【文章內(nèi)容簡介】 90% 產(chǎn)品質(zhì)量執(zhí)行國家標準 GB 150632021 中表 1“高濃度”標準，其中總養(yǎng)分含量優(yōu)于該 標準。 CWCEC 宜化大江公司高濃度磷復肥工程可行性研究報告 41 五 環(huán) 科 技 股 份 有 限 公 司 第四章 工藝技術(shù)方案 硫磺制酸裝置 工藝技術(shù)方案的選擇 原料路線的確定原則及依據(jù) 硫磺是生產(chǎn)硫酸的理想原料，國外硫酸工業(yè) 80％以上是采用硫磺為原料。硫磺制酸具有工藝流程簡單，投資少，環(huán)境效益好等優(yōu)點。 世界硫的資源比較豐富，近十年來世界硫的產(chǎn)量和消費雖有波動，但總的變化不大，產(chǎn)大于銷。世界硫磺協(xié)會 (TSI)分析，未來八年硫磺產(chǎn)量每年將以 3%的速度增加，而消費增速為 2%，明顯滯后。如果今后不開發(fā)新的應(yīng)用市場或增加需求， 2021 年世界硫磺供應(yīng)過剩量將 超過 500 萬噸 /年，是目前過剩量的兩倍多。 目前中國進口硫磺量占世界貿(mào)易量的 1／ 5，成為硫磺第一大進口國，因此世界硫磺價格的波動將影響我國硫磺制酸生產(chǎn)的發(fā)展；從另一方面來說，由于中國進口硫磺量大，對價格的控制力增強，而有實力的出口國都會看好中國這個大市場，因此中國有可能在世界硫磺價格談判中占據(jù)重要地位，以尋求與供貨商之間的雙贏。 國際硫磺在今后一段時期內(nèi)仍將供大于求，價格不會有較大的波動。因此，硫磺作為硫酸的生產(chǎn)原料是有保障的，價格也是相對穩(wěn)定的。 通過對硫磺市場的調(diào)查，國際上硫磺資源較為豐富，供應(yīng)充足，國內(nèi)硫磺回收潛力也較大。雖然目前國際上硫磺價格有所上漲，但對于本項目而言，是可以接受的。 CWCEC 宜化大江公司高濃度磷復肥工程可行性研究報告 42 五 環(huán) 科 技 股 份 有 限 公 司 本項目推薦采用硫磺為制酸的原料路線。 工藝技術(shù)方案的確定原則及依據(jù) （ 1） 國外硫磺制酸工藝技術(shù)概況 硫酸生產(chǎn)普遍采用接觸法工藝。隨著世界工程技術(shù)的發(fā)展、創(chuàng)新，當前接觸法硫酸技術(shù)的開發(fā)有以下特點： 1） 生產(chǎn)裝置向大型化發(fā)展，其目的是降低單位產(chǎn)品投資，降低生產(chǎn)成本。 2） 提高熱能回收率，最大限度的節(jié)約能源。 3） 采用新型設(shè)備和新型材料，強化設(shè)備生產(chǎn)能力，提高設(shè)備效率。 4） 使用新型催化劑，提高裝置的 SO2轉(zhuǎn)化率，減少對環(huán)境的污染。 目前，國內(nèi)外新建硫酸裝置均向大型化發(fā)展，并且普遍采用兩轉(zhuǎn)兩吸流程，充分回收高、中、低溫位熱能，產(chǎn)生蒸汽用于發(fā)電或外供。 國際先進的硫磺制酸工藝技術(shù)，是以美國孟山都環(huán)境化學公司的制酸工藝最具有代表性。孟山都環(huán)境化學公司 (簡稱 MEC)是一家以客戶為中心的、靈活的工程公司。該公司從 1917 年開始從事硫磺制酸裝置的設(shè)計，已經(jīng)在全球過 800 個硫酸裝置的建設(shè)和安裝。 （ 2） 我國硫磺制酸工藝技術(shù)概況 國內(nèi)硫磺制酸工業(yè)經(jīng)歷了一個曲折過程， 70 年代初期，國際市場硫磺價格較低，我國硫磺制酸產(chǎn) 量的比例曾達 %，但后來因硫磺價格上漲，大部分硫磺制酸廠停產(chǎn)，產(chǎn)量大幅度下降。近年來，由于硫磺價格的不斷下降，國內(nèi)硫磺制酸又有所恢復，據(jù)統(tǒng)計 1994 年國內(nèi)硫磺制酸產(chǎn)CWCEC 宜化大江公司高濃度磷復肥工程可行性研究報告 43 五 環(huán) 科 技 股 份 有 限 公 司 量約 25 萬噸。