【文章內容簡介】 要求 ,就國內目前制造酸泵的材料而言 ,尚不能滿足要求。而且投資費用較高。 2. 流程二與流程三相似 ,設備數(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 ,對循環(huán)酸泵和酸冷卻器的耐腐蝕性能貴州大學畢業(yè)論文 (設計 ) 第 15 頁 要求高，同樣的。國內目前制造酸泵的材料而言 ,也不能滿足要求；又由于流程二的串酸量大 ,串酸管線多 ,因此酸泵的揚量大 ,電耗多 ,操作費用高，控制點也多。 且由于一次轉化后爐氣中 SO2的含量仍較大 ,它在一吸塔內吸收時溶解到酸里流入酸循環(huán)槽中 ,溶解在酸中的 SO2 一部分由一吸塔酸循環(huán)泵送到一吸塔 ,經(jīng)解析后進入二次轉化 ,一部分由二吸塔酸循環(huán)泵送到二吸塔中經(jīng)解析后排入大氣 ,因此造成了尾氣中 SO2含量超標 ,造成對周圍環(huán)境的污染及硫資源的浪費。 3．流程四雖然其流程簡單、設備數(shù)量少、控制點少 ,但對于大、中型硫酸裝置而言 ,由于三塔合一槽 ,合用一臺酸循環(huán)泵 ,所以酸泵的揚量大 ,而目前國內大揚量酸泵和酸冷卻器的設計及制造尚無業(yè)績。無法在實際運用。但相信隨著制造業(yè)的不斷發(fā)展 ,今后 ,此流程將會被逐步采用。而對于中小型硫酸裝置 (小于160 kt/ a) 而言 ,此流程可節(jié)省投資 ,操作簡便 ,降低操作費用。 4. 采用流程三的干吸流程（見圖 ） ,可改變流程一的復雜和繁瑣 ,避免了流程二吸收過程中酸里溶解的 SO2 在二吸塔解吸而污染大氣 ,解決了流程四中大揚量酸泵等設備制作困難的矛盾。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。 國內大部分硫磺制酸企業(yè)是由硫鐵礦制酸改造來的 , 干燥用 93% 酸、吸收用 98% 酸 , 沿用了以前硫鐵礦制酸的干吸流程 , 例“ 3 塔 3 槽”、“ 3 塔 2 槽” (吸收合用 ) 等 , 這樣配管多 , 操作復雜。由于干燥的是空氣 , 干燥酸最好用 98% 酸。中小型硫磺制酸裝置應采用“ 3 塔 1 槽” (混酸槽裝有開孔隔板 ) ； 大型硫磺制酸裝置應采用干燥、第 2 吸混酸槽合一 , 1 吸單獨設混酸槽的干吸流程 , 這樣簡化了管道 , 減少了投資 ,開車和正常操作更加容易 , 也有利于低溫廢熱的利用。需要 93% 酸的企業(yè)可采用成品 98% 酸加水稀釋配制的方法。近年來 , 陽極保護技術在干吸工段得到了廣泛應用 , 如陽極保護不銹鋼管殼式濃硫酸冷卻器、陽極保護不銹鋼濃硫酸管道、陽極保護不銹鋼槽管式分酸器、陽極保護不銹鋼混酸槽等 , 大大降低了設備腐蝕速率 , 延長了設備的使用壽命 , 提高了濃硫酸 的質量 , 提高了系統(tǒng)的開車率 , 值得推廣。 轉化流程的選擇論證 【 7】 自從 20世紀 60 年代來硫酸生產中 SO2轉化工藝最大的進步是采用了了兩次貴州大學畢業(yè)論文 (設計 ) 第 16 頁 轉化、兩次吸收的工藝，即兩轉兩吸。該工藝的關鍵是保持轉化工序的熱量平衡，使轉化反應維持在某一理想的溫度下進行。 無論采用何種型式的轉化器 ,都必須充分考慮以下五個因素 : 1. 