【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 品種類(lèi)多；② 設(shè)備腐蝕較輕，容易維護(hù)而且維護(hù)費(fèi)用也較小，設(shè)備壽命比較長(zhǎng)，管理也比較容易；③ 生產(chǎn)比較平穩(wěn)，指標(biāo)波動(dòng)范圍小。接觸法的缺點(diǎn)主要有：投資較大、建造速度慢、采酸率較低等。 硫酸生產(chǎn)全工段工藝簡(jiǎn)介 SO2 氣體的制取與凈化制取 SO2氣體是制取硫酸的第一步，也是制取硫酸的重要一步。現(xiàn)今制取 SO2氣體的方法主要有，燃燒硫鐵礦，燃燒硫磺，還原硫酸鹽，冶煉煙氣以及各種含硫工業(yè)廢料再次利用等方法。但現(xiàn)今采用最多的還是硫鐵礦與硫磺的燃燒這兩種方式。進(jìn)入凈化系統(tǒng)的爐氣含有 ~30g/cm3的礦塵。礦塵積累起來(lái)不僅堵塞管道設(shè)備，而且其中的氧化鐵能與酸霧形成硫酸鐵，覆蓋在二氧化硫催化劑的表面，既降低催化劑的活性，有增加了床層的阻力。此外，硫鐵礦中所含的砷，硒，氟等雜質(zhì)，分別以不同的形式進(jìn)入到爐氣中，其中的一部分或大部分隨爐氣帶入凈化系統(tǒng)。砷能使催化劑中毒，氟能腐蝕設(shè)備。進(jìn)入轉(zhuǎn)化器后，還能侵蝕催化劑載體，引起粉化，使催化床阻力上漲。隨同爐氣帶入凈化系統(tǒng)的還有水蒸氣和少量三氧化硫氣體，二者結(jié)合可形成酸霧。酸霧在洗滌塔中較難吸收，帶入轉(zhuǎn)化系統(tǒng)會(huì)降低二氧化硫的轉(zhuǎn)化率，腐蝕系統(tǒng)設(shè)備和管道。因此，爐氣必須進(jìn)行一部的進(jìn)化和干燥，方可進(jìn)行二氧化硫的催化氧化。爐氣的凈化可用干法或濕法進(jìn)行。目前普遍采用的是濕法凈化。爐氣凈化技術(shù)隨著凈化設(shè)備的進(jìn)步而提高。初始，由簡(jiǎn)單的重力沉降室和慣性除塵室、旋風(fēng)除塵器等所組成，凈化效率低下。自 1960 年美國(guó)科學(xué)家 壓靜電除塵、除霧設(shè)備后，加快了爐氣凈化技術(shù)的發(fā)展步伐 [8]。高效旋風(fēng)除塵器、文式管、泡沫塔、新型填料塔、星形鉛間冷器、板式冷卻器、沖擊波洗滌器、高密度聚乙烯泵、耐稀酸合金泵等高效耐磨蝕設(shè)備的出現(xiàn)，使凈化設(shè)備的選型范圍擴(kuò)大了，壽命延長(zhǎng)了，促進(jìn)了爐氣凈化工藝方法更加合理、完善。 SO2氣體的轉(zhuǎn)化和吸收（1）一次轉(zhuǎn)化一次吸收為了使轉(zhuǎn)化器中的 SO2催化氧化過(guò)程盡可能地遵循最佳溫度曲線進(jìn)行，隨著轉(zhuǎn)化率的提高，必需從反應(yīng)系統(tǒng)中除去多余的熱量，是溫度相應(yīng)地降低。按照換熱方式不同，轉(zhuǎn)化器可以分為多段換熱式和連續(xù)換熱式兩類(lèi)。由于 SO2最終轉(zhuǎn)化率很高，反應(yīng)前期與后期單位時(shí)間內(nèi)單位體積催化床的反應(yīng)熱相差倍數(shù)很大，用一般的連續(xù)換熱式轉(zhuǎn)化器時(shí)，過(guò)程難以遵循最佳溫度曲線；而且溫度調(diào)節(jié)也很困難，對(duì)于氣體組成和空速的變化適應(yīng)性也很差；再加上結(jié)構(gòu)復(fù)雜，催化劑裝填系數(shù)較小，設(shè)備的生產(chǎn)能力也低。所以現(xiàn)在普遍采用多段換熱式轉(zhuǎn)化器。一次轉(zhuǎn)化一次吸收工藝可能達(dá)到的最佳最終轉(zhuǎn)化率是 ～98%如果要得到更高的轉(zhuǎn)化率，將使所需的催化劑用量大幅度增加，這是不經(jīng)濟(jì)的，而且還受到平衡轉(zhuǎn)化率的限制。如果將尾氣直接排入大氣，將造成嚴(yán)重的大氣污染。（2）二次轉(zhuǎn)化二次吸收兩次轉(zhuǎn)化兩次吸收工藝與一次轉(zhuǎn)化一次吸收工藝相比，能用較少的催化劑而獲得很高的最終轉(zhuǎn)化率，關(guān)鍵在于將整個(gè)轉(zhuǎn)化過(guò)程分為兩次進(jìn)行。