【正文】 流程： 圖 三塔三槽三泵流程示意 貴州大學(xué)畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) 第 13 頁(yè) 流程二：三塔兩槽三泵干燥吸收各自獨(dú)立流程： 圖 三塔兩槽三泵干燥吸收各自獨(dú)立流程示意 該流程沿用礦制酸和冶煉煙氣制酸的干燥和吸收工藝 ,按循環(huán)槽數(shù)量可分為 ”三塔三槽 ” 工藝流程見(jiàn)圖 和 ” 三塔兩槽 ” 工藝流程見(jiàn)圖 ” 三塔三槽 ”工藝流程系指干燥塔、一吸塔、二吸塔分別具有各自獨(dú)立的循環(huán)酸系統(tǒng)繁榮流程 。設(shè)計(jì)采用的最終轉(zhuǎn)化率，對(duì)于一次性轉(zhuǎn)化的小型廠一般取 96%，中型廠可用四或五段，用五段時(shí)一般用爐氣冷激或空氣冷激調(diào)節(jié)進(jìn)入催化劑層的溫度。 ，以硅膠，硅藻土，硅酸鋁等用作載體的多組分催化劑。國(guó)際上對(duì) SO2在釩催化劑上氧化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)進(jìn)行過(guò)系統(tǒng)研究，由于催化劑的結(jié)構(gòu)、特性以及實(shí)驗(yàn)條件不同，所得到的動(dòng)力學(xué)方程也不相同，至今比較認(rèn)可的是波列斯科夫方程。硫酸廠系統(tǒng)的阻 力的 70%集中在轉(zhuǎn)化器的催化劑層。 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(jìn)行的程度。也降低了裝置的管理費(fèi)用。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。水分含量增高 ,則酸度增加 ,貽患無(wú)窮。 生產(chǎn)路線選擇論證 硫磺制取硫酸主流程方塊圖 貴州大學(xué)畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) 第 6 頁(yè) 圖 硫磺制取硫酸主工藝流程圖 硫磺中雜質(zhì)對(duì)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(duì)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(shí)灰分含量是比較少的。 資源的全球化配置、國(guó)外資金與技術(shù)的全面介入 , 必將打破中國(guó)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(gè)新的臺(tái)階 。預(yù)計(jì) 2020 年硫酸產(chǎn)量可超過(guò) 4400 萬(wàn)噸，同比增加 %；其中硫磺制酸 2020萬(wàn)噸，同比增加 %；冶煉煙氣制酸 900 萬(wàn)噸，同比增加 %；硫鐵礦制酸1450 萬(wàn)噸同比增加 %；其他制酸 55 萬(wàn)噸，與去年基本持平。其中磷復(fù)合肥占 %， 增加 18%；其他化肥消耗 %；非化肥用酸 %增加 %雖然國(guó)內(nèi)產(chǎn)量增加很快，但還是無(wú)法完全滿足需求。我國(guó)的硫酸工業(yè)開(kāi)始于 19世紀(jì)， 19世紀(jì) 70年代以前，我們過(guò)的硫酸基本依靠進(jìn)口，用黃金交換。硫酸 最大消費(fèi)者是 化肥工業(yè) ，用以制造 磷酸、過(guò)磷酸鈣和硫酸銨。出口量相對(duì)較小， 2020 年 15月份，硫酸 出口量占總產(chǎn)量的 %，僅是去年同期的 1/2。預(yù)計(jì) 2020 年我國(guó)進(jìn)口硫磺總量將達(dá)到 800 萬(wàn)噸，屆時(shí)硫磺制酸產(chǎn)量將占我國(guó)硫酸總產(chǎn)量的 30 %。近十年來(lái)由于國(guó)際市場(chǎng)硫磺供應(yīng)充足 ,同時(shí)我國(guó)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。預(yù)計(jì)至 2020 年、 2020 年硫磺制酸產(chǎn)量將占當(dāng)年總產(chǎn)量的 41. 4 %、 %。一般和過(guò)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。