【正文】 可以 將第 一吸收 塔 用 作熱 回 收 塔 的一 部分 ， 仍 用 ?（ H2SO4） 98%硫 酸 噴淋 ， 以 確保較高 的吸收 率 ， 后建的 熱 回 收塔 只 建高 溫吸收 部分 。 為 了 嚴(yán) 格 控制 進(jìn) 人熱 回 收 塔 的酸濃 度 ， 采 用新型無電 極 環(huán)形 電 導(dǎo) 分析 儀 。 不 噴水 可 以 保 證 蒸 汽品 質(zhì) 和 高 溫過 熱 器管內(nèi) 不 結(jié)垢 , 從而 保 證 高 溫過 熱 器的長 期換熱效 果及 使 用 壽命 。尾氣中常帶有酸霧，但入塔氣溫高也帶來一些問題，大量顯熱帶入 塔 內(nèi)，使出 塔 酸溫過高，大大加劇了酸管道的腐蝕，同時(shí)也增加了濃酸冷卻的負(fù)荷 ，使淋酸溫度過高，也影響吸收率，一般控制在 140℃～ 160℃之間。實(shí)際生產(chǎn)中由于增產(chǎn)需要，空塔氣速可提高到 ～ 。因此，吸收工序的設(shè)備應(yīng)有吸收塔、酸槽、泵和冷卻器組成。吸收酸濃度越大，溫度越高， SO3 平衡分壓越大，氣相中的 SO3 不能完全吸收，使吸收塔排出氣體中的 SO3 含量增加，隨后在大氣中形成酸霧。與此同時(shí)取出循環(huán)酸作為產(chǎn)品酸。三氧化硫被吸收后與其中的水化合成硫酸，其反應(yīng)式如下 [16]： nSO3+H2O ??? H2SO4+(n1)SO3+89247J 由此反應(yīng)可知，隨著 SO3 與水量比例的變化，可以生成各種濃度的硫酸。 由 于 要 求較高 的 轉(zhuǎn)化 率 ， 一 般催化劑 的 裝填盆較大 。對(duì)于采用機(jī)械過濾工藝的裝 ， 在熔硫槽后再設(shè)自然沉降槽的意義不大 ， 一是因?yàn)槌两禃r(shí)間短 ， 大部分的固體雜質(zhì)還是要帶人過濾槽內(nèi)并在液硫過濾器中除去二是增加了土建、設(shè)備和廠房的投資三是流程加長 ， 操作程序增多 ， 運(yùn)行費(fèi)用增加。換熱方式一次轉(zhuǎn)化采用外部換熱，二次轉(zhuǎn)化的四、五段間采用空氣冷激 。 23 （ 5）采用火管鍋爐、蒸汽過熱器、省煤器合理組成熱力系統(tǒng)，回收高中位熱能，產(chǎn)生 450℃、 蒸汽，用于推動(dòng)透平風(fēng)機(jī)，乏汽供熔硫、濃縮磷酸及生活取暖， 熱利用率高。 （ 2）國內(nèi)工藝技術(shù)狀況 近幾年我國硫磺制酸工業(yè)有較快的發(fā)展，生產(chǎn)技術(shù)水平不斷提高，其液體硫磺精制大多采用沉降法，轉(zhuǎn)化工藝為“ 3+1”和“ 3+2”兩轉(zhuǎn)兩吸工藝，轉(zhuǎn)化觸媒多采用國產(chǎn)觸媒，轉(zhuǎn)化率在 ～ ％，干吸塔、換熱器、轉(zhuǎn)化器等都采用一些新設(shè)備、新材料。因?yàn)槭剑?25）中反應(yīng)速率是以正反應(yīng)速率 的形式表示的。其他各段不用冷激氣， Vi=ViV0 這樣在調(diào)整操作條件時(shí)， y值變化情況存在比較性。ξ) (27) 各床層按絕熱過程處理 ti=ti1+λ(xi? xi1) (28) 以上式中： xi xi i段進(jìn)、出氣轉(zhuǎn)化率 ti ti i段進(jìn)、出氣溫度，℃ a、 b 原料氣中 SO SO3 的組成 k1 反應(yīng)速率常數(shù) kp 反應(yīng)平衡常數(shù) R 反應(yīng)速率， kmol/m3這就要求使整個(gè)系統(tǒng)始終處于最優(yōu)操作狀態(tài)下優(yōu)化操作問題 。 ：當(dāng) a=～ 9%時(shí)生產(chǎn)經(jīng)費(fèi)最底。 表 23 各段爐氣 SO2/O2 比值同轉(zhuǎn)化率的關(guān)系 項(xiàng)目 一次轉(zhuǎn)化 二次轉(zhuǎn)化 一段 二段 三段 四段 進(jìn) 出 出 進(jìn) 出 出 轉(zhuǎn)化率 % 60 80 96 氣 體 組 成 SO2 9 O2 SO3 微 O2 /SO2 O2 /SO2 + SO3 N2 SO2 濃度同生產(chǎn)能力的關(guān)系：在一定的范圍內(nèi)，提高二氧化硫濃度， 18 硫酸產(chǎn)量會(huì)增加，但轉(zhuǎn)化率會(huì)下降。