第一次使大部分 SO2得到轉(zhuǎn)化，一般控制轉(zhuǎn)化率在 90%左右，然后進(jìn)入第一吸收塔（或稱中間吸收塔）將 SO2吸收，再進(jìn)行第二次轉(zhuǎn)化。此時(shí)由于反應(yīng)混合物中不含 SO3，而且 SO2濃度很低，O 2/SO2比值較一次轉(zhuǎn)化要高得多，在這種情況下，平衡轉(zhuǎn)化率高，反應(yīng)速度快，用較少的催化劑就能保證轉(zhuǎn)化率達(dá)到 95%左右 [9]。兩次轉(zhuǎn)化的最終轉(zhuǎn)化率因工藝條件而異，一般在 ～%范圍內(nèi)。（3）沸騰轉(zhuǎn)化傳統(tǒng)上，二氧化硫的催化氧化過(guò)程都是采用固定床轉(zhuǎn)化器。這種轉(zhuǎn)化器的生產(chǎn)強(qiáng)度受到多種因素的限制：① 催化劑顆粒不能太小，否則反應(yīng)氣體通過(guò)催化床的流體阻力太大；② 釩催化劑的導(dǎo)熱系數(shù)小，不能采用換熱管將固定床中的熱量除去；③ 不能采用高濃度的二氧化硫氣體。為了克服這些缺點(diǎn)，可采用沸騰轉(zhuǎn)化。沸騰轉(zhuǎn)化能從催化床中非常有效地除去熱量，能夠使用小顆粒催化劑和采用高濃度二氧化硫氣體。而且，采用沸騰床轉(zhuǎn)化器可以降低工廠投資，提高蒸汽回收量。硫酸廠使用這種轉(zhuǎn)化器的主要障礙是催化劑的磨損問(wèn)題。氣體中的二氧化硫經(jīng)催化氧化形成三氧化硫后，即送入到吸收系統(tǒng)用發(fā)煙硫酸或濃硫酸吸收，形成不同規(guī)格的產(chǎn)品硫酸。吸收過(guò)程可用下式表示： 32243()nSO+H=S+n1SO（ （液 液 ） 液 ） （ ）改變上式中的 n 值，便形成相應(yīng)濃度的產(chǎn)品硫酸。當(dāng) n1 時(shí)，形成發(fā)煙硫酸；n=1 時(shí)，形成無(wú)水硫酸；n1 時(shí)，則為含水硫酸，即硫酸和水的溶液。要求生產(chǎn)發(fā)煙硫酸時(shí)，可采用兩端吸收流程。轉(zhuǎn)化氣一次通過(guò)發(fā)煙硫酸吸收塔和濃硫酸吸收塔，分別為發(fā)煙硫酸和%硫酸吸收 SO3氣體后，氣相中的 SO3含量可降至 ~%，然后由濃硫酸吸收塔出口引至尾氣處理部分，或直接經(jīng)過(guò)捕沫后放空?，F(xiàn)今三氧化硫吸收技術(shù)的發(fā)展主要表現(xiàn)在填料性能的改進(jìn)，布酸設(shè)備的改進(jìn)和冷卻器設(shè)計(jì)材料的改進(jìn)。 尾氣的處理硫酸廠尾氣中的有害物，主要是 SO2（約 %~%） ，少量的 SO3和酸霧。因此，減少尾氣中的有害物的排放，主要應(yīng)該是提高 SO2的轉(zhuǎn)化率及 SO3的吸收率。提高 SO2的最終轉(zhuǎn)化率，使之達(dá)到 %，就符合目前的排放標(biāo)準(zhǔn)。采用兩轉(zhuǎn)兩吸流程時(shí)，在正常的條件下，是可以達(dá)到的。故在新建的硫酸廠中，這種流程以得到廣泛的采用。但是，在早期建成的硫酸裝置中，絕大多數(shù)為一轉(zhuǎn)一吸流程，對(duì)尾氣及含低濃度 SO2氣體的處理方法甚多，且各具特色，主要有：（1）氨法用氨水或銨鹽溶液吸收形成亞硫酸銨—亞硫酸氫銨吸收液。連續(xù)引出部分吸收液進(jìn)行處理，隨著處理方法的不同，所獲得的產(chǎn)品異不同。其中應(yīng)用最廣的是氨—堿法。（2）堿法用各種堿液吸收尾氣中的 SO2，可以免除氨法中氨的損失和霧沫。常用的堿吸收液有碳酸鈉溶液，氫氧化鎂溶液及石灰乳等。其共同的優(yōu)點(diǎn)是：脫除率高，工藝簡(jiǎn)單。其中，石灰乳吸收法的突出優(yōu)點(diǎn)是石灰來(lái)源方便，價(jià)格低廉，投資和操作費(fèi)用較低。（3）金屬氧化物法金屬氧化物所形成的堿性溶液，亦可作為 SO2的吸收劑。主要有堿性硫酸鋁—石膏法；氧化鋅溶液吸收法；氧化錳法等。（4）活性炭法活性炭通常具有較大的內(nèi)表面積，是一種良好的吸收劑。當(dāng)尾氣中的 SO2在一定條件下通過(guò)活性炭層時(shí)，被活性炭表面吸附。