用水稀釋時(shí)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。沸點(diǎn) (330177。工業(yè)品因含雜質(zhì)而呈黃、棕等色。濃硫酸具有強(qiáng)烈的脫水作用和氧化性。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(guò)濾膜進(jìn)行超凈過(guò)濾而得半導(dǎo)體及硫酸。 我國(guó)硫酸工業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r 【 1】 我國(guó)硫磺制酸工業(yè)隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展得到了快速發(fā)展。 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 ) 。 我國(guó)硫磺資源較少，硫磺年產(chǎn)量多年來(lái)維持在 30 萬(wàn)噸左右，根據(jù)有關(guān)部門預(yù)測(cè)，我國(guó)在今后的 1015 年內(nèi)，為滿足國(guó)內(nèi)對(duì)油品的需求，進(jìn)口原油量將達(dá)到 1 億噸，而且大部分為中東高硫原油，在加工過(guò)程中必然會(huì)產(chǎn)生大量硫化氫氣體；同時(shí)內(nèi)地?zé)拸S對(duì)原油的深度加工，也會(huì)副產(chǎn)大量酸性氣體。 進(jìn)入本世紀(jì)，我國(guó) 硫酸 工業(yè)以每年遞增一個(gè)百分點(diǎn)的速度持續(xù)增長(zhǎng)。硫酸在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)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。 硫酸還 是現(xiàn)代氟工業(yè)的基礎(chǔ) 。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(shí)內(nèi)地?zé)捰蛷S對(duì)原油的深度加工，也會(huì)產(chǎn)生大量酸性氣體。 2020 年硫酸產(chǎn)量以及市場(chǎng)顯現(xiàn)多年的未見(jiàn)的好形勢(shì)，其中有兩個(gè)原因：一是從 2020 年底開(kāi)始，中央緊抓三農(nóng)問(wèn)題，出臺(tái)一系列對(duì)化肥企業(yè)的好政策，促進(jìn)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(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，增加了對(duì)硫酸的需求，因此， 2020 年硫酸每月的產(chǎn)量同比增長(zhǎng)都在 18%以上，全國(guó)硫酸市場(chǎng)上一度出現(xiàn)供不應(yīng)求的形勢(shì)，價(jià)格一路上揚(yáng)。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。依照我國(guó)目前《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》，新建裝置的二氧化硫的最高允許排放濃度為960mg/m3。硫磺中水分多或少 ,僅影響熔硫時(shí)的蒸汽消耗量。 4. 硫化氫 烴類與液態(tài)硫會(huì)通過(guò)下列緩慢的反應(yīng)而產(chǎn)生少量的硫化氫 : 8C5H12 +13S → 5C8H14 +13H2S 美國(guó) Texasgulf 公司曾對(duì)硫磺貯槽中發(fā)生 H2S爆炸事故進(jìn)行過(guò)研究 ,對(duì)硫磺貯槽上部空間的氣體進(jìn)行分析 ,氣體中除經(jīng)常含有濃度不等的 H2S 外 ,還存在濃度恒定為 %(mol 計(jì) )的 C8H14. H2S。硫磺制酸消耗的水、電和原料費(fèi)用低于硫鐵礦制酸。這個(gè)反應(yīng)在工業(yè)上只有在催化劑存在的條件下才能實(shí)現(xiàn)。此外，如果最佳溫度的計(jì)算值超過(guò)了催化劑的活性溫度范圍，必須用催化劑的活性溫度來(lái)確定操作溫度，也就是說(shuō)最佳溫度要在催化劑的活性溫度范圍內(nèi)才有意義。實(shí)踐中，在兩轉(zhuǎn)兩吸的工藝條件下， SO2 的進(jìn)口濃度在 %最適宜。