【正文】 各種衡算方法的適用情況如表 所示。圖 49 為全流程模擬截圖。模擬中，反應(yīng)器設(shè)置如圖 和 。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。本設(shè)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)。模擬中體系的真實組分見圖 。 FAir=V（空氣）（硫） /=。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。 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(yīng)，生成 SO3。目前硫磺制酸工藝的技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，本文所設(shè)計的裝置，采用南化公司所使用硫磺制酸技術(shù)和設(shè)備。 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。 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。工藝路線影響到擬建廠的技術(shù)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。 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(shè)計目標(biāo) 概述 本文設(shè)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。預(yù)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。該裝置技術(shù)成熟，設(shè)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(xué)發(fā)展觀。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 %， %。 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)。 70 年代我國硫磺制酸裝置廢熱 回收狀況： ； ，事故率較高。 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。目前國內(nèi)硫磺制酸裝置大多采用前兩種。 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(gòu)的進氣裝置，爐頭設(shè)有大蝸形旋流裝置，旋流裝置中間放置數(shù)根磺槍。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]。南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)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。到 2021 年底，我國硫 磺制酸單系列最大規(guī)模已達到 1000kt/a[7]。 2021 年硫酸產(chǎn)量突破 3000 萬噸，達到 3051. 9 萬噸 [5]。 世界硫酸的產(chǎn)量增長很快，在 20 世紀(jì)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]。 此外 ，本文 對 主要 設(shè)備 進行了選型，介紹了焚硫工段的設(shè)備布置和配管設(shè)計 ， 以及該工段的 DCS 控制系統(tǒng)。 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。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]。 我國是硫鐵礦的最大消費國， 20 世紀(jì)我國硫酸工業(yè)主要以硫鐵礦為原料。 隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和引進國外先進的技術(shù)，我國在硫酸工業(yè)上得技術(shù)裝備水平不斷在提高?；氏M硫酸 232319 萬噸， 占硫酸消費量的 %[5]。 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]。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]。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]。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。 80 年代我國相繼引入國外全套廢熱利用設(shè)備，提高了硫磺制酸裝置廢熱回收的效率 [17]。 c. 生產(chǎn)熱水用于居民生活。預(yù)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。 本文設(shè)計裝置年產(chǎn) 98%工業(yè)硫酸 30 萬噸，裝置運轉(zhuǎn)市場為 8000 小時 /年。 本裝置的建成可以吸收周邊石油化工裝置回收的硫磺，同時可以緩解國內(nèi)硫酸供給相對緊張的形勢。該套裝置可以將揚子石化等裝置硫回收下來的液硫轉(zhuǎn)化成98%的硫酸產(chǎn)品。 ? 資源利用的合理性。據(jù)中國磷肥工業(yè)協(xié)會統(tǒng)計， 2021 我國磷石膏排放量約 5000 萬噸占工業(yè)副產(chǎn)石膏的 70%以上 [19]。全世界簽的 WSA 裝置已 超 80套，主要用于石油煉制、煤化工和煤氣化、焦化、冶金、粘膠纖維生產(chǎn)等行業(yè) [21]。 第三章 工藝 流程 工藝流程介紹 焚硫轉(zhuǎn)化工段 精制液體硫磺由精硫泵連續(xù)送往焚硫爐（ F301）前端的兩只硫磺噴槍。進 轉(zhuǎn)化器 Ⅰ段催化劑層爐氣溫度可通過余熱回收器旁路調(diào)節(jié)， SO2 濃度可以通過調(diào)節(jié)空氣風(fēng)機（ C301）出口旁路來控制。