在 100℃以下主要為物理吸附，提高溫度后，從物理吸附轉(zhuǎn)向化學(xué)吸附。在活性炭表面，吸附態(tài)的 SO2和吸附態(tài)的氧作用，形成吸附態(tài)SO3，有水存在時(shí)，便形成硫酸。（5）控制 SO2排放的其他方法這類(lèi)方法主要有稀釋法，CIL 法，調(diào)節(jié)供氣法等。 硫酸工業(yè)的重要性及其發(fā)展 硫酸在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的重要性 硫酸是化學(xué)工業(yè)的重要產(chǎn)品，又是許多工業(yè)生產(chǎn)的重要原料。硫酸常常被列為國(guó)家主要化工產(chǎn)品之一，人們往往用硫酸的年產(chǎn)量來(lái)衡量一個(gè)國(guó)家的化工生產(chǎn)能力。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。硫酸所以被譽(yù)為化學(xué)工業(yè)的發(fā)動(dòng)機(jī)。硫酸是一種非常重要的化工原料，幾乎所有的工業(yè)都直接或間接地用到它。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。在石油工業(yè)中,硫酸用于產(chǎn)品的精煉。鋼鐵工業(yè)需用硫酸進(jìn)行酸洗。在有色冶金工業(yè)中，需用硫酸配制電解液。硫酸是硝化工序不可缺少的脫水劑。硫酸還是現(xiàn)代氟工業(yè)的基礎(chǔ)。其他如制革、造紙、電鍍、印染、醫(yī)藥、農(nóng)藥、煉焦、蓄電池、合成洗滌劑等生產(chǎn)也都需用硫酸。硫酸也是十分重要的化工基礎(chǔ)原料，被人稱為化工之母，衡量一個(gè)國(guó)家或者一個(gè)地區(qū)的經(jīng)濟(jì)是否發(fā)達(dá)，首先就看這個(gè)地區(qū)的硫酸產(chǎn)量 [3]。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。現(xiàn)在我國(guó)的硫酸工業(yè)飛速發(fā)展，從 1949 年的年產(chǎn) 4 萬(wàn)噸，到 2022 年的 2356 萬(wàn)噸每年，以每年 20%的高速增加。 自從加入 WTO 后，中國(guó)徹底的打破了資源的局限性，在全球范圍內(nèi)對(duì)資源進(jìn)行優(yōu)化配置，硫酸的工業(yè)原料也根據(jù)國(guó)際市場(chǎng)進(jìn)行重組，一統(tǒng)天下的硫鐵礦制酸，幾年之內(nèi)就被逼退到只剩半壁江山。2022 年全國(guó)也將關(guān)閉四萬(wàn)噸以下的硫鐵礦制酸，硫磺制酸法受到制酸界的廣泛關(guān)注。我國(guó)的硫磺資源較少，年產(chǎn)量常年維持在 30 萬(wàn)噸，根據(jù)有關(guān)部門(mén)預(yù)測(cè)我們過(guò)未來(lái)的 1015 年內(nèi)，為滿足對(duì)油品的需求，原油進(jìn)口量將達(dá)到一億噸。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。因此，我國(guó)硫磺的回收總產(chǎn)量在未來(lái)的 510 年間預(yù)計(jì)可達(dá)到 100150 萬(wàn)噸，除去工業(yè)上用硫磺 3040 萬(wàn)噸，還有 100 萬(wàn)噸以上的硫磺可共用于硫酸的生產(chǎn)。 2022 年我國(guó)的硫酸表現(xiàn)消費(fèi)量為 萬(wàn)噸。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。2022 年進(jìn)口硫磺 499 萬(wàn)噸，比上年增加 22%；進(jìn)口硫酸 萬(wàn)噸，與上年基本持平。同時(shí)我國(guó)硫酸的產(chǎn)量也達(dá)到了 萬(wàn)噸，增加 %，擺脫了長(zhǎng)期以來(lái)位居次席的地位，超越了美國(guó)的 30503100 萬(wàn)噸。