這個(gè)溫度可以用下式來計(jì)算 [14]： T 適 =TTTT4095Xl g 4 .9 3 7b 0 .5 a X(1 X )1 0 0 0 .5 a X???????????? 式中： XT 轉(zhuǎn)化率， % a 二氧化硫的濃度， % b 氧的濃度， % 我們?nèi)绻言谀骋环N進(jìn)氣成分下的轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系作成圖線，可看出平衡轉(zhuǎn)化率與溫度，轉(zhuǎn)化率與最適宜溫度 以及平衡轉(zhuǎn)化率與轉(zhuǎn)化率的關(guān)系。 氣體的溫度升高，所列數(shù)據(jù)值叫絕熱溫升值。轉(zhuǎn)化工藝的操作條件主要有三個(gè)：轉(zhuǎn)化反應(yīng)的溫度、轉(zhuǎn)化反應(yīng)的進(jìn)氣濃度以及轉(zhuǎn)化器的通氣量。由于粘度比較大，故硫酸外觀是無色透明似油狀的液體。 根據(jù)相平衡原理，硫酸液面上應(yīng)有相應(yīng)的氣體成分。當(dāng)濃度達(dá)到 %時(shí)達(dá)最大值（ ℃ ），此后則下降，至 100%H2SO4 時(shí)為 ℃ 。K） ]，以質(zhì)量千克為單位即為比熱 [kJ/（ mol游離 SO3%高于此區(qū)域，相對(duì)密度隨游離 SO3 量增加而下降 [3]。但對(duì)于同一條件下的同一硫酸的相對(duì)密度與密度在數(shù)值上是同一的。 硫酸的性質(zhì) 純硫酸（ H2SO4）是一種無色透明的油狀液體，相對(duì)密度為 ，幾乎比 10 水重一倍。 穩(wěn) 定和發(fā)展 硫鐵 礦 制酸 要重 視 發(fā)展 硫鐵 礦礦源和發(fā) 展硫鐵 礦 制酸 生 產(chǎn)裝 置 。 硫磺 貿(mào) 易中 所 占份額最大 的 是加拿大 、 中東 出 口 方 和 中 國進(jìn) 口方 ， 因 中東 不 穩(wěn)定 的局 勢(shì) 和 費(fèi) 用上 漲 ， 加 拿大隨 之 漲價(jià) 的可 能性 也 是存 在的 ， 受影響最 大 的是我國 。 綜上所述，本項(xiàng)目是可行的，投資是必要的。貫徹執(zhí)行國家有關(guān)環(huán)境保護(hù)和職業(yè)安全衛(wèi)生的政策和法規(guī)。 （三）設(shè)計(jì)內(nèi)容 1）． 設(shè)計(jì)說明書的內(nèi)容 1)焚硫爐 的物料衡算； 3 2)噴硫槍和鼓風(fēng)機(jī)的速率確定 ； 3)焚硫爐 工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算； 4)焚硫爐爐體 工藝尺寸計(jì)算； 5) 對(duì)設(shè)計(jì)過程的評(píng)述和有關(guān)問題的討論 。 設(shè)計(jì)目標(biāo)：采用先進(jìn)成熟的工藝設(shè)備，節(jié)能措施和環(huán)保措施，達(dá)到高效、節(jié)能、環(huán)保的要求，取得好的經(jīng)濟(jì)效益。 (2)控制鼓風(fēng)機(jī) 速率 。 （ 2）在做好主裝置設(shè)計(jì)的同時(shí)，要注重節(jié)能、環(huán)保、安全、消防、抗震、勞動(dòng)安全及工業(yè)衛(wèi)生的配套設(shè)計(jì)。 （ 2）本項(xiàng)目采用生產(chǎn)技術(shù)先進(jìn)、成熟、可靠，設(shè)備全部實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，既降低了工程投資，又為裝置長周期穩(wěn)定運(yùn)行提供了保障。 