二次轉(zhuǎn)化來的 SO3 氣體，從第二吸收塔下部進入，第二吸收塔上部噴淋 98%濃硫酸，氣液逆向接觸， 98％酸吸收爐氣中 SO3后，濃度升高到 %,自塔底也排至吸 收塔酸循環(huán)槽中，第一吸收塔和第二吸收下塔酸在吸收塔酸循環(huán)槽中混合 . 為了維持吸收塔循環(huán)槽的濃度為 98%，向吸收酸循環(huán)槽中加入工藝水進行混合，混合后的酸，一部分通過吸收塔酸循環(huán)泵送入吸收塔酸冷卻器冷卻至 70℃后分別送到第一吸收塔和第二吸收塔頂進行噴淋，多于的成品酸從吸收循環(huán)泵出第三章 工藝 流程 口引出，經(jīng)成品酸冷卻器冷卻至 40℃ 后送成品酸貯罐貯存。 （ 3）濕空氣中的水含量 FH2O 查物化數(shù)據(jù)表得： 28℃時飽和水蒸汽的蒸汽壓為 。 圖 模擬體系中的真實組分 Fig The real ponent of the model system 南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 19 物性方法的選擇 硫磺制酸體系含有電解質(zhì)，故全局物性方法選擇“ ELECNRTL”。 化學(xué)反應(yīng) 該工藝中所涉及到的主要化學(xué)反應(yīng)和主要的離子反應(yīng)式見表 。此外，第一吸收塔 T402 還是用 95%硫酸進行吸收，第 3 塊板進料。 第四章 流程計算與模擬 圖 反應(yīng)條件設(shè)置 Fig Reaction conditions setting 圖 反應(yīng)產(chǎn)物的設(shè)置 Fig Reaction products setting 轉(zhuǎn)化器 R15 （ 1）模型選擇 轉(zhuǎn)化器分 五段轉(zhuǎn)化，實際反應(yīng)時各段催化劑之間對化學(xué)反應(yīng)無影響，所以模擬時可采用五個反應(yīng)器來代替轉(zhuǎn)化器。 圖 全流程模擬截圖 Fig Whole process simulation 南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 25 第五章 物料與能量衡算 物料衡算 物料衡算依據(jù) （ 1）設(shè)計任務(wù)書中確定的技術(shù)方案、產(chǎn)品生產(chǎn)能力、年工作時及操作方法。 第五章 物料與能量衡算 表 物料 衡算 范圍 類別 Tab Material balance range categories 類別 物料衡算形式 無化學(xué)反 應(yīng) 有化學(xué)反 應(yīng) 總衡算式 總質(zhì)量衡算式 適用 適用 總物質(zhì)衡算式 適用 不適用 組分衡算式 組分質(zhì)量衡算式 適用 不適用 組分物質(zhì)的量衡算式 適用 不適用 元素原子衡算式 元素原子質(zhì)量衡算式 適用 適用 元素原子物質(zhì)的量衡算式 適用 適用 本工藝主要采用，總質(zhì)量衡算的方法，同時列出各組分的質(zhì)量流量以便于查找和計算。穩(wěn)定狀態(tài)過程時，可以簡化為： 輸入 =輸出 生成 +消耗 對無化學(xué)反應(yīng)的穩(wěn)定過程，又可表示為： 輸入 =輸出 物料衡算包括總質(zhì)量衡算、組分衡算和元素衡算。 圖 第一段轉(zhuǎn)化器操作條件設(shè)置 Fig Operating condition of the first reformer paragraph setting 圖 第一段轉(zhuǎn)化器的化學(xué)反應(yīng)設(shè)置 Fig The first paragraph converter set of chemical reactions 全流程模擬 完成焚硫爐、轉(zhuǎn)化器、干燥塔和吸收塔等關(guān)鍵設(shè)備的模擬后，并根據(jù)南化公第四章 流程計算與模擬 司所提供的余熱回收系統(tǒng)，進行了全流程工藝模擬。 （ 2）模型設(shè)置 硫磺燃燒反應(yīng)條件為恒壓絕熱，產(chǎn)物為 SO2和 SO3等。 （ 2）模型設(shè)置 兩吸收塔均為常壓操作， T402 塔頂操作壓力設(shè)置為 2021mmH2Og，全塔壓降為 550mmH2O； T403 塔頂操作壓力設(shè)置為 1000mmH2Og，全塔壓降為350mmH2O。該物性方法用于計算純水和水蒸氣性質(zhì)，溫度范圍為 ~1073K， 最大壓力為 1000bar。此外，為方便模擬及閱讀，計算結(jié)果表達方式為表觀組分。 (42) 將硫磺用量 ，計算出 V（空氣）（硫） =，與南化公司所 提供的實際生產(chǎn)數(shù)據(jù) 87737Nm3/h 有一定的出入，這里取南化公司所提供的數(shù)據(jù)。 吸收系統(tǒng)是用濃硫酸吸收由焚硫轉(zhuǎn)化工段來的 SO3氣體。余熱回收器回收熱量后產(chǎn)生的 的中壓飽和蒸汽送轉(zhuǎn)化工序低溫過熱 器、中溫過熱器和高溫過熱器過熱繼續(xù)回收熱量。 本文的設(shè)計選擇使用硫磺生產(chǎn)硫酸，生產(chǎn)原料為揚子石化等裝置回收的液體硫磺。 c 在最近 15 年中，托普索公司的 WSA（濕法制酸）技術(shù)在低濃度 SO2氣體（ SO2不產(chǎn)過 6%~7%）制酸方面得到了廣泛的應(yīng)用。硫鐵礦制酸工藝包括焙燒、凈化、轉(zhuǎn)化等若干工序，制酸過程中，焙燒工序和吸收工序會排放大量南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 13 干燥廢棄、增濕廢氣和制酸尾氣，嚴(yán)重地危害著周邊的環(huán)境。 ? 經(jīng)濟性。 表 主要物料消耗表 Tab The main material consumption 序號 項目 規(guī)格 數(shù)量 備注 1 液硫 按供給 萬噸 /年 2 空氣 環(huán)境空氣 3 鍋爐給水 104℃ / 萬噸 /年 4 催化劑 工業(yè)等級 288m3 一次裝填量 5 電 350/220V 萬千瓦時 /年 南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)