由于硫磺進(jìn)口價(jià)位一直居高不下。部分硫磺制酸裝置改回硫鐵礦制酸，使硫鐵礦制酸的產(chǎn)量達(dá)到了 萬(wàn)噸，比 2022 年增加了 %，占總產(chǎn)量 %；硫磺制酸產(chǎn)量為 萬(wàn)噸，占總產(chǎn)量的 %；冶煉煙氣制酸產(chǎn)量為 萬(wàn)噸，占總產(chǎn)量 %；磷石膏以及其他制酸產(chǎn)量為 萬(wàn)噸。 2022 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2022 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，2022 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)。2022 年全國(guó)硫酸產(chǎn)量 萬(wàn)噸，同比增加了 %其中產(chǎn)量最大的是云南。2022 年 12 月總產(chǎn)量為 萬(wàn)噸，比 2022 年同期 增加了 %。預(yù)計(jì) 2022年硫酸產(chǎn)量可超過(guò) 4400 萬(wàn)噸，同比增加 %；其中硫磺制酸 2022 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。進(jìn)口硫酸 175 萬(wàn)噸，由于韓國(guó)硫酸減少，總進(jìn)口量比 2022年進(jìn)一步下降。2022 年 利用廢熱能源，硫資源帶來(lái)的廢熱能源是硫酸行業(yè)得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，石油、天然氣、煤等主要能源原料的供不應(yīng)求更加反映出硫酸行業(yè)廢熱能源的彌足珍貴。對(duì)國(guó)內(nèi)硫酸企業(yè)來(lái)說(shuō)和國(guó)際市場(chǎng)完全平等的接軌將意味著硫酸價(jià)格的進(jìn)一步下降。目前，西北歐的硫酸企業(yè)出售硫酸廢熱能源獲得的利潤(rùn)，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了銷(xiāo)售硫酸獲得的利潤(rùn)。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。我國(guó)現(xiàn)有利用硫酸系統(tǒng)的中壓蒸汽發(fā)電的硫酸企業(yè)只占硫酸企業(yè)總數(shù)的 %，數(shù)量太少，應(yīng)該積極利用熱管技術(shù)等新技術(shù)回收硫酸中的廢熱，提高我國(guó)硫酸廢熱的回收水平。對(duì)于中國(guó)的硫酸工業(yè)來(lái)說(shuō), 21 世紀(jì)是一個(gè)全新的發(fā)展階段, 加入WTO 所產(chǎn)生的影響是巨大而深遠(yuǎn)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。對(duì)于企業(yè)來(lái)說(shuō),機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存, 只要迅速樹(shù)立“國(guó)際準(zhǔn)則 ”觀念, 及時(shí)調(diào)整發(fā)展方略、不斷提高競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力,就能夠成功地立足于國(guó)內(nèi)乃至國(guó)際硫酸市場(chǎng)。面對(duì)未來(lái), 我們充滿信心：經(jīng)過(guò)入世風(fēng)雨的滌蕩之后，中國(guó)必將躋身于世界硫酸強(qiáng)國(guó)之林。環(huán)保達(dá)標(biāo)成為企業(yè)生存的首要條件。21 世紀(jì)是綠色的世紀(jì)，實(shí)施的是可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，企業(yè)的命運(yùn)與環(huán)境的關(guān)系比以往任何時(shí)候都更為緊密。