轉化器設計應該使 SO2 轉化反應盡可能地在接近于適宜溫度條件下進行 ,單位硫酸產量需用觸媒量要少 ,一段出口溫度不要超過 600℃。 2. 轉化器生產能力要大 ,單臺轉化器能力要與全系統(tǒng)能力配套 ,不要搞多臺轉化器。本世紀初轉化器能力僅有 15t/d,一套硫酸系列需數(shù)臺轉化器并聯(lián)操作 ,操作麻煩不好管理 ,耗用材料多 ,占地面積大。氣體分布不勻 ,轉化率低?，F(xiàn)在單臺轉化器能力日產硫酸已達到千噸以上 ,個別廠已高達 2020t的規(guī)模。 3. 靠 SO2 反應放出的熱量 ,應能維持正常操作 ,不要從外界補充加熱 ,亦即要求達到 ” 自熱 ” 平衡。 4. 設備阻力要小 ,并能使氣體分布均勻 ,以減少動力消耗。 5. 設備結構應便于制造、安裝、檢修和操作，要力求簡單，使用壽命要長，投資要少。 現(xiàn)在我國兩轉兩吸大多采用“ 3+1”四段轉化和“ 3+2”五段轉化的工藝。在同規(guī)模、同轉化率的硫磺裝置中，這兩種轉化工藝在設計上的主要區(qū)別如下： 在同等規(guī)模。最終轉化率相等的硫磺制酸裝置中，采用這兩種轉化工藝在設計上主要有以下不同 : 1. 催化劑填量不同， SO2 氧化為 SO3的化學反應是可逆放熱反應，只有在低溫下平衡轉化率高，由于反應活化能高，因此工業(yè)上需要用催化劑使反應 在不太高的溫度下進行的足夠快。對于一定組分的原料氣在某一催化劑下反應，為達到一定的 SO2轉化率，其反應速率有一個極大植，所對應的反應溫度為最佳溫度。隨著反應轉化率的提高，最佳溫度逐漸下降。因此隨著反應的進行，要采取相應的方法來降低反應的溫度。轉化反應的速度決定了爐氣在反應中需要的接觸時間，也就決定了催化劑的用量。轉化反應分段越多，其反應溫度就越接近最佳溫度，催化劑的用量在理論上也就越少。采用“ 3+1”四段轉化的催化劑填量比“ 3+2”五段轉化要高一些。 2. 工藝流程不同。 “ 3+2”五段轉化為了控制轉化器五 段的進口轉化氣溫貴州大學畢業(yè)論文 (設計 ) 第 17 頁 度，需要增加四段出口轉化氣的換熱設備，或者采用冷激式轉化流程。目前國內外硫磺制酸裝置大多在轉化器的四段出口設置中溫蒸汽過熱器，用中壓蒸汽與四段出口的轉化氣進行換熱，大大降低了進五段的轉化氣溫度，也充分利用了轉化氣的余熱。常見的“ 3+1”四段轉化和“ 3+2”五段轉化工藝流程圖如下： 圖 “ 3 + 2”五段轉化工藝流程示 圖 “ 3 + 1”四段轉化工藝流程示 主要經(jīng)濟指標分析：“ 3+1”四段轉化和“ 3+2”五段轉化從主要技術經(jīng)濟指標考慮，轉化工藝不存在大的差異，相同條件下的操 作費用相差也不大，只在催化劑填量和工藝流程上略有不同。主要技術經(jīng)濟指標如下表所示： 表 四段轉化和五段轉化主要技術經(jīng)濟指標對比表 指標名稱 轉化工藝 兩次轉化 一次轉化 最終轉化率 /l 催化劑用量 / 硫磺制酸 %～ % 170～ 190 %～ % 190～ 210 爐氣中∮（ SO2） /l 硫磺制酸 鼓風機出口壓力 /kPa 尾氣中∮（ SO2）/ 裝置建設投資 /l %～ % 25～ 40 200～ 300 ～ %～ % 20～ 30 3500～ 4500 注 :表內所列的催化劑用量系列采用進口催化劑的數(shù)據(jù)；裝置建設投資以一次轉化工藝為基準。 