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正文內(nèi)容

畢業(yè)設(shè)計(jì):300kta硫磺制酸裝置焚硫轉(zhuǎn)化工段-焚硫爐工藝設(shè)計(jì)(編輯修改稿)

2025-07-11 02:52 本頁(yè)面
 

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 52 壓力儀表 .................................................................................... 52 溫度儀表 .................................................................................... 52 調(diào)節(jié)閥 ........................................................................................ 52 儀表防護(hù)和防暴 ................................................................................... 53 參考文獻(xiàn) ....................................................................................... 54 致謝 ............................................................................................... 55 南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 第一章 文獻(xiàn)綜述 硫酸簡(jiǎn)介 硫酸(分子式: H2SO4)作為廣泛用于化肥、纖維、制藥等化學(xué)工業(yè)及鋼鐵、有色金屬、食品等各種工業(yè)的 基礎(chǔ)原料,有工業(yè)之母之稱。 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 )。 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 %。 生產(chǎn)硫酸的原料主要有硫鐵礦、硫磺、石膏、硫化氫、有色金屬冶煉煙氣、廢酸和各種含硫排放物,全世界硫資源近 90%用于生產(chǎn)硫酸 [1]。 國(guó)內(nèi)外硫酸工業(yè)概況 硫酸作為傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)基本化工原料, 自 18 世紀(jì)中葉工業(yè)化生產(chǎn)以來(lái),隨著炸 藥、染料工業(yè)的興起而迅速發(fā)展, 現(xiàn)今隨化肥工業(yè)、有色冶金、石油化工、紡織和國(guó)防工業(yè)、輕工業(yè)及其它有關(guān)工業(yè)的發(fā)展而不衰 [2]。 世界硫酸的產(chǎn)量增長(zhǎng)很快,在 20 世紀(jì)初,其總產(chǎn)量只有幾百萬(wàn)噸,到 1997年,其產(chǎn)量達(dá) 155163kt,最近 40 年的年平均遞增率為 %[1]。全球硫酸產(chǎn)量近十多年均是正增長(zhǎng),而到 2021 年的總產(chǎn)量約 196000kt[2]。 生產(chǎn)硫酸的原料以硫磺為主, 冶煉煙氣次之, 兩者共占所用原料總量的90%以上,而使用硫鐵礦制酸在逐年減少 [2]。如 :1996 年,英國(guó)占總產(chǎn)量 %的硫酸以硫磺 為原料、美國(guó)占 %。 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(guó)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]。 我國(guó)的硫酸工業(yè)起始于 19 世紀(jì) 70 年代,當(dāng)時(shí)產(chǎn)量很少。新中國(guó)建立后,尤第一章 文獻(xiàn)綜述 其是 20 世紀(jì) 80 年代以后,硫酸工業(yè)獲得了快速地發(fā)展 [6]。隨著中國(guó)高濃度磷 復(fù)肥和有色金屬的發(fā)展, 硫酸產(chǎn)量迅速增加。 2021 年硫酸產(chǎn)量突破 3000 萬(wàn)噸,達(dá)到 3051. 9 萬(wàn)噸 [5]。 我國(guó)是硫鐵礦的最大消費(fèi)國(guó), 20 世紀(jì)我國(guó)硫酸工業(yè)主要以硫鐵礦為原料。