kt/a， 2021— 2021 年硫磺制酸產(chǎn)能、產(chǎn)量年均增長率分別為 %， %。到 2021 年底，我國硫 磺制酸單系列最大規(guī)模已達到 1000kt/a[7]。 1995 年化肥生產(chǎn)用酸占硫酸總產(chǎn)量的 %(其中磷肥占 %、硫酸銨占 %) ， 1997 年占全年硫酸總產(chǎn)量的 %。南京工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計 3 2021 年國產(chǎn)和進口硫酸資源總量為 323412 萬噸， 消費量為 323118 萬噸。 21世紀的這十年中，特別是我國的硫酸工業(yè)更是發(fā)展迅速，硫酸產(chǎn)量不斷提高。同時硫磺制酸還有原料清潔，不產(chǎn)生礦渣或酸性污水，氣 體 SO2濃度較高，制酸工藝簡單和氣體流程簡單等優(yōu)點 [8]。 根據(jù)空氣鼓風機的布置不同可分為：塔前流程，即鼓風機布置在干燥塔上游，風機進口為濕空氣，它對鼓風機的耐腐蝕要求低；塔后流程，即將鼓風機布置在干燥塔下游，風機進口為干燥空氣（含微量酸霧），它對鼓風機耐腐性要求較高，氣量比塔前流程大，相應的干燥塔直徑稍大。 目前國內(nèi)焚硫爐主要有兩種形式，一種是圓筒形臥式焚硫爐，爐頭每只磺槍分別配有空氣旋流裝置；另一種是一次擴大型臥式焚硫爐，空氣進口采用雙螺旋結(jié)構的進氣裝置，爐頭設有大蝸形旋流裝置，旋流裝置中間放置數(shù)根磺槍。 轉(zhuǎn)化工段平 轉(zhuǎn)化工段的任務是將 SO2轉(zhuǎn)化成 SO3，由焚硫爐出來的含有 SO2的高溫氣體，首先進入廢熱鍋爐回收熱量，溫度降低后進入轉(zhuǎn)化器，在催化劑上反應生成 SO3。目前國內(nèi)硫磺制酸裝置大多采用前兩種。吸收塔用來吸收由轉(zhuǎn)化器出來的 SO3。 c) 三塔一槽循環(huán)流程有：循環(huán)槽不加隔墻的流程；中間加一道隔墻的流程及中間加兩道隔墻的流程。 第一章 文獻綜述 廢熱回收 在硫磺制酸過程中，從硫磺燃燒生產(chǎn)二氧化硫、二氧化硫催化氧化生成三氧化硫到三氧化硫吸收生成硫酸，每一步反應都是放熱的，總得反應熱約 500kJ/mol硫酸。 70 年代我國硫磺制酸裝置廢熱 回收狀況： ； ，事故率較高。一般在焚硫爐后設有廢熱鍋爐，目前多采用火管鍋爐，在轉(zhuǎn)化工段設有過熱器和省煤器。 b. 生產(chǎn)熱水用于其它裝置，如：用于磷酸濃縮或氨蒸發(fā)等，但這種方法必須是磷酸和磷酸或合成氨等裝置的聯(lián)合化工企業(yè)。該裝置的應用，使得廢熱的回收率從傳統(tǒng)裝置的 70%提高到 93%[18]。至 2021 年我國硫磺制酸產(chǎn)能已達到 38000kt/a，產(chǎn)量為32980kt/a， 2021— 2021 年硫磺制酸產(chǎn)能、產(chǎn)量年均增長率分別為 %， %。 第二章 總論 第二章 總論 項目概述 本文設計一套年產(chǎn) 30 萬噸的硫磺制酸裝置，本裝置的原料采用樣子石化等裝置硫回收下來的液體硫磺，原料的質(zhì)量和數(shù)量有保障。該裝置技術成熟，設備先進，產(chǎn)品收率髙，同時該裝置還有原料清潔，不產(chǎn)生礦渣或酸性污水等優(yōu)點，符合科學發(fā)展觀。 （ 2）設計考慮的內(nèi)部約束條件： 1）生產(chǎn)技術：技術軟硬件的來源、技術成熟程度、價格和使用條件； 2）材料： 原材料、建筑材料、關鍵設備等供應的難易； 3）時間：允許和需要的設計時間； 4）人員：素質(zhì)和數(shù)量； 5）產(chǎn)品規(guī)格； 6）建設單位的具體要求； 7）建廠地區(qū)的具體情況。預計到“十二五”末期我國硫磺制酸產(chǎn)能將達到 47000~50000kt/a，產(chǎn)量約第二章 總論 40000kt/a。 產(chǎn) 品規(guī)格為 98%的工業(yè)硫酸， 98%工業(yè)硫酸質(zhì)量符合國家標準 GB534/T2021一等品指標。 