到 2021 年硫磺制酸已達 1255 萬噸。 工藝技 術(shù)方案的選擇 孟山都硫磺制酸裝置工藝技術(shù)成熟可靠 ,可確保裝置的性能穩(wěn)定，并為國際的最新水平。該裝置熱能回收率高，一般每噸酸可產(chǎn) ～ 噸低壓蒸汽，熱能回收率由傳統(tǒng)工藝的 60～ 70％，提高至 95％，循環(huán)水用量由傳統(tǒng)工藝的 100m3/噸酸減少了 14m3/噸酸；在環(huán)保 方面也獨具優(yōu)勢，廢棄物均達標排放。故本項目采用孟山都技術(shù)建設(shè)硫磺制酸裝置。 工藝原理 工藝主要步驟包括硫磺（ S）在空氣中燃燒形成二氧化硫（ SO2），二氧化硫和氧氣（ O2）結(jié)合生成三氧化硫（ SO3），再結(jié)合水分（ H2O）形成硫酸（ H2SO4）。 以下為化學反應(yīng)方程式： S + O2 ? SO2 SO2 + 1/2 O2 ? SO3 SO3 + H2O ? H2SO4 工 藝流程說明 本裝置所用的固體硫磺均由船運碼頭 ,通過轉(zhuǎn)運卸至岸上的硫磺堆場，再由膠帶輸送機送到熔硫槽。經(jīng) 快速熔硫槽熔化后的液體硫磺自溢流口溢流至助濾槽中，由粗硫泵送入第一級葉片式過濾器，經(jīng)過第一級過濾后的硫磺進入硫磺中間槽，再通過中間硫磺泵送入第二級葉片式過濾器進行精濾，經(jīng)過第二級過濾后的精制硫磺進入精硫槽或送入液硫貯罐貯存待用?？焖偃哿虿?、助濾槽、液硫過濾器、中間槽、精硫槽及液CWCEC 宜化大江公司高濃度磷復肥工程可行性研究報告 44 五 環(huán) 科 技 股 份 有 限 公 司 硫貯罐等設(shè)備內(nèi)均設(shè)有蒸汽加熱管，用蒸汽壓力約 蒸汽間接加熱或保溫，使硫磺始終保持液態(tài)。 空氣通過空氣過濾器吸入系統(tǒng)，然后通過 98%硫酸循環(huán)的干燥塔進入主風機，干燥塔中酸的部分熱量被轉(zhuǎn)移入空氣，這部分熱量加上主風機的壓縮熱使進 入臥式焚硫爐的空氣溫度提高，在焚硫爐中硫磺燃燒形成二氧化硫。 離開焚硫爐的二氧化硫氣體的溫度高于進轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的溫度，該氣體需通過一臺廢熱鍋爐冷卻以高壓飽和蒸氣的形式回收余熱，出廢熱鍋爐的溫度由氣體的調(diào)節(jié)副線調(diào)節(jié)，鍋爐蒸氣的溫度決定了鍋爐蒸氣的壓力。 離開廢熱鍋爐后爐氣通過 IP 過熱器內(nèi)加熱 HRS 蒸氣進一步冷卻。出 IP過熱器后，該氣體進入轉(zhuǎn)化器一層，在釩催化劑的作用下部分轉(zhuǎn)化為三氧化硫，反應(yīng)也同時產(chǎn)生熱量，因此，氣體須經(jīng)冷卻后才能提高在下一催化劑層中的轉(zhuǎn)化率。氣體離開一層進入高壓過熱器，通過進一步加熱過熱高壓蒸氣 得到冷卻，蒸氣的溫度和二層進口溫度通過在過熱器周圍旁路部分蒸氣在一定范圍內(nèi)控制；冷卻后的氣體自過熱器進入轉(zhuǎn)化器二層，二氧化硫繼續(xù)反應(yīng)產(chǎn)生三氧化硫同時伴隨產(chǎn)生額外的熱量；熱氣體離開二層通過熱中間熱交換器進行冷卻以提高在下一層中的轉(zhuǎn)化率，出口氣體溫度由旁路控制。 經(jīng)冷卻的氣體離開熱中間熱交換器進入轉(zhuǎn)化器三層繼續(xù)進行反應(yīng)，熱氣體離開三層進入冷中間熱交換器和 3B 省煤器進行冷卻。為了利用硫酸蒸氣形成時所產(chǎn)生的額外熱量，氣體離開省煤器 3B 時在其中注入低壓蒸氣，采用這種方法可以獲得在氣體增濕時產(chǎn)生的額外熱量，并轉(zhuǎn)化成CWCEC 宜化大江公司高濃度磷復肥工程可行性研究報告 45 五 環(huán) 科 技 股 份 有 限 公 司 中壓 蒸氣使總產(chǎn)氣量提高；氣體離開蒸氣噴射管后進入二級的熱回收系統(tǒng)（ HRS）。 