并且不能混有銀、銅、鋁，尤其是鐵等少量雜質(zhì)，所以在硫酸生產(chǎn)中不宜采用鉑催化劑。 因此在硫酸工業(yè)生產(chǎn)中得以廣泛的應(yīng)用。因此催化劑貴州大學(xué)畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) 第 12 頁(yè) S107 和 S101 兩者相比，選用 S107 更為合適。 2. 流程二與流程三相似 ,設(shè)備數(shù)量相近 ,但與流程三相比 ,由于吸收塔的循環(huán)酸溫較高 ,因此酸循環(huán)槽中酸溫度較高 ,對(duì)循環(huán)酸泵和酸冷卻器的耐腐蝕性能貴州大學(xué)畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) 第 15 頁(yè) 要求高，同樣的。此外 ,流程一與流程二不僅適用于硫磺制酸裝置 ,也適用于硫鐵礦及冶煉煙氣等制酸裝置 ,使用范圍較廣；如果想利用吸收酸顯熱加熱鍋爐給水 ,采用流程一或流程二比較有利。 無(wú)論采用何種型式的轉(zhuǎn)化器 ,都必須充分考慮以下五個(gè)因素 : 1. 轉(zhuǎn)化器設(shè)計(jì)應(yīng)該使 SO2 轉(zhuǎn)化反應(yīng)盡可能地在接近于適宜溫度條件下進(jìn)行 ,單位硫酸產(chǎn)量需用觸媒量要少 ,一段出口溫度不要超過(guò) 600℃。 現(xiàn)在我國(guó)兩轉(zhuǎn)兩吸大多采用“ 3+1”四段轉(zhuǎn)化和“ 3+2”五段轉(zhuǎn)化的工藝。采用“ 3+1”四段轉(zhuǎn)化的催化劑填量比“ 3+2”五段轉(zhuǎn)化要高一些。采用“ 3+1”或“ 3+2”轉(zhuǎn)化工藝，都可使裝置排放的尾氣中 SO2濃度符合新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的指標(biāo)。 傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)是將主鼓風(fēng)機(jī)設(shè)置在干燥塔之前，主要考慮到風(fēng)機(jī)處在無(wú)腐蝕性貴州大學(xué)畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) 第 19 頁(yè) 的場(chǎng)所。為此，本設(shè)計(jì)中主鼓風(fēng)機(jī)設(shè)在干燥塔后。采用液硫過(guò)濾器占地面積小，可利用空間，效率高，因此在本設(shè)計(jì)中選用液硫過(guò)濾器。 2. 火管鍋爐 優(yōu)點(diǎn)： ⑴． 管內(nèi)爐氣流速高達(dá) 5070 m/ s且無(wú)滯流區(qū) ， 故傳熱系數(shù)高達(dá) 7080 W/ (m2 一旦發(fā)生缺水事故 ， 后果相當(dāng)嚴(yán)重 ； 爐氣阻力大 ； 轉(zhuǎn)化工序火管鍋爐出口溫度只能降至 220 ℃左右 ； 一旦漏水會(huì)造成自身及后續(xù)設(shè)備腐蝕 ； 檢修不方便。自 20世紀(jì)八九十年代北京、上海等廠首批引進(jìn)火管鍋爐后，無(wú)錫某廠等硫酸企業(yè)相繼采用了國(guó)產(chǎn)火管鍋爐。 大型焚硫爐結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容積強(qiáng)度大，國(guó)內(nèi)外大、小規(guī)模的裝置都采用臥式鋼制圓筒內(nèi)襯耐火磚和保溫磚結(jié)構(gòu)。不帶攪拌器的熔硫槽一般為池式 ,利用均布于槽內(nèi)的盤管加熱 ,固體硫磺靠自 身重量沉入池中 ,受熱熔化 。在快速熔硫槽內(nèi) ,穩(wěn)定可靠的加熱系統(tǒng)和合適的攪拌器對(duì)硫磺的快 速熔化起著非常重要的作用。 貴州大學(xué)畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) 第 23 頁(yè) 填料的選擇原則 硫酸工業(yè)用的填料 ,除了要考慮適用于在較高的溫度下具有耐腐蝕的性能外 ,還應(yīng)具備一般的填料如下的通性： 1．通性大，壓降小，在一定的淋灑密度下，泛點(diǎn)氣速高。塔的底部多數(shù)為平的，也有碟形的。目前 ,對(duì)于硫酸工業(yè)的污水處理 ,普遍采用電石渣中和法或石灰中和法。 = t/h (100%H2SO4) 3. 