所 以 ， 我國 使世界硫磺消費(fèi)凈增加量實(shí) 際 低 于進(jìn) 口 硫磺 的 增加量 。 同時(shí) ， 從 我國 硫鐵礦 資 源 狀況 上 考慮 又應(yīng) 該節(jié) 約 使 用 ， 恰當(dāng) 地 利 用國 外 的 硫資 源 。 我 國 冶 煉 煙氣 制 酸發(fā) 展 迅速 ， 已 形 成 較大的 生 產(chǎn) 能力 ， 其硫 酸 產(chǎn) 量 占 全國 總產(chǎn)量 的 左右 。習(xí)慣上把濃度 ≥ 75%的硫酸叫做濃硫酸，而把 75%以下的硫酸叫做稀硫酸。此外當(dāng)酸濃度在 0～ 100%范 圍內(nèi)，在任何溫度下，以 %濃度下的相對(duì)密度為最大。 據(jù)。熱焓是狀態(tài)函數(shù)，它的變化由始態(tài)和終態(tài)決定，與中間過程無 關(guān) [5]。 位于恒沸點(diǎn)右邊的區(qū)域，其特點(diǎn)是沸騰時(shí)，液體中的硫酸含量不是增加而是降低，一直降到 %時(shí)為止。 如表 13 所示： 表 1— 3 各種濃度硫酸的 A、 B 常數(shù)值 H2SO4% 20 40 60 80 90 100 A B 2268 2299 2458 3040 3390 4211 3914 硫酸的粘度 硫酸粘度是表示流體硫酸內(nèi)部阻礙其相對(duì)流動(dòng)的一種特性。 XT= 222 2 2S O T O TS O T S O T S O TK p P PP K p P P? =2OTKp1KpP? (23) 為了便于計(jì)算，我們把氧的平衡分壓 PO2 換成 SO2 和氧的起始濃度。 ℃ 采用平均溫度為 500℃，轉(zhuǎn)化率為 50%時(shí)，計(jì)算的二氧化硫 濃度與λ值的關(guān)系如表 21 所示： 15 表 21 二氧化硫濃度與 λ值的關(guān)系 SO2 濃度 % λ SO2 濃度 % λ SO2 濃度 % λ 2 59 6 173 10 278 3 88 7 200 11 303 4 117 8 226 12 328 5 145 9 252 13 506 把 λ值代入即可計(jì)算出一定的二氧化硫濃度和一定的轉(zhuǎn)化率下，絕熱反應(yīng)過程中它溫度升高值。 ，即應(yīng)該將轉(zhuǎn)化反應(yīng)溫度 16 控制在觸媒的起燃溫度之上，耐熱極限溫度之下。 17 轉(zhuǎn)化反應(yīng)的進(jìn)氣濃度 進(jìn)入轉(zhuǎn)化器的二氧化硫濃度是控制轉(zhuǎn)化操作 中最重要的條件之一，它的波動(dòng)將引起溫度、轉(zhuǎn)化率和系統(tǒng)生產(chǎn)能力的變化。下面介紹我的選擇理由，主要從二氧化硫轉(zhuǎn)化率角度考慮。XT 內(nèi)擴(kuò)散對(duì)宏觀動(dòng)力學(xué)的影響，可用內(nèi)擴(kuò)散效率因子表示 ξ= D t / 400 x ( 3 x ) 1 x????? （ 26） 式中： D 為 SO2 或 SO3 氣體的相擴(kuò)散系數(shù)，一般為 實(shí)際反應(yīng)速率為 R比較各段床層填充的催化劑體積，即可看出各 段填充的催化劑中還有多少是有效的。(1 ? y))為止。 （ b）隨著環(huán)保法日趨嚴(yán)格，生產(chǎn)技術(shù)趨向采用“ 3+1”或“ 3+2”兩轉(zhuǎn)兩吸流程，總轉(zhuǎn)化率在 ～ ％，尾氣 SO2 含量低于 300PPM，酸霧含量低于45mg/m3。 （ 2）采用“ 3+2”兩轉(zhuǎn)兩吸流程，采用國產(chǎn)大顆粒環(huán)型觸媒，提高轉(zhuǎn)化器氣速，減少壓降，延長觸媒使用壽 命，總轉(zhuǎn)化率保證達(dá)到 ％以上，采用全不銹鋼轉(zhuǎn)化器，確保其安全運(yùn)行。 （ 9）為了保證轉(zhuǎn)化率，保護(hù)轉(zhuǎn)化觸媒，配置有間接升溫系統(tǒng)。近年來為了節(jié)能，新設(shè)計(jì)的焚硫系統(tǒng)把鼓風(fēng)機(jī)改設(shè)在干燥塔之后，使每噸酸能耗可降低 10%左右。 