HRS 系統(tǒng)的用途是從氣體中吸收三氧化硫和冷凝硫酸，同時回收吸收和冷凝過程中的熱量并將其轉(zhuǎn)換成中壓蒸氣。 通過 HRS 塔后，工藝氣體進入安裝在 HRS 塔頂部的孟山都 ES 型除霧器，除霧器去除了塔內(nèi)形成的酸霧直到和傳統(tǒng)的第一吸收塔一樣，以保護下游冷中間熱交換器。冷卻后的氣體包括未反應(yīng)的二氧化硫離開熱回收塔，進入冷中間熱交換器后由離開三層的熱氣體加熱，再進入熱熱交換器由離開 2 層的熱氣體進一步加熱。 氣體出熱中間熱交換器后進入轉(zhuǎn)化器 4 層，進 4 層溫度通 過冷中間熱交換器周圍旁路部分氣體來控制。氣體離開 4 層后在過熱器 4A 冷卻并加熱高壓飽和蒸氣，最終的冷卻在省煤器 4C/4A 內(nèi)加熱鍋爐給水來完成。 氣體離開省煤器 4C/4A 進入最終吸收塔后通過煙囪向大氣排放；在最終吸收塔內(nèi)，氣體中的三氧化硫和濃度為 98%循環(huán)酸中的水反應(yīng)，通過最終吸收塔的循環(huán)酸溫度由于反應(yīng)熱和氣體帶入塔內(nèi)的熱量而提高。最終吸收塔底部的循環(huán)酸進入共用泵槽中最終吸收塔的區(qū)域，部分從干燥塔返回的脫吸了二氧化硫的循環(huán)酸和來自最終吸收塔的熱循環(huán)酸混合用來控制最終吸收塔的循環(huán)酸溫度，所需的循環(huán)酸量被泵回最終吸 收塔，這樣有助于降低煙囪二氧化硫排放量；余留的循環(huán)酸通過共用泵槽分割板的底部進入共用泵槽的主要區(qū)域，并和干燥塔的其它部分循環(huán)酸一起進入干燥酸冷器，通過干燥酸冷器后，部分 %的酸進入產(chǎn)品酸冷器冷卻至攝氏 40 度后送至成品酸儲槽。 高壓過熱蒸氣送入發(fā)電機回收熱量后排放壓力并入中壓蒸氣管網(wǎng)。 CWCEC 宜化大江公司高濃度磷復肥工程可行性研究報告 46 五 環(huán) 科 技 股 份 有 限 公 司 原材料及動力消耗定額（ 以每噸 100％ H2SO4 計） 序號 名稱 規(guī) 格 單位 消耗 定額 小時 用量 備 注 1. 硫磺 S≥ % t 2. 催化劑 升 ／ 3. 輕柴油 kg ／ 開車時用 4. 電 kWh 86 8600 5. 直流水 m3 38 6. 循環(huán)水 △ t=10℃ m3 1440 裝置自供 7. 儀表空氣 Nm3 140 裝置自供 8. 脫鹽水 m3 186 9 低壓蒸氣 (g) 飽和蒸氣 t 14 10 高壓過熱蒸汽 482℃ MPa g t 副產(chǎn)蒸氣 12 中壓過熱蒸氣 250℃ MPa g t 副產(chǎn)蒸氣 自控技術(shù)方案 以集中控制為主，整個生產(chǎn)過程的操作及主要動設(shè)備的狀態(tài)顯示、停止操作均可在控制室內(nèi)完成。采用 DCS 集散控制系統(tǒng)進行整個裝置的監(jiān)視、控制。生產(chǎn)過程中的主要工藝參數(shù)將在 CRT 中進行顯示、紀錄、報警，并通過控制系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)、聯(lián)鎖、積算。對不重要的或不需要經(jīng)常監(jiān)視的工藝參數(shù)采用就地儀表指示。裝置所有需要集中檢測的工藝參數(shù)的信號從現(xiàn)場通過電纜直接送入控制室。硫酸裝置單獨設(shè)置一個 DCS控制室，位于公司的控制大樓內(nèi)。 設(shè)計的控制 原則是：設(shè)計控制以保護工廠人員、設(shè)備的安全和保證CWCEC 宜化大江公司高濃度磷復肥工程可行性研究報告 47 五 環(huán) 科 技 股 份 有 限 公 司 優(yōu)化的工藝操作和高質(zhì)量的產(chǎn)品，主要的控制過程都是自動實現(xiàn)的。 