消耗的 空氣量： 轉(zhuǎn)化 器 進(jìn)口氣 體中 N2的量 ： 1 3 7 5 2 0%1 5 0 0 3 2%1 5 ????M Nm3=則干空氣量為： %79 = Nm3/h=轉(zhuǎn)化器一段 空氣的平均分子量： 7 9 % 2 8 + 2 1 % 3 2 = 2 8 .8 4?? 由此可得干空氣的平均分子量： 2 2 6 2 6 6 8 5 ?? t/h 4. 空氣帶入的水量： 七月平均溫度： ℃ 貴州大學(xué)畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) 第 27 頁(yè) 空氣平均相對(duì)濕度 :% 年平均大氣壓 : ℃ 下飽和水蒸汽壓力用 Antoine 公 式 【 12】 計(jì)算 ： ln BPv p A TC?? ? 式中， Pvp ,bar (105pa)； T,K?！?) 6Q = 2 6 8 5 . 3 6 0 2 5 . 5 ( 6 . 9 2 2 0 . 2 1 + 6 . 9 8 3 0 . 7 9 ) 4 . 1 8 6 8 = 1 . 9 9 8 1 0 k J /h? ? ? ? ??氣 Q 氣 H2O： 7C p = 6 . 8 7 + 0 . 0 0 1 0 5 1 2 5 . 5 2 . 0 4 1 0 ( 2 5 . 5 ) 2 = 6 . 8 9 7? ? ?kcal/(kmol= + 273. 15= 402. 6K2 )./()( 0 8 0 3 5 0 6 8 5 kkgkJTTCp ??????? Q5= ()=)(54321 ???????????? =硫磺中水分所消耗熱量 Q? ： 水 量 : 大氣溫度 : ℃ 則 從 ℃ 加熱到 100℃ 的顯熱 : Q1= () =水的比熱 為 : (kg℃) 貴州大學(xué)畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) 第 31 頁(yè) 7 22N C p = 6 . 9 5 3 + 0 . 0 0 1 1 6 3 T 2 . 5 7 1 0 T = 6 . 9 9 7??kcal/(kmol 解得 ： Pv p = 0 .0 3 0 2 2 2 7 7 2 b a r ， P*= 因此干空氣 的 濕含量為： 33. 02 2 82 % = 0 .0 25 07 18 2k g/N 82%? ? 故 空氣帶入水量為： 0 2 5 0 7 1 8 6 0 1 5 2 ? =5. 空氣干燥 除去 水量 ： 空氣帶入水量 為 kg/h 硫磺帶入水量 ，若考慮熔硫中水分除去率為 90%，則精硫帶入的水量為： 1000% 4% （ 1－ 90%） =轉(zhuǎn)化進(jìn)氣帶入水量： 干燥過(guò)程除去 的 水量： +=干燥效率 : %10 012 08 46 04 ? =% 空氣干燥 ： 干空氣量： 水 量： Kg/h : 干空氣量： 水 量 : － = : 貴州大學(xué)畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) 第 28 頁(yè) 進(jìn)口酸溫度：當(dāng)?shù)仄咴路萜骄鶞囟葹?℃ ， 若 考慮 △T=10℃ 循環(huán)水溫度為 ℃ ，則酸溫溫度為 ℃ 。 廢渣在水泥生產(chǎn)中也可以作為鐵助溶劑、煉鐵原料和氯化劑 (如 CaCl2)進(jìn)行氯化 熔燒處理回收澆渣中大部分有色金屬和貴金屬，回收后燒渣還可煉鐵；燒渣還可用于制造鐵紅，液體三氧化鐵，以及 Fe(OH)3,作凈水劑等。當(dāng)采用球拱時(shí)，有兩個(gè)力作用于塔，一個(gè)是對(duì)塔壁的水平推力，一個(gè)是對(duì)塔底的垂直壓力。 3．操作彈性大，操作 性能穩(wěn)定，能適應(yīng)操作條件的變化。但應(yīng)注意兩點(diǎn) :一是流速增加后 ,催化劑層的加高 ,阻力也按比例增加。帶攪拌器的熔硫槽 具有較強(qiáng)的湍流擴(kuò)散能力和對(duì)流循環(huán)作用 ,故而傳熱效果較好 ,所以又稱之為快 速熔硫槽 ,多在大中型裝置中使用。為強(qiáng)化硫磺與空氣混合均勻，爐內(nèi)設(shè)置多道擋板，在頂部設(shè)置了兩個(gè)切向進(jìn)氣口，并在擋墻之間設(shè)置了二次進(jìn)風(fēng)，一是補(bǔ)充空氣，二貴州大學(xué)畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) 第 22 頁(yè) 是調(diào)節(jié)爐內(nèi)溫度，不至 使硫升華。水管、火管 鍋爐各有千秋，大型硫磺制酸裝置