至 2021 年我國(guó)以硫鐵礦為原料的產(chǎn)酸量,仍占國(guó)內(nèi)硫酸產(chǎn)量的 3/ 4 左右 [1]。 但是, 20 世紀(jì) 90 年代以后,隨著我國(guó)有色冶煉行業(yè)的發(fā)展,以及國(guó)際硫磺價(jià)格的下降和環(huán)保要求的日益嚴(yán)格,我國(guó)硫酸生產(chǎn)的原料結(jié)構(gòu)發(fā)生了很大的變化,硫磺制酸和冶煉煙氣制酸的比例逐漸提高,硫鐵礦制酸的產(chǎn)量雖然下降不大,但其所占比例已越來(lái)越小,由 20 世紀(jì)七八十年代的 80%~ 90%,到 2021 年降到50%以下。至 2021 年我國(guó)硫磺制酸產(chǎn)能已達(dá)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(zhǎng)率分別為 %, %。預(yù)計(jì)到“十二五”末期我國(guó)硫磺制酸產(chǎn)能將達(dá)到 47000~50000kt/a,產(chǎn)量約 40000kt/a[7]。 目前世界各國(guó)硫酸工程都趨向于大型化發(fā)展, 進(jìn)入 21 世紀(jì)的幾年中, 全球建成規(guī)模最大的硫酸生產(chǎn)裝置, 在硫磺制酸方面,單系列最大規(guī)模已達(dá)4500t/d。我國(guó)硫磺制酸也正在向大型化發(fā)展。到 2021 年底,我國(guó)硫 磺制酸單系列最大規(guī)模已達(dá)到 1000kt/a[7]。 隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的技術(shù),我國(guó)在硫酸工業(yè)上得技術(shù)裝備水平不斷在提高。 硫酸市場(chǎng)分析 世界上肥料工業(yè)是硫酸的最大用戶,約占 60%,而磷肥生產(chǎn)又是硫酸的最大消耗部分。我國(guó)硫酸的消費(fèi)主要用于化肥生產(chǎn),至 1995 年的前 10 年,我國(guó)磷酸鹽消費(fèi)量平均年增長(zhǎng)率為 %。 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 %。 1998年全國(guó)化肥產(chǎn)量 273616 萬(wàn)噸 ,比 上年增長(zhǎng) %,其中磷肥 51515929 萬(wàn)噸 ,前 7 個(gè)月磷酸鹽產(chǎn)量增長(zhǎng) 4%,全年硫酸產(chǎn)量比上年增長(zhǎng) %。 1999 年國(guó)家化肥生產(chǎn)計(jì)劃安排 3000 萬(wàn)噸 (折純 ) ,其中磷肥 660 萬(wàn)噸 [1]。自 21 世紀(jì)有關(guān)部門人士到含硫化肥在糧食生產(chǎn)中的重要作用,并將發(fā)展含硫化肥放在了重要地位。南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 2021 年國(guó)產(chǎn)和進(jìn)口硫酸資源總量為 323412 萬(wàn)噸, 消費(fèi)量為 323118 萬(wàn)噸?;氏M(fèi)硫酸 232319 萬(wàn)噸, 占硫酸消費(fèi)量的 %[5]。 2021 年我國(guó)硫酸裝置總產(chǎn)能約 68000k, t 生產(chǎn)量 57000k, t 占全球產(chǎn)量的 25. 7%[2]。 綜上,我們看以看到,硫酸工業(yè)自誕生以來(lái),其規(guī)模就一直快速發(fā)展。 21世紀(jì)的這十年中,特別是我國(guó)的硫酸工業(yè)更是發(fā)展迅速,硫酸產(chǎn)量不斷提高。隨著全球?qū)α蛩嵝枨罅康牟粩嘣黾樱蛩岙a(chǎn)品會(huì)有更廣的市場(chǎng)前景。 硫磺制酸 正如上一節(jié)所提到的,隨著我國(guó)際硫磺價(jià)格的下降和硫磺回收量的增加,硫磺制酸在硫酸產(chǎn)量中所占的比例也越來(lái)越大。特別是我國(guó),硫磺回收和硫磺制酸發(fā)展迅速, 2021 年我國(guó)硫磺回收產(chǎn)能在 4000~5000kt/a,產(chǎn)量為 2870kt[7]。同時(shí)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(jiǎn)單和氣體流程簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn) [8]。 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]。 