貴州大學畢業(yè)論文 (設計 ) 第 18 頁 目前我國催化劑價格相比具有很大的優(yōu)勢，就一次性投資來說其價格對比如下： 表 國產釩催化劑的價格優(yōu)勢 項目名稱 SO2轉化用釩催化劑 國產 進口 催化劑單位（人民幣計）米 3 催化劑裝填量 /米 3 催化劑一次投資 (人民幣計 )/元 13000 92 1196000 29000 72 2088000 1. 根據(jù)新的國家環(huán)保標準規(guī)定，硫酸裝置排放的尾氣中 SO2濃度 必須低于960 mg／ m。 (標準狀況 )，為此要求裝置的最終轉化率應達到 ％ 以上。采用“ 3+1”或“ 3+2”轉化工藝，都可使裝置排放的尾氣中 SO2濃度符合新標準規(guī)定的指標。 2. 轉化流程的選擇除要考慮環(huán)境保護外，主要取決于所用的釩催化劑和進轉化器爐氣中 SO2濃度的高低。與“ 3+1”四段轉化相比，“ 3+2”五段轉化工藝可在含 SO2濃度較高的原料氣下獲得同樣高的最終轉化率。在原料氣中 SO2濃度相同的條件下，“ 3+2”流程對達到要求的最終轉化率更有保障。 3. 在當前的條件下，如果采用進口催化劑，應選用 “ 3+1”四段轉化；若采用國產催化劑，則適宜選用“ 3+2”五段轉化。 因為本設計所選的催化劑為國產的 S107 催化劑， 故將采用“ 3+2”五段轉化的 轉化流程。 空氣鼓風機位置在干燥塔前或后的流程論證 【 8】 主風機位置布置有兩種 :一是在干燥塔上游 ,好處是受腐蝕小 ,便于選擇國產空氣鼓風機；二是在干燥塔下游 ,風機進口為負壓 ,去掉水分后實際狀態(tài)氣量將增加 4%5%,且風機需耐硫酸腐蝕 ,價格較高 ,其好處是干燥氣體經(jīng)風機加壓升溫后 ,進入焚硫爐回收了風機壓縮氣體產生的熱量 ,多產中壓過熱蒸汽。兩種方式實際 上都有采用。 傳統(tǒng)的設計是將主鼓風機設置在干燥塔之前，主要考慮到風機處在無腐蝕性貴州大學畢業(yè)論文 (設計 ) 第 19 頁 的場所。另外設在塔前，干燥塔是正壓操作，同樣的規(guī)模，氣量要比負壓操作時要小，能耗也低。 空氣風機置于干燥塔前，雖沒有充分利用氣體壓縮升溫的熱量，但完全避免了風機的腐蝕?？諝夤娘L機用蒸汽透平驅動，蒸汽透平裝置將蒸汽送入工廠的低壓蒸汽管網(wǎng)，提高能源的利用率。整個系統(tǒng)采用較高的壓降、氣速及二氧化硫濃度。 但是在國外普遍將主鼓風機設在干燥塔后，空氣通過空氣過濾器進入干燥塔，濃硫酸吸收水分后，再送入主鼓風機。干燥塔的顯熱由空氣帶出，經(jīng) 主鼓風機的壓縮，使空氣溫度由 60℃升高到 100℃以上，生產上充分利用這部分的熱量，將其送至焚硫爐以多產蒸汽，提高了熱能回收率。 主鼓風機設置在干燥塔后，空氣中所夾帶的酸霧可通過干燥塔塔頂?shù)某F器除去，足以保證一般的鋼制風機不受腐蝕。為此，本設計中主鼓風機設在干燥塔后。 采用液硫過濾器還是澄清槽的選擇論證 若廠區(qū)地處內陸，進口硫磺經(jīng)多次轉運和堆存，不可避免地混入灰塵等雜質，加之生產過程中和游離酸形成的固形物，僅設置液硫沉降槽和氣體過濾器是不切合實際的，必需選擇合適的液硫過濾設備。