轉(zhuǎn)化工段 轉(zhuǎn)化 一 般采用進(jìn) 口 催化劑 、 “ 3 + 1” 兩 次轉(zhuǎn)化 工 藝 、 “ Ⅲ — Ⅱ ” 換熱流 程 。 5 — 第二換熱器 。一般把被吸收的三氧化硫數(shù)量和原來氣體中三氧化硫的總數(shù)量之百分比稱為吸收率。吸收酸的濃度越低，溫度越高，酸液表面上蒸發(fā)出的水蒸氣量越多。吸收三氧化硫是放熱過程，隨著吸收 過程的進(jìn)行，吸收酸的溫度也隨著升高。為維持入塔噴淋酸濃度的穩(wěn)定，可在干燥塔和吸收塔之間進(jìn)行串酸，必要時(shí)加入補(bǔ)充水。 干燥酸溫在 45℃ 左右，而吸收溫度可以在 45～ 48℃ 。 通 常 通 過噴水 調(diào) 節(jié) 高 溫過 熱 器出 口 過 熱蒸汽 溫 度 ， 轉(zhuǎn)化 器二段爐 氣進(jìn) 口 溫 度通 過 爐 氣 副線來 調(diào)節(jié) 。 美 國孟 莫 克公司開 發(fā) 的熱 回收系統(tǒng) HRS（ Heat Recovery System）由具 有 兩 段填 料 層的熱 回 收塔 、 酸 槽與循環(huán)泵 、 釜 式鍋 爐 、 酸稀釋器 及 鍋 爐 給 水預(yù) 熱 器 等 組成 。 采用 低 溫 位熱 回 收 技術(shù)產(chǎn) 生 低 壓 蒸 汽 ， 而 低 壓 蒸 汽正是 磷復(fù) 肥生 產(chǎn)所需 要 的 。 20202020年全國硫酸產(chǎn)量（單位：萬噸） 制酸品種 2020 年 產(chǎn)量 占總產(chǎn)量比例 % 2020 年 產(chǎn)量 占總產(chǎn)量比例 % 2020 年產(chǎn)量 占總產(chǎn)量比例 % 全國產(chǎn)量 （萬噸） 4625 100 5044 100 5700 100 其中： 硫磺制酸 1974 43 2233 44 2655 47 其中： 冶煉煙氣制酸 981 21 1163 23 1315 23 其中： 硫鐵礦制酸 1621 35 1593 32 1678 29 其中：其他原料制酸 58 1 55 1 52 1 31 第三章 物料衡算 設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)規(guī)模： 硫磺制酸 200 kt/a 生產(chǎn)過程中： 硫磺 中的 含硫尾氣以 SO2 的形式排出 吸收要求： 《大氣污染物綜合排放國家標(biāo)準(zhǔn)》 ( GB 16297 — 1996) 限定二氧化硫最高允許排放質(zhì)量濃度為 960mg/ m3，吸收率≥ % 焚硫爐主體計(jì)算 硫磺焚燒的物料衡算 設(shè)計(jì)能力： 200Kt/a 硫磺制酸工程； 生產(chǎn)時(shí)間： 333 天 /年，即 8000 小時(shí) /年， 600 噸 /天， 25噸 /小時(shí) (100%H2SO4)；所生產(chǎn)的 產(chǎn)品硫酸符合 GB/T5342020 質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中的一等品的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)； 生產(chǎn)原料：硫磺，質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)按照 GB244981 標(biāo)準(zhǔn)中的二級(jí)品，即 S≥ %； 當(dāng)?shù)刈匀粭l件： （ 1）氣象： 湖南湘西 大部分地區(qū)冬無嚴(yán)寒、夏無酷暑，全年氣候溫和，屬亞熱帶季風(fēng)氣候。 29 采 用 HRS 技術(shù) 需引 進(jìn)技術(shù) 和 關(guān) 鍵 設(shè)備 ， 因而 建 設(shè)投 資較 高 ， 通過 采 用 與外商合作 的辦法 ， 部分 HRS 設(shè) 備由外商 提 供技術(shù)在