主要儀表選型首要考慮的是防腐蝕問題。材質(zhì)除有特殊要求外，均使用不銹鋼。需要遠傳的儀表均為電動型。采用 4~20mADC 二線制變送器，部分儀表還帶有現(xiàn)場指示儀表。 DCS 集散控制系統(tǒng)將提供對整個工藝過程的有效控制，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上應(yīng)使數(shù)據(jù)采集功能和控制功能分布在各個不同的模塊上，以有效地分散各種意外發(fā)生的危險。 主要設(shè)備選型 (1) 快速熔硫槽：帶攪拌器并內(nèi)設(shè)蒸汽加熱盤管的快速熔硫槽 ，采用地下式，可減少散熱損失，降低建筑物高度，減少投資。 焚硫爐：焚硫爐是硫磺制酸的關(guān)鍵設(shè)備，采用機械霧化式爐，外殼為碳鋼，內(nèi)襯耐火磚，并且內(nèi)設(shè)擋墻兩道。與空氣霧化相比，具有霧化效果好，火焰角度大，動力消耗低，不易堵塞。 (2) 轉(zhuǎn)化器：采用孟山都特有先進結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)化器，外殼為不銹鋼，內(nèi)設(shè)四段催化劑層，其中，前三段供第一次轉(zhuǎn)化，第四段供第二次轉(zhuǎn)化。并且裝填孟山都催化劑。 (3) 外部換熱器：采用管殼式換熱器或者孟山都的最新技術(shù) —— 板式換熱器 —— OCAP。 (4) 干燥塔、最終吸收塔：采用孟山都先進的塔 結(jié)構(gòu)，填料支撐采用孟山都的專利材料 ZECOR 格柵，開孔率大于 60％，內(nèi)裝填阻力小、傳質(zhì)效率高的階梯環(huán)耐酸填料，干燥塔塔頂設(shè)置孟山都金屬絲網(wǎng)除沫器、吸收塔塔頂設(shè)置孟山都纖維除沫器，分酸器均為孟山都的槽管式分酸器。CWCEC 宜化大江公司高濃度磷復肥工程可行性研究報告 48 五 環(huán) 科 技 股 份 有 限 公 司 干吸塔均為鋼殼內(nèi)襯耐酸磚結(jié)構(gòu)。 (5) 陽極保護管殼式酸冷卻器 ： 316L 管材及 304L 外殼，設(shè)有陽極保護，使設(shè)備在高溫下仍具有良好的耐酸性。 (6) 空氣鼓風機：采用電機驅(qū)動的離心鼓風機。 (7) HRS 設(shè)備：包括 HRS 吸收塔、 HRS 鍋爐、 HRS 預(yù)熱器、酸稀釋器等，均采用孟山都的專有設(shè)備。 擬進口的設(shè)備 國內(nèi)硫酸工業(yè)技術(shù)雖然取得很大進展，但硫磺制酸技術(shù)和主要設(shè)備由于起步較晚，較國外先進水平仍有差距，主要設(shè)備性能尚落后于國外，節(jié)能技術(shù)、污染控制技術(shù)、新材料、新設(shè)備的開發(fā)及催化劑的性能方面也與國外先進水平有一定的差距。為了保證裝置操作的穩(wěn)定性及控制較低的 SO2排放量，提高 SO2的轉(zhuǎn)化率及廢熱回收率，裝置需引進與工藝性能保證有關(guān)的和與裝置的可靠性有關(guān)的兩類設(shè)備和材料。 第一類進口設(shè)備和材料 —— 與工藝性能保證有關(guān) 以下所列的進口設(shè)備與工藝性能保證有關(guān)； 催化劑 濃酸分酸器 除霧器 磺槍 HRS 系 統(tǒng) 濃酸塔填料支撐 CWCEC 宜化大江公司高濃度磷復肥工程可行性研究報告 49 五 環(huán) 科 技 股 份 有 限 公 司 1) 催化劑 孟山都催化劑的使用可以降低 SO2反應(yīng)生成 SO3的反應(yīng)起燃溫度。 孟山都 XLP220 催化劑是基于五氧化二釩的鉀鹽促進的催化劑，它的棱型環(huán)外表的設(shè)計是使催化劑在活性最大時阻力最小，同