圖 硫磺制酸流程框圖 Fig Flow diagram of sulfuric acid from sulfuric 焚硫工段 焚硫工段的目的是將硫氧化生成 SO2,將精制液硫通過(guò)精硫泵加壓后,經(jīng)硫第一章 文獻(xiàn)綜述 磺噴槍機(jī)械霧化而噴入焚硫爐焚燒,所需的干燥空氣來(lái)自干燥塔 [10]。液體硫磺霧化、燃燒采用帶有機(jī)械霧化噴嘴的焚硫爐,具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容 積熱強(qiáng)度高,不需另設(shè)加壓風(fēng)機(jī)等優(yōu)點(diǎn),節(jié)省了動(dòng)力消耗,簡(jiǎn)化了流程 [11]。 根據(jù)空氣鼓風(fēng)機(jī)的布置不同可分為:塔前流程,即鼓風(fēng)機(jī)布置在干燥塔上游,風(fēng)機(jī)進(jìn)口為濕空氣,它對(duì)鼓風(fēng)機(jī)的耐腐蝕要求低;塔后流程,即將鼓風(fēng)機(jī)布置在干燥塔下游,風(fēng)機(jī)進(jìn)口為干燥空氣(含微量酸霧),它對(duì)鼓風(fēng)機(jī)耐腐性要求較高,氣量比塔前流程大,相應(yīng)的干燥塔直徑稍大。塔后流程的優(yōu)點(diǎn)是鼓風(fēng)機(jī)的壓縮熱帶入焚硫爐,可多產(chǎn)生蒸汽,同時(shí)可以減少干燥塔循環(huán)水的用量 [12] 。這兩種路程目前都有使用,南化公司硫磺制酸裝置采用的是塔后流程。 焚硫爐 焚 硫爐一般為鋼制圓筒內(nèi)襯耐火磚和保溫磚的臥式結(jié)構(gòu),爐內(nèi)設(shè)置多道擋墻及二次風(fēng)入口,以增強(qiáng)空氣與液硫霧化顆粒的混合,確保液硫在爐內(nèi)完全燃燒。 目前國(guó)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(kuò)大型臥式焚硫爐,空氣進(jìn)口采用雙螺旋結(jié)構(gòu)的進(jìn)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。在保證液硫充分燃燒的前提下,提高了焚硫爐的容積熱強(qiáng)度 [12]。 焚硫爐布置 [12] 焚硫爐和廢熱鍋爐是相關(guān)設(shè)備,需要統(tǒng)一布置,由于兩臺(tái)設(shè)備的整體長(zhǎng)度都比較長(zhǎng), 可根據(jù)場(chǎng)地的情況將兩臺(tái)設(shè)備平行布置或呈“ L”形布置。由于焚硫爐出口至廢熱鍋爐的氣體的溫度很高(可達(dá)到 1100℃左右),該管道一般采用碳鋼襯磚結(jié)構(gòu),施工難度大,因此焚硫爐和廢熱鍋爐應(yīng)盡量靠近以縮短該管道的長(zhǎng)度。 轉(zhuǎn)化工段平 轉(zhuǎn)化工段的任務(wù)是將 SO2轉(zhuǎn)化成 SO3,由焚硫爐出來(lái)的含有 SO2的高溫氣體,首先進(jìn)入廢熱鍋爐回收熱量,溫度降低后進(jìn)入轉(zhuǎn)化器,在催化劑上反應(yīng)生成 SO3。 自從 20 世紀(jì) 60 年代以來(lái),硫酸生產(chǎn)中 SO2轉(zhuǎn)化工藝的技術(shù)進(jìn)步是采用兩次轉(zhuǎn)化、兩次吸收工藝,簡(jiǎn)稱兩轉(zhuǎn)兩吸。與傳統(tǒng)的一轉(zhuǎn)一吸工藝相比 ,兩轉(zhuǎn)兩吸工藝具有以下特點(diǎn): ○ 1 最終轉(zhuǎn)化率高: 南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 ○ 2 能夠處理 ?(SO2)較高的爐氣; ○ 3 可以減少尾氣中 SO2的排放量; ○ 4 所需的換熱面積較大; ○ 5 系統(tǒng)阻力比一轉(zhuǎn)一吸工藝增加 4~5kPa。 兩轉(zhuǎn)兩吸工藝也有多種流程,常見(jiàn)的有“ 3+2”五段轉(zhuǎn)化,“ 3+1”四段轉(zhuǎn)化,“ 2+2”四段轉(zhuǎn)化,“ 2+1”三段轉(zhuǎn)化。目前國(guó)內(nèi)硫磺制酸裝置大多采用前兩種。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(duì)催化劑的要求更低一些,并且前者對(duì)達(dá)到要求的最終轉(zhuǎn)化率更有保障 [13]。南化公司硫磺制酸裝置采用的是“ 3+2”五段轉(zhuǎn)化工藝。 干吸工段 干吸工段設(shè)有一個(gè)干燥塔和兩個(gè)吸收塔,干燥塔的任務(wù)是干燥空氣,除去空氣中的水分。