加壓葉式液硫過濾 機單臺過濾能力大，濾餅卸排容易，操作簡單，過濾效果好 .目前我國已有廠家生產同類型液硫過濾機，應推廣使用，替代液硫重力沉降槽。 傳統(tǒng)的設計是采用澄清槽，澄清時間為 72 小時以上，為此澄清槽要占用交大的面積，使之沉下 9099%的灰分。 為了盡量減少液硫中的雜質，國外采用的是液硫過濾器和助濾槽。液硫通過過濾之后灰分含量降低到 %（當液硫中的灰分含量為 %）。過濾前將一定量的助濾劑投入到助濾槽熔融液硫中，在攪拌器作用下使其和液硫均勻混合，經(jīng)助濾泵送至液硫過濾器。當助濾槽的液硫變的澄清時，助濾作業(yè) 完畢，切換為正常生產過濾液硫。采用液硫過濾器占地面積小，可利用空間，效率高，因此在本設計中選用液硫過濾器。 硫磺制酸的廢熱利用 近幾年來 ,由于國際市場硫磺價格下跌 ， 國內企業(yè)紛紛改建或新建硫磺制酸裝置。硫磺制酸裝置蘊藏著大量的廢熱 ， 如能加以回收利用 ,經(jīng)濟效益相當可觀。在市場經(jīng)濟競爭日趨激烈的今天 ， 廢熱利用將是提高硫酸產品競爭力的重要途貴州大學畢業(yè)論文 (設計 ) 第 20 頁 徑。以下對硫磺制酸裝置所采用的兩種廢熱利用設備做一介紹： 1．水管鍋爐 優(yōu)點： 高溫水管鍋爐檢修方便 ,使用壽命長 ， 運行安全 ， 如果發(fā)生缺水事故 ， 先燒壞受熱面而 不致產生嚴重后果 ， 煙氣流速低 ， 設備阻力小。 缺點： 煙氣流速低 ， 傳熱系數(shù)小 ， 冷啟動升溫慢 。 開、停車時受熱面易附著冷凝酸 ， 且結構復雜 ， 難免存在氣體滯留區(qū) ， 導致受熱面酸冷凝腐蝕 ； 爐墻密封性差 ， 氣體易外泄 ； 受熱面一旦泄漏 ， 易造成鍋爐自身及后續(xù)設備的腐蝕 ； 制造、安裝工作量大。 防護措施： 高溫水管廢熱鍋爐的蒸汽設計壓力應在 2145 MPa 以上 ， 開車時應采用串汽的方法將蒸汽壓力保持在 2145～ 310 MPa 再接通爐氣 ， 停車時應將爐氣置換完畢再降低蒸汽壓力 ， 這樣可有效地防止低溫腐蝕。 2. 火管鍋爐 優(yōu)點： ⑴． 管內爐氣流速高達 5070 m/ s且無滯流區(qū) ， 故傳熱系數(shù)高達 7080 W/ (m2 K) ， 設備結構緊湊。 ⑵ . 開車升溫、升壓快 ,縮短了低溫狀態(tài)下管束與冷凝酸接觸的時間 ； 停車時管外汽 — 水混合物很快便將管內壁烘干 ， 有效防止了受熱面的低溫腐蝕。如果在開、停車過程中再采取串汽、燃油置換等措施 ,效果將更佳。 ⑶ . 密封性較好 ， 非常適合硫磺制酸系統(tǒng)爐氣正壓操作的要求。具有較大的負荷適應范圍。 ⑷ . 制造、安裝工作量小 ， 占地面積小。 缺點： 高溫火管鍋爐前管板熱應力較大 ， 材料易疲勞產生裂紋 。 一旦發(fā)生缺水事故 ， 后果相當嚴重 ； 爐氣阻力大 ； 轉化工序火管鍋爐出口溫度只能降至 220 ℃左右 ； 一旦漏水會造成自身及后續(xù)設備腐蝕 ； 檢修不方便。 防護措施： ⑴ . 在高溫側管口插入一段 150～ 180 mm長的剛玉保護套管 ， 在管板表面涂一貴州大學畢業(yè)論文 (設計 ) 第 21 頁 層 80100mm厚的鋯質耐火隔熱層 ， 可降低管口及管板處的溫度 ， 達到熱防護的目的。 ⑵ . 采用脹 — 焊并用工藝，防止管口松弛和焊口疲勞開