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。大型裝置，特別是硫磺裝置，只要設(shè)計(jì)合理、管理嚴(yán)格完全可以達(dá)到這一標(biāo)準(zhǔn)。因此硫磺制硫酸擁有很好的的工業(yè)使用前景。 硫酸工業(yè)的發(fā)展硫酸工業(yè)已有 200 多年的歷史。早期的硫酸生產(chǎn)采用硝化法，此法按主體設(shè)備的演變又有鉛室法和塔式法之分。19 世紀(jì)后期，接觸法獲得工業(yè)應(yīng)用，目前已成為生產(chǎn)硫酸的主要方法。在我國(guó)，1874 年，天津機(jī)械局淋硝廠建成中國(guó)最早的鉛室法裝置，1876 年投產(chǎn)，日產(chǎn)硫酸約 2t，用于制造無(wú)煙火藥。1934 年，中國(guó)第一座接觸法裝置在河南鞏縣兵工廠分廠投產(chǎn)。 　　1949 年以前，中國(guó)硫酸最高年產(chǎn)量為 180kt(1942)。1983 年硫酸產(chǎn)量達(dá) （不包括臺(tái)灣?。?僅次于美國(guó)、蘇聯(lián)，居世界第三位。1951 年，研制成功并大量生產(chǎn)釩催化劑，此后還陸續(xù)開(kāi)發(fā)了幾種新品種。1956 年，成功地開(kāi)發(fā)了硫鐵礦沸騰焙燒技術(shù)，并將文氏管洗滌器用于凈化作業(yè)。1966 年,建成了兩次轉(zhuǎn)化的工業(yè)裝置,成為較早應(yīng)用這項(xiàng)新技術(shù)的國(guó)家。在熱能利用、環(huán)境保護(hù)、自動(dòng)控制和裝備技術(shù)等方面，也取得了豐碩成果。由于硫酸與化肥、繼而與糧食之間的密切關(guān)系，硫酸工業(yè)在我國(guó)國(guó)民生計(jì)中占有舉足輕重的地位，一直是個(gè)備受關(guān)注的行業(yè)。改革開(kāi)放以來(lái)，硫酸工業(yè)得到了迅速發(fā)展，其產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、原料構(gòu)成、裝置規(guī)模、技術(shù)裝備水平、廢物排放指標(biāo)全然今非昔比，正在以嶄新的面貌邁入現(xiàn)代化工的行列。雖然我國(guó)硫酸工業(yè)取得了令人矚目的成就，但是，我國(guó)只是一個(gè)硫酸生產(chǎn)大國(guó)，而不是硫酸生產(chǎn)強(qiáng)國(guó)。從技術(shù)方面來(lái)看，其工藝設(shè)計(jì)、設(shè)備制造、催化劑性能、廢熱回收率等與國(guó)外先進(jìn)水平仍有一定的差距。因此，堅(jiān)持與時(shí)俱進(jìn)、堅(jiān)持技術(shù)創(chuàng)新，是我國(guó)硫酸工業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的唯一途徑。隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化戰(zhàn)略的推進(jìn)，我國(guó)目前這種以本國(guó)資源為主要原料、中小型企業(yè)星羅棋布的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)最終將徹底打破，取而代之的是與國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)規(guī)則相適應(yīng)的體系。生產(chǎn)裝置的大型化、環(huán)保意識(shí)的極限增強(qiáng)、技術(shù)裝備水平的全方位提升、能源工廠設(shè)計(jì)理念的廣為接納，這些目前發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)實(shí)現(xiàn)或正在追尋的目標(biāo)必將成為新世紀(jì)我國(guó)硫酸工業(yè)的現(xiàn)實(shí)。 本次設(shè)計(jì)主要研究?jī)?nèi)容本次設(shè)計(jì)的主題是年