吸收塔用來(lái)吸收由轉(zhuǎn)化器出來(lái)的 SO3?;侵扑嵫b置的干吸工藝流程按設(shè)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]。 a) 三塔三槽為三塔各自設(shè)循環(huán)槽,循環(huán) 流程有:三塔各自獨(dú)立循環(huán)流程;二吸塔獨(dú)立循環(huán),干燥塔和一吸塔交叉循環(huán)流程;一吸塔獨(dú)立循環(huán),二吸塔和干燥塔交叉循環(huán)流程;干燥塔獨(dú)立循環(huán),一吸塔和二吸塔交叉循環(huán)流程。 b) 三塔兩槽循環(huán)流程有:干燥塔、一吸塔共槽,二吸塔單獨(dú)一槽循環(huán)流程;干燥塔、二吸塔共槽,一吸塔單獨(dú)一槽循環(huán)流程;兩個(gè)吸收塔共槽,干燥塔單獨(dú)一槽循環(huán)流程。 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。中間加一道隔墻流程是由三塔兩槽流程演變而來(lái),中間加兩道隔墻流程是由三塔三槽循環(huán)流程演變而來(lái)。 關(guān)于各種循環(huán)流程工 藝的詳細(xì)講解請(qǐng)參照相關(guān)文獻(xiàn) [15]。南化公司硫磺制酸裝置采用的是三塔兩槽循環(huán)流程,其中干燥塔單獨(dú)一槽,兩個(gè)吸收塔共槽。 第一章 文獻(xiàn)綜述 廢熱回收 在硫磺制酸過(guò)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(yīng)都是放熱的,總得反應(yīng)熱約 500kJ/mol硫酸。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?;厥盏臒崃恐蟹倭蚝娃D(zhuǎn)換部分的高溫廢熱約占 60%,干吸部分的低溫廢熱約占 40%[16]。 我國(guó)在硫磺制酸裝置的廢熱回收技術(shù)方面起步較晚。 70 年代我國(guó)硫磺制酸裝置廢熱 回收狀況: ; ,事故率較高。 80 年代我國(guó)相繼引入國(guó)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]。 焚硫和轉(zhuǎn)化工段高中溫廢熱的回收系統(tǒng)一般設(shè)置,廢熱鍋爐,過(guò)熱器和省煤器。具體根據(jù)裝置規(guī)模的不同,其系統(tǒng)設(shè)置也有所差異。一般在焚硫爐后設(shè)有廢熱鍋爐,目前多采用火管鍋爐,在轉(zhuǎn)化工段設(shè)有過(guò)熱器和省煤器。 對(duì)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(shù)上比較困難。我國(guó) 80 年代前這些熱量都是由淋灑式鑄鐵排管冷卻后隨冷卻水帶到環(huán)境中。 80年代后期,我國(guó)開(kāi) 發(fā)了幾種回收利用低溫廢熱的方法和技術(shù): a. 加熱脫鹽水,提高進(jìn)除氧器的水溫,從而減少除氧器蒸汽消耗。 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)。 c. 生產(chǎn)熱水用于居民生活。 孟山都環(huán)境化學(xué)公司在 80 年代后期開(kāi)發(fā)了硫酸高溫吸收產(chǎn)生低壓蒸汽的系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱 HRS)。該系統(tǒng)主要由 HRS 熱回收塔、 HRS 酸循環(huán)泵、 HRS 鍋爐及 HRS稀釋器 4 臺(tái)設(shè)備組成。該裝置的應(yīng)用,使得廢熱的回收率從傳統(tǒng)裝置的 70%提高到 93%[18]。 論文 設(shè)計(jì)項(xiàng)目?jī)?nèi)容 與 意義 本文 設(shè)計(jì)項(xiàng)目 為 300 kt/a 硫磺制酸裝置 ,原料為揚(yáng)子石化 等 裝置回收下來(lái)的液體硫磺。 作為重要的無(wú)機(jī)基礎(chǔ)化工原料,自其工業(yè)化生產(chǎn)以來(lái),其生產(chǎn)工藝不斷改善南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 和提高,產(chǎn)量更是迅速增長(zhǎng)。到 20 世紀(jì) 90 年代以后,隨著我國(guó)有色冶煉行業(yè)的發(fā)展,以及國(guó)際硫磺價(jià)格的下降和環(huán)保要求的日益嚴(yán)格,硫磺制酸在制酸工業(yè)中占據(jù)了非重要的地位。至 202
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