表 主要危險物品性質(zhì)表 Tab Main properties of dangerous goods 危險品 熔點 /℃ 沸點 /℃ 閃點 /℃ 爆炸極限 /V% 毒性 可燃性 上限 下線 硫酸 330 無意義 無意義 無意義 強 腐蝕性 不可燃 硫磺 119 無意義 可 致慢性中毒 易燃 第三章 工藝 流程 第三章 工藝流程 設計目標 概述 本文設計論述的是一套硫磺制酸裝置，本裝置采用機械霧化焚硫，采用“ 3+2”兩轉(zhuǎn)兩吸工藝流程。 工藝路線選擇 工藝路線選擇原則 ? 原料來源的可靠性。工藝路線影響到擬建廠的技術方案、廠址、環(huán)境保護等多個方面，從而對項目的投資、成本、利潤產(chǎn)生影響。技術的先進是指項目建設投資后，生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量指標、 產(chǎn)量、運轉(zhuǎn)的可靠性及安全性等既先進又符合國家標準。 磷石膏是磷化工生產(chǎn)的最大固體廢棄物，每生產(chǎn) 1t 磷酸會產(chǎn)生 5~6t 磷石膏。 1986 年Lurgi 公司開發(fā)成功循環(huán)流化床節(jié)能型磷石膏熱分解法制硫酸和聯(lián)產(chǎn)水泥技術并進行了中試，其磷石膏分解率達 99%。 WSA 工藝是一種能有效地脫除各種廢棄中硫并將其轉(zhuǎn)化成工業(yè)成品濃硫酸的工藝。一是原料氣體濃度受限制，考慮到 WSA 冷卻器的結(jié)構和材料，不可能處理硫酸露點高于 260℃的氣體，這相當于進轉(zhuǎn)化器的 SO2不能高于6%~7%。目前硫磺制酸工藝的技術已經(jīng)相當成熟，本文所設計的裝置，采用南化公司所使用硫磺制酸技術和設備。為防止硫磺燃燒不完全，設有二次風，用于補充氧量和調(diào)節(jié)爐溫，促使反應完全，不致產(chǎn)生升華硫。 出余熱回收器 （ B301） 溫度約 415℃、 SO2 濃度～ %（摩爾濃度）的爐氣依次分別進入 轉(zhuǎn)化器（ R301） Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段催化劑層，進行 SO2的催化氧化反應，生成 SO3。 干吸工段 空氣通過空氣過濾器過濾后由干燥 塔下部進入干燥塔， 95％濃硫酸從干燥塔上部進入干燥塔，與空氣逆向接觸， 95%濃度的酸吸收水分后，濃度下降到約%左右，從塔底部流入干燥塔酸循環(huán)槽，空氣從塔頂部出，含水量在 以下，進入空氣風機升壓后進入焚硫轉(zhuǎn)化工段焚硫爐與液硫混合燃燒。轉(zhuǎn)化工段分兩次轉(zhuǎn)化，吸收過程也有兩次吸收過程 : 一次轉(zhuǎn)化來的 SO3氣體，從第一吸收塔下部進入，第一吸收塔上部噴淋 98%濃硫酸，氣體與液體逆向接觸， 98％酸吸收爐氣中 SO3后，濃度達到約 %，自塔底排至吸收塔酸循環(huán)槽中。 （ 2）干空氣量 FAir 已知焚硫爐出口 SO2 的濃度為 %， SO3 為 %，可由式 41 計算工藝所第四章 流程計算與模擬 需的干空氣進料量。 FAir=V（空氣）（硫） /=。 組分設置 因為體系含有電解質(zhì)，使用 Aspen Plus 模擬時，輸入 S， SO2 等基礎組分后，需要使用電解質(zhì)向?qū)?Elec Wizard 進行組分設置。模擬中體系的真實組分見圖 。此外，亨利定律用于計算 SO2， O2， N2 在硫酸中的氣體溶解度。本設計涉及公用工程為冷卻水和蒸汽，溫度和壓力滿足該物性方法使用范圍，故選擇STEAMTA 計算水與水蒸氣所有的熱力性質(zhì)。 （ 2）模型設置 干燥塔為常壓操作，全塔壓降為 300mmH2O，經(jīng)優(yōu)化后確定塔板數(shù)為 6 塊，濕空氣從第六塊塔板下方進料，硫酸由塔頂進料。兩塔塔板數(shù)均為 6 塊，氣體均從第 6 塊板下方進料， 98%硫酸均為塔頂噴淋。硫磺燃燒發(fā)生在焚硫爐中，本設計選擇 RGibbs 反應器模擬焚硫爐。模擬中，反應器設置如圖 和 。南化公司提供了各段轉(zhuǎn)化率和南京工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計 23 進口氣體溫度見表 。圖 49 為全流程模擬截圖。 3) 特殊化學品的物性，如沸點、熔點、飽和蒸汽壓、閃點等。各種衡算方法的適用情況如表 所示